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TERCERA EDICION

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(INSTITUTO AMERICANO DEL CONCRETO — ACI)

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AMERICAN SOCIETY OF CONCRETE CONTRACTORS (SOCIEDAD AMERICANA DE CONTRATISTAS DEL CONCRETO - ASCC)

American Concrete Institute® Advanang concrete knowledge

Publicada en conjunto por la American Society of Concrete Contractors — ASCC y el American Concrete Institute - ACI. La Guía del contratista para la construcción en concreto de calidad ha sido revisada de acuerdo con las políticas de revisión de documentos de Comité de Actividades Educacionales del ACI y por la Junta Directiva de ASCC. La American Society of Concrete Contractors (ASCC) y el American Concrete Institute (ACI) no son responsables por los conceptos u opiniones expresadas en sus publicaciones. Las publicaciones de ASCC y ACI no están en capacidad, ni tienen como objetivo, sustituir ni el entrenamiento individual ni el criterio del usuario o del suministrador de la información presentada. Spanish Edition Es Propiedad © 2011, American Concrete Institute Todos los derechos reservados incluyendo los derechos de reproducción y uso en cualquier forma y medio, incluyendo copias por cual­ quier método de proceso fotográfico o por medio de cualquier procedimiento electrónico o mecánico, impreso, escrito u oral o grabación de sonido o reproducción visual o para el uso en cualquier sistema de adquisición y archivo de información, a menos que se obtenga un permiso por escrito de los propietarios de la propiedad intelectual. English Edition Copyright © 2005, American Concrete Institute. All rights reserved including rights of reproduction and use in any form or by any means, including the making of copies by any photo process, or by any electronic or mechanical device, printed, written or oral, or recording for sound or visual reproduction or for use in any knowledge or retrieval system or device, unless permission in writing is obtained from the copyright proprietors. Impreso en los Estados Unidos de America NÚMERO DE CONTROL DE LA BIBLIOTECA DEL CONGRESO: 2011936186 Historia de impresión de la 3* English EDICIÓN: Primera impresión, Mayo 2005 Segunda impresión, Junio 2006 Tercera impresión, Febrero 2008 Cuarta impresión, Abril 2009 American Concrete Institute P.O. Box 9094 Farmington Hills, MI 48333-9094 Phone: 248-848-3700 FAX: 248-848-3701 www.concrete.org E-mail: [email protected]

American Society o f Concrete Contractors 2025 S. Brentwood Blvd., Suite 105 St. Louis, MO 63144 Phone: 314-962-0210 FAX: 314-968-4367 www.ascconline.org E-mail: [email protected] ISBN 0-87031-408-4 ISBN-13: 978-0-87031-408-7

R E C O N O C IM IEN TO S Muchos han contribuido a las dos ediciones anteriores de la Guía del Contratista y no deben ser olvidados, incluyendo: los editores pertenecientes al cuerpo de empleados del ACI, Bob Pearson para la primera edición y Franklin Kurtz y Robert E. Wilde para la segunda edición. Para la tercera edición se contó con la colaboración de las siguientes personas del personal del ACI: destacadamente Ward Malisch y también Lindsay Kennedy, Rich Heitzmann y Becky Hartford. Los siguientes individuos contribuyeron significativamente al desarrollo de esta tercera edición: Dan Dorfmueller quien muy competentemente dirigió el Comité ACI E703 durante las etapas finales de la revisión, Bill Palmer quien fue Director de E703 durante la fase final. Las siguientes personas contribuyeron como miembros del Comité ACI E703: William R. Phillips, Bill Nash, Scott Anderson, Kathy Martin, Francés Me Neal-Page, James Emzen, John Hukey y Brad Inman. Por parte de ASCC, se contó con la colaboración de: Al Engelman, Tommy Ruttura, Mike Schneider, Michael Waming, Paul Albanelli, Keith Ahal y Gary Burleson. Igualmente queremos dejar testimonio de nuestro agradecimiento por las contribuciones excepcionales de Ross Martin. Adicionalmente, Bev Gamant, directora ejecutiva de ASCC, reescribió el prefacio sobre seguridad; Ted NefT, del Post-Tensioning Institute, aportó la información sobre postensado; Roy Reiterman, del Wire Reinforcement Institute, contribuyó con información acerca de refuerzo electrosoldado de alambre; Pete Tatnall, de Synthetic Industries, adicionó importante información acerca de concreto reforzado con fibras; y Dave Gustafson, del Concrete Reinforcing Steel Institute, revisó el Capítulo 6. Rolf Spahr, de MEVA Formwork, Jorge Calvo, de Ulma Forms y Dan Winters de Conesco Doka Formwork contribuyeron en el Capítulo 5. Se agradece especialmente al sub-comité 318-S del ACI, en particular Luis E. García, por su asistencia valiosa de la revisión y la traducción al español de la tercera edición. Crédito de la fotografía: La fotografía en la parte inferior de la portada mostrando un sistema de encofrado es cortesía de Ceco Construction LLC. La fotografía en la parte superior de la portada mostrando una regla de láser es cortesía de Noel Company, Inc. Editor: Lindsay K. Kennedy • Diseño de la cubierta: Gail L. Tatum

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GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

PREFACIO Seguridad A pesar que hay muchas cosas importantes en construcciones de concreto tales como la calidad del trabajo y obtener una utilidad, la seguridad debe ser siempre la prioridad número uno. Por esa razón, la seguridad está al inicio de éste libro para enfatizar su importancia como elemento fundamental para lograr un proyecto exitoso. a construcción es una actividad que tiene ries­ gos. Sin embargo, con procedimientos y entre­ namiento adecuados, inspección de los riesgos y cumplimiento de las normas de seguridad, los riesgos pueden reducirse o eliminarse. Es obliga­ torio implementar un programa de seguridad bien concebido para mantener en alerta a todos los trabajadores de los riesgos posibles en la obra. Las personas involucradas en trabajos de construcción tienden a creer “que ellos se pueden cuidar a sí mismos.” Aunque en líneas generales esto puede ser cierto, la construcción en concreto es un trabajo en equipo. Todo trabajador de construcción debe considerar la seguridad de los demás mientras trabaja. Sin una disciplina de seguridad la confianza de un trabajador de la construcción en sí mismo puede crear una actitud que lo lleve a pensar, erradamente, que las regulaciones y los equipos de protección son una molestia más que una necesidad. El “novato” es la persona más temida en la construcción. Los “novatos” están más expuestos a situaciones desconocidas que los trabajadores que están familiarizados con el proyecto. Un programa detallado y completo de entrenamiento de “novatos” sobre prevención y seguridad en la construcción conlleva a cua­ drillas de trabajadores más eficientes y seguras. El incumplimiento de las medidas de seguridad y la no utilización de los equipos adecuados de protección personal pueden llevar a lesiones personales. La pérdida de tiempo por lesiones personales tiende a ser grave y costosa tanto para la compañía como para el trabajador lesionado y pueden traer como consecuencia una inca­ pacidad de largo plazo o permanente de la capacidad física del trabajador. Adicionalmente a la preocupación por el trabajador lesionado, la compañía constructora pierde la dis­ ponibilidad de los conocimientos y habilidades de esta persona con un potencial descenso o disminución en la calidad del trabajo durante el tiempo que el trabajador

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PREFACIO

permanece incapacitado. Los accidentes interrumpen el ritmo del trabajo afectando adversamente la program­ ación del proyecto. La m a yo ría de los ac c id e n te s , NO SO N accidentales La mayoría de los accidentes se pueden prevenir. Los accidentes usualmente ocurren debido al descuido de no pensar cuidadosamente acerca de lo que se está haciendo. Se TIENE que planificar con la seguridad en mente. ¿Cuántas veces se utiliza una carretilla con sobrepeso o dañada, o cualquier otro equipo defectuoso, simplemente por el deseo de terminar rápidamente el trabajo? ¿Cuántas veces se transita sobre superficies resbalosas sin parar a colocar un poco de arena, o el trabajador levanta algo sin flexionar las rodillas aun estando muy cansado? El tiempo invertido en entrenamiento de seguridad es un costo básico en el negocio de la construcción y se paga con creces con un incremento en la producción, tarifas de seguros menos costosas y menos pérdida de tiempo de los trabajadores experimentados. El costo total de los accidentes supera con holgura el costo de un buen programa de seguridad. La seguridad puede ser un centro de utilidad tanto en la parte humana como en la parte económica. La necesidad de un program a de seguridad de la com pañía Este capítulo no es un manual de seguridad para la construcción. La American Society o f Concrete Contractors publica el ASCC Safety Manual que toda persona que trabaje en construcción en concreto debe leer y releer periódicamente. El trabajador debe estar familiarizado con las regulaciones de las agencias guber­ namentales pertinentes, especialmente aquellas de la Occupational Safety and Health Administration (OSHA). 3

Todo proyecto de concreto es único. Colocar el con­ creto de una losa sobre el terreno es totalmente diferente a colocarlo en el piso 40 de un edificio de oficinas. Cada uno tiene peligros que pueden ser evitados si los traba­ jadores son conscientes de los mismos. Por esta razón, además del ASCC Safety Manual toda firma contratista debe desarrollar o tener por escrita una política de se­ guridad que establezca líneas claras de autoridad para el entrenamiento del nuevo personal y el re-entrenamiento del personal antiguo en procedimientos y regulacio­ nes de seguridad relacionadas con su especialidad en construcción y sobre la mitigación de estos riesgos. Toda compañía es responsable de disponer condicio­ nes de trabajo seguras y toda persona es responsable de cumplir con las normas y regulaciones de seguridad de la compañía con el fin de incorporar la seguridad como una parte de su trabajo. Ayudar a que los nuevos trabajadores se informen y adapten a los peligros específicos del sitio de trabajo a través de entrenamiento y consejos son com­ ponentes esenciales de un programa de seguridad exitoso.

camisas de mangas largas, pantalones largos, anteojos o caretas de seguridad, cascos de seguridad, guantes de caucho resistentes a los químicos y botas protectoras. Los trabajadores que dan acabado deben usar pantalones largos, botas de trabajo, almohadillas para las rodillas (y utilizar tableros para las rodillas) y guantes. Si la ropa se satura con concreto húmedo debe cambiarse de inmediato. Los dedos deben m antenerse alejados de las articulaciones o uniones metálicas de la canal del vertedero del camión m ezclador de concreto. Son realmente pesadas. Si un dedo queda atrapado en la abertura de la unión del canal del vertedero del camión al caer de la posición plegada ésta lo puede cortar como una tijera corta una tela. El simple uso del Equipo de Protección Personal (EPP) puede salvar trabajadores de los efectos a corto o largo plazo de las condiciones de en la obra (cascos de seguridad, guantes, botas, protección para los ojos, protección de caídas, respiradores etc.). Siempre debe tenerse el EPP a mano y usarlo.

C onstrucción en concreto La siguiente es una lista de ítems para tener en cuenta en una obra o sitio de trabajo de construcción en concreto la cual no pretende ser una lista completa. Sin embargo, sirve para alertar o advertir acerca de algunas de las medidas de seguridad más comunes e importantes en la construcción en concreto: El concreto fresco puede causar lesiones en los ojos y quemaduras en la piel. Cuando se trabaje con concreto fresco debe usarse vestimenta de protección adecuada (camisa de mangas largas, botas de caucho y guantes de caucho) y también protección para los ojos para evitar que el concreto fresco tenga contacto con la piel o con los ojos. Si el concreto fresco entra en contacto con en la piel, la zona afectada debe lavarse con agua limpia. Debe tenerse colirio disponible en la obra. Si cae concreto fresco en los ojos, deben lavarse inmediatamente con agua limpia y obtener pronta atención médica. El trabajador debe anticiparse al problema y tener siempre agua limpia y colirio en la obra cuando se programe colocación de concreto. Debe recordarse, además, que el agua del balde para limpieza de las herramientas no es agua limpia. Los problemas de piel más frecuentes y comunes entre los trabajadores de la construcción en concreto son: piel reseca, dermatitis irritante de contacto, dermatitis alérgica de contacto y quem aduras con cemento. La mejor manera de mantener la piel saludable es utilizando guantes y tener buenas prácticas de higiene. Las manos deben lavarse 2 a 4 veces por día y cuando se quite los guantes. El lavado debe hacerse con un jabón de Ph neutro o ligeramente ácido. Los miembros de la cuadrilla de colocación de concreto deben utilizar

• Deben utilizarse anteojos de seguridad siempre que exista la posibilidad de que algo pueda caer en los ojos. • Cuando el nivel de ruido es tal que el trabajador tenga que levantar la voz para hablar con la persona que está al lado suyo deben utilizarse tapones o protectores de oídos contra el ruido. Una exposición corta al ruido puede ser suficiente para causar daño auditivo permanente. • Cuando exista la posibilidad de inhalar suciedad, polvo, astillas o aserrín, cuando se está cortando, desbastando o demoliendo concreto endurecido, o cuando se mezcla mortero epóxico o mortero de inyección deben utilizarse tapabocas o respiradores. Se debe solicitar entrenamiento en la escogencia y uso del respirador adecuado. Otra solución para ésta situación es utilizar métodos húmedos o herramientas “sin polvo” con aspirador de vacío incorporado. • Las escaleras y las escalerillas exteriores son una de las mayores fuentes de lesiones y fatalidades dentro de los trabajadores de la construcción. Los empleadores deben asegurarse de que sus empleados sean entrenados por una persona competente en la naturaleza y riesgos de caídas; en el procedimiento correcto de arm ar, m antener y desarm ar los sistemas de protección contra caídas; su adecuada construcción, uso, colocación, cuidado en el manejo de escaleras y escalerillas exteriores y la capacidad máxima de carga de las mismas. • ¿El trabajador sabe como instalar adecuadamente una escalera de extensión? La distancia horizontal desde donde se apoya la parte inferior de la escalera hasta el punto por debajo de su porción más alta debe ser del orden de un cuarto de la longitud de la

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GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

AGUILÓN ARRIBA

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AGUILÓN ABAJO

ABRAO AGUILÓN A LA AGUILÓN A LA EXTIENDA EL DERECHA IZQUIERDA AGUILÓN

CIERRE O RETRAIGA EL AGUILÓN

UN POCO

TERMINE — LIMPIAR

escalera. Si la inclinación es menor la escalera puede ser fácilmente sobrecargada. Si es mayor la escalera puede caerse. La escalera debe asegurarse tanto en la parte superior como en la inferior contra deslizamiento. Los andamios deben construirse sólidamente aún si se van a usar por corto tiempo. Los verticales o montantes deben estar separados uniformemente, plomados y asegurados a una base sólida. Se deben utilizar arriostramientos horizontales o diagonales para mayor estabilidad. El tablado debe sobresalir del soporte por lo menos 12 pulg. (300 mm). Los andamios deben estar amarrados a muros, al edificio u otros elementos estructurales. Una persona competente debe inspeccionar los andamios diariamente. El instante más peligroso cuando se trabaja en altura es cuando la persona se traslada de un sitio a otro. Por esta razón el trabajador debe amarrarse o asegurase con un arnés a algo sólido, algo que pueda soportar un peso de 5000 Ib. (2300 kg). En cualquier momento que el trabajador tenga que estar por fuera de una baranda de protección para realizar un trabajo debe estar amarrado con un arnés. Se debe utilizar protección contra caída cuando se esté trabajando a nivel del terreno alrededor de excavaciones de 6 pies (1.8 m) o más de profundidad. Deben colocarse barandas de protección alrededor de las aberturas o vacíos de las losas. Cuando se estén soldando o cortando elementos metálicos embebidos en el concreto debe utilizarse protección para la cara y ojos para prevenir ser golpeado por pedazos de concreto que puedan saltar. El concreto se puede descascarar, de forma explosiva, cuando se calienta con soplete. Los cilindros de gas deben manejarse con respeto y precaución. Se deben asegurar en posición vertical, amarrándolos entre si, para impedir que se muevan o

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AGREGUE 4 GALONES

utilizando cualquier otro procedimiento para evitar que se puedan desplazar libremente. Cuando se utilicen vibradores o cualquier otra herramienta eléctrica éstas deben estar conectadas a interruptores de detección de polo a tierra. El concreto fresco y el agua son excelentes conductores. Estos interruptores evitan que una persona pueda electrocutarse. Las herramientas eléctricas y los cables de las mismas deben ser inspeccionados diariamente y reparados o reemplazados si tienen daños. Los cables eléctricos se deben proteger colocándolos en áreas donde no puedan ser dañados o estar cubierto con material de protección. El sitio de trabajo debe mantenerse limpio, aun si no es responsabilidad directa de un trabajador en particular. Es mejor recoger que tropezar y caer. Un sitio de trabajo limpio marca la pauta de la eficiencia y calidad del equipo de trabajo. De acuerdo con la revista Constmction Equipment de junio de 1985: “De todos los equipos pesados, las grúas son las que menos toleran el mal uso, el abuso y las negligencias”, Ningún trabajador puede estar debajo de los ganchos de izaje ni de cargas suspendidas. Debe pensarse que al área localizada debajo de donde gira la grúa es tierra de nadie y toda persona debe alejase de allí. Debe tenerse certeza que las eslingas, cables de amarre, grilletes y cualquier otro dispositivo para izaje tenga el tamaño correcto y que sea inspeccionado cuidadosamente antes de usarlo. Si algo se rompe debajo de una carga suspendida se liberará una gran cantidad de energía. Un cable volando puede cortar un brazo o una pierna en un instante. Nunca se debe caminar debajo una carga cuando se está izando.

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• Para evitar electrocutarse nunca se debe tocar un equipo que está trabajando cerca de las líneas eléctricas aéreas. • No debe permitirse que bombas, montacargas, grúas o cualquier otro equipo alto trabaje a menos de 15 pies (5 m) de distancia de líneas eléctricas de 50,000 kv o aún menos voltaje. Las líneas de mayor voltaje requieren distancias mayores. • Debe estar seguro de que la persona que de instrucciones al operador de una bomba, conozca y sepa utilizar las señales de mano desarrolladas por la American Concrete Pumping Association. • El trabajador debe siempre mirar por donde camina para prevenir caídas. Todo trabajador, cuando vea una tabla con los clavos hacia arriba debe quitar los clavos o doblarlos para impedir que alguien los pise. • Si el trabajador tiene que agacharse, debe hacerlo con sus rodillas y si tiene que levantar algo debe hacerlo doblando sus piernas y no con su espalda. • El trabajador debe cargar solamente lo que puede cargar sin mucho esfuerzo. Debe pedir ayuda para las cosas más pesadas o voluminosas. • Deben revisarse los equipos y herramientas antes de cada tumo de trabajo y verificar que se encuentran en condiciones adecuadas para el trabajo. • Las hojas de instrucciones de seguridad para productos químicos usados en el proyecto deben mantenerse al día y de fácil acceso. Los trabajadores deben revisar esta información antes de utilizar nuevos productos en la obra. Debe recordarse que los accidentes no ocurren porque si, siempre tienen una causa. Ocurren con más frecuencia cuando hay una planificación deficiente, falta de un entre­ namiento adecuado o cuando no se estudian adecuadamente cada una de las actividades del trabajo. Por ejemplo, si un trabajador arroja una cadena sobre una viga que está sus­ pendida en el aire, debe pensar hacia dónde se va a devolver el gancho del extremo libre y quitarse del camino.

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Clasificación de modificación de experiencia y tasa de incidentes

El costo de los seguros de indemnización para tra­ bajadores es directamente proporcional al historial de accidentalidad de la compañía constructora. Cuando un empleado se lesiona, los costos derivados de la lesión se agregan a la clasificación de modificación de experiencia de la compañía (EMR, por sus siglas en inglés). Los ac­ cidentes pueden incrementar el EMR de una compañía y por consiguiente se incrementan significativamente las primas de los seguros de indemnización de los trabajadores de esa compañía. El valor de las primas de seguros de una compañía se incrementará de manera significativa debido al costo de siniestros anteriores. Este costo puede ser con­ trolado si se establece e implementa un buen programa de seguridad. Este programa ayuda a reducir los costos de las primas de seguros y hace que la compañía sea más competitiva y tenga mayores utilidades. Otra forma de medir la seguridad es la tasa de inci­ dentes. Este es un número reconocido nacionalmente que describe la cantidad de accidentes de empresas de todos los tamaños. La tasa de incidentes representa el número de días de trabajo perdidos por cada 100 empleados trabajando 40 horas semanales durante 50 semanas del año. La tasa de incidentes es calculada como el número de días de trabajo perdidos por cada compañía, tal como la debe reportar en el formulario OSHA 300 - Log o f Work-Related Injuries and Illnesses, multiplicada por 200,000 y dividida por el número total de horas de tra­ bajo en un año calendario y se expresa por medio de la siguiente ecuación

IR = (N x 200000) - WH Donde: IR = tasa de incidentes N = número de casos de días de trabajo perdidos tanto por lesiones como por enfermedad. Cor responde al número total de cruces marcadas en

GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

la columna H del formulario 300 de OSHA. WH = El número total de horas de trabajo para la compañía en un año calendario incluyendo a todos los que están en la nómina ya sea por horas o no, e incluyendo las horas extras. Por ejemplo, la tasa de incidentes de una compañía que tuvo 10 días de trabajo perdidos y 40,000 horas de trabajo es:

IR = (10 x 200000) - 40000 = 50 LE C TU R A S R E C O M E N D A D A S ACI Committee E703, “Formwork Safety,” Topic 24, Toolbox Meeting Flyers 2, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1998. ASCC Safety Bulletins, The American Society of Concrete Contractors, St. Louis, Mo. ASCC Safety Committee, ASCC Safety Manual, Third Edition, American Society of Concrete Contractors, St. Louis, Mo, 1999. Occupational Health and Safety Administration, www.osha.gov. PCI Erectors Committee, Erection SafetyforPrecast andPrestressed Concrete, Precast/Prestressed Concrete Institute, Chicago, 111., 1998. Pump Safety, A m erican C o n c re te P um ping Association. “Safety Basics Posters,” 18 x 24 in. posters on safe construction practices, Hanley Wood, Addison, 111. “Skin Safety with Cement and Concrete,” Training Videos, Portland Cement Association, Skokie, 111., 1998.

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Contents Prefacio .................................................................................. 3 C A PITU LO 1: O rganizándose p a ra lo g rar calidad ...10 Control de calidad.........................................................10 Manejo de archivos.......................................................11 Documentos contractuales.......................................... 12 Calidad y utilidad..........................................................12 El equipo hum ano.........................................................12 Lecturas recomendadas................................................13 C A PÍTU LO 2: L a mezcla de co n creto ........................... 14 Ensayos de control........................................................14 Muestreo (ASTM C 17 2 ).................................... 14 Asentamiento (ASTM C 143)............................ 14 Contenido de Aire (ASTM C 231 y C 173)..... 15 Ensayos de resistencia a la compresión (ASTM C 31 y C 3 9 ).......................................... 17 Densidad (peso unitario) y rendimiento volumétrico (ASTM C 138)..................................................... 17 C em ento......................................................................... 18 Especificaciones del proyecto para el cement.,18 Producción del cemento portland.......................18 Tipos básicos del cemento portland.................. 18 Otros materiales cem entantes..................................... 19 Ceniza volante...................................................... 19 Microsílice (humo de sílice).............................. 19 Escoria granulada................................................. 19 Agua para la mezcla..................................................... 19 Relación agua-material cem entante...........................20 A gregados..................................................................... 20 Aditivos..........................................................................22 Reductores de ag u a............................................. 22 Reductores de Agua de alto ra n g o .................... 22 Aditivos retardantes............................................ 22 Aditivos acelerantes............................................ 22 Reductores de agua retardantes..........................23 Reductores de agua acelerantes.........................23 Agentes incorporadores de aire..........................23 Otros aditivos....................................................... 23 Dosificación de la mezcla de concreto...................... 23 La mezcla correcta para la o b ra.........................24 Humedad libre en los agregados (Tabla 2.5)....25 Reductor de agua (Tabla 2.4, Mezcla # 2 )........ 25 Ceniza volante (Tabla 2.4, Mezcla # 3 ) .............25 Ajustes al aire incorporado................................ 26 Adición de agua en la obra.......................................... 26 Fraguado in icial............................................................27 C A PÍTU LO 3: Especificaciones del concreto...............28 Fuentes de las especificaciones del concreto........... 28 Tipos de especificaciones............................................ 29 Prescriptivas, por desempeño e híbridas.......... 29 Puntos para confirmar en las especificaciones......... 29 Resistencia............................................................29 Requisitos para resistencia a edad temprana....31 Resistencia a la flexión........................................31 Relación agua-material cementante ( a/mc) ...... 31 Contenido mínimo de cem ent............................31 A sentam iento....................................................... 32 Aire incorporado..................................................32 Aditivos quím icos................................................33

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Tiempo de despacho para concreto prem ezclado......................................................... 33 Temperatura del concreto— concreto para clima frío o cálido.......................................................... 33 Determinación del criterio más estricto en la especificación del concreto........................34 C ap ítu lo 4: C im entaciones...............................................35 El subsuelo.................................................................... 35 Capacidad portante....................................................... 35 Exploración geotécnica................................................36 C om pactación...............................................................36 Tipos de cim entación...................................................37 Zapatas para m uros............................................. 39 Zapatas aisladas para colum nas.........................39 Zapatas com binadas............................................ 39 Zapatas en voladizo............................................. 39 Cimentaciones de pilotes y pilas....................... 40 Losas de cimentación y cimentación flotantes.................................................................40 Control del agua freática............................................. 40 Encofrados para zapatas.............................................. 41 Control de la hum edad.................................................43 Rellenos de respaldo....................................................43 C A PÍTU LO 5: E ncofrado y c im b ra .............................. 45 Precauciones de seguridad.......................................... 45 Las cimbras y encofrados afectan la calidad del concreto................................................................... 46 Tipos de cimbra y encofrado.......................................47 Cimbras y encofrados construidos en o b ra..... 47 Cimbras y encofrados prefabricados.................47 Cimbras y encofrados industrializados............ 48 Sistemas especiales de cimbra y encofrado.... 51 Materiales y herrajes para cimbras y encofrados.... 52 Revestimientos del encofrado............................56 Diseño de cimbras y encofrados................................ 57 Colocación del concreto en el encofrado.................. 59 Mantenimiento de las cimbras y encofrados....62 Agentes desm oldante.......................................... 62 Tolerancias............................................................62 Costo de la cimbra y encofrado................................. 64 Desencofrado y descimbrado......................................64 Medición de la resistencia del concreto para desencofrar y descim brar....................................64 El tiempo como medida de la resistencia para desencofrar y descim brar....................................65 Apuntalamiento y reapuntalamiento..........................65 Encofrados para losas sobre el terreno...................... 68 Más inform ación.......................................................... 69 C A PÍTU LO 6: El refuerzo en estru ctu ras de concreto............................................................................ 70 ¿Porqué usar acero de refuerzo?................................ 70 Planos estructurales y de colocación..........................71 Tipos de refu erzo ......................................................... 73 Identificación de las barras................................. 75 Refuerzo electrosoldado de alam bre.................75 Otros tipos de concreto reforzado..................... 76 Corte y doblado de las barras de refuerzo (Fabrication).................................................................. 77 Tolerancias de corte y doblado...........................79

THE CONTRACTOR’S GUIDE TO QUALITY CONCRETE CONSTRUCTION

Despacho y rotulado....................................................79 Almacenamiento y manejo de las barras de refuerzo en la o b ra ....................................................... 79 Recubrimiento de concreto......................................... 80 Tolerancias en la colocación del acero de Refuerzo.........................................................................81 Colocación del refuerzo...............................................82 Soportes de barras y distanciadores...........................83 Empalme del acero de refuerzo...................................84 Coordinación................................................................. 85 ¿Quiere saber m ás?...................................................... 85 C A PITU L O 7: Ju n ta s y em bebidos en estru ctu ras ....86 Tipos de ju n ta................................................................ 87 Juntas de construcción para vigas y losas aéreas.............................................................................. 88 Juntas de contracción en m u ro s................................. 89 Juntas de dilatación en m uros.....................................90 Juntas de construcción en muros................................ 90 Juntas de construcción horizontals.................... 90 Juntas de construcción verticals........................ 91 Sellos im perm eables....................................................92 Elementos embebidos— ductos eléctricos, tuberías y cam isas........................................................ 92 Elementos embebidos— pernos de anclaje, camisas, platinas metálicas y can als..........................93 Anclajes..........................................................................94 Puntos para recorder....................................................95 C A PÍTU LO 8: Ju n ta s y refuerzo p a ra losas sobre el te rre n o ............................................................................... 96 Cambios de volume...................................................... 96 Juntas de contracción (juntas de control).................. 97 Separación de las juntas de contracción........... 99 Lugares especiales donde deben colocarse juntas de contracción...................................................... 99 Juntas de construcción...............................................100 Juntas de dilatación (juntas de expansión).............. 100 Juntas contra alabeo................................................... 101 Refuerzo en una losa de concreto............................ 101 Refuerzo de alambre electrosoldado............... 102 Espigos................................................................ 103 A m arres............................................................... 103 Refuerzo con fibras............................................103

Colocación del concreto con baldes........................135 Concreto bom beado..................................................136 Bombeo de concreto liviano....................................136 Consolidación durante la colocación..................... 137 Vibrado...............................................................137 Reglas vibratorias............................................. 137 Acabado de las losas sobre el terreno.................... 138 Acabados de superficie....................................139 Control de la colocación.......................................... 140 Colocación en clima cálido......................................141 Colocación del concreto en clima frío ................... 141 Tolerancias para los acabados de la superficie del piso........................................................................ 142 Curando para mantener un contenido de humedad apropiado...................................................144 Lecturas recomendadas............................................ 145 C A PÍTU LO 11: Problem as com unes en la o b ra — C ausas y prevención........................................................ 146 Concreto fresco......................................................... 146 Exudación excesiva.......................................... 146 Segregación y mala consolidación.................146 Mezclas difíciles de term inar..........................147 Tiempo de fraguado inicial y ganancia de resistencia inicial.................................................................. 147 Fisuras por retracción plástica de fraguado ... 148 Concreto endurecido................................................ 149 Fisuras por retracción de fraguado.................149 Juntas de dilatación.......................................... 150 Cuarteamiento (fisuración fina, revisión de la superficie)................................................ 150 Superficies polvorosas.................................... 151 B urbujas.............................................................152 Losas rizadas..................................................... 153 Escamado de la superficie............................... 153 H orm igueros..................................................... 153 Vetas de are n a ...................................................153 Vacíos en la superficie......................................153 Resistencias bajas de los cilindros.................154 Evaluación de los resultados de los ensayos de cilindros.............................................................. 155 References.................................................................. 156 Listado de verificación de problemas comunes en la obra: sus causas y su prevención.......................................157

C A PÍTU LO 9: P reparándose p a ra la colocación del concreto.........................................................................105 Cooperación entre el contratista y el productor de concreto premezclado............................................105 La mezcla de concreto...................................... 105 Jerarquía de las responsabilidades.................. 106 Programa de ensayos......................................... 107 Adición de agua en la obra............................... 107 Reunión previa al inicio de la construcción............107 Algunos ítems del orden del día para la reunión previa al inicio de la construcción.................. 107 Preparación en la obra................................................109 Listado de verificación para proyectos G randes.... 110 C A PÍTU LO 10: Colocación del concreto y su acabado........................................................................... 133 Colocación del concreto desde el camión de prem ezclado...........................................................133 Carretillas para concreto............................................134 Bandas transportadoras..............................................135

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CAPITULO 1: Organizándose para lograr calidad a American Society of Concrete Contractors (ASCC) y el American Concrete Institute (ACI) están dedicados permanentemente a mejorar la calidad de la construcción en concreto por medio de compartir experiencias y a través de la educación. Una construcción de concreto de calidad se obtiene cuando todos los estamentos administrativos insisten en la calidad y todos los empleados saben qué es lo que se espera de ellos. Hacer las cosas bien desde el principio siem pre conduce a un m enor costo. ¿Cómo sabe el empleado que la calidad es un requisito básico de la compañía? Lo aprende durante el entrenam iento inicial en el cual se le inform a que se espera de él y cuando se da cuenta que los elementos ejecutados con mano de obra deficiente o con materiales no apropiados son removidos y remplazados voluntariamente por la compañía sin importar el costo. Una calidad consistente en la construcción se logra solamente cuando cada persona sabe que la han entrenado adecuadamente y que con su aporte el producto final que se espera es una obra de calidad. La construcción de calidad se vuelve la norma y no la excepción.

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C ontrol de calidad Aunque todos y cada uno de los trabajadores conoce sus responsabilidades con respecto a la calidad, de todas maneras debe existir un sistema de control de calidad que incluya inspecciones. Las inspecciones no eximen ni disminuyen la respon­ sabilidad del trabajador de la construcción. Proveen a los administradores con datos para determinar el nivel de calidad y mejorar el sistema. Todo contratista, sin importar el tamaño de la com­ pañía, debe sentirse personalmente responsable de la calidad e inculcar en cada empleado el sentimiento de “nosotros ejecutamos construcción de calidad y estamos 10

orgullosos de cada uno de nuestros proyectos.” Un objetivo administrativo de primer orden en una compañía de cualquier tamaño es desarrollar un plan escrito de control de calidad, incluyendo las partes de cada fase de un proyecto que son críticas para la calidad del mismo y cuándo y por quiénes deben ser revisadas o inspeccionadas. Consecuentemente, el personal de con­ trol de calidad debe desarrollar un listado de verificación para las inspecciones o si es una compañía pequeña debe definir quién es la persona más conocedora que hará la inspección. El número de personas dedicada al control de calidad dependerá del tamaño de la obra y de su complejidad. Debe existir personal apto que revise si el material que llega a la obra cumple los requisitos y especificaciones del proyecto. Se d e b e d is p o n e r de s u f ic ie n te p e rs o n a l calificado para term inar las inspecciones requeridas oportunamente y sin causar retraso de las cuadrillas de trabajadores. Idealmente, toda obra debe contar al menos con un Técnico Grado I Certificado por el American Concrete Institute (ACI)' [American Concrete Institute (ACI) Grade I Certified Technician], Los programas de certifi­ cación de ACI están diseñados para entrenar y certificar personal con experiencia, disminuir los problemas re­ lacionados con procedimientos de trabajo inadecuados, mejorar la calidad de la construcción en concreto en general y preparar a la industria para futuros requi­ sitos de certificación que posiblemente serán obliga­ torios. Existen diferentes programas disponibles para técnicos, inspectores y trabajadores especializados que son patrocinados por organizaciones locales, estatales ’Se puede pedir información al ACI al teléfono (248) 848-3700 o por e-mail a [email protected] sobre cursos de certificación en su área geográfica.

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y nacionales. El contratista de concreto con una organización pequeña necesita solamente una o dos personas cali­ ficadas para manejar el control de calidad. A medida que la compañía crece, o cuando hay varios trabajos en ejecución, se pueden ir adicionando personas hasta el punto en que se requiere establecer formalmente un departamento de control de calidad. Aun cuándo una sola persona está a cargo del control de calidad debe existir un claro sentido de organización. El personal de control de calidad debe informar a la adm inistración general de la compañía y no al director de la obra. ¿La razón? La persona responsable por la programación del trabajo en la obra enfrenta con frecuencia un conflicto de intereses entre las metas de calidad de la construcción y el plazo que dispone para terminarla. El control de calidad no debe depender de la pro­ gramación y la programación no puede retrasarse por falta de personal de control de calidad. Sin embargo, el control de calidad opera mejor cuando se coordina con las exigencias de la programación de la construcción. Para obtener esta coordinación, la administración debe participar en las reuniones del personal de control de calidad incluyendo los capataces y sus cuadrillas para revisar las omisiones o los descuidos. El objetivo de estas reuniones de control de calidad es determinar que equipos y que procedimientos fueron inadecuados y consecuentemente mejorar los conocimientos y la destreza del personal que hace ese trabajo. La administración debe utilizar estas reuniones para reforzar el programa de control de calidad, lo cual se refleja en una mejoría de la calidad y no con el objeto de establecer culpabilidades de las omisiones o errores de una persona o de un departamento. Una mejoría en la calidad implica más y mejores negocios para la compañía, menores costos (siempre es menos costoso construirlo bien la primera vez) y con­ tinuidad de empleo para los trabajadores de construcción y el personal de control de calidad. M anejo de archivos Un buen programa de control de calidad incluirá un archivo completo y confiable de las operaciones de construcción. Disponer de un registro diario de la cons­ trucción del proyecto es extremadamente valioso, espe­ cialmente cuando surgen problemas. Fotografías diarias adecuadamente fechadas pueden ser convenientes. En general, las siguientes operaciones de la construc­ ción deben ser incluidas en un sistema de control de calidad: • Identificación, examen, aprobación y ensayo de los materiales y de los ensamblajes. CAPÍTULO 1: Organizándose para lograr calidad

• Inspección antes de la colocación del concreto incluyendo una revisión de las dimensiones de los encofrados, tamaño y posición del acero de refuerzo y de preesfuerzo, de los materiales de las juntas, de los elementos embebidos, de la condición de las cimbras, limpieza del refuerzo, apuntalamientos y soporte de las cimbras y de la condición del suelo en las excavaciones. • Preparación de muestras de concreto y su adecuado almacenamiento mientras se efectúan los ensayos. Realización de ensayos de asentamiento, resistencia a la compresión y a la flexión, contenido de aire y densidad (peso unitario). • Un proyecto de buena calidad requiere de la coor­ dinación y el cuidado de los materiales embebidos (platinas soldadas, tubería, tubos o camisas para ductos de instalaciones interiores, drenajes, camisas o sumideros de drenaje y aberturas), tanto para el concreto de elementos verticales como horizontales. • La calidad de un proyecto de concreto se puede mejorar enormemente a través del uso de planos de coordinación de concreto (planos de montaje y planos de taller) para ayudar en la localización, rutas, soporte temporal, sellamientos, juntas de construcción, tomillos o pernos de anclaje, acero de refuerzo, platinas soldadas, tuberías, tubería para circuitos eléctricos, líneas a tierra, drenajes del piso, plomería, camisas o sumideros de drenaje, aberturas y tapas. Es de enorme importancia asegurarse que las tolerancias de las superficies de concreto arqui­ tectónico y los pisos estén incluidas o representadas en los planos (Números F). • Inspección del descimbrado de los encofrados y del acabado de las superficies construidas con encofrado o sin él. (El personal de control de calidad debe saber que es mejor descimbrar primero las partes interiores de los encofrados. Esto alivia la presión en las esquinas exteriores, reduciendo la posibilidad de agrietamientos o descascaramientos en las esquinas durante el retiro de las cimbras y encofrados). • Inspección general de los equipos, condiciones de trabajo, el clima y otros detalles que puedan afectar la durabilidad del concreto a largo plazo. El curado y protección de los elementos debe tenerse en cuenta. Los registros de las temperaturas son también muy importantes. • Deben conservarse los registros de ensayos de ma­ teriales; dosificación de las mezclas de concreto; colocación, acabado y curado del concreto; diámetro y recubrimiento del acero de refuerzo, detalles de la soldadura que puedan afectar la calidad; además de los detalles de preparación de la subbase de losas sobre el terreno y de la cimentación. El listado 11

de verificación debe contener un registro de esas inspecciones. • El representante del propietario después de estar presente o de hacer personalmente una inspección que es requerida por las especificaciones debe firmar el informe incluyendo el alcance de la inspección, cuando se realizó y que medidas deben adoptarse. Esto debe formar parte del archivo de documentos de la obra. • Preparar y actualizar periódicamente el listado de verificación de actividades preliminares al inicio de la construcción. (Véase el Capítulo 9 donde se incluye un ejemplo de listado de verificación). D ocum entos contractuales El fin de un programa de control de calidad en una organización es asegurar que la obra está siendo ejecutada de acuerdo con los planos y especificaciones (documentos contractuales). Los documentos contractuales son muy importantes pues hacen parte de una obligación jurídica entre las partes. El objetivo de los documentos contractuales es garantizar que la calidad de la mano de obra empleada, el control de las tolerancias y los materiales utilizados en la construcción de la obra son los especificados y que ésta tendrá el desempeño que espera el diseñador. A lgunas veces los docum entos contractuales contienen requisitos que pueden entrar en conflicto con las prácticas locales o con la experiencia del contratista. Si el contratista encuentra que el proyecto no puede desarrollarse como está especificado debe solicitar una reunión con el diseñador para discutir a cabalidad el tema. Estas reuniones y las decisiones allí tomadas deben quedar documentadas y harán parte de los documentos contractuales que se m antienen en el archivo de los mismos. Calidad y utilidad Todo contratista de concreto debe escoger entre dos op­ ciones con relación a la calidad. Puede incurrir en un costo, conocido, de un sistema de control de calidad para lograr una calidad adecuada o asumir los costos, desconocidos, derivados de un trabajo de mala calidad. Los costos, directos e indirectos de un trabajo de mala calidad pueden ser muy altos al tener que reparar trabajos inaceptables, remover y reemplazar partes de la obra, in­ cumplir la programación y tener que pagar los altos costos de un litigio. Una mala calidad significa un cliente insatisfecho. Al cliente le preocupan mucho los problemas detectados y no detectados. Un cliente descontento probablemente nunca tendrá en cuenta al contratista en otra obra, lo cual se con­ vierte en un costo oculto de la mala calidad.

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Los contratistas deben procurar un nivel de calidad adecuado que cumpla, totalmente, los requisitos del cliente para su proyecto. Niveles de calidad extremada e irrealmente altos y que van más allá de lo que requiere el proyecto pueden ser muy costosos sin mejorar realmente la satisfacción del cliente. El contratista que inspecciona cuidadosamente los materiales que ingresan a la obra, verifica la colocación adecuada del acero de refuerzo, las tolerancias de las cim­ bras y encofrados, la resistencia del concreto y otras partes regidas por las especificaciones, mantendrá la calidad y los costos bajo control. La firma tendrá muy pocas, o ninguna, sorpresa en lo que se refiere a costos. Un proyecto de calidad requerirá del cuidado y coordi­ nación de los materiales embebidos (tales como platinas soldadas, tuberías, conductos eléctricos, drenajes de piso, camisas o sumideros de drenaje y aberturas) tanto para el concreto de elementos verticales como horizontales. Un trabajo con buen control de calidad representa un menor costo para el contratista y una mayor satisfacción del redactor de las especificaciones y del propietario. La satisfacción del cliente implica nuevos trabajos o recomen­ daciones para otros trabajos. La manera más confiable de lograr utilidades es ha­ ciendo las cosas bien desde un comienzo. El contratista ahorra tiempo y dinero y el cliente no incurre en los sobre­ costos de un proyecto que no entra en servicio en la fecha prevista. Idealmente, todo contratista debe tener programas tanto de control de calidad como de control de costos. Una revisión cuidadosa de ambos programas suministra la información necesaria para optimizarlos. El equipo hum ano La construcción en concreto reforzado involucra diferentes profesionales, técnicos y contratistas, dentro de los cuales se cuentan: el representante del propietario, el arquitecto, el ingeniero estructural, el contratista general o director de proyecto, el contratista de concreto, el contratista de colocación del acero de refuerzo, el proveedor del concreto premezclado, el proveedor del acero de refuerzo, los técnicos de producción de detalles, el personal y trabajadores de obra y los inspectores, entre otros.

Arquitecto (Architect) - Produce los planos, determina el diseño general de las edificaciones y define las especificaciones generales. Para construcción de puentes y proyectos diferentes de edificaciones estas funciones son realizadas por un ingeniero. Ingeniero estructural (Structural engineer) - Realiza el diseño estructural de edificaciones y estructuras

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complejas, incluyendo la determinación el tipo de estructuración de la edificación, el diseño de los elementos estructurales determinando su localización, dimensiones y refuerzo. Además define las especificaciones y planos estructurales y revisa los planos de taller.

Contratista general o director de proyecto (General contractor/construction manager) - Es el responsable de la construcción del proyecto y supervisa el trabajo de los contratistas especializados, dentro de los cuales se incluyen la colocación del concreto y del acero de refuerzo por parte de contratistas especializados. La planeación previa es esencial para el éxito del proyecto. El listado de verificación producido por NRMCA/ASCC para la reunión de coordinación previa a la iniciación de la construcción se encuentra en el Capítulo 10. Contratista de concreto (Concrete speciality contractor) - Es responsable por la obra de concreto descrita en los documentos contractuales Contratista de colocación del acero de refuerzo (Reinforcing Steel placing specialty contractor) Coloca las barras de refuerzo antes de la colocación del concreto. Proveedor de concreto premezclado (Ready-mixed concrete supplier) - Produce y despacha el concreto a la obra. Proveedor del acero de refuerzo (Reinforcing Steel fabricator) - Es quien dobla y corta el acero de refuerzo y lo despacha a la obra. Este servicio generalmente incluye la preparación de los planos de colocación del acero de refuerzo. Algunas veces el mismo proveedor es el subcontratista de colocación del acero de refuerzo. El contratista (no el proveedor del acero de refuerzo) debe controlar cómo y cuándo el acero de refuerzo debe ser enviado al sitio de la obra. Técnico de producción de detalles (Detailer) - Prepara los planos de localización y el listado del acero del acero de refuerzo con base en los planos producidos por el ingeniero estructural. Personal y trabajadores de obra (On-site workers) - Incluye carpinteros de encofrados, personal de elementos metálicos, albañiles y los demás trabajadores.

CAPÍTULO 1: Organizándose para lograr calidad

Inspector (Inspector) - Puede estar dentro de tres clasificaciones: la de representante del propietario, como empleado del contratista o como representante de la autoridad competente para vigilar el cumplimiento del reglamento de construcción. El inspector observa el progreso de la obra para determinar si se siguen los planos y se cumple con las especificaciones del proyecto. Las inspecciones por parte del propietario, o su representante, en general enfatizan la vigilancia del cumplimiento de los requisitos con respeto a los materiales del concreto, los ensayos del concreto en estado plástico y endurecido, la verificación de la calidad, la compactación de los materiales de la subbase y la estructura terminada. La inspección de control de calidad del contratista, en general, enfatiza la disposición de las cimbras y encofrados, la colocación del concreto, la capacidad de soporte de la subbase y la colocación del refuerzo. U na buena construcción en concreto reforzado depende del desempeño de todo el equipo. El éxito del proyecto depende de la precisión y exactitud con las cuales el contratista y su personal, cumplen las instrucciones, algunas veces complejas, del diseñador y del técnico que produce los detalles. Contar con cuadrillas de trabajadores experimentados es la clave de la productividad que necesita el contratista para terminar la obra oportunamente. Se puede ahorrar tiempo adicional cuando el trabajo se programa con anterioridad y por parte de un técnico de producción de detalles con experiencia que entienda los problemas en obra y consulte a los responsables de la colocación del concreto y del acero. Lecturas recom endadas ACI Committee 121, “Quality Assurance Systems for Concrete Construction (ACI 121R-85),” American Con­ crete Institute, Farmington Hills, Mich., 1985, 7 pp. Bimel, Cari, “Organizing for Quality in Construc­ tion,” Concrete International, V. 17, No. ll,N o v . 1995, pp. 54-55. Crosby, Phillip B., Quality is Free, Mentor Books, Modem Executive Library, New York, 1980. Hays, C. Raymond, “Achieving Quality in Concrete Construction,” Concrete International, V. 17, No. 11, Nov. 1995, pp. 52-53. Quality in Concrete Construction, C-38, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1997,60 pp.

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CAPITULO 2: La mezcla de concreto na mezcla de concreto que cumple con las especificaciones es solo el comienzo. Debe ser la mezcla más económica que cumpla los requisitos de resistencia y durabilidad del proyecto. Al mismo tiempo debe cumplir con los requisitos de los contratistas de colocación y de acabados del concreto. El productor de concreto premezclado o el laboratorio de ensayos usualmente son los responsables de la dosificación de la mezcla. Los conocimientos del contratista acerca de los materiales de concreto y la dosificación de la mezcla, combinados con un trabajo en conjunto con el productor de la mezcla, mejorarán la calidad del trabajo, dism inuirán los costos de construcción y aumentarán la utilidad de los dos. La dosificación de la m ezcla generalm ente se ajusta según el concreto sea colocado directamente en la subbase o en el encofrado; dependiendo de si es vertido por canal a distancia, transportado en carretilla, bombeado, transportado o colocado con baldes; y también si el clima es cálido o frío. Estos cambios pueden afectar los costos, la velocidad de la construcción, la facilidad de colocación, el acabado y la calidad. Además, pueden necesitarse requisitos especiales tales como resistencia alta inicial para el postensado o el descimbrado anticipado.

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Ensayos de control Las características de la mezcla de concreto más im­ portantes desde el punto de vista del contratista y que le permiten cumplir con los requisitos y especificaciones de la obra se definen por medio de cuatro ensayos de campo muy comunes. Los ensayos de control de asentamiento, contenido de aire, resistencia a la compresión y rendimiento 14

volumétrico deben hacerse de acuerdo con las normas correspondientes de ASTM. El muestreo de concreto fresco está regido por la norma ASTM C 172. Todos los ensayos de control en obra y el muestreo de campo deben ser realizados por un Técnico de Ensayos en Obra Grado I, o mayor, certificado por el ACI (ACI Concrete Field Testing Technician Grade I) o equiva­ lente. Si el contratista de concreto emplea dentro de su personal un Técnico de Ensayos en Obra Grado I cer­ tificado por el ACI, es prudente fabricar y ensayar, por su cuenta, testigos (cilindros compañeros) de la misma tanda de concreto escogida por el laboratorio de ensayo de materiales o el contratista general. Esto puede ser necesario para verificar los procedimientos de ensayo. La inspección y el cumplimiento de las especificaciones no son solamente en una dirección — la vigilancia de los procedimientos de inspección mejora la calidad de los ensayos. Muestreo (ASTM C 172)

Antes de comenzar la obra, el contratista debe definir donde se van a fabricar y almacenar los cilindros de ensayo y en qué punto de la ruta de transporte del concreto se van a tomar las muestras. El contratista debe asegurarse que el concreto tenga el asentamiento y manejabilidad requeridos en el punto de colocación. Por ejemplo, cuando se usa un aditivo reductor de agua el concreto tendrá un asentamiento de 2 a 4 pulg. (50 a 100 mm) antes de agregar el aditivo y de 8 pulg. (200 mm) en el sitio de entrega después de agregar el aditivo. Asentamiento (ASTM C 143)

El ensayo del asentamiento se utiliza para medir la consistencia del concreto. El asentamiento da una

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indicación de la manejabilidad, plasticidad y capa­ cidad de flujo del concreto. Se utiliza especialmente com o indicador de la uniform idad del concreto fresco entre tandas, tal como se reciben en la obra. Las variaciones del asentam iento se ocasionan por cam bios en el contenido de agua, contenido de aire, aditivos, proporciones y gradación de los agregados, tiempo de despacho y temperatura. El en­ sayo del asentamiento debe ser realizado de acuerdo con la norma ASTM C 143 (Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete). La Fig. 2.1 muestra los elementos necesarios y la Fig. 2.2 los pasos para realizar el ensayo de asentamiento.

Fig. 2.1—El técnico debe tener el equipo en orden antes de comenzar el ensayo. Note que el equipo tiene una balanza para determinar la densidad y el rendimiento volumétrico.

Contenido de Aire (ASTM C 231 y C 173)

El c o n c re to con aire in c o rp o ra d o c o n tie n e numerosas burbujas microscópicas de aire distribuidas uniformemente y producidas por un aditivo incorporador de aire. La consecuencia más importante del aire incorporado es aumentar la resistencia del concreto a los ciclos de congelación y deshielo y a la presencia de quím icos descongelantes. Los vacíos creados por las burbujas microscópicas de aire incorporado disminuyen la presión interna en el concreto causada por la formación de cristales de hielo en los poros y celdas capilares del concreto. Sin un contenido de aire adecuado el concreto normal al ser expuesto a ciclos de congelación y deshielo se descascara, reduciendo la durabilidad del concreto. Por esta razón, aún siguiendo los mejores procedimientos de construcción es imposible producir un concreto durable sin la presencia de aire incorporado. Las variaciones en el contenido de aire afectan la durabilidad, la facilidad de colocación, la calidad del acabado y el rendimiento volumétrico. Muchas condiciones afectan la cantidad de aire que efectivamente queda incorporado en el concreto. Dentro de éstas se cuentan: las características de los agregados, la naturaleza de los componentes y la dosificación de los aditivos utilizados en el concreto, el tipo y duración del mezclado, la consistencia, temperatura, modulo de

Fig. 2.2—Medición del asentamiento del concreto fresco. El cono se llena con concreto en tres capas de igual volumen (pasos 1,2 y 3). Cada capa se apisona con una barra de acero 25 veces. Una vez la superficie superior es alisada (paso 4) el cono de asentamiento se retira verticalmente de forma lenta (paso 5) y se coloca boca abajo al lado. El asentamiento se mide (paso 6) como la altura que el centro de la superficie superior de la muestra haya descendido. (Figura cortesía de Master Builders, Inc.).

CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

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finura y composición química del cemento y el uso de otros materiales cementantes y aditivos químicos (ACI 211.1-91, Sección 4.2). Para mantener el contenido de aire en sus niveles adecuados deben hacerse ensayos frecuentes. Los dos métodos principales para determinar el contenido de aire en el concreto fresco (Fig. 2.3) son la norma ASTM C 231

“Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Pressure Method” y la norma ASTM C 173 "Standard Test Method for Air Content of Freshly Mixed Concrete by the Volumetric Method". El indicador de aire mostrado a la derecha en la Fig. 2.3 no corresponde a un método tan preciso como los otros dos métodos y no debe utilizarse para la aceptación o rechazo del concreto.

Fig. 2.3 — (Izquierda) El medidor de presión de aire se utiliza para concreto de peso normal y concreto pesado. El contenido de aire se determina sometiendo a la muestra a una presión controlada de aire y leyendo el contenido de aire en el indicador. (Centro) El medidor volumétrico de aire se utiliza para concreto liviano, pero también para concreto de peso normal y concreto pesado. El aparato, con la muestra adentro, se llena con agua y se rueda sobre su lado para sacar el aire. El contenido de aire se lee en el manómetro localizado en la parte superior del tallo. (Derecha) Un indicador de aire. El contenido de aire se estima de una pequeña muestra colocada en la base. El aire se remueve de la muestra llenando la ampolleta con alcohol isopropílico. El indicador de aire no se considera tan exacto como los medidores de presión o volumétrico y no debe utilizarse como base para aceptar o rechazar el concreto (Este no es un método de ensayo reconocido por la ASTM).

Fig. 2.4— Las camisas para cilindros de ensayo de concreto se llenan con concreto fresco en tres capas iguales, cada una de ellas siendo compactadas 25 veces con una barra metálica. Cada cilindro debe ser marcado, tapado y protegido de alguna manera para evitar la pérdida de humedad.

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Fig. 2.5— Los cilindros deben ser mantenidos a temperatura controlada mientras están almacenados en la obra Los cilindros almacenados en la caja de curado mostrada están protegidos contra el frío o el calor. Un controlador mantiene la temperatura constante, la cual se muestra en la pantalla (LED). La falta de protección, o un manejo inapropiado, puede reducir sustanclalmente la resistencia del cilindro.

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E nsa yos de r e si s t e n c i a a la c o mp r es i ón (ASTM C 31 y C 39)

La resistencia a la compresión del concreto se mide ensayando cilindros de concreto (usualmente 6 pulg. [ 150 mm] de diámetro y 12 pulg. [300 mm] de altura) en el laboratorio. Los cilindros se ensayan con dos propósi­ tos: para aceptación del concreto (determinación de si el concreto enviado a la obra cumple con la resistencia especificada) y para estimar la resistencia del concreto a una edad determinada. La norma ASTM C 31 “Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Field” regula la fabricación de los cilindros de concreto (Fig. 2.4 y Fig. 2.5). Para ensayos de aceptación se fabrican dos cilindros de la misma muestra de concreto y se ensayan a los 28 días (a no ser que se especifique una edad diferente). £1 promedio de la resistencia de los dos cilindros constituye un ensayo, el cual es utilizado como parte de la evaluación para aceptación del concreto. Se fabrica un tercer cilindro al mismo tiempo y se ensaya a los 7 días. El ensayo de los 7 días es para infor­ mación solamente y no forma parte de la evaluación de la resistencia del concreto. Se espera que la resistencia a los 7 días sea del orden del 65 al 70% de la del ensayo de los 28 días. Los cilindros que se utilizan para aprobación del con­ creto deben estar protegidos y mantenidos con humedad y temperatura controladas mientras están almacenados en la obra. Dentro de las primeras 48 horas el cilindro debe ser transportado al laboratorio, bajo condiciones controladas, y almacenado allí con temperatura y hu­ medad controladas hasta la realización del ensayo. Todo contratista debe tener en cuenta que la norma ASTM C 31 se incumple con frecuencia, conduciendo a resultados bajos e inválidos. Los resultados de ensayos realizados sin cumplir la norma no deben ser utilizados como base para la aceptación o rechazo del concreto. El técnico que realiza el ensayo de resistencia debe estar certificado por el ACI como Técnico Grado I o II para ensayos de resistencia del concreto en el laboratorio (ACI Concrete Laboratory Testing Technician, Grade I or II) o por medio de un programa de certificación equivalente que incluya exámenes escritos y demostra­ ciones de destreza al realizar los ensayos. En algunos casos se determina la resistencia del con­ creto en el sitio a edades diferentes de los 7 y 28 días antes de realizar operaciones de postensado, para abrir al tráfico y poner en servicio la obra o para descimbrado. En muchos casos el conocer la resistencia del concreto en la obra puede ahorrar al contratista tiempo y dinero en la realización de estas funciones. En algunos casos se ensayan cilindros que han sido almacenados en la obra en condiciones tan similares, como sea posible, a las condiciones del concreto en su CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

sitio. Estos ensayos son para información solamente y no para aceptación o rechazo el concreto. Otra forma de estimar la resistencia en obra es el mé­ todo de la madurez. Este método se hace más popular día a día porque permite obtener resultados en tiempo real y el procedimiento no es destructivo. No se necesita extraer núcleos ni es necesario tapar los huecos de extracción. Se utilizan pares termoeléctricos, los cuales esencialmente son alambres que transmiten la temperatura a un sensor. Inicialmente se establece en el laboratorio la relación entre la resistencia y la madurez de la mezcla que va a ser utilizada en la obra. La madurez del concreto es esencialmente la temperatura del mismo multiplicada por el tiempo durante el cual se mantiene el concreto a esa temperatura. Cuando el concreto se coloca en la obra se le instalan dentro de él pares termoeléctricos cuyos alambres se llevan fuera del encofrado y se conectan a un implemento de registro en el tiempo de la temperatura (data logger). Con esta información es posible determinar la madurez del concreto en cualquier instante a partir de su colocación. La madurez medida de esta forma se puede superponer gráficamente al aumento de resistencia ya establecido, proporcionándole así al contratista datos confiables de la resistencia del concreto en la obra. Los ensayos de resistencia a la compresión se pueden utilizar para estimar la resistencia a la flexión cuando se ha establecido previamente la relación entre la resisten­ cia a la compresión y la resistencia a la flexión. Véase la sección titulada “Resistencia a la flexión” en el Capítulo 3 para una mejor descripción de este procedimiento. Densidad (peso unitario) y rendimiento volumétrico (ASTM C 138)

El rendimiento volumétrico es el volumen de una mezcla de concreto fresco producida con cantidades

Fig. 2.6— Para determinar el peso unitario del concreto en la obra debe pesarse un recipiente lleno de concreto, restar el peso del recipiente vacío y dividirlo por el volumen del recipiente.

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conocidas de ingredientes y se obtiene como el peso total de los ingredientes dividido por el peso unitario, o den­ sidad, de la mezcla de concreto fresco. El rendimiento volumétrico de una tanda de concreto se calcula para confirmar el volumen de la mezcla — indica si una yarda cúbica (1 m3) de concreto elaborada de acuerdo con la dosificación de la mezcla produce una yarda cúbica (1 m3) de concreto cuando se despacha a la obra. ASTM C 138 utiliza el método del peso unitario para establecer el rendimiento volumétrico. Una mezcla más liviana que lo que establece la dosi­ ficación de la mezcla puede significar: 1. que los materiales hayan cambiado (gravedad específica más baja), 2. mayor contenido de aire, 3. mayor contenido de agua, 4. variación en la dosificación de los ingredientes o 5. menor contenido de cemento. Antes de cuestionar el rendimiento volumétrico, el contratista y el productor de la mezcla de concreto premezclado deben revisar la densidad en obra. Este ensayo requiere pesar un volumen conocido de concreto (1/4 a 1 pie3 [7 a 28 litros]) proveniente de una tanda y compararlo con el peso real de la tanda. (Fig. 2.6) El laboratorio de ensayos debe pesar y guardar el peso de cada cilindro junto con los datos de cada ensayo de resistencia. Esto es útil para revisar el rendimiento volumétrico y su uniformidad. Cem ento Especificaciones del proyecto para el cemento

Casi todas la especificaciones de proyecto incluyen especificaciones para el cemento pórtland exigiendo cumplimiento ya sea con la norma ASTM C 150 “Stan­ dard Specification for Pórtland Cement” o con la norma ASTM C 1157 “Standard Specification for Hydraulic Cements.” Algunas especificaciones incluyen también especifi­ caciones para cementos adicionados los cuales requieren cumplir la norma ASTM C 595 “Standard Specification for Blended Hydraulic Cements.” Los cementos adicio­ nados son usualmente una mezcla de cemento pórtland con una puzolana (generalmente ceniza volante), desig­ nado Tipo IP, o la combinación de cemento pórtland con escoria de alto homo finamente molida, designado Tipo IS. Para lograr una mezcla uniforme del concreto, la ceniza volante o la escoria molida se muelen al tiempo con el cemento pórtland. Producción del cemento pórtland

Los ingredientes básicos del cemento pórtland son piedra caliza y arcilla o pizarra. Estas materias primas se contienen elementos como calcio, sílice, hierro y

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alúmina, que constituyen los componentes químicos del cemento. Las materias primas se dosifican para controlar la composición química y se hornean para formar el clinker. Una vez se enfría el clinker es molido adicionando un pequeño porcentaje de yeso. El producto final es el cemento pórtland, el cual cuando se mezcla con agua produce la reacción química de hidratación que forma la pasta de cemento endurecida. El yeso actúa como regulador del tiempo de fraguado. Tipos básicos del cemento pórtland

Existen cinco tipos básicos de cemento pórtland, denominados por su tipo: Tipo I — Es el cemento de uso general que se utiliza en la mayoría de los concretos. Tipo I I — Se usa generalmente cuando se necesita reducir el calor de la hidratación (en cimentaciones masivas, por ejemplo) o cuando se desea una moderada resistencia a los sulfatos. El cemento Tipo II tiene usual­ mente una menor resistencia inicial que el Tipo I. Los cementos Tipo I/II llenan los requisitos de Tipo I y Tipo II simultáneamente y pueden ser utilizados cuando se especifica cualquiera de los dos. Tipo I I I — Es un cemento de alta resistencia inicial. En una comparación muy aproximada, el Tipo III al­ canza en un día la resistencia que el Tipo I alcanza en tres días e igualmente el Tipo III alcanza en 7 días la resistencia que el Tipo I alcanza en 28 días. Después de dos o tres meses, la diferencia en las resistencias a largo plazo es mínima. Tipo I V — Es un cemento de bajo calor de hi­ dratación, limitando su uso a estructuras masivas como las presas. En los Tipos I, II y III el aumento en el calor de hidratación puede producir daño dentro del concreto. El Tipo IV tiene una menor resistencia inicial que los Tipos I, II, III o V. Tipo V — Es un cemento resistente a sulfatos, limi­ tando su uso a suelos altamente sulfatados o cuando hay sulfatos presentes en forma de solución o en el agua freática. El cemento Tipo V puede tener menor resis­ tencia inicial que los Tipo I, II y III. Los cementos Tipo IV y V pueden estar limitados por su disponibilidad. Cuando se especifique uno de estos cementos el contratista debe verificar su disponibilidad, verificar costos adicionales y las alternativas posibles de cementos adicionados que puedan ser aceptados, bien sean, por su disponibilidad o por economía. Cementos de aire incorporado — Contienen un agente para incorporar aire y se denominan agregando una A al Tipo. Algunos fabricantes producen cementos Tipo IA, HA y IIIA. La necesidad de cementos de aire incorporado ha sido ampliamente reemplazada por el

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uso de aditivos incorporadores de aire y no se producen tan ampliamente como antes. O tros m ateriales cem entantes Varios materiales se pueden combinar con el cemento pórtland para completar el total del contenido cemen­ tante de la mezcla de concreto. Ceniza volante

La ceniza volante es un subproducto de la com­ bustión del carbón y está clasificada como puzolana. Las partículas de ceniza volante son de forma esférica y generalmente más finas que las del cemento. La ceniza volante a granel es muy similar al cemento en apariencia y en sus propiedades físicas y químicas. Cuando se usa con cemento para una mezcla de con­ creto la ceniza volante reacciona con el hidróxido de calcio, un producto químico derivado de la hidratación del cemento, produciendo la misma adherencia que el cemento pórtland. A través de ésta reacción "puzolánica" la ceniza volante se convierte en una parte del total de material cementante. Cuando se utiliza ceniza volante en el concreto, el fin es reemplazar parte del contenido de cemento pórtland. Como las reacciones varían la mezcla debe dosificarse específicamente para el cemento y la ceniza volante que se emplearán. En el concreto generalmente se utilizan dos clases de cenizas volantes: Clase C y Clase F. Cenizas volan­ tes Clase F se utilizan en concretos de baja resistencia inicial, pero con ganancia de resistencia posterior y una mayor resistencia al ataque de los químicos. Las cenizas volantes Clase C casi igualan la tasa de ganancia de re­ sistencia del cemento pórtland. La baja resistencia inicial asociada con los concretos con cenizas volantes Clase F puede ser una desventaja en algunas aplicaciones, por ejemplo, en clima frío o en aplicaciones de postensado la baja resistencia inicial demorará el descimbrado o el tensionamiento de los tendones. El concreto con ceniza volante puede ser más económico que el que no la tiene, siempre y cuando estén disponibles. La forma de la partícula de la ceniza volante mejora la manejabilidad del concreto especialmente en las mezclas con bajo contenido de cemento. También es una ayuda en el bombeo del concreto. La mayoría de la cenizas volantes Clase F hacen más resistente el concreto a los sulfatos y a las reacciones alcalinas con el sílice. La ceniza volante usualmente reduce el contenido de aire en los concretos con aire incorporado de tal forma que necesitan mayor cantidad de aditivo incorporador de aire para mantener la cantidad de aire requerida.

CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

Microsílice (humo de sílice)

El microsílice está clasificado también como puzo­ lana y es un subproducto derivado de la producción de metales que contienen silicona. Las partículas de microsílice son 1/100 del tamaño de las partículas de cemento. Por su extremada finura los métodos prácticos para adicionar microsílice al concreto son en forma de fluido o por compactación. El beneficio primordial del microsílice es un aumento de la durabilidad. Aumenta la protección contra la co­ rrosión del refuerzo al hacer el concreto menos perme­ able dando como resultado una mayor resistencia a la penetración de agentes agresivos como los cloruros. La mayor aplicación del microsílice es en los con­ cretos de alta resistencia. Resistencias a la compresión de 14000 lb./pulg.2 (100 MPa) o mayores son posibles. Escoria granulada

La escoria granulada finamente molida es también conocida como escoria granulada de alto horno o cemento de escoria y se utiliza como un reemplazo parcial del cemento. Aunque no está clasificada como puzolana, tiene cualidades cementantes y puzolánicas aumentando la resistencia a los sulfatos, reduciendo la permeabilidad e incrementando la resistencia a largo plazo. Puede ser utilizada para producir un concreto de color claro. Agua para la m ezcla La calidad del agua en la mezcla del concreto es rara vez un problema. Como regla general el agua que se puede beber es adecuada de tal forma que el agua que proviene de los acueductos municipales debe ser acep­ table. Si tienen sabor u olor obvios esto es una alerta y se deben hacer ensayos. Los criterios para ensayar aguas que no sean apropia­ das están explicados en la norma ASTM C 94 “Standard Specification for Ready-Mixed Concrete.” Los ensayos principales son resistencia inicial a los 7 días de cubos de mortero y tiempo de fraguado. El control de la cantidad de agua en la mezcla es de primordial importancia para asegurar la calidad deseada del concreto. El agua tiene dos propósitos: combinarse químicamente con el cemento y proveer la manejabilidad necesaria. La reacción química del agua con el cemento es llamada hidratación. Durante la reacción la pasta de cemento genera calor mientras se une con los agregados y se conoce como calor de hidratación. En un rango nor­ mal de mezclas el agua requerida para la hidratación del cemento es menos de la mitad de la cantidad total de agua que se requiere para lograr la manejabilidad. En términos de hidratación del cemento, cerca de la mitad de agua en el

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EL A G R E G A D O DEBE M A N TEN E R S E LIM PIO Aunque el agregado es un relleno inerte en la mezcla de concreto, debe ser apropiado para producir un concreto de buena calidad. Algunos materiales que son perjudiciales o que están restringidos o prohibidos por las especificaciones del agregado son: • Terrones de arcilla y partículas que se desmoronan fácilmente Las partículas no sólidas afectan el manejo y la durabilidad del concreto, producen defectos y aumentan la demanda de agua de la mezcla. • Carbón y lignito Afectan la apariencia, producen defectos y causan dificultades con el aire incorporado. • Materiales que pasan el tamiz 200 Afectan la adherencia de la pasta del concreto al agregado e incrementan la demanda de agua. • Partículas blandas Reducen la durabilidad y la dureza superficial • Agata o calcedonia de peso ligero Disminuyen la durabilidad y son la causa principal de vacíos en la superficie del concreto.

concreto es agua en exceso. La mejor calidad de concreto se obtiene cuando el exceso de agua requerida para la lograr la manejabilidad se mantiene dentro del mínimo posible. Relación agua-m aterial cem entante’ El cemento y el agua producen una pasta que une los agregados entre sí en el concreto endurecido. Mientras más fuerte y menos porosa sea la pasta de cemento, más fuerte y más durable será el concreto. Cualquier cantidad de agua que no se requiera para lograr la manejabilidad simplemente diluye la pasta de cemento debilitándola y haciéndola más porosa. Con este principio en mente, la relación agua-materiales cementantes se abrevia como a!me y se usa como base para establecer la dosificación adecuada de la mezcla de concreto. Como el concreto es usualmente dosificado por peso, la relación atme es usualmente calculada en libras de agua por libra de material cementante (kg de agua por kg de material cementante). Si la mezcla contiene 300 Ib. (134 kg) de agua, 464 Ib. (210 kg) de material ce­ mentante y 100 Ib. (45 kg) de ceniza volante la relación a!me será así:

Fig. 2.7— Un corte pulido a través del concreto muestra el agregado como relleno de la mezcla unido entre sí por la pasta de de cemento.

300/(464 + 100) = 0.53 [134/(210 + 45) = 0.53] Debe recordarse que a mayor relación atme más baja es la resistencia y que esto afecta también otras propie­ dades del concreto. *La denominación relación agua-materiales cementantes es más correcta que relación agua-cemento, que se llamaba así porque el cemento pórtland era el único ingrediente en las mezclas de concreto donde el cemento reac­ ciona químicamente con el agua para formar el agente cementante. Con el advenimiento de las puzolanas, las cenizas volantes y el microsílice como materiales cementantes, es más apropiado referirse entonces a la relación agua-materiales cementantes. En la literatura de ACI la relación agua-ma­ teriales cementantes es abreviada como almc cuando cualquier otro material cementante se utiliza con el cemento pórtland. A no ser que se especifique de otra manera en el texto, la Guía del Contratista usa la abreviatura almc para referirse a la relación agua-materiales cementantes.

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Fig. 2.8— La gradación de ambos agregados (grueso y fino) se mide utilizando una zaranda estándar. Para determinar la gradación de una muestra de arena los tamices deben ser apilados con el tamiz # 4 (4 aberturas por pulgada) en la parte superior. Cuando la zaranda se agita las partículas de arena se separan de acuerdo con su tamaño en cada uno de los tamices.

A gregados Los agregados tienen mucha importancia en la mezcla como materiales inertes de relleno. No forman parte de las reacciones químicas que hacen que la pasta de ce-

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Fig. 2.9 - Cuarto de control de una planta productora donde el operador puede vigilar el peso de los materiales y la inclusión de aditivos (Fotografía cortesía de Automated Control Technologies, Inc. y Stephens Manufacturing Co.)

mentó endurezca. Afectan la calidad del concreto debido a la solidez de las partículas del agregado y su gradación. El concreto expuesto a condiciones tales como abrasión severa o temperaturas altas sostenidas puede requerir agregados especiales. Sin embargo, en la gran mayoría de las condiciones se pueden cumplir los requisitos con m ateriales norm ales y buenos procedim ientos de construcción. C oncretos con agregados bien gradados y correctamente dosificados requieren menos pasta de cemento para cubrir las partículas de agregado y son más económicos que una mezcla con agregados mal gradados (Fig. 2.7). El tamiz de 1/4 de pulg. (6 mm) es el punto de división entre el agregado grueso y el fino (Fig. 2.8). El agregado fino pasa el tamiz de 1/4 de pulg. (6 mm) y el agregado grueso es retenido en él. La norma ASTM C 33 "Standard Specification for Concrete Aggregates" contiene las especificaciones de gradación para ambos agregados, fino y grueso. ASTM C 33 también restringe los materiales que pueden ser perjudiciales para el concreto tales como partículas de materia orgánica y agregados blandos o altamente porosos. Aunque la gradación de partículas grandes a pequeñas es importante tanto para los agregados gruesos como fi­ nos, la gradación del agregado fino tiene el mayor efecto en la calidad del concreto para colocación y acabado. Mezclas más arenosas o mezclas con arenas muy finas requieren mayor cantidad de agua y resultar más pega­ josas y difíciles para darles acabado. Mezclas con poca cantidad de arena o con arenas gruesas pueden producir una mayor exudación o un acabado áspero o rugoso. Esto ocurre más fácilmente con arenas de trituración que con arenas naturales. El aire incorporado es muy útil para reducir la aspereza de la mezcla y compensar en parte

CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

la ausencia de arenas muy finas. Una gradación ideal está cerca del promedio de los límites de las especificaciones. Algunas áreas del país (Estados Unidos) no disponen de buenas fuentes de agregados gruesos y finos bien gradados. Muchos contratistas compensan la situación sustituyendo las arenas finas por agregado grueso de 1/4 ó de 3/8 de pulgada (6 ó 9,5 mm). Esta es una práctica extremadamente inconveniente. Los agregados de buena gradación resuelven muchos problemas de la mezcla de concreto. El tamaño máximo del agregado grueso usualmente se especifica para cumplir los requisitos del proyecto. Como regla general, el tamaño máximo del agregado es limitado a menos de un 1/4 del espacio entre encofrados laterales, 3/4 del espacio entre las barras de refuerzo o un 1/3 del espesor de la losa contra el terreno. Los tamaños máximos del agregado usuales son: 3/8, 3/4, 1 o 1-1/2 pulg. (9.5,19,25 y 38 mm). Como regla general, una mezcla que utilice el agregado con la partícula más grande que se permite es el más económico, aunque el máximo tamaño recomendado para un concreto de alta resistencia debe ser de 3/4 de pulg. (19 mm) o menor. Debido a la diferencia en la forma de las partículas, las mezclas con agregados triturados usualmente requieren un mayor contenido de arena y un poco más de agua para mejorar la manejabilidad en comparación con mezclas fabricadas con agregados de grava redondeada. En ausencia de agregados con buena gradación, grue­ sos o finos, la utilización de un agregado intermedio debe ser considerada una opción para mejorar la gradación de los agregados combinados. Muchos proveedores de concreto almacenan agrega­ dos con tamaño máximo nominal de 3/8 de pulg. (9.5 mm) y usan éste u otros agregados intermedios en cantidades adecuadas para mejorar la gradación de los agregados combinados. Para determinar si los agregados son de buena gra­ dación es necesario saber la gradación del agregado combinado. Para conseguir esto, la dosificación de la mezcla de concreto debe mostrar, para cada agregado los porcentajes típicos que pasan por los tamices: 2, 1-1/2, 1,3/4,1/2 y 3/8 de pulg. (50,38,25,19,12.5 y 9.5 mm) y # 4, # 8, # 16, # 30, # 50, # 100 y # 200 además de la gravedad específica de cada agregado. A ditivos Los aditivos, cuando se usan adecuadamente, pueden aumentar la resistencia inicial, la resistencia final, acelerar o retardar el tiempo de fraguado, aumenta la manejabilidad, mejorar la uniformidad, reducir la permeabilidad y aumen­ tar la durabilidad. Las normas ASTM C 494, ASTM C 1017

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Tabla 2.1— Contenido de aire recom endado para concreto resistente al congelam iento Tamaño máximo del agregado en pulg. (mm)

Contenido de aire promedio (porcentaje)' Exposición Severa1

Exposición Moderada*

3/8 (9.5)

7.5

6

1/2(12.5)

7

5.5

3/4 (19)

6

5

1-1/2(38)

5.5

4.5

3(75)

4.5

3.5

6(150)

4

3

*Una tolerancia razonable para el contenido de aire es ± 1.5 % Exposición a la intemperie cuando el concreto está en contacto casi permanente con la humedad antes de congelarse o cuando se utilizan sales descongelantes. Los ejemplos son: pavimentos, puentes, andenes y tanques de agua. Exposición a la intemperie en climas fríos donde el concreto va a estar expuesto ocasionalmente a la humedad previamente a la congelación y cuando no se utilizan sales descongelantes. Ejemplos de esto son: muros exteriores, vigas, vigas maestras y losas que no están en contacto directo con el suelo.

Fig. 2.10 - Esta fotografía ilustra la diferencia en asentamiento antes y después de la adición de un superplastificante.

y ASTM C 260, respectivamente, son las que regulan las especificaciones de los aditivos químicos para concretos fluidos y agentes inclusores de aire. Estos aditivos usual­ mente se adicionan en la planta (Fig. 2.9). Se adicionan a la mezcla en cantidades medidas en forma líquida. Reductores de agua

Las aditivos reductores de agua, mejoran la manejabi­ lidad del concreto haciendo posible reducir la cantidad de agua en un 5% o más. Como la resistencia se regula por medio de la relación almc, el contenido de cemento puede ser reducido en la misma proporción del agua, conservando la manejabilidad y la resistencia. Los re­ ductores de agua de rango medio ofrecen reducir el agua un 5 a 18%, proporcionan una excelente manejabilidad, una buena capacidad de bombeo y un acabado excelente. Algunos reductores de agua tienden a aumentar el contenido de aire en los concretos con aire incorpo­ rado. Por consiguiente, el agente inclusor de aire debe ajustarse de acuerdo con las circunstancias (probable­ mente debe reducirse en algo cercano a un 1/3). Algu­ nos reductores de agua causan retardos menores en el fraguado con frecuencia. Reductores de Agua de alto rango

Conocidos comúnmente como superplastificantes, los reductores de agua de alto rango pueden reducir el agua de la mezcla aún más de 30% (Fig. 2.10). Estos agentes tienen la conveniencia de proporcionar un concreto de asentamiento alto sin desmejorar la resistencia, mayor tiempo de espera para el acabado o segregación que 22

Tabla 2.1 adaptada de ACI 201.2R, "Guide to Durable Concrete”

ocurriría si se tuviera que agregar más agua a la mezcla. El aumento del asentamiento es solamente temporal. La mezcla perderá gradualmente el asentamiento. Para ob­ tener el beneficio de un superplastificante el contratista debe estar listo al momento que el mayor asentamiento esté disponible. La adición de un superplastificante pu­ ede convertir un asentamiento de 2 pulg. (50 mm) en uno de 7 a 9 pulg. (180 a 230 mm). Los superplastificantes se consiguen para ser adicionados en obra o en la planta desde donde se despachan las tandas de concreto. Aditivos retardantes

Los aditivos retardantes se utilizan generalmente en climas cálidos para extender el tiempo de fraguado, permitiendo más tiempo para la colocación y el acabado, causando colateralmente una reducción de la resistencia inicial. Una sobredosis del retardante, especialmente en mezclas con cenizas volantes, puede causar un retardo demasiado largo (toda la noche o más). Aditivos acelerantes

Los aditivos acelerantes se utilizan para acortar el tiempo de fraguado o para producir una resistencia ini­ cial alta. Son utilizados en climas fríos por lo general. El cloruro de calcio es el acelerante de menor costo y más eficaz. Sin embargo en años recientes, han surgido inquietudes muy serias respecto a si contribuye a la co­ rrosión del acero de refuerzo en el concreto reforzado. Su uso en concretos no reforzados no reviste duda. Es prohibido usarlo en concretos preesforzados. El regla­ mento ACI 318 restringe su uso con base en el contenido

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Tabla 2.2— C o rrespondencia entre la relación agua-m aterial cem entante (alme) y la resistencia a la com presión del concreto Resistencia a la com­ presión a los 28 días en lb./pulg.2 (MPa) 6000(42) 5000 (35) 4000 (28) 3000 (21) 2000 (14)

Relación agua-material cementante, por peso Concreto sin aire-incorporado

Concreto con aire-incorporado

0.41 0.48 0.57 0.68 0.82

0.40 0.48 0.59 0.74

—

Tabla 2.3— M áxim a relación agua-m aterial cem entante (a/m c) para diferentes clases de exposición

Tipo de estructura

Estructura húmeda continuamente o expuesta frecuentemente a congelación y deshielo

Estructura expuesta a agua de mar o sulfatos

Secciones delgadas (pasamanos, bordillos, dinteles o antepechos, salientes y trabajo ornamental) y sec­ ciones de menos de 1 pulg. (25 mm) de recubrimiento al acero

0.45

0.40

Todas las demás estructuras

0.50

0.45

Cuando la relación agua-material cementante requerida por resistencia difiere de la máxima relación por durabilidad, se utiliza la relación más baja. El concreto expuesto al congelamiento, siempre debe tener aire incorporado. La resistencia se basa en la resistencia promedio de cilindros fabricados, curados y ensayados de acuerdo con ASTM C 31 y C 39 para verificar la dosificación de la mezcla. Estos cilindros se fabrican en la obra, se almacenan en la obra bajo condiciones de humedad y temperatura controladas y posteriormente se curan en laboratorio hasta el momento del ensayo. Si el cemento usado es Tipo II o V para exposición a sulfatos o agua de mar, la relación agua-material cementante debe ser incrementada en 0.05. Las Tablas 2.2 y 2.3 se adaptaron de ACI 211.1.

de iones de cloro permisible en el concreto. Deben estudiarse cuidadosamente las especificacio­ nes del proyecto antes de utilizar cualquier acelerante o reductor de agua que contenga cloruros. Siempre hay disponibles acelerantes sin cloruros, aunque son más costosos y menos efectivos que el cloruro de calcio. También son menos efectivos que el cemento Tipo III en producir resistencia inicial alta. Otra manera de lograr una resistencia inicial alta es utilizar cemento adicional. Reductores de agua retardantes

Reductores de agua y aditivo retardante se combinan frecuentemente en el mismo aditivo. Reductores de agua acelerantes

Reductores de agua y aditivo acelerante se combinan frecuentemente en el mismo aditivo.. Agentes incorporadores de aire

Además de ser esenciales para la durabilidad cuando el concreto está expuesto al congelamiento y al deshielo y a la aplicación de sales descongelantes (Tabla 2.1). El aire incorporado beneficia al concreto de otras maneras. Las burbujas microscópicas de aire distribuidas dentro de la pasta de cemento hacen al concreto más manejable permitiendo una reducción del contenido de agua. La mezcla se adhiere entre sí, es más uniforme y se reduce la segregación. El aire incorporado reduce la exudación, hace que las mezclas más secas sean fáciles de acabar, aumenta la facilidad de bombeo y contribuye a la impermeabilidad del concreto endurecido. Aunque el aire incorporado es generalmente benefi­ CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

cioso para el concreto, demasiado aire puede debilitarlo y hacerlo menos durable. Quien redacta las especifica­ ciones debe establecer los requisitos de desempeño para permeabilidad y retracción de fraguado para asegurar que la adecuada cantidad de aire en el concreto queda consignada en las especificaciones. El concreto con aire incorporado de peso normal no debe utilizarse para trabajos de losas sobre el piso interiores porque serán difíciles de terminar con llana. Otros aditivos

Varios tipos de aditivos se pueden conseguir a través de los fabricantes, tales como reductores de retracción de fraguado o aditivos inhibidores de cloruros. Las recomendaciones sobre este tema se pueden obtener de los fabricantes. D osificación de la m ezcla de concreto' El procedimiento más frecuentemente referenciado en las especificaciones es el incluido en el documento ACI 211.1 “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete.”Este pro­ cedimiento, seguido paso a paso, permite que la mezcla se dosifique adecuadamente para cumplir los requisitos de cualquier proyecto. La dosificación de la mezcla refleja los requisitos para: • Resistencia a la compresión (basada en la relación

a/mc). • Durabilidad (incluyendo requisitos de aire incorpo­ rado, resistencia a la compresión y tipo de cemento). • Asentamiento (basado en la manejabilidad mínima ‘Algunos se refieren como diseño de la mezcla en vez de dosificación de ¡a mezcla. El término dosificación es utilizado en este documento.

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Tabla 2.4— Ejem plos de m ezclas de concreto (sin aire incorporado) Mezcla # 1

Mezcla #2

Mezcla #3

Gravedad específica

Volumen absoluto, * pie3

Ingredientes, lb/yd.3

Volumen absoluto, * pie3

Ingredientes, lb/yd.3

Volumen absoluto, * pie3

Ingredientes, lb/yd.3

Cemento, Ib.

3.15

2.88

566

2.65

521

1.98

390

Ceniza volante, Ib.

2.40

0

0

0

0

1.00

150

Arena, SSS, Ib.

2.65

7.5

1240

8.12

1343

7.79

1288

Agregado grueso, SSS, Ib.

2.60

11.54

1872

11.54

1872

11.54

1872

Agua, Ib.

1.00

4.81

300

4.42

276

4.42

276

0.27

—

Aire, %

—

0.27

Aditivo reductor de agua,* oz. .

—

—

0

—

31.3

—

32.4

Peso de la mezcla, Ib

—

—

3978

—

4012

—

3976

—

147.3

—

148.6

—

147.3

—

0.53

—

0.53

—

0.51

Densidad, lb/pie3 a/mc

—

0.27

—

—

*27 ft3= 1 yd.3 = 0.729 m3, 1 Ib. = 0.453 kg, 1 oz. = 28.3 g = 0.0283 kg, 1 lb./pie3 = 16 kg/m3, 1 lb./yd.3 = 0.62 kg/m3. 'Dosis supuesta para producir un 8% de reducción de agua. Notas: Aire-incorporado = 1%. Ajuste del peso para corregir rendimiento volumétrico basado en densidad medida.

Tabla 2.5— Ejem plo de M ezcla #1 de concreto (sin aire incorporado), efecto de la hum edad libre de los agregados (HLA) en los pesos de la tanda

Gravedad específica

Volumen absoluto, pie3

Ingredientes Tanda A, lb/yd.3

Arena HLA 0% Grava 0% (SSS)

Ingredien-tes Tanda B, Ib./ yd.3

Cemento, Ib.

3.15

2.88

566

—

566

Ceniza volante. Ib.

2.40

0

0

Arena, SSS, Ib.

2.65

7.5

1240

Grava, SSS, Ib.

2.60

11.54

1872

Agua, Ib.

1.00

4.81

300

0.27

—

—

Aire, %

Arena HLA 0% Grava 0% (seca) —

Ingredientes Tanda C, lb./yd.3 566

Arena HLA 0% Grava 0% (normal) - -

Ingredientes Tanda D, lb./yd.3 566

Arena HLA 0% Grava 0% (húmeda) —

0

—

0

—

0

—

0

1278

38

1305

65

1333

93

0

1872

0

1872

0

1891

—

262

—

—

—

235 —

19

—

188

—

—

—

—

Aditivo reduc­ tor de agua, oz.

—

—

0

—

0

—

0

—

0

—

Peso de la mezcla, Ib.

—

—

3978

—

3978

—

3978

—

3978

—

Densidad, lb./pie3

—

—

147.3

—

147.3

—

147.3

—

147.3

—

a/mc

0.53

0.53

0.53

0.53

Notas: 1 - Peso de la tanda = peso SSS / (1 -HLA) 2 - Ajuste del peso para corregir rendimiento volumétrico 27 ft3 = 1 yd.3 = 0.729 m3, 1 Ib. = 0.453 kg, 1 oz. = 28.3 g = 0.0283 kg, 1 lb./pie3 = 16 kg/m3, 1 lb./yd.3 = 0.62 kg/m3.

según el método de colocación). • Tamaño máximo del agregado (limitado por las dimensiones de la sección y el espaciamiento del refuerzo). Si la retracción de fraguado es una preocupación debe utilizarse una menor cantidad de cemento y un agregado más grande. El contratista debe discutir estos puntos específicos con el profesional facultado para diseñar. 24

La mezcla correcta para la obra

Tomemos un ejemplo de una mezcla dosificada para un propósito específico: una losa sobre el terreno de un edificio comercial que no tendrá tráfico pesado, ni estará sometida a congelación o deshielo. Si el concreto se coloca sin vibración, ACI 211.1 recomienda un asenta­ miento máximo de 4 pulg. (100 mm). El tamaño máximo

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del agregado está limitado a 1/3 del espesor de la losa. Si la losa tiene 5 pulg. (125 mm) o más de espesor, un agregado de 1-1/2 pulg. (38 mm) puede utilizarse. Cuando la congelación o el deshielo no son un problema, la relación a/mc se basa en la resistencia a la compresión* requerida para un concreto sin aire incorporado. Para nuestro ejemplo, supongamos que la resistencia especificada es 4000 lb./pulg.2 (28 MPa). La tabla donde se selecciona la relación almc está basada en la resistencia promedio. Con un control ex­ celente la resistencia promedio requerida para cumplir con 4000 lb./pulg.2 (28 MPa) será aproximadamente 4500 lb./pulg.2 (32 MPa). Controles menos rigurosos (un rango más amplio de resultados de resistencia) au­ mentan el promedio de resistencia requerida. (Véase la sección “Puntos para confirmar en la especificaciones” en el Capítulo 3). En la Tabla 2.2 la máxima relación a/mc para un promedio de resistencia de 4500 lb./pulg.2 (32 MPa) es 0.53. Tomando la información de ACI 211.1 se puede calcular la cantidad de agua necesaria por yarda cúbica (m3) para agregados triturados de roca o gravillas y varios asentamientos. Para un asentamiento de 4 pulg. (100 mm), utilizando agregado triturado de 1-1/2 pulg. (38 mm) son 300 Ib. (134 kg) de agua. El contenido de cemento sería entonces 300/0.53 = 566 lb./yd.3.(134/0.53 = 253 kg/yd.3 equivalente a 350 kg/m3) También utilizando este documento de ACI pueden hacerse estimativos similares para agregados gruesos y finos en dosificaciones por peso. Es importante que el contratista conozca la variedad de mezclas disponibles para el mismo tipo de obra y tenga en cuenta los ajustes que se pueden hacer a una mezcla para mejorar las condiciones de colocación y acabado en la obra. La mezcla #1 de la Tabla 2.4 es un ejemplo típico de dosificación de una mezcla en el laboratorio utilizando el procedimiento de ACI 211.1. El peso de la tanda de mezcla preparada por el laboratorio normalmente se determina para los agregados saturados pero superfi­ cialmente secos (SSS). Esta es una medida de control importante. El agregado ha absorbido toda la humedad que puede absorber pero no hay humedad libre en las partículas del agregado. En la obra, donde la condición de saturado superfi­ cialmente seco de los agregados no existe la humedad libre de la superficie de los agregados se convierte en parte del agua de la mezcla. El peso de los agregados de la mezcla debe incrementarse y el peso del agua para la mezcla debe reducirse en la misma cantidad para ^Las especificaciones del proyecto pueden requerir requisitos de desempeño en la dosificación de la mezcla, tales como: permeabilidad, retracción del fraguado, además de resistencia a la compresión, todos los cuales influyen en la dosificación de la mezcla.

CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

compensar la humedad libre de los agregados. (Se debe hacer un ajuste al contrario cuando el agregado está muy seco y absorbe humedad de la mezcla). Humedad libre en los agregados (Tabla 2.5)

En la Tabla 2.5 se ilustra el efecto de la humedad libre en los agregados de la mezcla por peso para la Mezcla # 1 de la tabla 2.4. La tanda A muestra el peso de la misma si los agregados están en una condición de saturados y superficialmente secos (SSS). La tanda B, muestra el peso de la misma si los agregados están relativamente secos. La tanda C muestra el peso de una condición normal y relativamente frecuente. La tanda D muestra el peso de la misma si los agregados están relativamente húmedos. Debe notarse que la relación almc es la m ism a para todas las tandas porque representan una misma mezcla a pesar de la variación en el agua de las tandas para compensar la humedad libre de los agregados. (En la Tabla 2.5 HLA=humedad libre en los agregados). La humedad libre en los agregados, particularmente en la arena, puede variar significativamente y el uso incorrecto del contenido de humedad en los pesos de las tandas es la principal razón de las variaciones del asentamiento. Reductor de agua (Tabla 2.4, Mezcla #2)

Cuando se usa un reductor de agua se puede obtener un determinado asentamiento con menos agua en la mezcla, dependiendo del tipo y dosis del aditivo o de las combinaciones de aditivos utilizadas. En la Tabla 2.4, la Mezcla # 2, incorpora un aditivo reductor de agua que reduce el agua en 8%. La tabla muestra el efecto sobre el cemento, el agregado y el agua, para producir una mezcla similar en volumen absoluto, relación almc y asentamiento que la Mezcla # 1. La resistencia a los 28 días de la Mezcla # 2 puede ser mayor que la de la Mezcla # 1 y el tiempo de fraguado puede ser mayor. Si se está contemplando utilizar un aditivo acelerante debe considerarse utilizar la Mezcla # 1 después de verificar que producirá la resistencia adecuada. Ceniza volante (Tabla 2.4, Mezcla #3)

Debido a que la ceniza volante es generalmente menos costosa que el cemento el costo de la mezcla puede reducirse si la ceniza volante substituye parte del cemento. A las mezclas que contienen ceniza volante generalmente se les incorpora un reductor de agua. La ceniza volante con relación al total del material cemen­ tante debe estar entre 15 y 30%. En la Tabla 2.4 la Mezcla #3 incluye un aditivo reduc­ tor de agua y ceniza volante para un total del 28% del material cementante. La Tabla muestra el efecto sobre 25

el cemento, el agregado y el agua para producir una mezcla semejante en volumen absoluto, relación almc y asentamiento a las Mezclas #1 y #2. En esta discusión se supone que las reducciones de agua para las Mezclas #2 y #3 son similares, aunque la incorporación de ceniza volante produce una reducción adicional de agua para un asentamiento dado. La resistencia a los 28 días de la Mezcla # 3 será simi­ lar a la # 1 y # 2 y el tiempo de fraguado puede ser más prologado. La resistencia inicial en la obra y el tiempo de fraguado de las mezclas con cenizas volantes debe ensayarse para determinar si es compatible con la apli­ cación. En climas fríos el menor contenido de cemento y las características inherentes de muchos reductores de agua y de las cenizas volantes pueden ocasionar un retardo excesivo. Si se contempla la posibilidad de utilizar un aditivo acelerante debe considerarse utilizar la Mezcla # 1 después de verificar que producirá la resistencia adecuada. La incorporación de ceniza volante, particularmente de la Clase F, aumenta la dificultad para producir un con­ creto con un contenido de aire consistente, se necesitan mediciones más frecuentes de la densidad y el contenido de aire para vigilar el contenido de aire y hacer los ajustes necesarios en la dosificación del aditivo incorporador de aire. Si la uniformidad del color del concreto constituye motivo de preocupación la consistencia del color y la dependencia en el proveedor deben garantizarse antes de su utilización. La ceniza volante usualmente mejora la manejabili­ dad, el bombeo y el acabado especialmente en mezclas pobres. También mejoran la resistencia a los sulfatos (con ceniza Clase F) y la resistencia a las reacciones alcalinas de los agregados. Ajustes al aire incorporado

Las mezclas con aire incorporado son dosificadas uti­ lizando los mismos procedimientos que para las mezclas que no contiene aire incorporado. La Tabla 2.2 relaciona la almc con la resistencia y la Tabla 2.3 relaciona la almc con las condiciones de exposición del concreto con aire incorporado. Se utiliza un agente incorporador de aire para incre­ mentar el contenido de aire y esto aumenta el asenta­ miento y el rendimiento volumétrico reduciendo el peso unitario. Para corregir el rendimiento volumétrico de la mezcla y restituir el asentamiento es necesario reducir los contenidos de arena y agua. La reducción del agua si el contenido de aire ha sido incrementado de 1 a 6% por ciento es de aproximadamente 25 lb./yd.3 (15.5 kg/ m3) mientras que la reducción de arena debe ser de 150 Ib./ yd.3 (93 kg/m3) comparada con la de la Mezcla # 1

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(Tabla 2.4). Incorporar aire al concreto sin ajustar la mezcla re­ duce la resistencia generalmente. La reducción en el con­ tenido de agua para restituir el asentamiento compensa en parte la reducción de la resistencia especialmente en mezclas pobres con una resistencia hasta de 3500 Ib./ pulg.2 (25 MPa). Por encima de las 3500 Ib./pulg.2 (25 MPa) de resistencia es necesario generalmente aumentar el contenido de cemento especialmente si la resistencia especificada excede las 4000 lb./pulg.2 (28 MPa) pero hay que tener un mejor control del contenido de aire. El refinamiento tecnológico en procesos de produc­ ción motiva los cambios en las propiedades de los materiales cementantes, agregados y aditivos. Estos cambios pueden promover un aumento significativo del contenido de aire. La vigilancia del contenido de aire debe ser continua siempre que el concreto tenga aire incorporado. Esto es importante porque como se discu­ tió previamente se puede presentar una reducción en la resistencia como resultado del incremento del contenido de aire. Un método simple para vigilar el contenido de aire es pesar los cilindros antes del refrentado y la rotura, anotando los resultados en los registros de resistencia de los cilindros. Para un concreto con aditivos e ingredientes dados existe una relación entre el contenido de aire y el peso unitario (densidad). Los proveedores de concreto de­ ben saber de esta relación. Si no hay indicación que el proceso de la tanda haya sido defectuoso no hay razón para rechazar el concreto porque tenga bajo o alto contenido de aire cuando la densidad medida confirme que la medición del contenido de aire es razonable. Si la relación entre el contenido de aire y la densidad no es razonable el contenido de aire debe ser medido nuevamente después de calibrar el medidor de aire. Es conveniente utilizar una cubeta calibrada para medir la densidad, antes de medir el contenido de aire. A dición de agua en la obra Cuando se adiciona agua en la obra debe tenerse cuidado de no exceder la máxima relación almc. Esta es la primera restricción para la adición del agua en la obra porque está directamente relacionada con la resistencia. La relación almc no se debe exceder aún si el asentamiento es menor que el especificado cuando el concreto se despacha. La adición del agua para ajustar el asentamiento debe vigilarse cuidadosamente.* La mayoría de las especificaciones permiten adicionar agua en la obra solamente una vez antes de la descarga Siguiendo una regla empírica, añadir un galón de agua (3.75 litros) por yarda cúbica (0.729 m3) de concreto, aumenta el asentamiento en una pul­ gada (25 mm) aproximadamente y reduce la resistencia a la compresión en aproximadamente 150 lb./pulg.2 (1 MPa)

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y cuando el asentamiento es menor que el especificado. El agua adicionada se limita a la cantidad requerida para aumentar el asentamiento al nivel especificado por la dosificación de la mezcla. Durante la descarga la manejabilidad solamente puede restituirse volviendo a mezclar sin adicionar agua. Cuando se adicione agua debe tenerse cuidado en no exceder el máximo valor de la relación a¡mc. Después de agregar el agua adicional en la obra el tambor debe rotar 30 revoluciones adicionales, o más, si ello fuese necesario a la velocidad de mezclado. La descarga del concreto debe completarse dentro de una y media horas o antes de que el tambor haya completado 300 revolu­ ciones, lo que suceda primero, desde el momento en que introdujo el agua inicial a la mezcla (no después de que el agua se añadió en la obra). Debido a inevitables variaciones en los tiempos de despacho si un trabajo requiere varias tandas de concreto cada camión puede tener un asentamiento diferente y la adición de agua para ajustar el asentamiento de una carga completa deber ser considerado como parte del proceso de producción del concreto. El proveedor y el contratista deben estar de acuerdo en el número de galones (litros) de agua que pueden añadirse por cada yarda cúbica (m3) y esto debe anotarse en la planilla de despacho. Fraguado inicial Para obtener uniformidad en la calidad del concreto el tiempo del fraguado inicial debe ser predecible. Esto significa que las diferentes tandas de concreto deben pre­ sentar fraguado inicial en el orden en que se colocan y las tandas individuales deben ser uniformes y no mostrar un fraguado inicial irregular. El tiempo de fraguado inicial puede medirse utilizando la norma ASTM C 403, o por el métodos de la depresión del pulgar.

CAPÍTULO 2: La mezcla de concreto

El tiempo de fraguado está relacionado con: Ingredientes de la mezcla, por ejemplo, el tipo y cantidad de cemento y otros materiales cementantes y el tipo y dosificación de los aditivos. Los contratis­ tas deben preveer que al combinar un reductor de agua, o retardante, con un reductor de agua de de­ sempeño medio o de desempeño alto puede causar una variación excesiva en el tiempo de fraguado. También debe tener en cuenta que la variación en el contenido de aire puede dar lugar a un fraguado inicial irregular. Los fraguados iniciales irregulares dan lugar a la aparición de burbujas y separación entre capas de concreto en las losas terminadas con llana. Un retardo excesivo produce retracción plástica y agrietamientos. 2. La temperatura del concreto y las temperaturas ambientales. Las temperaturas ambientales incluyen la del aire, la subbase, encofrados y elementos embebidos tales como el acero de refuerzo. 3. La cantidad de concreto que va a ser colocado. Esto puede variar desde una losa relativamente delgada la cual es afectada notoriamente por la temperatura ambiental, hasta una cimentación relativamente masiva la cual no es afectada perceptiblemente por la temperatura del medio ambiente. 1.

Antes de finalizar una propuesta o firmar un contrato o una orden de compra, quien compra el concreto y el contratista de concreto deben discutir el tiempo de fra­ guado inicial de las mezclas propuestas con el proveedor de concretos para determinar la compatibilidad con el uso y las condiciones de temperatura en la obra y revisar los aditivos si fuese necesario. Véase en el Capítulo 3 la sección titulada “Temperatura del concreto — concreto para clima frío y calido” para mayor información.

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CAPITULO 3: Especificaciones del concreto as especificaciones son una descripción escrita del proyecto y los planos son la representación gráfica del mismo. En conjunto se denominan documentos contractuales. Se complementan entre si y son igualmente importantes. El lenguaje técnico y las abreviaturas utilizadas en las especificaciones escritas muchas veces las hacen difíciles de entender. Por consiguiente, es esencial enviar una copia de las especificaciones al proveedor del concreto premezclado para que no haya confusión acerca de lo que se requiere. Descuidar o no comprender cualquier aspecto de las especificaciones puede conducir a problemas financieros y multas. Las especificaciones son redactadas por profesionales del diseño que incluyen arquitectos, ingenieros y redactores de especificaciones. Lo tradicional consiste en que el propietario contrata al arquitecto y el arquitecto, a su vez, selecciona los ingenieros y redactores de especificaciones para producirlas. El arquitecto es el representante del propietario en las discusiones y responde las preguntas relacionadas con el proyecto. En un proyecto de diseño y construcción conjunta (designbuild) el contratista general contrata al arquitecto y al ingeniero.

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Fuentes de las especificaciones del concreto Las principales fuentes de información para el con­ tenido de las especificaciones de un proyecto son el American Concrete Institute (ACI), la ASTM-Intemational y la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO). Muchas agencias gubernamentales (como los departamentos de transporte estatales, el Army Corps of Engineers y la Federal Aviation Administration) tienen sus propias especificaciones. Las cinco partes del Manual o f Concrete Practice (MCP) del ACI contienen especificaciones, normas, 28

guías, e informes de comités sobre materiales del con­ creto, sus propiedades, diseño y construcción y análisis estructural. El manua \ ACI MCP se publica anualmente. Los documentos incluidos en el MCP son revisados y actualizados periódicamente. El proceso de revisión y actualización refleja la evolución de la industria de la construcción. Las especificaciones de un proyecto re­ quieren que los contratistas utilicen la versión más reci­ ente de los documentos del ACI. Por ejemplo, el nombre completo de ACI 318, es ACI 318-08, esto quiere decir que fue actualizado en el 2008. En la mayoría de las especificaciones se hace referencia al ACI 318 “Building Code Requirements for Structural Concrete” y al ACI 301 “Standard Specifications for Structural Concrete.” Ambos documentos hacen referencia a otras normas y especificaciones de ACI y ASTM. ASTM produce normas y especificaciones para ce­ mento, materiales cementantes, concreto, agregados para concreto, aditivos y ensayo de materiales. El cemento está bajo el dominio del Comité C 1 de ASTM y el con­ creto, los agregados para concreto y los aditivos están bajo el dominio del Comité C 9 de ASTM. Las normas y especificaciones de la ASTM se revisan y actualizan cada 5 años. Las especificaciones requieren que los contratistas utilicen la versión más reciente de los docu­ mentos de ASTM. Por ejemplo, el nombre completo de ASTM C 94, es ASTM C 94-06, lo cual significa que fue actualizada en 2006. La norma ASTM C 94 “Standard Specification for Ready Mixed Concrete” es la piedra angular de la industria del concreto premezclado. Las normas ASTM para cemento, agregados, aditivos, mez­ clas de concreto premezcladas y ensayo de los materiales están referenciadas directamente en las especificaciones del proyecto y además están incluidas en ACI 301 y ACI 318. Otras solamente están referenciadas en ACI 301 y ACI 318.

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Las normas de AASHTO están referenciadas en las especificaciones de los departamentos estatales de transporte. La mayoría de normas de AASHTO son similares a las correspondientes de ASTM pero pueden encontrarse diferencias entre las dos. Muchos estados modifican sus normas por razones específicas. Algunas veces la diferencia tiene por objeto permitir el uso de materiales locales que no reúnen los requisitos de las normas nacionales pero que han tenido un comporta­ miento satisfactorio en el pasado. Una norma de AAS­ HTO o del departamento estatal de transporte puede parecer semejante a la norma correspondiente de ASTM o de ACI. No obstante, deben leerse cuidadosamente para evitar sorpresas desagradables. La Portland Cement Association (PCA) es muy respetada por los redactores de especificaciones y contribuye de forma importante en el desarrollo de las normas para concreto. Las recomendaciones de la PCA en las normas y recomendaciones de práctica estándar de construcción, contenidas en muchas publicaciones al respecto, se utilizan con frecuencia como base en la redacción de las especificaciones. La American Society of Concrete Contractors (ASCC) tiene entre sus miem­ bros contratistas de concreto, arquitectos, ingenieros, proveedores y otras personas que tienen interés en la industria del concreto. El énfasis de este grupo está asociado con “mejorar la capacidad de quienes cons­ truyen con concreto.” La ASCC actúa como el vocero de los contratistas de concreto dentro de la industria del concreto en aspectos prácticos y técnicos. La National Ready Mixed Concrete Association (NRMCA) tiene un personal técnico muy respetado que participa en las organizaciones nacionales que desarrollan normas y que ha publicado numerosos artículos que sirven de referencia. En algunas regiones las asociaciones locales de concreto han desarrollado recomendaciones para el concreto que pueden ser muy útiles a los contratistas de concreto. Los proveedores de concreto premezclado y sus vendedores son un recurso muy valioso para localizar y entender documentos a los cuales se hace referencia en las especificaciones. Tipos de especificaciones Prescriptivas, por desempeño e híbridas

Las especificaciones prescriptivas contienen requisitos específicos que deben cumplir las mezclas de concreto suministradas por los productores de concreto premezclado tales como el contenido de cemento, la resistencia mínima a la comprensión, la relación agua-materiales cementantes, el asentamiento y otras variables. Las especificaciones por desempeño requieren que los productores de concreto premezclado obtengan CAPÍTULO 3: Especificaciones del concreto

una resistencia a la compresión o un contenido de aire incorporado preestablecidos. Este método permite al productor de concreto premezclado una amplia gama de posibilidades al dosificar la mezcla del concreto. Las especificaciones híbridas son una combinación de los requisitos de las dos anteriores. Algunas veces hay confusión si varios aspectos de las especificaciones parecen no concordar. Los productores de concreto rutinariamente identifican los requisitos más estrictos de las especificaciones del concreto y licitan o presentan su propuesta de acuerdo con estos requisitos. Generalmente, el requisito más estricto será el más costoso para producir una mezcla de concreto. La mayoría de los reglamentos de construcción estipulan que se debe utilizar el requisito más estricto, incluyendo el BOCA National Building Code (BOCA) el cual en su edición de 1987, Sección 101.5 “Other Regulations” indica: “Cuando las disposiciones aquí requeridas para salud, seguridad y bienestar, son más restrictivas que otras regulaciones las contenidas en este Reglamento controlan. No obstante, en cualquier caso los requisitos más estrictos del Reglamento de construcción u otras regulaciones aplicaran cuando estén en conflicto.” Los contratistas deben asegurarse que el productor tiene la información necesaria sobre el uso de las mezclas de tal manera que pueda producirse el mejor concreto para cada situación. Puntos para confirmaren las especificaciones Resistencia

La mayoría de las especificaciones incluyen una resistencia especificada para el concreto representada por el símbolo / ' el cual se mide en libras por pulgada cuadrada (lb./pulg.2) o en megapascales (MPa). Amenos que se especifique de otra m a n e ra ,/' es la resistencia a los 28 días de cilindros fabricados, curados, manejados y ensayados de acuerdo con las normas ASTM C 31 y ASTM C 39 [Véase la sección “Ensayos de resistencia a la compresión (ASTM C 31 y ASTM C 39) en el Capítulo 2], Se utilizan ensayos de compresión a los 7 días para determinar la ganancia de resistencia con el tiempo. Los ensayos de resistencia a los 56 días se utilizan para medir la contribución a la resistencia aportada por materiales cementantes que ganan resistencia más lentamente que el cemento. Los métodos para evaluar los ensayos de resistencia de cilindros están descritos en ACI 301 y ACI 318. Los dos requisitos fundamentales son: • El promedio de tres ensayos consecutivos debe igualar o exceder la resistencia especificada. • Ningún ensayo puede tener una resistencia inferior en 29

500 lb./pulg.2 (3.5 MPa) de la resistencia especificada. Un ensayo se define como el promedio de dos cilindros hechos de la misma muestra. (Véase la sec­ ción titulada “Resistencias bajas de los cilindros” en el Capítulo 11). El Reglamento A C I318 utiliza una fórmula estadísti­ ca para calcular la resistencia promedio requerida para cumplir con la resistencia especificada. El parámetro estadístico que mide la diferencia de la resistencia de los ensayos individuales con respecto al promedio de todos los ensayos se conoce como “desviación estándar.” En la medida que la desviación estándar sea mayor se debe usar una resistencia promedio más alta. Para ensayos de aceptación los factores principales que afectan la variación de los resultados son: • Control de calidad en la planta de concreto premezclado. • Control de la adición de agua en la obra. • Cumplimiento con los procedimientos de ensayo de los cilindros de concreto comenzando con los controles en la obra. Las especificaciones requieren usualmente que el contratista disponga un lugar de almacenamiento con temperatura controlada para los especímenes de los ensayos de resistencia a la compresión, los cuales se denominan cilindros. Por ejemplo, con un excelente control de calidad la resistencia promedio requerida para una mezcla de concreto con / j ' de 4000 lb./pulg.2 (28 MPa) podría ser 4400 lb./pulg.2 (31 MPa). Si el control de calidad no es tan bueno el promedio calculado con la fórmula de ACI 318 sería mayor de 5000 lb./pulg.2 (35 MPa). Este rango representa una diferencia en contenido de materiales cementantes de hasta 100 lb./yd.3(62 kg/m3) — un costo extra para el contratista debido al control de calidad deficiente o al uso de procedimientos no convencionales de ensayo del concreto en la obra. ACI 318 bonifica un buen control de calidad perm itiendo prom edios de resistencia más bajos (sinónimo de mezclas más económicas) para obtener la resistencia especificada. El contratista puede ayudar enormemente controlando la adición de agua y especialmente vigilando los procedimientos de ensayo en la obra. La norma ASTM C 94, en su sección 16.2, indica “Los ensayos para determinar si el concreto cumple con las especificaciones deben ser realizadas por un técnico en ensayos de concreto en obra certificado por el ACI Grado I (Certified ACI Concrete Field Testing Technician, Grade I) o su equivalente. Los programas de certificación de personal equivalentes deben incluir exámenes escritos y pruebas prácticas de desempeño tal como se indica en ACI CP-1. Los ensayos no estandarizados de cilindros de concreto son un problema serio en la industria del 30

concreto. Algunos contratistas no valoran los métodos estrictos prescritos para fabricar los especímenes a utilizarse en los ensayos de compresión del concreto y consecuentemente se crean problemas a sí mismos, al contratista de concreto, al proveedor de concreto prem ezclado, al redactor de especificaciones y al propietario. Las deficiencias más frecuentes incluyen: superficies de la parte superior extremadamente rugosas o desniveladas y superficies superiores no cubiertas con tapas o bolsas plásticas durante el curado. Otros problemas incluyen cilindros que no son enviados al laboratorio dentro de las 24 a 48 horas requeridas o cilindros enviados sin la documentación esencial como es: asentamiento del concreto, contenido de aire, temperatura, nombre del proyecto, fecha de fabricación, proveedor del concreto o nombre del técnico en la obra. Es un problema grave para los laboratorios de ensayos recibir especímenes para ensayos de compresión con sus partes superiores rugosas y desniveladas. Una de las pocas opciones es aserrar un extremo del cilindro de concreto, o ambos, de manera que los dos extremos sean perpendiculares a los lados. Si esto no se hace, la resistencia a la compresión medida puede llegar a ser tan baja como una cuarta parte de la resistencia a la compresión real. El costo adicional de aserrar numerosos cilindros no es del agrado de quien paga los ensayos a compresión. Si el contratista emplea un Técnico ACI Certificado Grado I para pruebas de concreto en el campo tiene sentido fabricar cilindros compañeros (testigos) hechos del mismo concreto del cual se tomaron las muestras de concreto por parte del laboratorio de ensayos o por parte del contratista general. La inspección y el cumplimiento de las especificaciones no es una calle de una sola vía porque al supervisar los procedimientos de inspección se incrementa, con frecuencia, la calidad de los ensayos. Para la m ayoría de las m ezclas de concreto el proveedor debe conocer la relación entre las resistencias a los 7 y a los 28 días. Se debe definir una resistencia “mínima” a los 7 días la cual si es obtenida puede eliminar cualquier duda sobre la resistencia que se obtendrá a los 28 días. En ausencia de registros que permitan definir una resistencia “mínima” a los 7 días puede utilizarse una resistencia 1000 lb./pulg.2 (7 MPa) por debajo de la resistencia especificada para los 28 días. Si el prom edio de tres pruebas de resistencia consecutivas es menor de 500 lb./pulg.2 (3.5 MPa) del “mínimo” establecido a los 7 días el contenido de cemento de la mezcla debe incrementarse en 50 lb./yd.3 (31 kg/m3) o el tipo de aditivos y su dosificación deben cambiarse (en ausencia de un mal mezclado o ensayos mal ejecutados). La información de ensayos posteriores puede justificar una nueva revisión de la dosificación.

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Los contratistas deben promover la definición de una resistencia “mínima” a los 7 días y el establecimiento de un procedimiento para distribuir inmediatamente los resultados de los ensayos a los 7 días al contratista de concreto y al proveedor del concreto, sin importar quien pague los ensayos. Con frecuencia esto no ocurre y la obra sufre las consecuencias pues toma mucho tiempo corregir los problemas. Requisitos para resistencia a edad temprana

Ocasionalmente las especificaciones requieren un concreto de resistencia inicial alta para algún uso especial. Si se especifica cemento de alta resistencia inicial (Tipo III) el contratista debe comunicárselo al proveedor de concreto premezclado pues existe la posibilidad de que no esté disponible inmediatamente. El contratista debe investigar si puede usar otras alternativas como por ejemplo añadir 100 lb./yd.3 (62 kg/m3) o adicionar un acelerante. Si se usa un acelerante para concreto reforzado se recomienda que no contenga cloruros. Siempre que se especifica un cemento especial el contratista debe notificar de inmediato al proveedor de concreto premezclado. Los cementos Tipo II y Tipo V no siempre están disponibles y el cemento Tipo IV no se ha fabricado en muchos años. Resistencia a la flexión

En algunas ocasiones se especifica la resistencia a la flexión para estructuras cuyo diseño ha sido basado en esta resistencia. Para pavimentos de aeropuertos gene­ ralmente se especifica resistencia a la flexión. Si la resistencia a la flexión va a medirse con vigas la relación entre la resistencia a la flexión (medida de acuerdo con ASTM C 78) y la resistencia medida con ci­ lindros deben determinarse en condiciones de laborato­ rio. Si se presenta una resistencia a la flexión por debajo de lo esperado puede aceptarse que cilindros compañeros o núcleos, interpretando los resultados de acuerdo con las normas ACI 318 o ACI 301, se utilicen para deter­ minar si la resistencia es adecuada. Esto es importante porque los ensayos de vigas, algunas veces, dan resul­ tados contradictorios. Por ejemplo, la resistencia de una viga a los 3 o 7 días puede ser mayor que a los 28 días. Relación agua-material cementante (almc)

El valor máximo de la relación almc se especifica con base en la exposición del concreto a ciclos de congelamiento y deshielo, a químicos descongelantes, a sulfates y a abrasión. Otras situaciones donde puede especificarse una relación almc baja están relacionadas con una baj a permeabilidad del concreto para impedir la migración de la humedad a través de las losas y muros o para proteger el acero de refuerzo contra la corrosión. Cuando se especifica una máxima relación almc la resistencia a la compresión obtenida usualmente será

CAPÍTULO 3: Especificaciones del concreto

más alta que la resistencia a la compresión requerida por el diseño estructural. Esta es la razón por la cual una especificación de resistencia a la compresión puede ser inadecuada cuando la durabilidad es la preocupación primordial. De igual manera, una especificación de la relación almc puede ser antieconómica cuando la dura­ bilidad no es crítica. Aunque el proceso de dosificación de la mezcla es explícito, puede haber confusión respecto a la especifi­ cación de la relación almc. Es posible que el contratista y el proveedor del concreto premezclado ignoren porqué el diseñador especificó una determinada relación almc. Pudo haber sido, por ejemplo, para prevenir la migración de la humedad a través del concreto y reducir la posibi­ lidad de falla de una membrana impermeabilizante en el sistema de piso. Lo que el contratista puede no darse cuenta es que una mezcla con relación almc baja puede ser costosa y difícil de colocar. El contratista puede haber participado en proyectos similares donde no se especificó una re­ lación almc tan baja. El contratista pudo no haber tenido el tiempo para solicitar al diseñador durante el proceso de la licitación la sustitución por una mezcla definida por resistencia a la compresión y como consecuencia term ina no cumpliendo la especificación de la relación almc. Las posibles consecuencias de incumplir la especificación de la relación almc o ser negligente al no informar al proveedor del concreto premezclado, pueden ser graves. Si por ejemplo, una membrana impermeabilizante falla y se descubre que el concreto no cumple las especifi­ caciones de relación almc, tanto el contratista como el proveedor de concreto premezclados pueden ser respon­ sables económicamente. Contenido mínimo de cemento

Cuando se especifican tanto resistencia como un contenido mínimo de cemento ambas especificaciones deben cumplirse aún si la resistencia puede ser obtenida con menos cemento del especificado. Si el contenido mínimo de cemento no es suficiente para lograr la resistencia requerida se tendrá que adicionar mas ce­ mento a la mezcla. Debe advertirse, sin embargo, que el contenido más alto de cementantes tiende a aumentar la retracción y el alabeo de la losa. Cuando la resistencia especificada parece no ser adecuada para el contenido mínimo de cemento requerido debe consultarse con el redactor de las especificaciones la posibilidad de modi­ ficar el requisito. Debido al uso generalizado actual de ceniza volante los contenidos mínimos de cemento pueden tener otro significado. El ACI 318 y el ACI 211.1 “Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight,

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and Mass Concrete” permiten que se adicione ceniza volante, escoria y puzolanas como parte del contenido total de materiales cementantes. (Consulte la sección titulada, “Otros materiales cementantes” en el Capitulo 2). Cuando se utilizan puzolanas la relación ale se calcula como a¡mc. Las puzolanas son parte del total de los ma­ teriales cementantes y la relación atme es equivalente a la relación ale de una mezcla de concreto que utiliza solo cemento pórtland. Por ejemplo:

Mezcla 1: 550 libras (249 kg) de cemento y 270 libras (122 kg) de agua a/c = 270/550 = 0.49 Mezcla 2: 425 libras (193 kg) de cemento, 125 libras (57 kg) de ceniza volante y 270 libras (122 kg) de agua alme = 270/(425 + 125) = 0.49 La relación a/mc de ambos es igual porque el con­ tenido de materiales cementantes y de agua es el mismo. Cuando la especificación incluye un mínimo con­ tenido de cemento debe asegurarse que esté claro si se incluyen materiales cementantes diferentes de cemento pórtland (como ceniza volante), o no, dentro del mínimo. Aunque muchas especificaciones aceptan la ceniza volante de esta manera, no todos los especialistas que redactan especificaciones lo hacen de la misma forma. La adición, o no, de cenizas volantes afecta la economía de la mezcla. Es importante confirmar la aceptación de la ceniza volante con el redactor de las especificaciones antes de cotizar un trabajo. Si las cenizas volantes son aceptadas, la especificación debe hacer referencia a la norma ASTM C 618 “Standard Specification for Coal Fly Ash and Raw or Calcined Natural Pozzolan for Use as a Mineral Admixture in Concrete.” (Consulte el Capítulo 2 para información sobre cenizas volantes en la mezcla). El humo de sílice y la escoria de alto homo pueden también formar parte del contenido de los materiales cementantes. Se usan primordialmente para producir concretos de alta resistencia y mejorar la resistencia a la corrosión, reduciendo la permeabilidad del concreto. Si se usa humo de sílice la especificación debe referenciar la norma ASTM C 1240 “Standard Specification for Use o f Silica Fume as a Mineral Admixture in Hydraulic Cement Concrete, Mortar and Grouf ’ (Consulte el Capítulo 2 para información sobre los efectos del humo de Sílice [algunas veces denominado microsílica] en la mezcla). Asentamiento

El asentamiento especificado tiende a ser alto para una colocación adecuada y bajo para evitar segregación,

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excesiva exudación o el acabado prematuro del concreto. Valores moderados del asentamiento para la mayoría de los trabajos pueden ser del orden de 3 a 4 pulg. (75 a 100 mm). En mezclas con asentamientos menores (2 a 4 pulg. [50 a 100 mm]) la tolerancia es ±1 pulg. (+25 mm). En mezclas con asentamientos de más de 4 pulg. (100 mm) la tolerancia es ±1-1/2 pulg. (±38 mm). Algunas veces la especificación del asentamiento está indicada como “máximo” o “sin exceder” significando que no hay tolerancia hacia arriba. El valor del ensayo de asentamiento es primordialmente para determinar la uniformidad del concreto de una tanda a otra. El contratista debe asegurarse que el asentamiento máximo es el adecuado para su método de colocación. Si no lo es, debe hacer ajustes en la mezcla con la aprobación previa del redactor de las especificaciones. Entre los po­ sibles cambios a hacer se incluyen aumentar el contenido de agua con el correspondiente aumento proporcional de cemento o la adición de un superplastificante. Si el concreto va a ser bombeado debe aclararse donde se va a hacer el ensayo de asentamiento — antes o después de que el concreto haya sido bombeado. La norma ASTM C 94 “Standard Specification for ReadyMixed Concrete” establece que el ensayo debe hacerse antes que el concreto haya sido bombeado, a no ser que se especifique de otra forma. Remítase al Capítulo 2 en la sección titulada “Adición de agua en la obra” para recomendaciones relacionadas con el ajuste del asentamiento en la obra. Aire incorporado

Siempre debe especificarse aire incorporado para concretos expuestos a congelación y deshielo. Si está expuesto a congelación y deshielo en presen­ cia de químicos anticongelantes el concreto se va a descascarar — y no es que quizás o probable­ mente, es que se va a descascarar — a no ser que al concreto se la haya adicionado aire incorporado. Si la especificación omitió incluir el uso de aire incorporado donde debería usarse, debe llamarse la a­ tención al redactor de las especificaciones sobre el tema. Para concretos expuestos a condiciones climáticas severas el contenido de aire incorporado debe ser de 5 a 8% para mezclas con agregados cuyo tamaño máximo sea de 3/4 a 1 pulg. (19 a 25 mm). El contenido de aire incorporado se aumenta en mezclas con agrega­ dos de menor tamaño y puede reducirse ligeramente cuando el agregado es de mayor tamaño sin ser nunca inferior al 4% en el concreto que va a estar expuesto a congelamiento, deshielo y químicos anticongelantes. Se puede utilizar también el aire incorporado para otros propósitos, pero generalmente en proporciones menores. Si una losa de concreto de peso normal se va a termi­ nar con una superficie densa y pulida utilizando llana,

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el concreto no debe tener ningún agente incorporador de aire porque éste generalmente produce burbujas y separación en capas en el concreto independientemente de los equipos y técnicas de acabado que se utilicen. Las losas de concreto estructural liviano generalmente utilizan aire incorporado en la mezcla para controlar la densidad y la segregación. Utilizando planeadoras y palustres flotantes en los cuales el operario camina, es posible obtener una superficie pulida y relativamente densa sin burbujas y sin separación ente las capas de concreto. Debe tenerse en cuenta que las planeadoras con tolvas no superpuestas en las cuales el operario va en la máquina permiten un terminado anticipado porque estas máquinas aplican menos presión al concreto. Cuando se usa este procedimiento se ha observado la separación de las capas del concreto en concreto de paso normal sin aire incorporado y en concreto ligero con aire incorporado. Si se planea utilizar las máquinas flotadoras con tolvas no superpuestas en las cuales en operario va en la máquina debe considerarse hacer esta operación después de haber utilizado una planeadora en la cual el operario camina. Para mayores detalles debe consultarse A C I302.1R-04. R em ítase al C apítulo 2 en la sección titulada “A justes al aire incorporado” donde se da infor­ m ación adicional sobre aire incorporado y con­ trol del contenido de aire en mezclas de concreto. Aditivos químicos

La especificación debe contener una referencia a ASTM C 494 “Standard Specification for Chemical Admixtures for Concrete” y otras normas de ASTM y de AASHTO cuando sean aplicables.* La libertad de utilizar diferentes aditivos es muy importante para el contratista y el fabricante de concretos premezclado. Los aditivos pueden afectar la calidad, costo del concreto y los mé­ todos disponibles de colocación para el contratista. Comúnmente se utilizan reductores de agua, retar­ dantes, acelerantes, retardantes reductores de agua, acelerantes reductores de agua y reductores de agua de alto rango (superplastificantes). Si las especificaciones no indican claramente cuáles pueden ser utilizados se debe confirmar su aceptación por escrito por parte del redactor de las especificaciones. Muchas especificaciones restringen o prohíben el uso de clomro de calcio debido a la posibilidad de corrosión del acero de refuerzo. Algunos aditivos, especialmente los acelerantes reductores de agua, contienen cloruro de calcio en cantidades que pueden exceder los límites de la especifi­ cación. Para una resistencia inicial alta debe considerarse la utilización de cementos de resistencia inicial alta como el Tipo III o una mayor cantidad de cemento Tipo I. Los redactores de especificaciones que no están fa­ miliarizados con los superplastificantes pueden sentirse incómodos con el alto asentamiento con el cual se coloca CAPÍTULO 3: Especificaciones del concreto

el concreto que los usa. Puede ser necesario explicar la diferencia entre el carácter de un concreto con super­ plastificantes con alto asentamiento y el concreto de alto asentamiento por adición de agua. Esto se traduce en que los concretos con superplastificantes tienen un asentamiento alto sin ninguno de los problemas asocia­ dos con la adición de agua. La mezcla con superplas­ tificantes son mucho más homogéneas y tienen mucha menos tendencia a la segregación. Debido a que las especificaciones del asentamiento probablemente estén redactadas para una mezcla convencional la mezcla con superplastificantes debe tener un asentamiento de 4 a 5 pulg. (100 a 125 mm) por encima de lo especificado. Esa relación debe ser confirmada y aclarada con el redactor de las especificaciones. Tiempo de despacho para concreto premezclado

Ano ser que existan condiciones especiales, el máximo tiempo de despacho (el tiempo de despacho es el tiempo comprendido entre el momento en que el agua y el cemento se combinan en el mezclador y el momento en que se descarga en la obra) se especifica como 90 minutos o 300 revoluciones del tambor de mezcla. Un tiempo más corto, usualmente 60 minutos, se especifica para clima cálido. El tiempo de despacho influye de manera diferente bajo condiciones ambientales y mezclas de concreto diferentes. La variación en el contenido de cemento o en el contenido de agua, la temperatura de los materiales, la temperatura ambiente, el uso de retardantes y cenizas volantes que hacen parte de los materiales cementantes afectarán el tiempo en el cual el concreto permanece manejable dentro de la mezcladora. Por esa razón la norma ASTM C 94 establece que “el tiempo límite puede ser extendido si el concreto es de un asentamiento tal que pueda ser colocado sin añadir agua.” Si el contratista y el redactor de las especificaciones se ponen de acuerdo anticipadamente en que la espe­ cificación se cumplirá de esa manera, los métodos para extender el tiempo de fraguado pueden usarse efecti­ vamente para reducir los costos de construcción. Para mayor información debe consultarse en el Capítulo 2 la Sección titulada “Adición de agua en la obra.” Temperatura del concreto— concreto para clima frío o cálido

Para concreto en clima cálido la temperatura máxima del concreto se especifica con frecuencia en 90 °F (32 °C). Una temperatura alta afecta las mezclas de concreto en tres formas: • Aumenta el contenido requerido de agua en la mez­ cla para el mismo asentamiento de tal modo que reduce la resistencia. 'Otra referencia útil es el documento ACI 212.3R “Chemical Admixtures for Concrete.”

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• Acorta el tiempo de fraguado. • Aumenta la cantidad de incorporador de aire necesa­ rio para producir el contenido de aire especificado. (Es importante ajustar la dosificación del incorpo­ rador de aire para compensar las temperaturas altas y bajas). En climas cálidos se presentan costos adicionales si hay que cumplir con una temperatura del concreto es­ pecificada. Como una medida inicial se puede enfriar el agua y los agregados en el lugar de almacenamiento. El reemplazo de una parte del agua por escarcha de hielo en la mezcla o la inyección de nitrógeno líquido en el agua de la mezcla o en los camiones mezcladores, son procedimientos utilizados con frecuencia. Para compen­ sar la pérdida de la resistencia se debe adicionar más cemento. Adicionalmente al enfriamiento, el efecto de la temperatura alta sobre la resistencia y el tiempo de fraguado se puede obviar utilizando un cemento Tipo II que cumpla con la opción de bajo calor de hidratación descrita en ASTM C 150, ya sea con un retardante o reemplazando parte del cemento con ceniza volante o con escoria para reducir el calor de la hidratación. Con frecuencia, esto requiere un esfuerzo conjunto del contratista general, el contratista de concreto, el proveedor de concreto premezclado y los vendedores de aditivos que los suministran al vendedor del concreto premezclado para convencer, de una manera diplomáti­ ca, al diseñador para que cambie la especificación. Para el manejo del concreto en un clima frío siempre se específica una temperatura mínima del concreto. Esta temperatura depende en parte de la temperatura del aire, la cantidad mínima que se colocará y la capacidad para mantener la temperatura del concreto después de colocado. Las losas delgadas son las más susceptibles de daño en clima frío y la temperatura mínima del con­ creto cuando se recibe debe ser 60 °F (16 °C) o más. La temperatura del concreto se puede subir simplemente

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GUÍA

calentando el agua de la mezcla y si es necesario los agregados se pueden calentar también. En clima frío el concreto debe tener tiempo para fra­ guar antes que gane suficiente resistencia para evitar el daño por congelamiento. Las condiciones que justifican el uso de un acelerante también justifican modificaciones adicionales a la dosificación del concreto. Por ejemplo, la ceniza volante puede ser reemplazada con cemento y el aditivo reductor de agua puede ser eliminado o se puede reducir su dosis. También la cantidad de cemento puede ser aumentada o se puede cambiar el cemento por uno Tipo III. Estas modificaciones permitirán una reducción en la cantidad de acelerante o suprimir su necesidad. Se debe comparar la efectividad de las diferentes dosifica­ ciones con su costo. Para información adicional sobre concreto en clima frío o calido, debe consultarse ACI 305R “Hot Weather Concreting” y ACI 306R “Coid Weather Concreting.” Determinación del criterio más estricto en la espe­ cificación del concreto

Los tecnólogos del concreto han sido educados para identificar el criterio más estricto de la especificación y cotizar de acuerdo con ese criterio. Generalmente el requisito más estricto es el que conduce al método más costoso para producir una mezcla de concreto. Suponga que un contratista está cotizando una losa de concreto sobre el terreno de 1000 yd.3 (730 m3). La especificación requiere un concreto con una relación ahnc de 0.41 sin aire incorporado, un contenido mínimo de materiales cementantes de 564 lb./yd.3 (350 kg/m3) y una resistencia mínima a la compresión de 4000 lb./pulg.2 (28 MPa) a los 28 días. De estos tres criterios de dosificación del concreto, en esta especificación el requisito más estricto es el 0.41 a/mc y por consiguiente tiene prioridad.

d e l c o n t r a t is t a p a r a l a c o n s t r u c c ió n e n c o n c r e t o d e c a l id a d

CAPITULO 4: Cimentaciones na cimentación es la base sobre la cual se construye una edificación, una estructura o un componente. Incluye la tierra y las rocas sobre las cuales se coloca la base para distribuir adecuadamente el peso mismo de la estructura, (carga muerta) y las cargas impuestas por el usos de la estructura (carga viva). La mayoría de las cimentaciones se construyen en concreto por su costo relativamente bajo, larga vida, alta resistencia a la com­ presión y resistencia al deterioro. La construcción de la cimentación debe planearse con el mismo cuidado que su diseño. Algunas cimen­ taciones pueden requerir drenaje de aguas durante la construcción, los costados de las excavaciones deben ser acodalados y los edificios adyacentes deben submurarse. Mientras que el tipo y tamaño de la estructura deter­ minará en parte el tipo de cimentación, la cimentación en sí es afectada por las condiciones de la superficie y el subsuelo del sitio de la obra.

U

El subsuelo SE1 suelo proporciona la superficie sobre la cual se construyen la mayoría de las estructuras. El suelo incluye grava, arena, suelo suelto, arcilla y limo en sus condiciones naturales y sin alteración. Las condiciones de los tipos de suelos y subsuelos constituyen un factor determinante en el tipo de cimentación escogida. Con el tiempo las estructuras se asientan en alguna medida, a no ser que estén cimentadas sobre roca. Las condiciones del suelo debajo de la estructura determinan la cantidad de asentamiento. Un asentamiento excesivo o irregular puede ocasionar fisuras en la cimentación y causar daños a la edificación. Los cimientos pueden construirse directamente en un suelo con suficiente capacidad para soportar las cargas y resistir el peso de la edificación. Las cimentaciones CAPÍTULO 4: Cimentaciones

requieren excavaciones cuya profundidad varía depen­ diendo del tipo de estructura, clima y condiciones del suelo. Aun la losa más simple sobre el terreno necesita que la capa vegetal sea removida para prevenir un asentamiento irregular como resultado de la descom­ posición de los materiales orgánicos. En algunos casos debido a la altura de la estructura y las condiciones del suelo se requieren pilotes hincados o pilas excavadas profundamente en el suelo para soportar la edificación. La roca sólida es uno de los mejores materiales para cimentación. Al preparar una cimentación sobre roca las porciones sueltas o meteorizadas deben retirarse y la superficie de la roca debe nivelarse. Cualquier fisura o grieta en la roca debe llenarse con concreto o con mortero de inyección. En las superficies inclinadas deben hacerse bermas con concreto para dejar la cimen­ tación al nivel requerido. La mayoría de las construcciones, sin embargo, se construyen directamente sobre el suelo o sobre rellenos de material técnicamente compactado y no sobre roca. Capacidad portante La capacidad portante es el esfuerzo al cual se puede someter el suelo para resistir cargas sin un asentamiento excesivo. La capacidad portante de un suelo depende de su composición, su grado de confinamiento y de la cantidad de humedad que tenga. En la mayoría de los sitios de construcción existe un número de estratos de suelo diferentes. La capacidad portante de cada estrato de suelo es diferente. Puede ser necesario excavar y retirar algunos de estos estratos hasta llegar a un suelo con suficiente capacidad portante capaz de resistir las cargas impuestas por la cimentación. Algunos suelos son más resistentes que otros. Uno de los más resistentes es el compuesto por gravas com pactadas con arena o arcilla (conocido como 35

“base estabilizada” o “hardpan” en inglés). Este suelo proporciona una excelente capacidad portante apropiada para la m ayoría de las cim entaciones. La m ezcla de arena y limo (conocido como “loam” en inglés) compacta y de espesor apreciable constituye también un buen material de soporte para las cimentaciones. La arcilla tiene comportamiento incierto y su desempeño puede variar dependiendo del contenido humedad. Cuando está seca es muy firme, pero al humedecerse se expande y se vuelve más compresible. Las arenas secas o húmedas son aceptables si se tienen confinadas evitando su desplazamiento lateral. Los suelos arenosos sueltos pueden ser arrastrados por corrientes de agua. Los suelos de origen pantanoso generalmente requieren una cimentación con pilotes, incrementando la dificultad de la construcción y su costo. Debido a que hay muchos tipos de suelos con c a ra c te rís tic a s d ife re n te s debe re a liz a rs e una investigación geotécnica del sitio. Los tipos de suelo varían de un sitio a otro y aún dentro del mismo lugar. Para la mayoría de las estructuras la investigación del suelo por parte de un geotecnista es recomendada y necesaria. Exploración geotécnica No importa que tan simple o que tan fácil pueda parecer un trabajo, siempre es necesario conocer las condiciones del suelo que se va a encontrar. Los estu­ dios de suelos son necesarios para todos los trabajos, aun los más sencillos. Generalmente un laboratorio de ensayos o un ingeniero geotecnista son los encargados de realizar la exploración y los ensayos. Excepto para las estructuras más sencillas, la capacidad portante de un suelo se determina por medio de sondeos y barrenos, pozos exploratorios y ensayo de muestras del suelo en el laboratorio. Los pozos exploratorios son considerados un método confiable para exploraciones de poca profundidad. Con este método el ingeniero geotecnista puede observar los diferentes estratos de suelo en su condición natural. Los proyectos de construcción pesada y grandes edi­ ficios que requieren excavaciones profundas y sistemas de cimentación importantes requieren de numerosos ensayos en el laboratorio de suelos. Cuando se necesitan muestras del subsuelo se utilizan barrenos mecánicos y equipos de perforación para el muestreo y localización del nivel freático. Para muchas edificaciones residenciales y construc­ ciones livianas no se requieren investigaciones exhausti­ vas del suelo, especialmente donde la excavación para la cimentación está basada en la práctica local establecida. Sin embargo, si un edificio estará localizado sobre un re­ lleno la calidad del material y el grado de compactación 36

se deben determinar. Un material de relleno pobre, o mal compactado, no debe utilizarse como base para la cimentación. En estos terrenos la construcción no debe comenzar hasta que los rellenos de mala calidad se hayan removido y se haya excavado hasta encontrar el sub­ suelo natural de mejor calidad o el relleno se compacte adecuadamente y se proporcione además un soporte adicional por medio de pilotaje o pilas excavadas. Una losa de cimentación es otra alternativa para construir en sitios con suelos de baja capacidad portante. Una estructura construida parcialmente en terreno natural y parcialmente en un relleno puede tener un asentamiento diferencial y Asurarse. Otro problema de suelos frecuentemente encontrado en estos días son las arcillas expansivas. Si existe la probabilidad de existencia de arcillas expansivas, éstas deben ser analizadas por un ingeniero geotecnista. Al revisar el informe del ingeniero geotecnista antes de iniciar la construcción (debe ser revisado por el contratista) se debe comparar la apariencia del sitio con la descripción del informe. Si no concuerdan, las inconsistencias se deben hacer notar al propietario o al profesional facultado para diseñar y de esta manera ahorrar a todos tiempo y dinero posteriormente. C om pactación La compactación es la consolidación del suelo por vi­ bración, apisonado, cilindrado o colocando un sobrepeso temporal. En general se requiere compactación del suelo en las cimentaciones de edificios, losas sobre el terreno, vías de acceso y andenes. Debe anotarse que la calidad de una losa sobre el terreno depende de la calidad de la preparación de la subbase. Durante la construcción el suelo se remoldea y se afloja debido a la excavación, las zanjas que se construyan y la nivelación del terreno. Esto afloja el suelo natural y se requiere recompactarlo para restablecer sus propiedades naturales. El propósito primordial de la compactación es reducir los vacíos pero también puede reducir el exceso humedad. Una buena compactación reduce los asentamientos y me­ jora la estabilidad del suelo, aumentando así su capacidad portante. Las posibilidades de hinchado por congelamiento en terrenos debidamente compactados son mínimas porque la penetración del agua en los vacíos es baja. Los terrenos que se van a compactar pueden clasifi­ carse en dos grandes grupos: • Suelos granulares (principalmente arena y grava) y • Suelos cohesivos (principalmente limo y arcilla) El contenido de humedad es el factor más importante para lograr una compactación eficiente del suelo ya que actúa como lubricante y ayuda a que las partículas de suelo se junten bajo el efecto de la compactación. El contenido óptimo de humedad para un suelo en particular

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Fig. 4.1—Compactador de vibración. Foto cortesía de Wacker Corporation.

depende de su composición. Para cualquier suelo hay solamente un contenido de humedad óptimo definido por la mayor densidad de suelo alcanzada con una cantidad determinada de compactación. Los proyectos de construcción de gran tamaño, o que son críticos, requieren la asesoría de un ingeniero geotecnista. Sin embargo, se puede usar la siguiente técnica para hacer un estimativo preliminar y determinar si el suelo tiene la humedad adecuada para la compactación. El procedimiento consiste en tomar un puñado de tierra y exprimirlo hasta que quede del tamaño y forma de una pelota de tenis. Se deja caer al piso desde un pie (0.3 m) de altura. • Cuando se tiene el contenido óptimo de humedad la bola mantiene su forma y tamaño y se rompe en pedazos relativamente uniformes al dejarla caer. • Si el suelo está muy seco no es posible darle la forma de la pelota de tenis. Esto quiere decir que hay necesidad de adicionar humedad antes de la compactación. • Si tiene demasiada humedad quedan trazas de hu­ medad en los dedos al hacer la forma de pelota de tenis y al dejarla caer no se rompe (a no ser que el suelo sea muy arenoso) por consiguiente hay que dejar secar el suelo antes de compactarlo. Debido a la importancia de un contenido de humedad adecuado, la compactación no se debe realizar bajo llu­ via o nieve. Por otro lado, el tiempo seco y caliente no es problema siempre y cuando se disponga de suficiente agua para agregarle al suelo. Al constmir rellenos el espesor de la capa de suelo que se compacta es muy importante. Mientras más del­ gada sea la capa de suelo, mejor será la compactación obtenida. En la mayoría de los casos el espesor de la capa debe estar entre 6 y 12 pulg. (150 a 300 mm) dependiendo CAPÍTULO 4: Cimentaciones

de la eficiencia del equipo de compactación. Cada capa debe ser compactada hasta cierto porcentaje (típicamente 95 por ciento o más) de la densidad máxima antes de colocar la siguiente capa. Las tres formas más utilizadas para compactar un suelo son: • Fuerza estática - un cilindro pesado al pasar com­ prime las partículas de suelo. • Fuerza de impacto - un apisonador golpea el suelo con una frecuencia alta o se dejan caer sucesiva­ mente sobre el suelo elementos muy pesados. • Vibración - una vibración de alta frecuencia es aplicada al suelo a través de una placa de acero. Las áreas grandes (por ejemplo debajo del pavimento) se compactan usualmente con equipos móviles como cilindros pata de cabra, cilindros estáticos, cilindros vibratorios o compactadores de llantas. Las áreas más pequeñas y las zonas alrededor del edificio, pueden com­ pactarse con equipos móviles más pequeños operados manualmente, apisonadores eléctricos o apisonadores de impacto (Fig. 4.1). Los suelos granulares se com pactan m ejor por vibración. Suelos cohesivos (arcillas) se compactan mejor con fuerzas de impacto o por presión mantenida durante cierto tiempo (como cuando se precarga un suelo). También se utiliza la combinación de fuerza impacto con vibración. Por ejemplo cilindros vibratorios que combinan el peso estático con la vibración para lograr la compactación. Al escoger un compactador para la obra se debe tener en cuenta el tipo de suelo, las condiciones físicas del sitio de trabajo y con el equipo con el cual se puede hacer el trabajo al menor costo. Tipos de cim entación Los dos tipos básicos de cimentación son cimen­ taciones superficiales y cimentaciones profundas. Los tipos más comunes de cimentaciones superfi­ ciales son las zapatas corridas para muros y las zapatas aisladas para columnas. En edificaciones livianas y me­ dianamente pesadas localizadas sobre suelos con buena capacidad portante la cimentación normalmente consiste en zapatas corridas para muros y zapatas aisladas para columnas (Fig. 4.2). Las zapatas distribuyen la carga sobre un área grande con el fin de que el suelo pueda soportarla. Los edificios altos y pesados con sótanos profundos y columnas con cargas altas requieren de una cimenta­ ción profunda. También se requiere una cimentación profunda cuando el estrato de suelo superficial para la cimentación no es lo suficientemente resistente para soportar las cargas o tiene estratos de suelos poco resis­ tentes debajo. Los tipos básicos de cimentación profunda 37

Zapata para muro autoportante

Zapata combinada cuando no es posible salirse fuera del muro

Tabla 4.1— R equisitos m ínim os para cim entaciones residenciales (del Uniform Building Code)

Zapata para muro de cortante Zapata combinada para columnas localizadas a corta distancia Zapata rectangular para el caso de una limitación en su ancho

Muro del sotano Muro utilizado para des distribuir columnas a una zapata Cimentación pt escalera, ascens equipos, e Zapata para muro

Zapata para una columna embebida apata para una columna aislada

Fig. 4.2— Elementos típicos en cimentaciones superficiales. (Con el permiso de Simplified Design of Building Foundations por James Ambrose, John Wiley e hijos.)

son pilotes o pilas preexcavadas. El tipo de cimentación que se escoja para una estruc­ tura en particular depende del tamaño de la estructura, la magnitud de las cargas del edificio, la profundidad medida desde la superficie del terreno donde se logra tener una capacidad portante adecuada, el tipo de ma­ terial del subsuelo, el costo comparativo, la cercanía a otros edificios y el tipo de equipo disponible. La cimentación de un edificio con frecuencia consiste en zapatas aisladas bajo las columnas interiores y zapatas aisladas o zapatas corridas bajo los muros y las columnas exteriores. Para construcción residencial la mayoría de los regla­ mentos de construcción especifican requisitos mínimos para la cimentación según el número de pisos de la edificación. En la Tabla 4.1 se muestran unos requisitos típicos de reglamento para cimentaciones de construc­ ciones residenciales. El área de la base de la zapata se debe calcular de tal manera que el esfuerzo sobre el suelo causado por las cargas aplicadas a la zapata sea menor que la capacidad portante del suelo. No es necesario eliminar totalmente los asentamientos pero es necesario asegurarse que cualquier asentamiento que ocurra sea razonablemente uniforme. La parte inferior de una zapata debe estar siempre por debajo del nivel de penetración del congelamiento en el suelo. La penetración del congelamiento varía geográficamente desde poca profundidad en los estados del sur de Estados Unidos, unos 2 o 3 pies (0.60 a 0.90 m) en los del medio oeste y hasta 4 a 5 pies (1.2 a 1.5 m) en los estados del norte. Durante y después de la construcción se debe tener la precaución especial de im­ pedir el congelamiento de suelo bajo las zapatas. Nunca debe construirse sobre un suelo congelado. Las zapatas 38

Número de pisos soporta­ dos por la cimen­ tación

Espesor de los muros de la cimentación en pulg. (mm)

Concreto

Manipostería

Ancho de zapata en pulg. (mm)

Espesor de la zapata en pulg. (mm)

Profun­ didad bajo el terreno natural en pulg. (mm)

1

6(150)

6(150)

12(300)

6 (150)

12 (300)

2

8(200)

8 (200)

15(380)

7 (178)

18(460)

3

10 (250)

10 (250)

18(460)

8 (200)

24 (600)

colocadas encima de la profundidad de penetración del congelamiento o en suelos congelados están expuestas a levantarse debido a la congelación del suelo. Los levan­ tamientos del suelo ocurren cuando el suelo se congela y se expande, levantando la edificación. Cuando el suelo se descongela la estructura baja nuevamente. Este movimiento hacia arriba y hacia abajo puede dañar la cimentación y la estructura. Si el trabajo debe continuar y el suelo está congelado debe considerarse la utilización los sistemas de calentamiento del suelo cubriéndolo con un manto aislante o colocando una red de tubos de calentamiento. Los sistemas de calentamiento de suelo pueden descongelar el suelo en unos pocos días. El trabajo en zonas donde ocurra congelamiento re­ quiere protección tanto del suelo como de la cimentación de concreto y de los muros. Los mantos de protección utilizados para impedir la congelación del concreto pu­ eden usarse también para proteger el suelo y calentarlo. Estos mantos pueden retirarse a medida que avanza la colocación del concreto. Las zapatas interiores de un edificio pueden diseñarse a menor profundidad que las exteriores para muros porque una vez el edificio esté terminado no van a sufrir una exposición tan severa. Sin embargo, en construcciones realizadas durante el invierno las zapatas interiores pueden estar expuestas a congelamiento y el contratista debe llamar la atención sobre este particular al profesional facultado para diseñar sugiriendo que estas zapatas se construyan a la misma profundidad que las zapatas exteriores. También debe recordarse que el concreto se cura de una manera más lenta en clima frío y el descimbrado y la construcción de los rellenos de respaldo alrededor de la cimentación en muchos casos tienen que postergarse. Cuando la estructura o las condiciones del suelo re­ quieran una dimensión excesiva de en las zapatas para soportar la carga se recurre a pilotes preexcavados o pilotes hincados. Cuando un pilote se apoya en su parte inferior sobre roca o sobre un estrato de suelo duro la carga que resiste está limitada por la resistencia del pilote actuando como una columna. Muchos pilotes no llegan

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(c) Zapata o dado para pilotes muro

Límite de la propiedad

(d) zapata combinada

(e) Zapatas combinadas con viga de amarre

Fig. 4.3—Tipos de cimentaciones básicas.

a roca. En tal caso la carga es resistida por fricción del suelo sobre la superficie lateral del pilote. La determinación de la profundidad y el tamaño de las zapatas es siempre responsabilidad del profesional facul­ tado para diseñar y el contratita no debe hacer cambios sin su aprobación. Sin embargo, es aceptable que el contratista haga preguntas e intercambie opiniones con el profesional facultado para diseñar con el fin de revisar la factibilidad constructiva de la cimentación tal como se diseñó. Estas discusiones pueden beneficiar al contratista y al propietario porque hace la construcción más expedita y menos costosa. Zapatas para muros

Una zapata para muro consiste de una franja de losa continua en la base del muro con un ancho mayor que el espesor del muro [Fig. 4.3(a)]. Las zapatas para mu­ ros están reforzadas con barras de acero. El refuerzo principal (refuerzo estructural) es perpendicular a la longitud del muro y resiste tracción mientras que las barras paralelas al muro previenen la fisuración por re­ tracción de fraguado del concreto. Este último refuerzo es conocido como refuerzo de temperatura.

CAPÍTULO 4: Cimentaciones

Zapatas aisladas para columnas

Es el tipo más común de zapatas aisladas [Fig. 4.3(b)] y consisten de una losa rectangular o cuadrada de espesor uniforme. Se colocan barras de refuerzo cerca del fondo de la zapata en ambas direcciones. Zapatas combinadas

Las zapatas combinadas reciben dos o más columnas [Fig. 4.3(c)]. Algunas veces es necesario disponer una columna cerca del borde o límite de la propiedad. Ge­ neralmente, utilizando la columna interior más cercana se construye una zapata combinada bajo ambas columnas. Las zapatas combinadas se usan también cuando la distancia entre columnas contiguas es relativamente pequeña y resulta mucho más económico construir una sola zapata combinada. Zapatas en voladizo

Son similares a la zapatas combinadas excepto que las zapatas para las columnas interiores y exteriores, son construidas independientemente y unidas por una viga de amarre [Fig. 4.3(d)].

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Cimentaciones de pilotes y pilas

Este tipo de cimentación [Fig. 4.3(c)] se utiliza cuan­ do el suelo bajo la cimentación no tiene en su perfil sino hasta una profundidad considerable estratos sufi­ cientemente resistentes. Los pilotes deben ser hincados hasta encontrar soporte en un estrato rocoso o de suelo suficientemente resistente o hasta una profundidad tal que le permita desarrollar por fricción la capacidad requerida (la fricción se desarrolla entre la superficie lateral del pilote y el suelo que lo rodea). El tipo de pilote depende de las características del suelo determinadas en las perforaciones realizadas en el estudio geotécnico. Los pilotes pueden ser prefabricados en concreto re­ forzado o preesforzado y se hincan en el suelo. También pueden ser de acero o de maderas tratadas. Existen desde los pilotes denominados “alfiler” de 3 pulg., (75 mm) de diámetro hasta pilotes mucho más grandes de varios pies (m) de diámetro. Las alternativas diferentes a pilotes hincados incluyen los cajones de cimentación (caissons) de diámetro relati­ vamente pequeño consistentes en un tubo que es forzado dentro del suelo en la medida que se va retirando el suelo dentro del tubo. Otra alternativa son los pilotes preexcavados construidos excavando mecánicamente un hueco en el suelo hasta encontrar el estrato portante y luego se rellenando el hueco con concreto. Losas de cimentación y cimentación flotantes

Este tipo de cimentaciones es utilizado cuando la capacidad portante del suelo es muy baja, inclusive hasta una profundidad apreciable, haciendo que la cimentación con pilotes resulte antieconómica. La subestructura de

la cimentación cubre toda el área del edificio de tal forma que la superestructura, teóricamente, flota sobre el terreno. Las cimentaciones flotantes pueden consistir en losas de concreto reforzado, o no reforzado, vigas con una losa debajo o vigas con una losa encima. C ontrol del agua freática La influencia del agua freática se debe tener en cuenta para construir la cimentación y especialmente cuando la excavación sea profunda. El agua retenida en el suelo es denominada agua subterránea o agua freática. El nivel al cual está pre­ sente es conocido como nivel freático. El nivel freático puede determinarse fácilmente observando los niveles de agua en las perforaciones de los sondeos del estudio geotécnico. Estos niveles varían estacionalmente. Tanto el agua de la superficie como la subterránea que pueden interferir con la construcción deben ser retiradas del sitio. El agua superficial puede ser drenada. El agua subterránea algunas veces también puede ser drenada, excepto que ello requiere una mayor planeación. En algunas ocasiones se recurre a técnicas de bombeo y desagüe. Debe compararse el nivel máximo de agua subterránea (el nivel freático más alto) con el nivel del fondo de la excavación para encontrar el nivel por debajo del cual el agua subterránea debe ser drenada (que tanto se debe deprimir el nivel freático). Se pueden instalar canales y tuberías de desagüe para llevarla a un punto de desagüe por debajo del fondo de la excavación o a un sumidero donde se pueda bombear el agua hacia afuera. Este mismo principio puede ser utilizado colocando tuberías de desagüe alrededor de la cimentación de un edificio para mantener libres de humedad los muros del edificio en operación.

Geotextil Fig. 4.4— Sección de un pozo típico (Cortesía de MBK Dewatering Services, Inc).

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Fig. 4.5— El filtro debe colocarse de tal manera que quede por debajo del nivel del piso.

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El concreto de la zapata se puede colocar directamente en la zanja de tierra si ésta se excavo adecuadamente

Los encofrados laterales que contienen el concreto se pueden construir con tablas de 2 x 6 pulg. o de 2 x 8 pulg. (50x 150 mm ó 5 0 x 200 mm)

Fig. 4.6— La zapata puede construirse con o sin encofrado dependiendo de las condiciones del terreno. Un fondo nivelado es importante para un buen soporte. (Las barras de refuerzo no se muestran para mejor claridad)

Durante la construcción hay otros dos métodos para manejar el agua y removerla de la excavación. Uno, es utilizar bombas para mantener la excavación seca. El otro, es bajar el nivel freático en el área de la excavación instalando una serie de pozos para extraer el agua con bombas (Fig. 4.4). . El pozo es un tubo perforado cubierto con un filtro de malla de acero inoxidable que permite que el agua entre a la tubería, pero la mantiene libre de arena y sedimentos. En suelos granulares gruesos los pozos son hincados directamente dentro del suelo. En suelos finos y densos generalmente se instalan en un hueco excavado y rellenado con arena que ayuda a que el filtro del pozo no se cólmate con sedimento. Se pueden usar también rejillas para con­ trolar el agua. El desagüe se debe planear cuidadosamente porque al deprimir el nivel freático bajo estructuras vecinas adyacentes pueden causarse asentamientos y daños a ellas. Hay que mantener los muros de contención libres de agua una vez estén construidos. Se puede extraer el agua subterránea por medio de drenaje o por medio de un sistema de bombeo, o se puede impermeabilizar la cimentación, o ambas cosas. Los drenajes inadecuados han causado gran cantidad de fallas innecesarias en muros de contención. Un muro de contención no es lo suficientemente resistente para actuar como un dique y, por lo tanto, el agua subterránea se debe remover. Los niveles desiguales de agua en lados opuestos de un muro pueden crear una presión que dañe el muro. Si el nivel más alto del agua está en el exterior, puede ocurrir que componentes tales como bases de elementos del desagüe floten dentro del suelo a pesar del peso del concreto. También se puede instalar cerca de los muros de contención un filtro de drenaje perimetral que lleve el agua a un pozo de drenaje fuera de la estructura (Fig. 4.5). En cimentaciones profundas para edificios altos se utilizan sistemas de bombeo permanente. CAPÍTULO 4: Cimentaciones

E ncofrados para zapatas Los dos factores más importantes en la construcción de zapatas son: • El concreto debe alcanzar la resistencia a la com­ presión especificada a un tiempo determinado. • La zapata debe estar localizada correctamente (tanto horizontal como verticalmente), de acuerdo con los planos y dentro de las tolerancias especificadas. Dado que las zapatas usualmente están enterradas la apariencia no es importante, mientras no sea a expensas de la calidad. El concreto puede ser colocado dentro de encofrados o directamente contra suelo, dependiendo de las condi­ ciones del suelo (Fig. 4.6). El encofrado puede ser de material viejo, o con varios usos, siempre y cuando esté en buen estado. Si el concreto se coloca contra el suelo se debe tener cuidado para que no caiga tierra sobre el concreto fresco y asegurarse que la tierra no absorba grandes cantidades de agua del concreto. Antes de colocar el concreto se deben limpiar los encofrados de tierra y otros elementos perjudiciales. Para prevenir que el concreto pierda mu­ cha agua durante el curado, el suelo se puede humedecer ligeramente o la excavación puede ser cubierta con una película de polietileno. Las tolerancias estándar permiten que las zapatas puedan aumentarse en tamaño en 2 pulg. (50 mm) si se utiliza encofrado o hasta 3 pulg. (75 mm) si se cons­ truyen sin encofrado. Sin embargo, se debe colocar el refuerzo como está especificado. Puede utilizarse un encofrado simple cuando la ci­ mentación es poco profunda. El encofrado lateral de la zapata se alinea y ajusta al nivel y posición adecuados mediante estacas. El otro lado del encofrado se coloca dando el ancho deseado con distanciadores clavados 41

Espigos para empalmes por traslapo

Fig. 4.7—Los encofrados para zapatas de muros pueden asegurarse con estacas. No se requieren amarres de metal y los distanciadores de madera en la parte superior están

Fig. 4.9— Dos métodos para disponer el encofrado de zapatas de columnas: uno con amarres internos y otro con amarres exteriores.

encofrados de metal de tamaño estándar. Los escalones pueden disponerse en incrementos de dos pies en dos pies (600 en 600 mm).

(Fig. 4.7). Los tablones de 2 pulg. (50 mm) nominales de grosor se mantienen en posición con estacas separa­ das cada 6 pies (1.8 m). Si se usan tablones de 3/4 de pulg. (19 mm) de espesor o se usan tablas de madera laminada para encofrados, las estacas deben colocarse cada 2 pies (600 mm). Si el suelo no resiste las estacas, los encofrados pueden asegurarse contra los costados de la excavación. Usualmente se construyen llaves biseladas den­ tro de las zapatas para im pedir que el m uro de contención se desplace lateralmente (Fig. 4.7). Las llaves biseladas pueden ser formadas con un listón de 2 x 4 pulg. (50 x 100 mm) que se retira cuan­ do el concreto ha alcanzado el fraguado inicial. Para zapatas de muros más profundas y vigas sobre el terreno el encofrado es mucho más elaborado y se 42

construye de la misma forma que los encofrados para muros (refiérase al Capítulo 5). Cuando la zapata de un muro está localizada en terreno inclinado puede escalonarse longitudinalmente (Fig. 4.8). El espaciamiento de los escalones depende de la pendiente. El encofrado para zapatas aisladas rectangulares simples puede ser una caja sin fondo (Fig. 4.9). Los lados opuestos tienen la dimensión exacta de la za­ pata. Los otros dos lados, perpendiculares a los de tamaño exacto, deben ser lo suficientemente largos para ajustarse al espesor del encofrado lateral y a los listones verticales utilizados para mantener unidas las secciones. Una vez que el encofrado está colocado en la posición exacta deben hincarse las estacas de tal manera que no se muevan durante la colocación del concreto. Se usan amarres para impedir que los lados se curven bajo la presión lateral del concreto fresco. Para zapatas de poca profundidad se puede utilizar un separador de madera clavado a través del tope del encofrado, en vez de los amarres metálicos. Los amarres para encofrado no se requieren usualmente en zapatas de poca profundidad, típicas en construcción liviana. Algunas veces parte de la carga de una zapata debe ser transferida a otra o dos columnas deben

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apoyarse en una sola zapata. Este tipo de zapata es denominada zapata combinada (Fig. 4.3). Cuando dos columnas están apoyadas sobre una sola zapata el encofrado se construye de la misma forma que en zapatas a nivel o escalonadas para muros. Si la carga de una zapata debe ser transferida parcialmente a la otra se construye una viga entre las dos zapatas. C ontrol de la hum edad M uchos m uros de contención tienen el doble propósito de soportar una estructura y de encerrar un espacio utilizable. En estos casos los muros deben ser tan impermeables como sea posible. Los muros de concreto pueden hacerse relativamente impermeables si se diseñan y se construyen adecuada­ mente. El concreto debe ser denso y esto significa que debe ser colocado con el mínimo contenido de agua y con una resistencia a la compresión en el rango de 3000 a 3500 lb./pulg.2 (21 a 25 MPa). Debe considerarse utilizar aire incorporado o aditivos para producir baja permeabi­ lidad. El concreto se debe vibrar apropiadamente. Debe adicionarse una membrana impermeable para tener un control adicional de la humedad. Las causas principales de la percolación del agua a través de las juntas entre zapata y muro son la se­ gregación de los agregados, hormigueros y juntas frías donde las colocaciones sucesivas de concreto no se han adherido adecuadamente entre ellas. La falta de cuidado en el manejo del concreto o el diseño inadecuado de las juntas de construcción conducen siempre a un muro que no es impermeable. La filtración de agua a través de las juntas se puede detener colocando sellos impermeables en las juntas. Los sellos son tiras de metal, caucho o plástico (refiérase al Capítulo 7 para información sobre la instalación de sellos). Un drenaje inadecuado es una de las causas princi­ pales de filtración de agua en los sótanos. El terreno alrededor de la construcción debe tener una pendiente adecuada para que el agua corra fuera de la edificación. Un sistema de drenaje normalmente utilizado es el de filtros compuestos por tubos perforados colocados alre­ dedor de los muros al lado de la zapata los cuales drenan a una salida adecuada o a un pozo que saca el agua fuera de la edificación. Para el efecto se utiliza tubería plástica perforada. La tubería deber ser colocada al lado de la zapata con los agujeros hacia abajo de manera que las bocas de entrada estén debajo del fondo del piso (Fig. 4.5). La tubería deber tener una pendiente apropiada (1/8 pulg./pie [1% = 10 mm/m]) para llevar el agua desde el fondo de la estructura hasta una salida o pozo eyector. También pueden utilizarse sumideros y bombas para mantener secos los sótanos. Otro sistema de drenaje CAPÍTULO 4: Cimentaciones

a considerar es el construido dentro de los encofrados permanentes de la zapata. El concreto es un material poroso y las previsiones de drenaje por sí solas no resuelven todos los problemas. Los sellantes y los compuestos impermeabilizantes se aplican a menudo en la parte extema del muro para producirle impermeabilidad. Las barreras de impermeabilización incluyen capas simples de revestimiento bituminoso, sistemas de aplicación en frío que utili­ zan múltiples aplicaciones de soluciones asfálticas, elastómeros aplicados en capas, hojas preformadas vulcanizadas de productos bituminosos, materiales con base en bentonita y un gran número de materiales patentados. La buena adherencia entre la superficie de concreto limpio y la barrera es esencial para prevenir el paso de agua. Algunas veces se utilizan métodos de cristalización como impermeabilizante por el interior de los muros de concreto. También cuando se adhieren al exterior de las cimentaciones de concreto paneles de drenaje patentados los cuales son muy efectivos. Algu­ nas de estas membranas plásticas tienen agujeros que permiten drenar el agua al fondo del muro y conducirla a las tuberías de drenaje. R ellenos de respaldo Los rellenos deben ser ejecutados cuidadosamente para prevenir daños en los sistemas de aislamiento térmico, la impermeabilización y los sistemas de drenaje. Como al concreto le toma varias semanas para llegar a la resistencia de diseño (si es especificada resistencia a los 28 días) los muros de concreto no están usualmente listos para resistir el empuje del material de relleno de respaldo por una semana o dos en clima cálido o más en clima frío. Los muros del sótano dependen de la existencia de la estructura del primer piso para ayudar a arriostrar el borde superior. Los rellenos no deben hacerse antes de que esta estructura esté construida, a no ser que se instale otro tipo de arriostramiento. Los muros interiores del sótano ayudan también a arriostrar los muros exteriores contra el empuje del relleno. Si hay que hacer el relleno más temprano, el muro debe arriostrarse desde adentro. No se debe permitir agua en la excavación antes del relleno. Para rellenos adyacentes a los muros de contención deben usarse materiales seleccionados como tierra o un relleno granular libre de piedra y escombros. El relleno es colocado en capas de 8 a 15 pulg. (200 a 350 mm), dependiendo del material utilizado, y cada capa debe compactarse antes de colocar la siguiente. En ocasiones se usan rellenos fluidos, eliminando la necesidad de compactación en espacios reducidos. Los equipos pesados para movimiento de tierra no deben operar cerca del muro. Los compactadores 43

vibratorios pequeños operados por un solo trabajador y los apisonadores pueden acercarse al muro y realizar un buen trabajo. Cuando se deban colocar losas de concreto sobre un relleno debe verificarse que el relleno esté bien compactado. Todos los materiales de encofrado deben retirarse antes de hacer un relleno. Los encofrados de madera se pudren con el tiempo causando asentamiento del relleno y reteniendo humedad contra el concreto, lo cual puede causar olores desagradables posteriormente. Advertencia: Algunas veces las alcantarillas están apoyadas sobre el relleno cuando salen de la edificación. Debe tenerse especial cuidado con el relleno por encima y por debajo de éstas tuberías para prevenir el desplazamiento y ruptura de las mismas. Para aliviar el problema se debe usar piedra # 57 (25 mm) o rellenos fluidos. Los rellenos fluidos, también llamados en algunas ocasiones “materiales controlados de baja resistencia” o CLSM por sus siglas en inglés, como el concreto de ceniza volante para rellenos o el suelo-cemento, son materiales cementantes auto-compactantes que proveen un relleno efectivo utilizable en cambio de rellenos que hay que compactar. Normalmente, el relleno fluido utilizado en aplicaciones de rellenos tiene una resistencia no confinada a la compresión de 50 a 100 lb./pulg.2

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(0.35 a 0.70 MPa) que permite futuras excavaciones si se requieren. Aunque los rellenos fluidos cuestan más por yarda cúbica (m3) que la mayoría de los rellenos granulares y de tierra, sus ventajas hacen que terminen costando menos una vez colocados. La capacidad de carga de los rellenos fluidos normalmente es más alta que la de los materiales granulares compactados. Los rellenos fluidos no forman vacíos durante la colocación y no se asientan bajo carga. Los camiones mezcladores pueden transportar cualquier cantidad de material para rellenos fluidos al sitio de trabajo en cualquier condición climática. Pueden ser colocados por medio de canal, bomba, banda transportadora o en carretillas. Como el relleno fluido es autonivelante no se necesita esparcirlo o compactarlo. Esto acelera la construcción y evita tener que usar equipos como las apisonadoras reduciendo la mano de obra. Alrededor de tuberías y de ductos eléctricos el relleno fluido puede colocarse con color para prevenir daños en las redes y tuberías en futuras excavaciones. Cuando se está colocando contra los muros de contención debe tenerse en cuenta la presión lateral que ejerce el relleno fluido sobre el muro o la tubería. Cuando la presión lateral es una preocupación, el relleno fluido puede colocarse en capas permitiéndole endurecer antes de colocar la siguiente capa.

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CAPITULO 5: Encofrado y cimbra l concreto fresco es un material plástico que toma la forma del molde donde se coloca. La cimbra y el encofrado se definen como la estructura temporal para sostener el concreto mientras fragua y gana suficiente resistencia para sostenerse por si misma (ACI 116R-00). Cimbra y encofrado tienen una definición más amplia pues es el sistema total de soporte del concreto fresco incluyendo el encofrado o molde que está en contacto con el concreto y la cimbra o apuntalamiento que es la estructura temporal que sostiene el encofrado. Además incluye también todas las demás partes como accesorios metálicos y los arriostramientos necesarios (ACI 116R-90). Cimbra y encofrado, ambos, son esenciales para la construcción en concreto. Moldean el concreto en la forma y el tamaño deseados y controlan su posición, alineamiento y superficie. Como se definió anteriormente, la cimbra y el encofrado son más que un molde. Es una estructura temporal que sostiene su propio peso, el peso del concreto fresco colocado en su interior y las cargas de construcción tales como materiales, equipos y trabajadores, además de otras cargas vivas posibles como el peso de la nieve sobre una losa. La cimbra y el encofrado cuesta aproximadamente entre el 35 y el 60% del costo de la estructura de concreto y por esta razón el contratista busca la máxima economía posible sin sacrificar la calidad ni la seguridad. La escogencia adecuada de equipos y m ateriales, la planeación cuidadosa de los procedimientos de fabricación y armado y el reuso eficiente de la cimbra y el encofrado hacen la construcción más expedita, aseguran una mejor utilización de la mano de obra y ahorran dinero. Todo lo anterior se consigue con una buena planeación y programación previas al inicio de la obra. (Consultar el Capítulo 9 para una lista de actividades preliminares a la construcción).

E

CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Las operaciones con la cimbra y el encofrado de un proyecto pueden ser las más costosas y peligrosas de las actividades en una obra. Aunque la calidad y la economía son importantes, la seguridad debe ser la mayor preocupación. La cimbra y el encofrado deben ser capaces de sostener cargas sin fallar y sin representar un peligro para los trabajadores y el público (o para la estructura de concreto en construcción). El concreto colocado en la cimbra y el encofrado trasmite cargas al suelo o a la estructura existente que le da apoyo. Estas cargas deben ser revisadas por el ingeniero estructural del proyecto (especialmente en estructuras grandes y edificaciones en altura con varios pisos) para garantizar que la magnitud, localización y el momento en que se presentan las cargas no excedan (con un factor de seguridad apropiado) la resistencia de la cimentación y de la estructura en sí. El contratista asume una gran responsabilidad en la disposición y armado de la cimbra y encofrado. No sobra recalcar la importancia de mantener una buena comunicación entre el constructor y el diseñador para que la construcción sea segura, el resultado final sea lo que el ingeniero diseñó y especificó, y por la cual está pagando el propietario para recibir como producto final. P recauciones de seguridad La atención a la seguridad es crítica en la construcción de cimbras y encofrados. Las cimbras y encofrados deben sostener el concreto y las cargas vivas mientras el concreto está en su fase plástica y hasta que sea autosuficiente estructuralmente. La seguridad comienza en la definición, planeamiento y administración del proyecto. Las cimbras y encofrados deben diseñarse correctamente para resistir las cargas esperadas y esto requiere involucrar un diseñador profesional. Los diseñadores de cimbra y encofrados

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deben acatar los requisitos de los reglamentos locales para cimbra y encofrados como también las regulaciones de OSHA (United States Occupational Safety and Health Administration) (Los requisitos para concreto, encofrados de concreto, apuntalamiento o cimbras se encuentran en la Sección Q de Construction Safety and Health Regulations de OSHA). Para garantizar el buen desempeño de las cimbras y encofrados el contratista que las diseña debe seguir los criterios de diseño contenidos en ACI 347, “Guide to Formwork for Concrete.” Las fallas de las cim bras y encofrados pueden atribuirse a falta de atención en los detalles, errores humanos, materiales y equipos defectuosos, omisiones y un mal diseño básico. Hay que tener especial cuidado con el concreto auto consolidante para evitar fugas súbitas. El medio más efectivo para lograr la seguridad en el uso de cim bras y encofrados es contar con una supervisión com petente y trabajadores con conocimientos y experiencia en montaje de cimbras, encofrados y colocación del concreto. La cimbra y encofrado debe ser construida exactamente como fue diseñada, siguiendo procedimientos seguros en su montaje y en el desencofrado y descimbrado, de tal manera que ningún elemento se sobrecargue en ningún momento. Los procedimientos de construcción deben ser planificados con anterioridad para asegurar la seguridad del personal. El contratista debe tener un programa en la obra para inspecciones periódicas de seguridad de las cimbras y encofrados a medida que la obra progresa. Los inspectores de las cimbras deben estar atentos Alambre para remover los separadores en la medida que se coloca el concreto

Fig. 5.1— Una cimbra y encofrado para muro típico. Se muestran los separadores de madera, pero frecuentemente el separador es parte del amarre metálico prefabricado.

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con el fin de detectar oportunamente cualquier posible desplazamiento o cualquier falla durante la colocación del concreto. El director del proyecto o el contratista general deben desarrollar un listado de verificación de seguridad. El documento “Guide to Formwork for Concrete” (ACI 347) contiene una lista de las precauciones de seguridad que se deben tener en cuenta. El documento “Supported Beams and Slabs” (ACI CCS-3) de la serie de publicaciones “ACI Concrete Craftsman Publications” incluye un listado de verificación para cimbras y encofrados. El listado comprende seguridad en general, muros, cimbra y encofrados, y apuntalamiento y reapuntalamiento. El listado de verificación del proyecto se debe entregar a todo capataz y deben programarse reuniones periódicas (semanales o mejor aún diariamente) con los trabajadores. Toda persona en el proyecto se convierte en un inspector de seguridad y por consiguiente deben presentarse menos fallas y accidentes. Un sitio de trabajo seguro ayuda a obtener construcciones en concreto de muy buena calidad. Las cim bras y encofrados afectan la calidad del concreto La forma, tamaño y alineación de losas, vigas, columnas y otros elementos estructurales de concreto dependen de la exactitud en la construcción de las cimbras y encofrados. Las cimbras deben construirse de las dimensiones correctas. Las cimbras y encofrados deben ser lo suficientemente rígidas bajo las cargas de construcción para mantener la forma y alineación del elemento de concreto que se construye. Si la cimbra se deforma excesivamente la superficie del concreto queda deformada y requiere luego ser picada y pulida, lo cual es un proceso costoso. Si la cimbra se mueve de su sitio la falta de alineación subsiguiente puede reducir la integridad de la estructura o afectar la instalación del resto de la estructura, la fachada o los equipos del edificio. La cimbra y encofrado debe permanecer en su sitio hasta que el concreto tenga la suficiente resistencia para soportar su propio peso y cualquier carga extema. La calidad del acabado de la superficie del concreto es afectada directamente por los encofrados y los materiales del mismo. Una mano de obra deficiente y que no preste atención a los detalles durante la instalación de la cimbra y el encofrado conducirá a filtraciones del concreto y acabados desiguales. Si las cimbras y encofrados no producen el acabado especificado hay que hacer un trabajo considerable para corregir defectos como picar, parchar, pulir o revestir el concreto. Si el trabajo tiene requisitos especiales o los acabados arquitectónicos para muros y columnas imponen la utilización de técnicas novedosas y especiales, se

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recomienda entonces que los trabajadores elaboren muestras de muros o unidades a construir. Los modelos a escala de paneles y muros pueden ser construidos para optimizar las dosificaciones del concreto, refinar las técnicas de construcción, determinar la resistencia inicial del concreto y proveer muestras de los acabados de superficie que se espera obtener. Estos paneles ayudan a confirmar el acabado que quiere el arquitecto. Otro sitio donde se pueden probar los acabados, el uso de chorro de arena y los revestimientos de las superficies son muros que más tarde tendrán rellenos de respaldo, o los muros interiores que serán recubiertos después. Tipos de cim bra y encofrado Los sistemas de cimbra y encofrado usualmente están dentro de una de las cuatro categorías siguientes: • Cimbras y encofrados hechos en obra para una sola utilización (Job-built forms fo r one-time use). Los componentes de la cimbra y encofrado son ensam­ blados pieza por pieza en obra. • Cimbras y encofrados prefabricados en obra que pueden ser reutilizadas y se conocen usualmente como cimbras y encofrados de obra (gong organged

forms). • Cimbras y encofrados industrializados (Manufacturedforms), las cuales se compran o se arriendan, algunas veces como un sistema integral. • Sistemas especiales de cimbra y encofrado para estructuras o situaciones específicas. Cimbras y encofrados construidos en obra

Cimbras y encofrados de madera fabricados en obra, son construidas ensamblando los componentes individuales pieza por pieza para algún proyecto de construcción pequeño o para utilizarla por una sola vez en cualquier proyecto. EnlaFig. 5.1 se muestran cimbras y encofrados de madera típicos. Las cimbras y encofrados construidos en obra son montados sobre una zapata o una losa de concreto que actúa como plataforma para el encofrado de muro. El procedimiento más común es fijar una solera (viga de madera aserrada), sencilla o doble, utilizando anclajes o clavos para concreto a la zapata o losa para sostener el revestimiento del encofrado. Los parales de madera se clavan a la solera y pueden amarrarse entre ellos con una tablilla temporal. El encofrado se clava a los parales y las costillas horizontales se colocan en su sitio. Con frecuencia, estas piezas se ensamblan con anticipación como un panel completo que se instala así en la posición requerida. El encofrado de la cara interior del muro se construye de manera similar. Los separadores, de madera o metal, se colocan entre los paneles interiores y exteriores del encofrado. Los amarres para muro se CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

insertan a través de agujeros perforados previamente en el encofrado. El encofrado del muro se alinea y luego se arriostra. Cimbras y encofrados prefabricados

Aunque las cimbras y encofrados de un solo uso se utilizan en muchos proyectos, el costo de la mano de obra y la demanda de precisión y economía en produc­ ciones masivas han traído algunos cambios. Las cimbras y encofrados prefabricados reutilizables se han conver­ tido en elementos convencionales en la construcción. Las cimbras y encofrados ya listos o construidos de paneles prefabricados se usan comúnmente para muros y para construir losas de pisos en edificios de varios pisos. En encofrados de muros las costillas y paneles latera­ les se ensamblan previamente en unidades pequeñas que puedan manejarse manualmente. Los paneles se instalan en posición y se arriostran. Los paneles se montan de la misma forma que los encofrados construidos en la obra.

Cimbras y encofrados de “cuadrilla” (Gang or Ganged Forms). Las cimbras y encofrado se construyen ensamblando varios elementos pequeños en uno grande (Fig. 5.2). Estas cimbras y encofrados pueden utilizarse en todo tipo de trabajo y su tamaño está limitado por las condiciones del trabajo y a la facilidad para moverlos. Estas secciones grandes se arman, se desmontan en el desencofrado y se trasladan a la siguiente posición con grúa. Este método conlleva a una buena reutilización de equipos, permite colocar mayores cantidades de concreto en un menor tiempo sin tener que armar y desarmar el panel de encofrado en cada colocación de concreto. Las cimbras y encofrados de “cuadrilla” pueden a­ marrarse con amarres cónicos, barras internas o amarres de tomillo hembra (Fig. 5.15 y 5.16). Los amarres de tomillo hembra se usan en muros gmesos y se dejan embebidos. Los amarres cónicos se retiran y luego se tapan las perforaciones.

Fig. 5.2— Encofrados de “cuadrilla’’ siendo izados. (Foto cortesía de MEVA Forms).

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Molde de ancho variable para engrosar la vigueta en el extremo

Molde de ancho iconstante

Tapones para los extremos

Vigueta i i

Tabla de soporte debajo de las viguetas Alternativa de soporte continuo Encofrado para s iga

•Tabla de soporte de los paneles reticulares

Fig. 5.3— Moldes reticulares (pan forms) clavados para construcción en una dirección.

Moldes reticulares

Viga de madera de la cimbra Encofrado de la columna

Puntal ajustable Tabla de soporte

Fig. 5.4— Encofrado de moldes reticulares para losas en forma de waffle. Se han omitido los moldes donde se necesita un capitel alrededor de la columna.

Mesas volantes (Flying table forms). Estas son cimbras y encofrados grandes para losas de edificios de varios pisos. Tienen un sistema de soporte propio y gatos niveladores y se pueden retirar fácilmente de la losa de piso una vez que el concreto alcanza la resisten­ cia necesaria. Luego se mueve la mesa volante hasta el borde exterior del edificio y se iza con la grúa hasta el piso localizado por encima donde se instala nuevamente y se nivela. Este sistema de cimbra y encofrado es muy eficiente cuando la geometría del edificio permite usarla. Se pueden agregar moldes reticulares de encofrado sobre la superficie del sistema para formar viguetas en una o dos direcciones. Cimbras y encofrados industrializados

Con el paso de los años la cimbra y encofrado básico que se arma en obra se ha perfeccionado. Ahora, ex­ isten un sin número de sistemas de cimbra y encofrado especializados fabricadas industrialmente para reducir el tiempo y la mano de obra que antes se requería en la obra. Estos sistemas son lo suficientemente duraderos 48

Fig. 5.5—Se forman vacíos en la losa con tubos de fibra laminada. Los tubos se han amarrado con alambre para evitar que se muevan durante la colocación del concreto.

para ser utilizados muchas veces. Generalmente se com­ pran o se arriendan. Cada sistema de cimbra y encofrado industrializado tiene sus propios sistemas de amarres, conectores y demás accesorios especiales.

Encofrados de moldes reticulares (Pan Forms). Estos encofrados usan moldes de metal, fibra de vidrio o plástico y son utilizados para las losas de piso en edi­ ficios de varios pisos (Fig. 5.3). Las losas para pisos con aligeramiento en su parte inferior, semejantes a un waffle, están formadas por moldes reticulares rectangulares (pan forms) de la misma manera que los sistemas de viguetas en una dirección. Estos encofrados son reutilizables y pueden comprarse o alquilarse. Vienen en gran cantidad de tamaños y fonnas (Fig. 5.4) Encofrados perdidos (Internalforms). Son encofra­ dos redondos o rectangulares de acero, fibra de vidrio o cartón que se colocan en losas de espesor apreciable o en vigas y son dejadas en el sitio para aliviar el peso propio del elemento (Fig. 5.5). Así se produce una losa de piso similar a la anterior a excepción que las super­

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ficies superior e inferior son planas. Los vacíos entre viguetas están formados por los tubos colocados dentro del elemento. Los extremos de los tubos se tapan para evitar la entrada del concreto. Los tubos se amarran con alambre para evitar que floten o tengan movimientos laterales durante la colocación del concreto. El poliestireno expandido se puede utilizar para crear vacíos internos. Este material es rígido, liviano, fácil de cortar en obra y lo suficientemente fuerte para soportar la presión del concreto fresco. Debe ser amarrado en el sitio para impedir movimientos de flotación cuando se coloca el concreto. Encofrados tipo túnel (Tunnel forms). Están hechos de acero o aluminio combinando el encofrado de los muros a ambos lados y el de la losa sobre ellos para formar una sola unidad. Normalmente el encofrado del muro tiene bisagra para permitir que el encofrado de la losa sea retirado y el túnel sea trasladado al lugar de su siguiente utilización. Paneles para muros (Panelizad forms). Estos en­ cofrados son fabricados de madera laminada, aluminio o acero y se unen y se aseguran fácilmente en obra conformando rápidamente grandes áreas de encofrado para muros de concreto. Ofrecen tres ventajas: • Los componentes pueden ser ensamblados para cualquier forma o tamaño. • Requieren menos mano de obra especializada en la obra. • Los mismos encofrados pueden ser reutilizadas como parte de una sección grande y en otra ocasión para unidades pequeñas. La mano de obra especializada se reduce en la obra, porque se eliminan la mayoría de los cortes, recortes y ajustes. El uso de los sistemas de paneles requiere, sin embargo, buena planificación. Solo se puede mejorar la productividad en obra con planeación previa, buena programación, estudio detallado de la disposición de los paneles y una supervisión constante en la obra. Los encofrados prefabricados tienen tam años modulares. Los de 2 y 4 pies (0.6 y 1.2 m) de ancho son los más comunes, con alturas entre 2 y 12 pies (0.6 y 3.6 m). Existen muchos tipos de paneles accesorios, incluyendo los de ajustes y esquina de diferente tamaño. Los herrajes y elementos de amarre que vienen con el encofrado de paneles varían según el fabricante. Los herrajes especializados patentados son componentes importantes de los encofrados de paneles. Los sistemas de encofrado de paneles pueden ser comprados o alquilados. Hay tres tipos básicos que son: • Paneles de madera laminada sin marco reforzados con costillas de acero con herrajes de ajuste y amarre especiales. • Paneles totalmente metálicos con marcos que enCAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Fig. 5.6— Encofrados de aluminio con un patrón exterior que semeja ladrillo en un muro de concreto.

Fig. 5.7— Los encofrados tubulares de fibra requieren arriostramiento para mantenerlos a plomo y una plantilla en la base para una localización precisa.

cajan entre sí. Esto incluye los paneles de aluminio que pueden crear la apariencia de ladrillos en el concreto. (Fig. 5.6) • Paneles de madera laminada con marco metálico 49

Fig. 5.10— Un tipo de tablero de lámina de acero (steel deck) combinado con refuerzo.

Fig. 5.8— Uno de los varios encofrados de columna patentados (izquierda) y la columna terminada después de retirar el encofrado (derecha).

Fig. 5.9—Encofrado metálico perdido sostenido por vigas de concreto prefabricadas. El refuerzo embebido en la viga se dobla para asegurar el encofrado metálico en su sitio.

con costillas de acero en la parte posterior. Encofrados de “cuadrilla” de abrazadera (Clampstyle gang form systems). Este tipo de encofrado se ha introducido en el mercado en los últimos años y ha demostrado su bondad porque reducen la mano de obra necesaria para armarlo y desarmarlo como también el 50

manejo que requiere en comparación con un encofrado normal. El costo del encofrado pesa apreciablemente dentro el costo de un proyecto de concreto. Estos enco­ frados permiten reducir la mano de obra, la velocidad de los ciclos y disminuyen la cantidad de equipo en un proyecto. Comparado con un encofrado de “cuadrilla” de 4 x 8 pies (1.2 x 2.4 m) — el cual requiere numerosas costillas y canales de alineación y una cantidad apreciable de he­ rrajes en su ensamblaje — el encofrados de “cuadrilla” de abrazadera solo necesita dos o tres abrazaderas para cada unión las cuales se instalan con dos golpes de martillo. No necesitan costillas de respaldo con la ex­ cepción del alineamiento horizontal de las juntas cuando se colocan. Aún más, estos sistemas traen normalmente un pequeño larguero de acero que monta fácilmente en la parte posterior de los elementos y los alinea adecua­ damente. En este sistema de encofrado se eliminan los herrajes y las pesadas viguetas de acero del respaldo y por ser menos pesado es más fácil de movilizar con grúas más pequeñas que otros sistemas. Otro atractivo de estos sistemas es su simplicidad. En una época en que la mano de obra calificada y con experiencia es difícil de conseguir, estos sistemas pueden reducir el tiempo de aprendizaje de trabajadores que no están familiarizados con las cimbras y encofrados. Su ventaja real, sin embargo, es claramente palpable en proyectos donde hay muros de diferentes alturas o con contrafuertes, los cuales requieren modificaciones rápi­ das para formar detalles (por la simplicidad y rapidez). Como ocurre con otros sistemas, en este hay varia­ ciones de un fabricante a otro en los diferentes tamaños disponibles, componentes, la capacidad de carga y los métodos de amarre. Estos encofrados se consiguen en medidas métricas pero algunos fabricantes los tienen disponibles únicamente en unidades inglesas. Estos sistemas, como la mayoría, se pueden comprar o a­ rrendar. Algunos proveedores incluyen dentro del precio servicios invaluables como consultoría y elaboración de

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E ncofrados rem ovibles (R em ovable fo rm s). Estos encofrados son fabricados de alum inio y son utilizados principalm ente en construcciones residenciales. Este sistema de encofrado generalmente combina el encofrado para muros con una espuma aislante de poliestireno insertada en su cara externa o interna, o localizada en el mitad del muro. Estos sistemas patentados algunas veces incorporan losas cuyo concreto puede ser bombeado para crear una estructura completa en una sola colocación de concreto. Sistemas especiales de cimbra y encofrado

Fig. 5.11— Paneles prefabricados de concreto sirviendo como encofrado de las columnas y por lo tanto creando una superficie arquitectónica. Durante la construcción las bases de las columnas fueron protegidas con envolturas de madera sostenidas en su lugar con correas de metal.

planos para su izaje y montaje. Por esta razón se sugiere que el contratista se tome su tiempo para explorar e iden­ tificar cual es el sistema más conveniente y el proveedor más adecuado para cada necesidad especifica. Encofrados de Columnas (Column form s). Se pueden construir columnas de sección cuadrada o rectangular utilizando el mismo sistema de paneles de encofrado que se utiliza para los muros. Los encofra­ dos para columnas de sección circular se consiguen como unidades completas en fibra laminada, metal o de plástico reforzado con fibra de vidrio. Los tubos de fibra laminada (Fig. 5.7) son encofrados de un solo uso y requieren solamente un mínimo arriostramiento externo para mantenerlos a plomo. Los tubos vienen en longitudes convencionales y en diferentes diámetros. Los encofrados laminadas pueden cortarse con sierra y son fácilmente desmontables si se retiran poco tiempo después de la colocación del concreto, pero se vuelven muy difíciles de quitar con el tiempo. Las columnas de más de 15 pies (5 m) de altura generalmente requieren rigidizantes en los cuatro lados para reducir la tendencia de la fibra del encofrado a curvarse. L o s e n c o f r a d o s de a c e ro p a ra c o lu m n a se ensam blan en secciones y todos los herrajes necesarios son suministrados con el encofrado (Fig. 5.8). El encofrado para capitel en forma de cono truncado que forma la parte superior de la columna es parte integral del mismo elemento de encofrado. CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Encofrados perdidos (Stay-in-place forms). Este tipo de encofrado se convierte en parte de la estructura. Son utilizadas frecuentemente: en losas de entrepiso y losas para techo sostenidas por vigas o viguetas de acero, en tableros de puentes, para las tapas de zanjas de tuberías y otros lugares inaccesibles donde no es factible o es muy costoso remover el encofrado. Estos encofrados son de acero o unidades delgadas de concreto preesforzado prefabricado, sostenidas por cimbra (cuando se usan para losas) y unidas entre si para formar la parte inferior del elemento de concreto (Fig. 5.9). En algunos casos, el encofrado forma parte de la estructura y se diseña para resistir parte de la carga para la cual se diseña la estructura. En ocasiones los tableros de lám ina de acero (steel deck) se usan tanto como encofrado y como parte del refuerzo (Fig. 5.10). El acero que se usa para dar soporte o como parte del refuerzo debe ser galvanizado. Cuando actúa solamente como encofrado perdido (por ejemplo; en una losa sobre un sistema de tuberías donde es poco práctico remover el encofrado de madera) la lámina de metal puede estar sin revestir (sin galvanizar) pues si se oxida no causa daño. Los encoffadosperdidos se aseguranalas vigas de concreto o de acero por medio de clavos o abrazaderas asegurados a la parte superior de la viga, soldando el componente de acero o por embebido de aditamentos en el concreto. Para columnas exteriores, vigas perimetrales del pórtico y unidades de muro en una edificación por debajo de las ventanas (antepechos) se usan cada vez más paneles decorativos de concreto prefabricado. Estos sirven como encofrado para el componente estructural y a la vez como acabado de una superficie arquitectónica (Fig. 5.11). Estos paneles pueden ser prefabricados en obra o producidos en una planta de prefabricados. Algunas veces tienen el agregado expuesto en la superficie. Los encofrados de concreto aislante (Insulating concrete forms - ICF) son encofrados perdidos que se ensamblan como bloques o láminas entrelazadas. El concreto se coloca dentro de la estructura del ICF para formar losas o parrillas de concreto (Fig.5.12). Las unidades ICF tienen 51

Fig. 5.12— Los encofrados de concreto aislante (ICF) se ensamblan y luego se llenan con concreto (Foto cortesía de Schwing America Inc.).

S¡SSÍP

Fig. 5.13— Encofrado deslizante en uso. (Foto cortesía de Doka Group).

Fig. 5.14— Uso de cimbras y encofrados acoplados reutilizables. (Foto cortesía de PERI Formwoks Systems, Inc.).

un buen aislamiento térmico. Encofrados similares de espuma se consiguen para losas de concreto de luz corta. Encofrados deslizantes (Slipforms). Estos encofrados colocan el concreto por extrusión. El concreto se coloca 52

dentro del encofrado, el cual es movido después de manera vertical u horizontal, dejando un concreto con la forma de la sección transversal del encofrado (Fig. 5.13). D entro de los usos e sp ec tac u la re s de estos encofrados, están torres muy altas, silos, núcleos de ascensores en edificios altos y muros de edificios. El movimiento del encofrado es lo suficientemente lento para que el concreto gane la resistencia necesaria para mantener su forma y soportar su propio peso. Los encofrados deslizantes verticales usualmente son movidos por gatos hidráulicos apoyados sobre barras lisas de acero colocadas en el concreto. Los encofrados deslizantes horizontales se utilizan en estructuras tales como revestimiento de canales, pavimentos de carreteras, canales de drenajes, sardineles y bordillos, cunetas y barreras de carreteras. Los encofrados deslizantes pueden ser movidos sobre rieles, sobre una viga o puede utilizarse una máquina de encofrado deslizantes autopropulsada y controlada por una línea guía. En cualquiera de estos dos tipos la plataforma de trabajo, las tolvas de suministro del concreto y las plataformas de acabado van sobre la máquina. Los encofrados deslizantes, especialmente los de construcción vertical, requieren de un supervisor y tra b a ja d o re s con ex p e rien c ia q uienes deber tener especial cuidado durante las operaciones de construcción. Requiere de una planeación completa para programar los despachos de concreto e instalación de todos los detalles y materiales necesarios tales como refuerzo pasante (dowels), acero de refuerzo, platinas para soldadura y elem entos de bloqueo. E ncofrados saltantes (Juntp Form s). Estos encofrados son similares a los encofrados deslizantes ex c ep to que en lu g ar de e x tru ir el co n c re to el encofrado “sa lta ” al piso siguiente. Esto es, se coloca el concreto, se retira el encofrado y el encofrado “salta” al siguiente piso después de que ha ocurrido el fraguado inicial del concreto (Fig. 5.14). Este tipo de encofrados de “cuadrilla” pueden ser levantados con grúa o con un sistema eléctrico o hidráulico. Diseñados adecuadamente minimizan el núm ero de piezas que se tienen que m anejar y sim plifican el trabajo de m ontar de nuevo el encofrado cumpliendo las tolerancias especificadas. M ateriales y herrajes para cim bras y en co ­ frados Dentro de los materiales empleados en las cimbras y encofrados se encuentran: madera laminada, acero, fibra de vidrio, aleaciones de aluminio, concreto prefabricado, madera aglomerada, paneles de concreto con fibras, paneles de yeso (para encofrados perdidos), madera,

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cartón, caucho, cloruro de polivinilo y poliestireno. A los anteriores hay que añadir amarres fabricados en acero, plástico o fibra de vidrio que evitan que las paredes del encofrado se separen bajo la presión del concreto en estado plástico; anclajes de encofrado para asegurar el encofrado al concreto colocado anteriormente; ganchos colgantes para asegurar el encofrado a una estructura de acero o de concreto prefabricado; distanciadores y sillas para sostener las barras de refuerzo a la distancia especificada medida desde la parte interna del encofrado; revestimientos interiores para producir una superficie de concreto decorativa y otros accesorios como sujetadores, anclajes para mampostería y cajas eléctricas. El tipo y número de accesorios y embebidos puede en ocasiones decidir el tipo de cimbra y encofrado escogido para el trabajo. Cuando las cimbras y encofrados se fabrican en la obra el contratista puede utilizar materiales poco costosos que sean fáciles de transportar, manejar y armar en la obra. Cualquier madera que sea recta y estructuralmente fuerte puede ser utilizada en las cimbras y encofrados. Sin embargo, la madera menos costosa suele tener nudos, corteza y no ser muy recta lo que implica trabajo adicional para reparar estos desperfectos y hace que resulte más costosa en la realidad. Generalmente la disponibilidad de maderas blandas como pino, abeto y pino secados en homo las hace económicas para fabricar cimbras y encofrados. El secado en homo reduce la posibilidad de un alabeo excesivo. La madera lam inada se utiliza ampliam ente en encofrados que se fabrican en obra y en sistemas de paneles prefabricados. Se requiere madera laminada para exterior (pegada con goma a prueba de agua). La madera laminada debe tener visible la contramarca de fábrica APA (este grupo originalmente se conocía como Am erican Plywood Association, APA) pero ahora es conocido como Engineered Wood Association. Toda madera para cimbra y encofrado debe tener la contramarca de fábrica colocada por una agencia reconocida para clasificar maderas. La madera laminada Grado B-B corresponde al menor grado permitido para encofrados y tiene los dos lados de la lámina revestidos con enchapado Grado B. Es una lám ina con una superficie sólida y lijada, con algunos tapones y nudos pequeños, los cuales son permitidos. La clase A-C puede utilizarse en concreto arquitectónico. La madera laminada con recubrimiento para exterior se usa donde se desean obtener superficies suaves y poco veteadas. La madera laminada recubierta es llamada en ocasiones madera laminada plastificada y viene con superficie de alta densidad (High Density Surface - HDO) y con superficie de densidad media (Medium-Density Surface - MDO). Aunque los paneles recubiertos son más costosos inicialmente, el costo CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

$

ESPACIADOR CÓNICO Extremo con arandela (opcional)

4

4 ' SIN ESPACIADOR - PUEDE EXTRAERSE O PUEDE INCLUIR PUNTOS DE RUPTURA

AMARRE CÓNICO - PARA SER EXTRAÍDO

CINTA DE AMARRE PARA USARSE CON PANELES

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.........

AMARRE CON BUCLES - PARA USARSE CON PANELES

Fig. 5.15— Los amarres más comunes. Diferentes tipos de cuñas u otros dispositivos anclan el amarre a la cara exterior del encofrado.

total en la construcción es menor por su durabilidad y por los acabados de alta calidad que producen. Para mayor información sobre encofrados de paneles de madera laminada, recubiertos o plastificados, vale la pena leer el artículo escrito por Ken Pratt en “Concrete Construction” de febrero de 2004. Las pilas de madera laminada deben permanecer amarradas y cubiertas con plásticos hasta cuándo se van a utilizar. El proteger la madera contra la intemperie es prevenir que la madera se arquee o se deforme y además el mantenerla amarrada impide que sea sustraída fácilmente. El acero es otro m aterial im portante para la fabricación de cimbras y encofrados. Es utilizado para todos los sistemas de paneles de acero, para enmarcar y amarrar los paneles de madera o de madera laminada, en moldes de acero para losas y para encofrados perdidos. En las cimbras con frecuencia se utilizan puntales verticales de acero y componentes estructurales de acero. Debe hacerse mantenimiento a los recubrimientos de protección de puntales y demás componentes para evitar su corrosión. El oxido pueden disminuir apreciablemente su capacidad de carga. Los encofrados plásticos reforzados con fibra de vidrio se encuentran disponibles en una gran cantidad de formas y pueden ser fabricados para ajustarse a diseños complejos. Otros materiales utilizados para moldes de encofrados para conformar vacíos dentro 53

AMARRE ESPIRAL SENCILLO, LOS AMARRES EN ESPIRAL SE CONSIGUEN CON 4 AMARRES

AMARRE ESPIRAL CON SELLO IMPERMEABLE

Retenedor en forma de cuña

AMARRE DESFIGURADO CON EXTREMOS DE DESCONEXIÓN Tuerca, arandela u otro tipo de retenedor

Fig. 5.17— Un mortero espeso se apisona en capas con una barra en la perforación del amarre. Debe usarse una barra de madera para apisonar el mortero en el hueco porque las barras plásticas o de acero pueden descascarar el concreto.

Puede tener un agujero para clavarlo al / paral o a la costilla

J _ _____________________

AMARRE SENCILLO CON TORNILLO HEMBRA DE DESCONEXIÓN PUEDE TENER SELLOS IMPERMEABLES

ANCLAJE

(Para ser embebido en el concreto)

m Fig. 5.16—Algunos tipos de amarres de desconexión interna. Retenedores roscados o de cuña aseguran los amarres contra la cara externa del encofrado.

de las losas incluyen moldes de fibra, fibra prensada y cartón corrugado. Los encofrados de plástico laminado también se encuentran disponibles. Estos moldes no absorben agua y forman superficies muy lisas y pulidas. Los clavos de doble cabeza o clavos dobles son muy útiles especialmente cuando hay que retirarlos al terminar el trabajo. Se usan para asegurar bloques, riostras y costillas. Los clavos de cabeza doble se pueden retirar con facilidad con martillo o con saca clavos sin dañar la madera. Los clavos comunes se usan en paneles de encofrado cuando no es necesario retirarlos al desencofrar. Algunas veces es conveniente utilizar clavos de acabado los cuales atraviesan el panel cuando se desmonta sin dañarlo. Los clavos de ebanistería son muy buenos para asegurar el revestimiento de los encofrados porque la cabeza deja una marca muy pequeña en el concreto terminado. Los am arres para encofrados son fabricados especialmente en metal o plástico y sirven para asegurar el encofrado contra la presión lateral que ejerce el concreto recién colocado (Fig. 5.15 y 5.16). Los amarres en formas de barra o cinta se usan comúnmente en construcciones pequeñas. El de tipo roscado de desconexión interna es el más utilizado para encofrados en construcciones pesadas como presas, puentes y cimentaciones masivas. Estos amarres se 54

m

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TORNILLO

ENSAMBLAJE EN EL CONCRETO

Fig. 5.18—Varios tipos de amarres de encofrado. El anclaje de tornillo de la parte superior izquierda muestra los componentes del amarre de anclaje y tornillo. Otros anclajes requieren diferentes tornillos y accesorios.

colocan entre los dos costados, interno y externo, del encofrado y se consiguen con o sin dispositivos para separar las caras del encofrado una distancia determinada. Un retenedor en cada extremo del amarre lo asegura contra la cara exterior del encofrado. El diseño de la cimbra y el encofrado por parte del contratista debe incluir detalles de los amarres, capacidad de carga y factores de seguridad. Las cargas esperadas fluctúan entre 1000 y más de 50,000 libras (5 y 250 kN) dependiendo del factor de seguridad, la clase del acero, el diámetro del amarre y los detalles de los retenedores. El factor de seguridad usualmente es de 2, lo que significa que la resistencia a la tracción especificada debe ser el doble de la carga de trabajo de

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los amarres nuevos. La disposición de los amarres debe ser planeada. La separación entre amarres con frecuencia se mantiene uniforme en la altura del muro por conveniencia de con­ strucción y para logar una apariencia uniforme después de desencofrar. Si las perforaciones de los amarres quedan a la vista como parte de la apariencia arquitec­ tónica la localización de los amarres debe ser simétrica dentro del elemento de concreto. Si las perforaciones de los amarres no se van a ver, éstos deben localizarse en juntas de los almohadillados, juntas de control u otras localizaciones donde el efecto visual se minimice. Si la apariencia es importante debe usarse un tipo de amarre que no deje el metal expuesto en la superficie del concreto. Las especificaciones arquitectónicas con frecuencia requieren que ningún elemento metálico quede a menos de 1-1/2 pulg. (40 mm) de la superficie para evitar manchas de óxido. Las condiciones de la obra también pueden afectar el diseño de los amarres. Por ejemplo, la instalación de amarres en un muro puede ser difícil debido a la gran cantidad de refuerzo o un espacio de trabajo estrecho. Para solucionar esta si­ tuación el número de amarres puede reducirse al mínimo utilizando amarres más fuertes a mayor espaciamiento y ajustando el diseño del encofrado para que tenga en cuenta esta mayor separación entre amarres. Al desencofrar algunos tipos de amarres pueden retirarse como una unidad completa una vez que el concreto haya endurecido. Otros amarres se rompen a una distancia predeterminada dentro del concreto en un punto que se ha debilitado a propósito para facilitar la ruptura o se desatornillan de la porción que queda embebida. Una vez que el amarre es retirado permanece un pequeño agujero en el concreto. Dependiendo de la especificación arquitectónica estos agujeros se tapan posteriormente con mortero o se dejan abiertos (Fig. 5.17) . También se pueden tapar con mortero epóxico o elementos metálicos o plásticos. Los anclajes de encofrado son amarres para asegurar el encofrado al concreto construido previamente (Fig. 5.18) . Los anclajes de encofrado se embeben en la parte superior del concreto durante la primera colocación para poder anclar la parte baja del encofrado de la siguiente colocación de concreto. Los anclajes deben tener sufi­ ciente resistencia a la tracción para soportar el peso del encofrado y deben estar apropiadamente embebidos en el concreto para quedar anclados en él. La longitud del em bebido es particularm ente importante porque es probable que los anclajes sean sometidos a cargas mientras el concreto está fresco y ha desarrollado solamente una parte de su resistencia. El factor mínimo de seguridad para anclajes, incluyendo las cargas vivas y de impacto, es 3. Después de que el concreto ha fraguado el anclaje permanece en el concreto. CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

TIRANTE TIPO ESPIRAL Para acabado burdo, los extremos del tirante quedan en la superficie del concreto

Para acabado a la vista donde se especifica retroceso del tirante de la superficie de concreto. El retroceso se inyecta con mortero después de retirar el tirante.

TIRANTE DEL TIPO QUE ROMPE (SNAP TYPE HANGER) Madera laminada

TIRANTE DE FACHADA Fig. 5.19— Encofrado típico para vigas de acero embebidas mostrando tirantes tipo espiral y tirantes del tipo que rompe.

El encofrado para la siguiente colocación de concreto se asegura al anclaje. Existen diferentes tipos de tensores para colgar los encofrados de elementos estructurales de acero o prefabricados. Los tensores extemos para colgar encofrados son similares a aquellos que se utilizan para amarres. Se usan en la construcción de losas sobrepuestas o en losas compuestas con vigas de acero (Fig. 5.19). El factor mínimo de seguridad para tensores de encofrado es 2. En la escogencia de amarres o embebidos el costo inicial puede ser equilibrado con el costo de la mano de obra que se requiere en la instalación y desencofrado. Donde quiera que la superficie del concreto vaya a quedar a la vista y la apariencia es importante es esencial utilizar 55

Fig. 5.20— Una forma de revestimiento elastomérico se retira del concreto mostrando una textura de poca profundidad acanalada y fracturada. ADVERTENCIA: Si los resaltes son muy profundos el método que se muestra, ocasionará que el concreto se descascare. Para salientes o resaltes profundos el revestimiento debe retirarse en el sentido del acanalamiento (de arriba hacia abajo o viceversa).

Fig. 5.21—Variedad de diseños o texturas obtenidas con los revestimientos del encofrado.

el tipo adecuado de amarre o tensor que no deje metal visible en la superficie del concreto. Revestimientos del encofrado

Los revestimientos de encofrado se utilizan para dar una textura o estampado especiales a la superficie del concreto (Fig. 5.20) Algunos de estos revestimientos son reutilizables. Su costo es relativamente alto y es esencial preparar con anticipación su disposición. Se necesita una mano de obra cuidadosa para garantizar que la textura o estampado coin­ cida con el del concreto adyacente, que los revestimientos 56

queden traslapados o superpuestos adecuadamente y para prevenir filtraciones del mortero del concreto. Existe un gran surtido de diseños disponibles para imitar acanalamiento fracturado, madera envejecida por la intemperie, manipostería u otras texturas (Fig. 5.21). Los revestimientos bajo pedido especial se fabrican con materiales termoplásticos, termofijables, elastómeros, caucho y otros materiales moldeables para producir el diseño o la textura deseada. Los materiales de revestimiento pueden adherirse al encofrado con clavos, grapas o adhesivos a prueba de agua. Cuando se estén aplicando las hojas o láminas del material de revestimiento se debe colocar primero la que va en el centro y trabajar hacia los lados para evitar que se arrugue el material. Los revestimientos de material prensado deben tener al menos un clavo de cabeza plana, o una grapa, por cada pie cuadrado (0.09 m2) de área y espaciados a no más de 8 pulg. (0.2 m) en los bordes. Los revestimientos delgados, particularmente los de material plástico, se expanden o contraen notoriamente con los cambios de temperatura. Si los revestimientos se instalan durante las horas más calurosas del día se minimiza la posibilidad de que el revestimiento se abombe y que se salten los clavos o las grapas. Rociar el revestimiento con agua fría antes de colocar el concreto elimina los abombamientos causados por la expansión. Debido a la textura, cuando se utilicen revestimientos de encofrado se requiere una mayor vibración interna del concreto. La superficie extremadamente lisa e impermea­ ble de algunos de estos revestimientos hace muy difícil impedir que se formen burbujas de aire en la superficie del concreto. Se debe tener mucho cuidado al seleccionar el des­ moldante del encofrado. Algunos revestimientos son tan lisos que el producto desmoldante no se adhiere. Se sabe que los aceites doblemente refinados ablandan y disuelven los materiales termoplásticos causando que el elastómero se hinche por la absorción del aceite. Para prevenir una coloración irregular del concreto y cuando su apariencia es muy importante se debe utilizar un aceite incoloro. Si hay alguna duda respecto al tipo de aceite que se debe utilizar y si éste puede tener un efecto nocivo sobre el concreto o el revestimiento deben hacerse pruebas por medio de muestras. Los proveedores de revestimientos pueden recomendar el tipo de aceite o agente desmoldante que se debe usar. Para evitar el máximo calor de la hidratación (que pude distorsionar el plástico),la mejor hora para desencofrar los encofrados con revestimientos plásticos es 24 horas después de haber colocado el concreto. En algunos siste­ mas se puede retirar el encofrado con el revestimiento aún adherido al concreto para quitarlo después.

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Diseño de cim bras y encofrados El contratista de concreto usualmente diseña las cimbras y encofrados para la construcción de concreto en la obra. Algunos fabricantes de cimbra y encofrado suministran también diseños especiales de cimbra y encofrado y servicios de prefabricación. Estos servicios son importantes para edificaciones normales pero son especialmente valiosos con sistemas de cimbra y en­ cofrado sofisticados como mesas volantes, encofrados deslizantes y encofrados de paneles metálicos. Con frecuencia el contratista debe presentar planos detallados de las cimbras y encofrados al ingeniero del proyecto y al arquitecto para que puedan revisar el efecto del apuntamiento y reapuntalamiento de la estructura. Los proveedores de cimbra y encofrado muchas veces suministran estos planos. El convenio ideal es darle la oportunidad al fabricante o contratista de cimbra y encofrado para que pueda sugerir al ingeniero como, o porqué, los métodos y las cimbras y encofrados convencionales pueden traducirse en una estructura con calidad y a la vez económica. Un ejemplo de esto puede ser en edificios en altura donde la carga admisible permite variar el tamaño de las columnas. Sin embargo, el utilizar columnas más pequeñas en los pisos superiores puede significar un ahorro de concreto pero podría incrementar el costo total del proyecto debido a los costos de fabricación de los diferentes tipos de encofrado y la disminución del número de reutilización del encofrado de columna. El ACI sugiere que además de los cálculos y planos, el contratista suministre información completa de las cargas de diseño y de los esfuerzos en los elementos de la cimbra y encofrado, el método de construcción, la velocidad y temperatura para colocar el concreto, los materiales de la cimbra y encofrado, los equipos que se van a utilizar y toda información que sea pertinente, incluyendo las contraflechas. La contraflecha es la deflexión estimada hacia arriba que se debe dar a la cimbra para contrarrestar la deflexión hacia abajo que ocurre en el descimbrado debida al peso del con­ creto que llena el encofrado. La contraflecha también puede ser requerida por el ingeniero para compensar la deflexión esperada del concreto endurecido después de descimbrar y desencofrar o debida a la carga viva de servicio. Cuando el sistema de encofrado utilice amarres y tirantes roscados o con espiral se deben revisar los requisitos de carga. Usualmente el ingeniero decide cual es la resistencia que debe haber alcanzado el concreto antes de descim­ brar. Por su lado el contratista debe planificar las opera­ ciones de descimbrado y cuanto reapuntalamiento va a necesitar el concreto sin las cimbras. Este plan deben ser revisado y aprobado por el ingeniero facultado para diseñar con el fin de confirmar la capacidad de la estruc­ tura para soportar la cimbra y encofrado y la secuencia de desencofrado y descimbrado. CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Sin embargo, el contratista es quien en última instancia es el responsable que la cimbra y encofrado tengan la ca­ pacidad de soportarse a sí mismos y al concreto colocado y además responder por que las dimensiones de los elementos del concreto estén dentro de las tolerancias especificadas. En la selección de un sistema de cimbra y encofrado el contratista debe tener en cuenta aspectos tales como: • Seguridad. • Disponibilidad de mano de obra experimentada. • Disponibilidad de los materiales para la cimbra y encofrado y del equipo requerido para su manejo. • Si se van a usar cimbras y encofrados bajo pedido especial, verificar si es mejor comprarlas o alquilarlas. • Tamaño de las unidades modulares (típicamente es mejor usar la más grande posible, con el menor peso posible). • Número de colocaciones de concreto y el número estimado de reusos de los encofrados. • Comparación entre uso de cimbra y encofrados ins­ talados manualmente y uso de cimbras y encofrados de “cuadrilla.” • Cantidad de herrajes y accesorios que hay que manejar. • Acabado especificado para el concreto (esto afecta la selección de amarres, maderas y revestimientos). • Deflexiones permisibles, si están especificada por el ingeniero. • El tiempo que deben permanecer las cimbras, enco­ frados y apuntalamientos en su lugar (duración del ciclo). • Como se va a manejar el reapuntalamiento. • Desencofrado y descimbrado. • Peso del concreto. • Porcentaje de carpinteros con respecto al total del personal requerido. • Costos. • Programación general del proyecto y las cantidades de los materiales requeridas para mantener la pro­ gramación del proyecto. El diseño de cimbras y encofrados es un trabajo regido por los detalles, dentro de los cuales se cuenta separación de las juntas, tipo de biselado en las esquinas y juntas, soportes de concreto para apoyo de la cimbra en el suelo, andamios, pasarelas y plataformas de trabajo. Otros detalles son llaves en las juntas, cintas sellantes de impermeabilidad, guías maestras de espesor del concreto, platinas de protección para retirar el encofrado sin dañar el concreto, aberturas para equipos eléctricos y mecánicos y tuberías para cables eléctricos que quedan embebidas en el concreto. Para desencofrar debe utilizarse un agente desmoldante de alto grado y vigilar los resultados, especialmente en concreto arquitectónico. Si el concreto va a pintarse hay necesidad de verificar si el material es compatible.

57

El diseño de la cimbra y encofrado es un trabajo de alta importancia. La seguridad de los trabajadores es la consideración principal. El concreto es un material pesado, aproximadamente 150 lb./pie3 (2400 kg/m3) para un concreto de peso normal (más del doble del peso del agua). El concreto crea una presión de fluido contra las paredes del encofrado lo cual requiere gran cuidado al diseñarlas. Frecuentemente, las cimbras y encofrados son cargados con pesos desbalanceados mientras se está colocando el concreto, necesitando un apuntalamiento extra en cimbras altas para evitar que se desplacen lateralmente. Uno de los factores más importantes en el diseño de encofrados es la presión que el concreto ejerce sobre los encofrados laterales. Aunque una docena o más de fac­ tores podrían influir en la presión, las tres variables más importantes son: • Temperatura del concreto, • tasa del colocación y • peso del concreto. A finales del 2001 el comité 347 de ACI publicó una actualización de los estándares para cimbras y enco­ frados el cual incluyen dos fórmulas de presiones, una para muros y otra para columnas. También introdujo los coeficientes de peso, Cw, y químico, Cc , los cuales hacen posible aplicar las fórmulas a una gran variedad de mezclas y pesos del concreto. Las variables utilizadas en las fórmulas de presión son las siguientes: p = Presión lateral del concreto en lb./pie2 (kN/m2) h = Profundidad del concreto fluido o plástico desde la parte superior de la colocación, hasta el punto de consideración, pie (m); w = Peso unitario del concreto, lb./pie3 (kN/m3) R = Tasa de colocación, pie/hora (m/h) T = Temperatura del concreto durante la colocación °F (°C); Cw = Coeficiente de peso unitario; y Cc = Coeficiente químico. Para columnas la fórmula usada para determinar la presión de diseño es:

P

P

í R CwCc 150 + 9000

CwCc 7.2 +

785R T + 17.8

Con una presión máxima requerida de 3000 Cw Cc Ib./ pie2 ( kN/m2) y un mínimo de 600 Cwlb./pie2 Q0CIVkN/ m2), pero nunca más de wh. Para muros la fórmula es: 58

/

P

CwCc 150 +

P

CwCc 1 2 + \

43,400 + 28007?'

T

j

1156+2447?' T + 17.8

,

(» )

Con una presión máxima requerida de 2000 CwCc Ib./ pie2 (100 CwCc kN/m2) y un mínimo de 600C(f, lb./pie2 (30 CwkN/m2) pero nunca más de wh. Para el propósito de aplicar fórmulas, ACI 347 define muro como un elemento vertical con por lo menos 6.5 pies (2 m) en una de sus dimensiones vista en planta y una columna, como un elemento vertical donde ninguna de sus dimensiones en planta es mayor de 6.5 pies (2 m). Aunque la presión en cualquier punto dado dentro del encofrado varía con el tiempo, el diseñador usualmente no necesita conocer la variación específica porque las ecuaciones indican la presión máxima que se ejerce. Si el encofrado se llena a máxima altura en menos del tiempo requerido para que el concreto inicie el fraguado definitivo o para condiciones donde no se pueden aplicar los coeficientes, el ACI 347-01 expresa la presión como cabeza hidrostática equivalente (p = wh). Por ejemplo, cuando el encofrado se llena por bombeo desde el fondo ACI 347 recomienda, como mínimo, el uso de wh más un 25% de aumento en la presión por efecto del bombeo. Las presiones máximas y mínimas dadas por las fórmu­ las no aplican cuando se usa p = wh. La Tabla 5.1 da los valores de C y C . La Tabla 5.2, muestra los valores bases de la presión lateral en en­ cofrados de columnas — las presiones que pueden ser usadas cuando tanto CWcomo CCson 1. La Tabla 5.3 da los valores base para la presión lateral en encofrados de muros y pueden ser utilizadas directamente cuando tanto el coeficiente de peso unitario y el coeficiente químico son 1. Un artículo de Mary Hurd en la revista “Concrete Construction” de Octubre de 2002 trae ejemplos de cómo aplicar las formulas. Las cimbras y encofrados se deben diseñar para que el desenconfrado y descimbrado sean fáciles y seguros, de forma tal que el concreto sea cargado uniforme y gradualmente sin que se dañe el concreto fresco (recién endurecido). Las cimbras y encofrados para losas postensadas deben ser capaces de acomodarse a las fuerzas y movi­ mientos que ocurrirán al tensionarlas. El tensionamiento de los tendones de acero causa que los elementos del concreto se acorten. Las cimbras y encofrados deben ab­ sorber tales movimientos laterales en aproximadamente 1 pulg. (25 mm) por cada 100 pies (30 m). El acero de preesforzado esta cerca de la superficie superior del concreto sobre los apoyos y cerca del fondo

GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

Tabla 5.1— C oeficientes para ser utilizados en las ecuaciones de presión SI

C , = 0.5 (1+ w/145) pero no m enos de 0.80

C = 0.5(1+ w/23.2) pero no menos de 0.80

Concreto que pesa entre 140 y 150 lb./pie3 (entre 22.5 a 24 kN/m3)

C = 1.0

Concreto que pesa mas de 150 lb./pie3 (24 kN/m3)

Cw= w/145

II

Concreto que pesa me­ nos de 140 lb./pie3 (22.5 kN/m3)

pulg. y Ib.

O

Coeficiente de peso uni­ tario Cw

Tipo I y III con retar­ dantes * Otros tipos o mezclas sin retardantes que contienen menos de 70% escoria o menos de 40% ceniza volante Otros tipos o mezclas con retardantes que contienen menos de 70% escoria o menos de 40% ceniza volante Mezclas que contienen más de 70% escoria o de 40% ceniza volante

Multiplicar el valor de la tabla por los coeficientes de peso unitario y químico (ver Tabla 5.1) para obtener la presión de diseño de cimbra y encofrados de columnas. Tasa de Colocación deR, pie/hora

C , = w/23.2

Temperaturas del concreto durante colocación, grados F

90 °F

80 °F

70 °F

60 °F

50 °F

40 °F

330

375 600

1

250

263

279

300

1.0

2

350

375

407

450

510

3

450

488

536

600

690

825

1.2

4

550

600

664

750

870

1050

5

650

713

793

900

1050

1275

6

750

825

921

1050

1230

1500

7

850

938

1050

1200

1410

1725 1950

Coeficiente químico Cw

Cemento Tipo I y III sin retardantes *

Tabla 5.2 (Ib.-pie)— Valores base de presión lateral en encofrados de colum na, Ib./pie2, para varias tasas de colocación y tem peratura del concreto

1.2

1.4

1.4

8

950

1050

1179

1350

1590

9

1050

1163

1307

1500

1770

2175

10

1150

1275

1436

1650

1950

2400

11

1250

1388

1564

1800

2130

2625

12

1350

1500

1693

1950

2310

2850

13

1450

1613

1821

2100

2490

1725

1950

2250

2670

14

1550

‘Retardantes incluye cualquier aditivo como retardante, retardante reductor de agua, o retardante de alto rango reductor de agua que demoren el tiempo de fragüe del concreto.

16

1750

1950

2207

2550

18

1950

2175

2464

2850

en el centro de la luz entre columnas o muros. El tensionamiento puede ejercer presión hacia abajo a vigas y otros apoyos y fuerzas hacia arriba en el centro de la luz. Las cimbras y encofrados, los apuntalamientos, las tiras de descimbrado y el reapuntalamiento deben dise­ ñarse teniendo en cuenta estas fuerzas. Es importante ser conciente de estas fuerzas cuando se estén colocando otros elementos de la cimbra y el encofrado, tales como soportes para el encofrado de muros.

20

2150

2400

2721

22

2350

2625

2979

24

2550

2850

26

2750

28

2950

C olocación del concreto en el encofrado Antes de iniciar la colocación del concreto debe inspeccionarse la cimbra y el encofrado con el fin de verificar su correcta localización, nivel y que haya sido construida de tal modo que produzca el acabado y las dimensiones requeridas, con la seguridad adecuada. Cualquier material extraño debe ser removido del en­ cofrado. Debe asegurarse que los amarres de muros y los her­ rajes de conexión estén instalados correctamente. La falta de un amarre puede ocasionar que el encofrado se abombe o falle. Debe tenerse en cuenta que el concreto copia fielmente el perfil del encofrado. Si el encofrado se abomba el contratista tendrá que reparar el defecto. Una conexión faltante puede ser muy costosa de reemplazar CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Rige un máximo de 3000C C

... , . . . . , 9000« Valor base para presión lateral es 150+— - — Nota: Dependiendo de los valores de coeficientes, un mínimo de 600 Cwpuede regir. NO utilice presiones por encima de wh.

con el concreto ya endurecido. El concreto debe colocarse tan cerca como sea po­ sible de la posición final dentro del encofrado. No se debe apilar para después moverlo a su posición con el vibrador. El excesivo movimiento del concreto dentro del encofrado produce segregación y mala consolidación (la pasta de arena y cemento se mueve más fácilmente que el agregado grueso). No se debe permitir que cuando el flujo de concreto esté llenando el encofrado de columnas, muros y vigas éste caiga libremente de tal manera que se segregue la pasta de cemento de los agregados debido a los amarres, separadores o espaciadores, refuerzo y otros elementos embebidos. Debe evitarse colocar el concreto a más de 5 pies (1.5 m) de altura sin usar un vertedero de tubo (trompa de elefante). El tubo debe bajarse entre el re59

Tabla 5.2 (SI)— Valores base de presión lateral en encofrados de colum na, kN/m 2, para varías tasas de colocación y tem peratura del concreto

Tabla 5.3 (Ib.-pie) — Valores base de presión lateral en encofrados de muro*, Ib./pie2, para varias tasas de colocación y tem peratura del concreto

Multiplicar el valor de la tabla por los coeficientes de peso unitario y químico (ver Tabla 5.1) para obtener la presión de diseño de cimbra y encofrados de columnas.

Multiplicar el valor de la tabla por los coeficientes de peso unitario y químico (ver Tabla 5.1) para obtener la presión de diseño de cimbra y encofrados de muros.

Tasa de Colocación de R, m/hora

0.3

Temperaturas del concreto durante colocación, grados C

30°C

25 °C

20°C

15°C

10°C

5°C

12

13

13

14

16

18

Temperaturas del concreto durante colocación, grados F

90 °F

80 °F

70 °F

60 °F

50 °F

40 °F

1

663

728

810

920

1074

1305

0.5

15

16

18

19

21

24

2

694

763

850

967

1130

1375

1

24

26

28

31

35

42

3

726

798

890

1013

1186

1445

833

930

1060

1242

1515

1.5

32

35

38

43

50

59

4

757

2

40

44

49

55

64

76

5

788

868

970

1107

1298

1585

2.5

48

53

59

67

78

93

6

819

903

1010

1153

1354

1655

3

56

62

70

79

92

110

7

850

938

1050

1200

1410

1725

3.5

65

71

80

91

106

128

8

881

973

1090

1247

1466

1795

4

73

81

90

103

120

145

4.5

81

90

101

115

134

5

89

99

111

127

148

5.5

98

108

121

139

6

106

117

132

6.5

114

126

142

7

122

7.5

130

8

139

8.5

147

Rige un máximo de 150C WCC

136 145

9

912

1008

1130

1293

1522

1865

10

943

1043

1170

1340

1578

1935

11

974

1078

1210

1387

1634

12

1006

1113

1250

1433

1690

14

1068

1183

1330

1527

1802

16

1130

1253

1410

1620

1914

18

1192

1323

1490

1713

20

1254

1393

1570

1807

Rige un máximo de 2000 C C

*Valor base para presión lateral es 150 + 43,400/7* + 2800 RIT Nota: Presión maxima es 2000 CjCc y el mínimo es 600 Cw. NO utilice presiones por encima de wh.

'Valor base para presión lateral es 7 2 -i----- —----

r+ 17.8

Nota: Dependiendo de los valores de coeficientes, un mínimo de 30 Cwpuede regir. NO utilice presiones por encima de wh.

fuerzo del muro para evitar la segregación en el concreto. Cuando haya congestión de refuerzo las mezclas deben dosificarse específicamente para prevenir la segregación y permitir mayores alturas de colocación. Si se quiere que tenga las propiedades deseadas, el concreto fresco recién mezclado debe consolidarse ad­ ecuadamente después de colocado en el encofrado. Una consolidación adecuada reduce o elimina la formación de grumos de agregado y hormigueros y asegura que cada capa de concreto fresco se consolida con la de más abajo. El método preferido para consolidar es el vibrado. Hay vibradores externos que se fijan al encofrado e internos sostenidos manualmente los cuales se insertan dentro del concreto (Fig. 5.22). El uso de vibradores externos en el encofrado requiere de un diseño especial del mismo para determinar la potencia y localización de los vibradores. La vibración externa puede destruir 60

Tasa de Colocación de R, pie/ hora

la cimbra y el encofrado si no se diseña para esa carga. El concreto recién colocado se comporta temporal­ mente como un fluido creando una presión hidrostática contra los encofrados laterales. La tasa de colocación (tiempo promedio en que sube el concreto dentro del encofrado) tiene un efecto significativo en la presión lateral. Con una tasa de colocación más lenta el con­ creto del fondo alcanza a endurecer y la presión lateral se reduce a valores menores que la presión hidrostática total para el momento en que se termine de llenar la parte superior del encofrado. La tasa de colocación del concreto en encofrados verticales debe ser tal que la presión de diseño del encofrado no sea excedida. ¡Esto es muy importante! Si el concreto se coloca muy rápidamente dentro del encofrado y es sobrecargado, la reparación del daño puede costar más de diez veces el costo de diseñar un encofrado apropiadamente. El encofrado para vigas dintel tiende a curvarse hacia afuera entre columnas. Debe disponerse algún medio

GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

Tabla 5.3 (SI) — Valores base de presión lateral en encofrados de m uro*, kN /m 2, para varias tasas de colocación y tem peratura del concreto Multiplicar el valor de la table por los coeficientes de peso unitario y químico (ver Tabla 5.1) para obtener la presión de diseño de cimbra y encofrados de muros. Tasa de Colocación de R, ni/ hora

0.3

Temperaturas del concreto durante colocación, grados C

30 °C

25 °C

20 °C

15 °C

10 °C

5 °C

33

36

40

45

51

61

0.5

34

37

41

46

53

63

l

36

40

44

50

58

69

1.5

39

43

47

54

62

74

2

42

46

51

57

66

79

2.5

44

48

54

61

71

85

3

47

51

57

65

75

90

3.5

49

54

60

68

80

95

4

52

57

64

72

84

4.5

54

60

67

76

88

5

57

63

70

80

93

5.5

59

66

73

83

97

6

62

68

77

87

6.5

65

71

80

91

7

67

74

83

95

7.5

70

77

86

98

Rige un máximo de 100 C C c

*Valor base para presión lateral es 7.2 + ((1156+244R)/(T+17.8)) Nota: Presión maxima es 100 CjCc y el mínimo es 30 Cw. NO utilice presiones por encima de wh.

(como un tensor con tomillo) para ajustar la verticalidad de los encofrados laterales. La temperatura también es importante, especialmente en clima frío. A temperaturas bajas el concreto fragua más lentamente y esto reduce la tasa permisible de co­ locación y aumenta el tiempo para descimbrar. También afecta la secuencia de apuntalamiento y reapuntala­ miento. Las cargas no previstas se pasan por alto con frecuen­ cia y esto en cimbras y encofrados para losas en una edificación de varios pisos puede producir deflexiones excesivas y hasta colapso. Algunos ejemplos de cargas no previstas son colocar el concreto concentrado en un área, el impacto de dejar caer el concreto desde una altura excesiva y almacenar las barras de refuerzo en un solo sitio. Uno de los momentos más peligrosos durante la construcción de un proyecto es la colocación del con­ creto dentro del encofrado. El personal debe estar muy atento a cualquier variación anormal o movimiento de la cimbra y encofrado durante la colocación para que CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Fig. 5.22— Un vibrador interno hace que el concreto que está dentro de su área de influencia se comporte como un líquido espeso y así consolide mejor. El vibrador interno debe introducirse dentro del concreto verticalmente y retirado muy despacio.

puedan avisar o hacer notar e impedir que colapse. La cimbra y encofrado deben vigilarse continuamente durante y después de la colocación del concreto. Se deben tomar las precauciones necesarias para proteger al personal de inspección de cimbras y encofrados y mantener un área de seguridad y una ruta de evacuación durante la colocación. Hay dispositivos como cuerdas y líneas de alambre que indican constantemente a quienes inspeccionan la cimbra y encofrado si ésta tiene la altura indicada, si hay deflexiones o si no está a plomo. Aunque la etapa más crítica haya pasado una vez que el concreto se haya terminado de colocar, quienes vigilan la cimbra y encofrado deben permanecer en su puesto hasta cuando la superficie del concreto haya sido terminada y los dispositivos indicadores muestren que las deflexiones han cesado. El aumento gradual de la deflexión de la cimbra y encofrado es a menudo un aviso de una falla inminente. Si se presenta alguna falla durante la colocación se pondría en peligro a los trabajadores y puede causarse una distorsión inaceptable de la estructura. El trabajo se debe suspender hasta que la cimbra y el encofrado sean reforzados. Mantenimiento de las cimbras y encofrados

Para incrementar la longevidad de los encofrados de madera laminada es importante un mantenimiento, antes y después de colocar el concreto. A los encofrados de paneles de madera laminada nuevos se les debe aplicar 61

un sello en los bordes antes de su primera utilización empleando un sellante de buena calidad. Los paneles de encofrado comienzan a hincharse en los bordes debido a la absorción de la humedad. Se deben sellar todos los bordes con una capa doble de pintura de poliuretano. El uso de barras metálicas o patas de cabra al desen­ cofrar los paneles de madera laminada los pueden dañar en sus bordes y superficies, especialmente las superficies texturizadas. En lugar de barras se deben usar cuñas de madera aplicando golpes suaves. Una vez desencofrados los paneles de madera lami­ nada deben ser revisados, limpiados con espátula de madera dura y cepillo de cerdas rígidas. No deben utili­ zarse cepillos de cerdas metálicas, martillos o martillos con uñas. Antes de ser reutilizados deben ser reparados, barnizados donde haya necesidad y tratados con una aplicación tenue de agente desmoldante. Después de su desencofrado y limpieza, los paneles pueden ser apilados con las caras mirando entre sí para reducir el tiempo de secado e impedir que se escamen. Los paneles de madera laminada deben almacenarse en lugares sombreados y ventilados para que no se calien­ ten y donde no les caiga la lluvia. Para transportarlos se deben apilar horizontalmente, cara contra cara y respaldo contra respaldo. La conservación y la reparación adec­ uadas aseguran una vida útil más prolongada y cimbras y encofrados más fuertes. Agentes desmoldante

Dada la cantidad y variedad de desmoldantes los contratistas enfrentan la difícil tarea de escoger el mejor producto para los requisitos específicos del proyecto. Los aspectos a considerar al escoger el producto desmoldante incluyen apariencia del concreto, la facilidad de pintar el concreto, factores ambientales, seguridad de los trabajadores, transporte, requisitos para almacenarlo en la obra y la durabilidad que se espera de la madera laminada. Los agentes desmoldantes se denominan también aceites para encofrado y vienen en dos categorías básicas: los de barrera y los reactivos químicamente. Los de barrera funcionan creando una barrera física entre la madera laminada y el concreto recién colocado, de la misma forma que la mantequilla previene que las galletas se peguen a la bandeja donde se cocinan. Combustible diesel, aceites para calefacción, aceites para motores reciclados y aceites lubricantes son los ingredientes más comunes de los agentes desmoldantes de barrera. Los reactivos químicos utilizados como agente desmoldante contienen ácidos grasos como ingredientes activos los cuales reaccionan con la cal libre en el concreto sin fraguar para formar un tipo de jabón metálico que no es soluble en agua. Este tipo de jabón se convierte en el agente desmoldante que permite 62

el desencofrado de los paneles de madera laminada y los hace más impermeables, protegiéndolos de los alcaloides del concreto e incrementando la durabilidad de la madera. Tanto los paneles B-B como los MDO absorberán fácilmente los reactivos químicos de los desmoldantes. Los paneles HDO por el contrario no los absorben. Por consiguiente, siempre es mejor utilizar un agente desmoldante que al secar no pueda sea removido por la lluvia. Es bueno saber antes de colocar el concreto que los agentes desmoldantes con reactivos químicos no son resistentes a la lluvias y recogen polvo creando un ambiente de trabajo resbaloso cuando se usan en encofrados horizontales. Los agentes desmoldantes con reactivos químicos generalmente cuestan más por volumen unitario que los del tipo barrera; sin embargo, requieren un menor consumo y casi siempre tiene un menor costo por unidad de área. Este beneficio, además de incrementar la durabilidad de la madera laminada, hace de los reactivos químicos la mejor opción como agente desmoldante de encofrados de madera laminada o revestidos con madera laminada. Aunque los encofrados se tratan en fábrica con agentes desmoldantes, se recomienda, a no ser que el tratamiento hecho por la fábrica sea reciente, volver a aplicar un agente desmoldante antes del primer uso. Inclusive a los MDO se les debe aplicar un agente desmoldante químico antes del primer uso y en cada uso de ahí en adelante. Para paneles reutilizados y para los nuevos cuya protección en fábrica no es reciente, se debe aplicar nuevamente una capa delgada de agente desmoldante prolongando, así, la vida útil de los paneles de madera laminada y mejorando las características requeridas para el desencofrado y minimizando la posibilidad de que el concreto se manche. Para obtener los mejores resultados se debe aplicar el agente desmoldante unos días antes de usar los encofrados. Tolerancias

Al iniciarse un proceso de construcción, el contratista debe solicitar al ingeniero la información que no esté incluida en los documentos contractuales y debe aclarar cualquier parte de la redacción de las especificaciones que sea ambigua o confüsa de suerte que la intención del diseño quede entendida y aclarada cabalmente. Las tolerancias deben ser claras y razonables de modo que los encofrados se construyan adecuadamente. Las tolerancias de construcción están especificadas para las dimensiones de los encofrados como también desviaciones en el plomo, desviaciones de niveles, con­ traflechas y las dimensiones entre muros y columnas. El contratista debe poner especial atención a la varia­ ción del plomo y de los niveles especificados (elevación

GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

T O L E R A N C IA S T ÍP IC A S P A R A D IF E R E N T E S E L E M E N T O S ZAPATAS

VIGAS Y VIGAS MAESTRAS

Variación en largo y ancho

-1/2 pulg. (-13 mm), +2 pulg. (+50 mm)

Localización fuera de sitio o excentricidad

2% del ancho de la zapata en la dirección de la excentricidad, pero no más de 2 pulg, (50 mm)’

Reducción en espesor

-5% del espesor especificado

* Únicamente aplica al concreto, no lo hace a las barras de refuerzo ni a los espigos. Tolerancias positivas (+) son mayores para zapatas sin encofrado. MUROS

Variación en el plomo no debe exceder más de ±1 pulg. (±25 mm) para estructuras de hasta 100 pies (30 m) de alto Variación en el plomo de lineas marcadas tales como juntas de control, no deben exceder mas de ±1/2 pulg. (±13 mm) para muros hasta de 100 pies (30 m) de alto Variación en el tamaño de aberturas en muros no debe ser más de -1/4.Ó +1 pulg. (-6 ó +25 mm). Variación en el espesor del muro está limitada a: -1/4 ó +3/8 pulg. (-6 ó +10 mm) para muros menores de 12 pulg. (300 mm) de espesor. -3/8 ó +1/2 pulg. (-10 ó +13 mm) para muros de 12 a 36 pulg. (300 a 900 mm) de espesor. -3/4 ó +1 pulg. (-19 ó +25 mm) para muros de más de 36 pulg. (900 mm) de espesor. COLUMNAS

ACI 117 suministra tolerancias para estructuras terminadas. Tales tolerancias dan al constructor de cimbras y encofrados las guías requeridas del nivel de precisión en la construcción de columnas de concreto. Desviaciones hasta de 1 pulg. (25 mm) en el plomo son permitidas para estructuras menores a 100 pies (30 m) de alto. Variaciones en secciones transversales están limitadas a: -1/4 o +3/8 pulg. (-6 ó +10 mm) hasta 12 pulg. (300 mm) de ancho o alto. -3/8 o +1/2 pulg. (-10 ó +13 mm) para ancho o alto de 12 a 36 pulg. (300 a 900 mm). -3/4 o +1 pulg. (-19 ó +25 mm) para ancho o alto de más de 36 pulg. (900 mm).

o distancia por encima de un punto de referencia). Estas tolerancias son importantes porque al estar fuera de plomo o desnivelados, los elementos del concreto pueden crear problemas de conexión e inducir cargas laterales no previstas sobre la estructura. El arquitecto o el ingeniero especifican el valor y la forma de la contraflecha deseada para compensar la de­ flexión de la estructura terminada. La contraflecha es una curvatura suave hacia arriba construida intencionalmente en un elemento estructural o encofrado para mejorar la apariencia y compensar por la deflexión del elemento bajo los efectos de la carga, la retracción del fraguado y el flujo plástico. Los encofrados deben ser construidos para compensar tanto una deflexión anticipada como el asentamiento de la cimbra y encofrado, además de la causada por la carga muerta esperada y el flujo plástico de la estructura terminada. Una regla empírica es preveer 1/4 de pulg. (6 mm) por cada diez pies (3 m) de luz para compensar la deflexión de la cimbra y encofrado. El contratista debe armar y mantener los encofrados para garantizar que al terminar el trabajo se cumpla con las deflexiones y los espesores de losa dentro de las tolerancias especificadas. El contratista debe vigilar el nivel de los encofrados para asegurar que se pueda CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Las cimbras y encofrados para vigas y vigas maestras deben ser construidos para asegurar un trabajo finalizado dentro de las tolerancias especificadas para la construcción terminada. En ausencia de otras tolerancias especificadas, las recomendaciones del Comité 117 de la ACI pueden ser seguidas en la construcción de edificios. Estas incluyen lo siguiente: Variación en el nivel, o con respecto al nivel del terreno especificado, de la parte inferior de las vigas antes de descimbrar no debe exceder ±3/4 pulg. (±19 mm) Variación en el nivel, o con respecto al nivel del terreno especificado, de parapetos a la vista no debe exceder ±1/2 pulg. (±13 mm) Variación de la sección transversal no debe exceder: -1/4 ó +3/8 pulg. (-6 ó +10 mm) para alturas menores de 12 pulg. (300 mm). -3/8 ó +1/2 pulg. (-10 ó +13 mm) para alturas de 12 a 36 pulg. (300 a 900 mm). -3/4 ó +1 pulg. (-19 ó +25 mm) para alturas de más de 36 pulg. (900 mm). LOSAS AÉREAS

En ausencia de otras especificaciones del contrato, las cimbras y encofrados de losas deben ser elaborados para cumplir con los requisitos de tolerancias de la AC1117. Estos requisitos incluyen: Nivel de la superficie inferior antes del descimbrado no debe exceder ±3/4 pulg. (±19 mm) del nivel especificado Variación en el espesor de la losa: -1/4 ó 3/8 pulg. (-6 ó +10 mm) para espesores menores de 12 pulg. (300 mm) -3/8 ó +1/2 pulg. (-10 ó +13 mm) para espesores de 12 a 36 pulg. (300 a 900 mm) -3/4 ó +1 pulg. (-19 ó +25 mm) para espesores de más de 36 pulg. (900 mm) Variación en el tamaño de las aperturas no mayor de -1/4 ó +1 pulg. (-6 ó +25 mm).

Tomado de “F o rm w o rk fo r C oncrete ”, SP-4. Sexta Edición, por M.K Hurd. American Concrete Institute, 1995, 500 pp. Para mayores detalles consulte ACI 117 y 117R

obtener la deflexión deseada. Cualquier ajuste debe ha­ cerse con prontitud con un gato o acuñando el encofrado antes de colocar el concreto. Deben usarse marcas de nivel e inspectores de cimbra para vigilar la operación durante la colocación del concreto. Si los encofrados se desalinean vertical u horizontalmente, se pueden ajustar mientras el concreto se mantenga en estado plástico. Las tolerancias de los encofrados reflejan el deseo de precisión del ingeniero pero esto tiene costos asociados. Las tolerancias muy estrictas incrementan los costos de la estructura. Esto debe reflejarse en la propuesta económica del contratista. Sin embargo, las tolerancias muy amplias pueden conducir a otros problemas. Por ejemplo, en columnas y vigas dintel construidas en sitio que deban soportar una losa prefabricada, postensada, doble T o aligerada, la distancia entre las vigas dintel debe ser razonablemente precisa. Si lo anterior no es correcto, las doble T cons­ truidas en planta antes que las vigas fueran construidas van a resultar muy largas y deberán ser recortadas. Esto es muy costoso. Peor aún, si resultan cortas y el área de apoyo es menor que lo especificado, habría necesidad de construir nuevas dobles T. De forma similar, si los encofrados son más grandes de lo necesario el concreto extra utilizado producirá un 63

costo adicional y el peso del concreto de más puede ser significativo. En edificios en altura, si las losas están diseñadas de 6 pulg. (150 mm) de espesor pero se cons­ truyeron de 6-1/2 pulg. (165 mm), el peso se incrementa en un 8%. Para una losa sostenida por columnas espa­ ciadas entre sí 25 x 25 pies (7.5 x 7.5 m), este exceso del espesor de las losas significaría agregar 3750 Ib. (17 kN) por vano a la columna en cada piso. En un edificio de 50 pisos esto significaría un aumento de 187,500 Ib., (850 kN) por vano al peso total del edificio. De otra parte, un aumento de 1/2 pulg. (13 mm) en el espesor de una losa sobre el terreno tendrá poco efecto sobre la losa pero aumentará la cantidad de concreto utilizado y el costo. El mismo cuidado es necesario para asegurar que la cimbra esté a plomo y debidamente arriostrada y que per­ manecerá a plomo durante la colocación del concreto con el procedimiento de colocación que se ha seleccionado. La acumulación de concreto viejo en los encofrados puede afectar las tolerancias. Por ejemplo, los enco­ frados modulares que se usan repetidamente sin ser limpiados se pueden “agrandar” debido al concreto acumulado en los bordes del encofrado. Cuando se usan lado a lado a lo largo de un muro no es extraño ver que el encofrado tiene una pulg. (25 mm) más de largo en la longitud total del muro. Siempre es mejor limpiar los encofrados inmediatamente se retiran y antes de reutilizarlos. La pasta de concreto fresca es más fácil de remover que la que ha fraguado o endurecido. Durante y después de la colocación del concreto el contratista debe revisar continuamente las dimen­ siones de las cimbras y encofrados, los niveles y las tolerancias. Por ejemplo, en losas aéreas se deben verificar las tolerancias antes de colocar el concreto y antes de desencofrar y descimbrar. Costo de la cim bra y encofrado Como se anotó al principio de este Capítulo el costo de las cimbras y encofrados es del orden del 35 al 60% del costo total de la construcción de una estructura de concreto. Trabajando coordinadamente con el ingeniero, el contratista puede determinar maneras para reducir el costo de la cimbra y encofrado. El diseño de estructuras construidas en sitio debe ser enfocado como el de una estructura prefabricada. En ambos casos la repetitividad minimiza los costos. Si el diseñador cambia las dimensiones de viga a viga, esto incrementará significativamente el costo de los encofrados. Cada vez que se presente la oportunidad, el contratista debe informar al diseñador de situaciones donde ciertas reducciones en las cantidades de los materiales no valen la pena pues aumentan el costo de los encofrados. El diseñador debe también tener en cuenta la necesidad de dejar pases y aberturas en la estructura para los sistemas 64

eléctricos y mecánicos y la simplificación de los mismos. Debe minimizarse la necesidad de complicar el encofrado por culpa de estas aberturas evitando tener que hacer pases independientes para cada sistema. El contratista debe emplear el tiempo necesario para planear los encofrados totalmente y establecer claramente cómo se va a realizar el trabajo. Pueden requerirse planos de montaje o armado. Un primer objetivo es reducir la mano de obra de carpintería en la fabricación, instalación y retiro de los encofrados. El contratista necesita que su ingeniero revise los planos de los encofrados para asegurar la conformidad con el contrato e incrementar especialmente la seguridad. Para los sistemas de moldes reticulares utilizados en sistemas de losas con viguetas el diseñador puede pasar por alto la necesidad de cimbras y apuntalamientos especiales cuando se utilizan dimensiones estándar. Los costos se pueden reducir, también, si el diseñador hace igual el ancho de las columnas y de las vigas (o las vigas más anchas) para reducir la complejidad de los encofrados cerca a los nudos. D esencofrado y descim brado El diseñador y el contratista pueden tener intereses opuestos con respecto al desencofrado y el descimbrado. El diseñador quiere hacerlo cuando el concreto haya ob­ tenido su máxima resistencia, mientras que el contratista quiere desencofrar y descimbrar tan pronto como sea posible para mejorar la programación y reutilizar los encofrados al máximo. Normalmente se puede descimbrar cuando el concreto ha ganado suficiente resistencia para sostener su propio peso y cualquier carga de construcción que tenga que soportar sin deflectarse más allá de los límites especifica­ dos. El ingeniero debe especificar la resistencia mínima del concreto para desencofrar y descimbrar. Usualmente los muros y columnas pueden ser desencofrados antes que las vigas y losas aéreas. Una especificación utilizada con frecuencia para muros y columnas es 12 horas después de haberse colocado el concreto. Los encofrados y cimbras están diseñados para retirarlos gradualmente y minimizar sacudidas e impactos. Dejar caer los en­ cofrados o golpear bruscamente los paneles contra un trabajo terminado le cuesta al contratista tiempo y dinero. Se debe tener precauciones especiales con las vigas en voladizo. Los voladizos necesitan más tiempo de fraguado antes de descimbrar, algunas veces hasta 28 días, porque requieren tener una resistencia mucho más alta para sostenerse por si mismos. Medición de la resistencia del concreto para desen­ cofrar y descimbrar

¿Cuándo tiene el concreto la suficiente resistencia para desencofrar y descimbrar? La ganancia de resis-

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tencia del concreto depende del tipo de cemento, del tipo de aditivos, de la temperatura del concreto cuando es colocado y de la temperatura y el tiempo entre la co­ locación, el desencofrado y el descimbrado (el tamaño del elemento también puede afectar su temperatura). Teóricamente la resistencia del concreto se puede me­ dir ensayando los cilindros que se fabricaron al tiempo de la colocación del concreto y que fueron curados bajo condiciones similares a las de la viga o losa. En teoría los cilindros se curan bajo las mismas condiciones de la porción del elemento que haya curado en las peores condiciones posibles. Sin embargo, los cilindros rara vez tienen el mismo espesor que el elemento de concreto y el aislamiento proporcionado por el encofrado de madera es muy difícil de aproximar. No obstante, los cilindros son el método más utilizado para medir la resistencia del concreto. Sin embargo, hay otros métodos como los “no des­ tructivos.” Programas de computador que tienen en cuenta todos los factores que inciden en la ganancia de resistencia del concreto sirven para estimar una resis­ tencia aproximada a un tiempo dado. Hay otros métodos diferentes al de los cilindros para medir la resistencia, dentro de los cuales están: Esclerómetro - Utiliza un martillo activado por un resorte correlacionando la resistencia del concreto con el rebote del martillo contra la superficie del concreto. Extracción - Mide la fuerza requerida para extraer del concreto un elemento metálico que se ha insertado en el concreto y correlaciona esta fuerza con la resistencia del concreto. Penetración - Mide la resistencia del concreto a la penetración de un elemento de acero y la correlaciona con la resistencia del concreto. Madurez— Mide la temperatura del concreto durante un período de tiempo para calcular la resistencia. Para una descripción más detallada sobre mediciones de madurez véase el Capítulo 2 en la sección “Ensayos de resistencia a la compresión (ASTM C 31 y C 39).” Para utilizar estos métodos debe establecerse una correlación entre la propiedad medida y la resistencia con anterioridad a realizar los ensayos de campo. El tiempo como medida de la resistencia para des­ encofrar y descimbrar

"Guide to Formwork for Concrete " de ACI (ACI 347R) recomienda que se utilice el criterio de ga­ nancia de resistencia que haya definido el ingeniero para determinar la edad del concreto para desencofrar y descimbrar. En ausencia de dicho criterio la guía incluye recomendaciones para el tiempo que deben permanecer los encofrados en su sitio cuando la tem­ peratura del aire es mayor de 50 °F (10 °C) (Tabla 5.4). Este tiempo no necesita ser consecutivo pero CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

Tabla 5.4— G uía generales para edad de desencofrado (en ausencia de especificaciones de resistencia o edad dadas por el ingeniero) Muros

12 horas

Columnas

12 horas

Encofrado lateral de vigas

12 horas

Losas con viguetas paneles de 30 pulg. (900 mm) ancho o menos

3 días

paneles de más de 30 pulg. (900 mm) de ancho

4 días

Losas postensadas

Cuando están totalmente tensionadas

Fondo de vigas y viguetas

Donde la carga viva de diseño es < carga muerta

> carga muerta

Menos de 10 pies (3 m) de luz

7 días

4 días

10 a 20 pies (3 a 6 m) de luz

14 días

7 días

Más de 20 pies (6 m) de luz

21 días

14 días

Losas en una dirección Menos de 10 pies (3 m) de luz

4 días

3 días

10 a 20 pies (3 a 6 m) de luz

7 días

4 días

Más de 20 pies (ó m) de luz

10 días

7 días

Losas en dos direcciones

Dependiendo de si el reapuntalamiento (cuando sea requerido) se coloca inme­ diatamente después del desencofrado. Cuando el reapuntalamiento se requiere para minimizar deflexiones o flujo plástico (en vez de distribución de las cargas de construcción en las losas), la capacidad de los puntales y su espacíamiento debe ser definido por un ingeniero

debe ser el tiempo total acumulado durante el cual la temperatura ha estado por encima de los 50 °F (10 °C). Cuando se utiliza cemento de alta resistencia inicial estos tiempos se pueden acortar. Cuando la temperatura ambiente permanece por debajo de los 50 °F (10 °C) o se han agregado aditivos retardantes, estos tiempos deben prolongarse. Construcciones masivas pueden requerir mayor tiempo para desencofrar y descimbrar. Algunas mezclas nuevas disponibles de concreto requieren el doble del tiempo de fraguado para desencofrar y des­ cimbrar en comparación con las mezclas convencionales o de alta resistencia utilizadas en el pasado. Cuando se va a utilizar estas mezclas nuevas, el contratista debe re­ visar cuidadosamente las especificaciones de compra del concreto. Aunque estas mezclas pueden costar menos, la programación puede no tener incluido el tiempo extra requerido por estas mezclas para obtener la resistencia. A p untalam iento y reapuntalam iento Los apuntalamientos son puntales colocados ver­ ticalmente (algunas veces inclinados) (Fig. 5.23) que soportan el peso de las cimbras, encofrados, concreto y cargas de construcción desde el primer punto de apoyo de la cimbra inferior, bien sea el suelo o uno o más 65

pisos. Existe también un apuntalamiento tipo andamio (Fig. 5.24). Las vigas y cerchas ajustables que sostienen el encofrado y la cimbra en vanos largos eliminan los apuntamientos verticales intermedios y se denominan apuntalamientos horizontales. Los apuntalamientos y reapuntalamientos (apuntalamientos que se reinstalan después de descimbrar los encofrados) deben sostener

(0

(a)

Accesorio metálico para convertir un poste de madera de 4x4 (100 x 100 mm) o de 6x6 (150 x 150 mm ) en un puntal ajustable

Fig. 5.23—Cimbras sencillas.

Fig. 5.24—Cimbra de pórtico tubular soldado. (Foto cortesía del Doka Group).

66

las cargas esperadas con un factor de seguridad suficien­ te para evitar un colapso. Los sistemas completos de apuntalamiento, descimbrado y reapuntalamiento deben ser concebidos y planeados para máxima eficiencia y seguridad y luego diseñados para determinar el tamaño específico de cada uno de los elementos que los com­ ponen. El reapuntalamiento no debe ser removido hasta que la losa o viga soportadas alcance la resistencia suficiente para soportar las cargas sobre el elemento. A menos que la remoción del reapuntalamiento sea planificada cui­ dadosamente, la carga en alguna parte de la estructura puede estar desbalanceada creando esfuerzos adicionales a los anticipados. Los costos se reducen cuando es posible desencofrar y descimbrar antes que el concreto alcance la resistencia de diseño. Sin embargo, si la cimbra es retirada demasiado pronto el concreto puede no ser capaz de sostener su propio peso, el peso de los materiales y de operaciones de la construcción. El concreto se reapuntala de tal modo que se pueda trabajar sobre las losas y vigas soportadas. Los elementos de reapuntalamiento se colocan de manera que las losas o vigas estén sostenidas pero sin levantarlas de la posición especificada. Se utilizan cuñas y gatos para hacer estos ajustes. Cuando se colocan puntales sobre las losas, estos deben ser colocados directamente encima de cualquier apuntalamiento o reapuntalamiento que esté por debajo. En los edificios de varios pisos los reapuntalamientos pueden extenderse a varios pisos, transfiriendo la carga a varios pisos por debajo (Fig. 5.25). El reapuntalamiento es una alternativa con respecto a la cimbra permanente que se mantiene en posición durante y después de des­ encofrar. Ambos métodos tienen ventajas y desventajas. El reapuntalamiento es uno de los procesos más peligrosos en la construcción de concreto construido en sitio. Para edificios de varios pisos este procedimiento es complejo y requiere un estudio por parte de un ingeniero para evitar sobrecargar cualquiera de los pisos inferiores dado que estos reciben en conjunto la mayor parte de la responsabilidad de la carga. Ninguna carga adicional podrá ser colocada en el piso que está siendo reapuntadado hasta que la operación de reapuntalamiento se complete. Se debe tener cuidado de no crear inversiones de esfuerzos (Fig. 5.26). Por ejemplo, si se levanta con un gato el centro de la losa que se desencofró la superficie superior de la losa entrará en tensión, para lo cual no está reforzada, y se producirán fisuras. Es sabido que los puntales pueden punzonar losas de piso delgadas cuando las barras de refuerzo están distribuidas con demasiada separación. En los sitios donde el concreto puede ser perforado por los puntales se deben colocar platinas de acero en la base

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Tabla 5.5—Análisis simplificado de cargas en puntales y losas en una estructura de varios pisos. Dos niveles con cimbra y uno de reapuntalamiento (la carga viva de construcción y el peso del encofrado no están incluidos. D = peso de la losa). SOPORTE r ig io o e n e l

NIVEL INICIAL

CONCRETO RECIÉN COLOCADOc y ? ? / ? ? / ,,. CONCRETO ENDURECIDO

Z132ZZ2Z2

\............1

PISO C 0 N CIMBRA |

PISO CON REAPUNTALAMIENTO


< n

CARGA TOTAL POR FLACA EN MULTIPLOS DE D

PASO NUMERO

OPERACION Y COMENTARIOS Se coloca concreto en el nivel 1. Toda la carga es trasmitida por los puntales de la cimbra al suelo.

ESTADO DELA ESTRUCTURA

1

AL COMIENIC CAMBIO DELA DURANTE OPERACION OPERACION

TOT AL AL FINAL D ELA OPERACION

m

CARGA DEL PUNTAL Al FINAL D ELA OPERACION

10

H—

m

. __ . 2

Se coloca concreto en el nivel 2. Toda la carga va hasta el suelo a través de los puntales porque la Losa 1 no se puede deflectar y tomar carga adicional

ID

zo

y

Se retiran los puntales de la cimbra del primer nivel. La carga 2D se divide por igual entre las dos losas. En este caso cada una debe resistir su propio peso. Se colocan los puntales del reapuntalamiento del primer nivel. Se colocan contra la losa pero sin apretarlos.

5

S.

7

Se coloca el concreto del nivel 3. Toda la carga nueva es llevada al suelo por los puntales de la cimbra y los del reapuntalamiento. Las losas no se pueden deflectar más y por lo tanto no tienen que resistir todavía ninguna parta de la nueva carga. Losas 1 y 2 siguen llevando su peso propio. Se retiran los puntales de reapuntalamiento del primer nivel. Las tres losas se deflectan por igual. La carga que llevaban los puntales de reapuntalamiento ahora se distribuye por igual a las tres losas, las cuales están interconectadas. Los puntales que permanecen llevan la porción de las cargas por encima que no es soportada por las losas.

^2 T

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o

+ 10

ID

10

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10

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10

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10

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+0.330

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10

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+0.170

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1.500

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10

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0.500

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10

ID

0.500

"___

ÍTTH Se coloca el concreto de Losa 4. La carga se distribuye por igual entre las tres losas interconectadas.

CAPITULO 5: Encofrado y cimbra

10

0.670

Se coloca reapuntalamiento debajo de la Losa 2. Los puntales del reapuntalamiento actúan como apoyos. Las cargas soportadas por las losas no varían.

10.

+10

ID

Se retiran los puntales de la cimbra bajo la Losa 2. La carga que era llevada por estos puntales se divide por igual entre las dos losas que permanecen interconectadas.

Se retiran los puntales de reapuntalamiento bajo la Losa 2. La carga de 0.34D llevada por ellos se distribuye entre las tres losas que están interconectadas.

o

o

0 0

0

050D

+0.330

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10

+ 0 .3 4 0

1.340

o

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0 IIP

0.8 3 0

+0.11 D

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0.340

0.890 0 .9 5 0

67

Fig. 5.25— Existe gran variedad de modelos y tamaños de sistemas de apuntalamiento para sostener casi cualquier aplicación de concreto. (Foto cortesía del Symons Corp.).

Fig. 5.26—La localización inapropiada de los puntales de piso a piso puede crear esfuerzos de flexión para los cuales la losa no fue diseñada. Si los puntales de la cimbra o del reapuntalamiento no están localizados exactamente debajo de los puntales del piso de encima, los esfuerzos deben ser recalculados por el diseñador de la cimbra. Se debe prevenir que los puntales se desplacen y caigan.

Combinación de metal y madera

Fig. 5.27—Tipos de encofrado para losas sobre el terreno.

68

de los puntales para distribuir la carga sobre una mayor superficie de concreto. La Tabla 5.5 ilustra cómo se distribuyen las cargas en la losa, los puntales y el reapuntalamientos de un edificio de tres pisos. El concreto de las dos primeras losas se coloca sin remover la cimbra y la carga es transmitida directamente al suelo. Las losas no llevan cargas hasta que el primer nivel de puntales de la cimbra es removido y entonces ambas deben sostener su peso propio. Como el ciclo continua cuando un nivel de puntales o de reapuntalamiento es removido, la fuerza que llevaban los puntales es distribuida uniformemente entre las losas. Se debe hacer énfasis que los reapuntalamientos apenas se ajusten, pero sin apretarlos demasiado. Se deben usar medios adecuados para asegurar que el reapuntalamiento no caiga debido a que otras partes de las losas se muevan cuando las fuerzan se redistribuyen. El diseño del encofrado, la cimbra y el reapuntalamiento debe ser hecho por un ingeniero profesional quien determina si la estructura puede soportar con seguridad las cargas estudiando la secuencia de construcción seleccionada, diseño que debe ser aprobado por el ingeniero responsable de la obra. Encofrados para losas sobre el terreno Los encofrados para construir losas sobre el terreno son relativamente simples comparados con los de las losas aéreas (Fig. 5.27). En general consisten en encofra­ dos de borde o para colocar alrededor de las columnas, que aíslan la losa principal de cualquier asentamiento diferencial que pueda ocurrir entre la losa sobre el te­ rreno y el concreto alrededor de la columna localizado encima de la zapata. Usualmente se utilizan paneles de metal o de madera para los encofrados de borde. Hay encofrados de metal o de plástico flexibles disponibles entre los numerosos proveedores del mercado, de diferentes profundidades o hechos a la medida, rectos o curvos. Se mantienen en posición con estacas o sistemas de soporte patentados. Los encofrados en forma de cruz o con nervadura pue­ den colocarse en las juntas. Encofrados perdidos para las juntas con llave se usan a menudo para crear estas juntas intermedias. Los encofrados para zapatas co­ rridas son similares a los encofrados de las losas sobre el terreno. Se han desarrollado encofrados de tela para zapatas combinado drenaje y encofrado lateral. Todos estos encofrados deben ser lo suficientemente rígidos para recibir las fuerzas laterales del proceso de nivelación con llana, manual o vibratoria (acción de enrazar el concreto en la superficie para nivelarlo y pulirlo superficialmente) y asegurarlo al terreno con estacas localizadas cerca para mantener los encofrados rectos y en su sitio. Debe tenerse cuidado de enterrar las

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estacas por debajo del plano superior de los encofrados que delimitan los bordes. Esto permitirá que las herra­ mientas de alistado, herramientas para formar el borde y las maquinas para dar acabado pasen por encima del borde superior sin obstrucción. Las guías maestras son elementos que permiten termi­ nar la superficie del concreto al nivel especificado. Las guías maestras pueden ser de madera, tubería, concreto prefabricado, barras en T o “húmedas” (que son tiras de concreto colocadas al nivel especificado). Más inform ación Este Capítulo presenta una introducción somera al tema de encofrados y cimbras. Los contratistas y las personas involucradas o interesadas en éstos deben obtener una copia de “Cuide to Formwok for Concrete” ACI 347R el cual contiene referencias sobre diseños de encofrados, construcción, apuntalamiento y reapunta­ lamiento. Los lectores pueden estar interesados en una lista de artículos publicados que tratan sobre diseño y construcción con gran detalle. ACI Committee E 703, “Cast-in-Place Walls (CCS 200),” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2000, 102 pp. ACI Committee E 703, “Concrete Formwork (TB2),” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1998, 12 flyers.

CAPÍTULO 5: Encofrado y cimbra

ACI Committee E 703, “Supported Beams and Slabs (CCS 3),” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1989, 100 pp. ACI Com m ittee 347, “Guide to Form work for Concrete, (ACI 347R),” American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2001, 32 pp. Concrete Forming, Design/Construction Guide, APA The Engineered Wood Association, free downioad at www.apawood.org Cordova, B., and Desler, F., “Plywood Understood,” Concrete Construction, January 2003. Hurd, M. K., Formwork for Concrete, SP-4, Sixth Edition, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 1995, 500 pp. (This book ineludes the ACI 347 report in an appendix.) Hurd, M., “Pressure on Wall and Column Forms,” Concrete Construction, October 2002, pp. 43-47. Koel, L., Concrete Formwork, American Technical Publishers, Inc. Pratt, K., “The Many Faces of Overlaid Plywood Form Panels,” Concrete Construction, February 2004, pp. 66-72.

69

CAPITULO 6: El refuerzo en estructuras de concreto Cargas

l concreto reforzado es una combinación de concreto y acero. Colocado apropiadamente el acero de refuerzo en un elemento de con­ creto le proporciona resistencia a la tracción. El concreto no reforzado (concreto simple) tiene una resistencia a la compresión alta (capacidad de resistir cargas de aplastamiento) pero su resistencia a la trac­ ción (capacidad de resistir ser separado) es solamente del orden del 10% de su resistencia a la compresión. Por otra parte, el acero es resistente a la tracción. Com­ binando acero y concreto en el concreto reforzado se utilizan las mejores cualidades de los dos materiales. La tracción en el concreto puede ser causada por flexión, fuerzas cortantes, retracción de fraguado y cambios de temperatura.

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E

¿P orqué usar acero de refuerzo? Una viga de concreto se deflecta hacia abajo cuando se carga y la parte inferior se estira y se agrieta (Fig. 6.1). Estas fisuras se propagan rápidamente en una viga de concreto no reforzado causando una falla súbita cerca del centro de la luz. El acero de refuerzo se coloca dentro de la viga cerca de la parte inferior para resistir los esfuerzos de tracción. La Fig. 6.2 muestra una viga simple resistiendo la flexión con acero de refuerzo en su parte inferior y compresión en el concreto en su parte superior. El acero refuerza el concreto donde existen fuerzas que el concreto solo no puede soportar. Las fuerzas cortantes también están presentes en una viga cuando se deflecta lo cual induce tracción diagonal en la viga. Para resistir esta tracción diagonal se colocan a lo largo de la viga pequeñas barras verticales en forma de U o de aro, llamadas estribos (Fig. 6.3). El acero y el concreto se expanden y contraen aproxi­ madamente lo mismo con los cambios de temperatura y dado que están adheridos actúan en conjunto. La adherencia entre el concreto y el acero produce una 70

1 1 1 1

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- 1“ í * M É . i C v C• — — ______ _____________ _________ ____ _ Fisuras de tracción A ; i * “ por flexión •-i • • 3 La viga se deflecta L . bajo carga

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Fig. 6.1—Ejemplo de tracción debida a flexión en una viga cargada.

Fig. 6.2— El acero de refuerzo localizado cerca de la parte inferior de la viga resiste la tracción causada por los efectos de flexión y hace que la viga se mantenga como una unidad. Barras que sostienen los estribos

Fig. 6.3—Los estribos en una viga resisten la tracción diagonal y los esfuerzos cortantes.

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Losa plana (sin capiteles ni abacos)

Fig. 6.4—Algunos componentes de construcción en concreto reforzado.

transferencia efectiva de esfuerzos y cargas entre los dos. Aunque haya una buena adherencia, algunas veces se requieren ganchos al final del acero para proporcionar un anclaje adicional. El concreto reforzado se usa en componentes tales como vigas, vigas maestras, losas de pisos, columnas y muros (Fig. 6.4 y 6.5). El concreto reforzado también se utiliza en elementos más complejos como placas plegadas, arcos cúpulas y cascarones. El concreto preesforzado es un tipo especial de concreto reforzado en el cual se introducen esfuerzos internos para reducir la tracción generada por las cargas. Comúnmente el preesfuerzo se introduce tensionando tendones de acero. El tendón puede estar compuesto por alambres, cables, barras, o torones, o una combinación de ellos. En el pretensado los tendones se tensionan antes de que el concreto se haya colocado. En el postensado los tendones se tensionan después de que el concreto ha endurecido. En general, todos los elementos estructurales llevan cargas. Muchas cargas hacen que los elementos estruc­ turales se deflecten. Una de las funciones más impor­ tantes del acero de refuerzo en construcciones de con­ creto reforzado es resistir la fuerza de tensión causadas por flexión, cortante, torsión, retracción de fraguado y cambios de temperatura del elemento. La ausencia o colocación inapropiada del acero de refuerzo es la causa más común de fallas en el concreto. Si el acero de tracción no está colocado en la zona en tracción de un elemento estructural este tiene muy poca capacidad para resistirla y se produce una falla. Las barras de acero de refuerzo se usan también en el concreto para propósitos diferentes al resistir la tracción. Algunas de estas son: • Resistir parte de los esfuerzos de compresión. Un ejemplo de esto es una columna de concreto muy cargada donde se usa el acero de refuerzo para re­ emplazar parte del concreto y reducir el tamaño de la columna cuando el área útil del piso es crítica.

CAPÍTULO 6: El refuerzo en estructuras de concreto

Fig. 6.5—Elementos de una edificación de concreto reforzado.

Algunas veces el acero en compresión es utilizado en vigas por la misma razón. • Para resistir los esfuerzos que harían estallar el concreto que resultan de cargas de compresión muy altas, tales como el uso de acero de refuerzo en espirales y estribos en columnas. • Para resistir presiones internas en estructuras tales como tanque circulares o tuberías. • Para resistir el agrietamiento, o siendo más precisos, numerosas y pequeñas fisuras en lugar de pocas y anchas. El refuerzo debe ser de la clase correcta, en la can­ tidad correcta y en el sitio correcto para que cumpla su función. Planos estructurales y de colocación Los planos son una parte importante de cualquier proyecto. Planos de localización (Site Muestran la localización del edificio en la propiedad, las líneas de servicios públicos, drenajes, aceras, vías de acceso y niveles del terreno.

Planos arquitectónicos

drawings).

Muestran el trazado general del aspecto final del edifi­ cio en alzado (planos que muestran las fachadas de la edificación), plantas y cortes dimensionadas completa­ mente, incluyendo acabados e indicando la localización de concreto arquitectónico.

Planos estructurales (Engineering or structural drawings). Muestran plantas, detalles y cortes necesarios para construir la estructura del edificio. Los planos estructurales y las especificaciones para vigas, columnas, muros y cimentación muestran el tipo y resistencia del acero, las cargas vivas de servicio (las cargas que se van a colocar en la estructura), cargas muertas (el peso de la estructura), resistencia del con71

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Fig. 6.6—Plano estructural de una losa en una dirección con viguetas. La información de los detalles de diseño de las vigas se muestra en la tabla de vigas (beam schedule) donde se ilustran las dimensiones y refuerzo de las vigas. Los detalles de diseño de las viguetas se muestran en los cortes.

72

GUIA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

creto, dimensiones de los elementos de concreto, recu­ brimiento para el refuerzo (la distancia entre el acero de refuerzo y el encofrado), juntas requeridas y cualquier otra información del diseño. La Fig. 6.6 muestra el plano estructural de una losa armada en una sola dirección. El diseño de vigas y vi­ gas maestras contiene información tal como el tamaño del elemento, el número y diámetro de las barras rectas y dobladas, notas sobre el doblado de las barras; la cantidad, forma y espaciamiento de los estribos y la localización de las barras superiores. El diseño de las columnas muestra el tamaño de las secciones, la canti­ dad, localización, resistencia y diámetro de las barras de refuerzo y los detalles donde la sección de las columnas cambia. Los empalmes del refuerzo siempre deben estar claramente definidos. Planos de colocación (Placing drawings). Muestran detalles para el corte, doblado y colocación del acero de refuerzo. El detallador (usualmente un empleado de la fábrica de barras de refuerzo) prepara los planos de colocación y la lista de barras con base en la información de los planos estructurales y las especificaciones del proyecto. La Fig. 6.7 contiene el plano de la losa que se muestra en la Fig. 6.6. Estos planos contienen la lista de barras, programación, detalles de los dobleces, detalles de la colocación, plantas y cortes. Algunas veces el acero de refuerzo de las losas del piso, zapatas, columnas y vigas se muestra mejor en el plano en una tabla denominada lista de refuerzo. Este es un resumen compacto de todas las barras mostrando la cantidad, formas y diámetros, longitudes, marcas y resistencia y los detalles de doblado. Los planos de colocación no pueden ser utilizados para la construcción de encofrados. Las únicas dimen­ siones que se muestran son las que se requieren para la localización apropiada del refuerzo. Los planos arqui­ tectónicos y estructurales deben siempre ser consultados para otras dimensiones e información ya que los planos de colocación solo sirven para suplementar los planos del contrato. Tipos de refuerzo Aunque la mayoría de los refuerzos para concreto se hacen de acero, actualmente el refuerzo para concreto puede ser fabricado de plástico y de otros materiales sintéticos. El acero de refuerzo para concreto existe en forma de barras lisas, barras corrugadas, refuerzo electrosoldado de alambre liso y corrugado, fibras de acero y tendones para preesforzado. Los tipos más utilizados para refuerzo son las barras corrugadas y el refuerzo electrosoldado de alambre liso. Otro tipo de refuerzo cuyo uso se ha incrementado es el acero para postensado. El postensado es un tema por sí CAPÍTULO 6 : El refuerzo en estructuras de concreto

Tabla 6.1— Barras de R efuerzo*. M edidas están d ar en sistem a m étrico de A STM Dimensiones Nominales Denominación de la barra

Diámetro, mm [pulg.]

Área, mm2 [pulg.2]

Peso, kg/m [lb./pie]

#10 [#3]

9.5 [0.375]

71 [0.11]

0.560 [0.376]

#13 [#4]

12.7 [0.500]

129 [0.20]

0.944 [0.668]

#16 [#5]

15.9 [0.625]

199 [0.31]

1.552 [1.043] 2.235 [1.502]

#19 [#6]

19.1 [0.750]

284 [0.44]

#22 [#7]

22.2 [0.875]

387 [0.60]

3.042 [2.044]

#25 [#8]

25.4 [1.000]

510 [0.79]

3.973 [2.670]

#29 [#9]

28.7 [1.128]

645 [1.00]

5.060 [3.400]

#32 [#10]

32.3 [1.270]

819 [1.27]

6.404 [4.303] 7.907 [5.313]

#36 [#11]

35.8 [1.410]

1006(1.56]

#43 [#14]

43.0 (1.693]

1452 [2.25]

11.385 [7.65]

#57 [#18]

57.3 [2.257]

2581 [4.00]

20.24 [13.60]

*Las unidades métricas son ahora las denominaciones estándar. Puesto que muchos lectores están familiarizados con tas denominaciones de las barras en octavos de pulgada, los diámetros equivalentes y sus dimensiones nominales se muestran entre corchetes.

mismo y no está incluido en detalle en este manual. Para mayor información sobre postensado recomendamos dirigirse al Post Tensioning Institute a la dirección electrónica (www.post-tensioning.org) Bajo condiciones normales el concreto reforzado tiene muy buena durabilidad. Algunas estructuras, tales como: puentes y garajes de estacionamiento localizados en el norte de los Estados Unidos y Canadá están expuestos a sales descongelantes. Las estructuras cerca del mar, expuestas al aire salino y plantas de tratamiento de aguas residuales están expuestas a un medio ambiente corrosivo. Una exposición tan severa al medio ambiente puede conducir a la corrosión del acero de refuerzo y al deterioro del concreto. El método preferido para minimizar la corrosión del acero de refuerzo es usar concreto denso, impermeable y un recubrimiento de concreto adecuado. Otra forma de prevenir la corrosión del acero es recubrirlo con un revestimiento de un material no metalizado como son las resinas epóxicas o también con una capa metálica de zinc (galvanizado). Se debe tener en cuenta que las barras recubiertas con resinas epóxicas no se adhieren tan bien al concreto.

’ En 1996 se adoptaron por parte de ASTM cambios importantes en las es­ pecificaciones de las barras. La designación métrica del diámetro de los 11 tamaños estándar es ahora la norma. Existe una correspondencia uno a uno entre los diferentes diámetros mostrados en la Tabla 6.1. Cada barra expre­ sada en diámetro métrico tiene exactamente las mismas características de su correspondiente diámetro expresado en octavos de pulgada. Todo proyecto de construcción financiado con fondos Federales debe di­ señarse y construirse utilizando unidades métricas. Mientras que los proyectos de construcción privados no están obligados a usar unidades métricas, hoy en día solamente se fabrican en los Estados Unidos barras designadas con unidades métricas.

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Resalte del Grado (una sola línea) ‘ Barras marcadas SW cumplen tanto A615M como A706M

GRADO 420 Resaltes principales Letra o símbolo de la siderúrgica Diámetro de la barra (#43 en este caso) Tipo de acero* S para lingote (A615M) Indicación del Grado (resistencia) Resaltes del Grado (dos líneas)

GRADO 520 Fig. 6.8—Marcas de identificación para barras de refuerzo (sistema métrico). Figura cortesía del Concrete Reinforcing Steel Institute - CRSI.

Las barras recubiertas requieren de mucho cuidado durante la construcción para m inim izar que el revestimiento se dañe. Las barras de acero de refuerzo recubiertas con resinas epóxicas deben ser manejadas, almacenadas y colocadas con sumo cuidado, mucho más que las que no están revestidas. Se deben usar alambres anticorrosivos para los amarres y otros accesorios de instalación; por lo demás, la operación para colocarlas es similar a las de barras sin revestimiento. Las barras recubiertas con resinas epóxicas deben ser cortadas con una sierra de banda, se debe retocar el revestimiento de las barras antes de colocarlas y nunca se deben calentar ni cortar con soplete. Las barras corrugadas son barras de acero redondas con salientes (más apropiado es llamarlas deforma­ ciones) sobre la superficie de la barra. Estas defor­ maciones proporcionan una mejor adherencia entre el concreto y el acero. Las barras corrugadas son el tipo de acero reforzado de mayor uso en concreto es­ tructural. Hay 11 diámetros ASTM de barras estándar (Tabla 6.1)1. Históricamente en las barras convencio­ nales americanas el número de la barra indicaba el diámetro nominal de la barra en octavos de pulgada de tal manera que una barra # 8 era una barra de una CAPÍTULO 6 : El refuerzo en estructuras de concreto

pulgada de diámetro. Para barras bajo designación métrica el número denota el diámetro aproximado de la barra en milímetros de tal manera que una barra # 16 tiene 16 milímetros de diámetro aproximadamente. El diámetro aproximado de las barras relacionado en la Tabla 6.1 puede ayudar al contratista y a los tra­ bajadores de refuerzo a identificar el diámetro de las barras cuando la marca de laminación en la barra no está clara o el rótulo del grupo de barras se ha extraviado. Las barras son normalmente suministradas en dos resistencias del acero: Grado 420 y Grado 520. Tienen una resistencia a la fluencia de 420 MPa (60,900 Ib./ pulg.2) y 520 MPa (75,400 lb./pulg.2), respectivamente. Cada grado tiene una resistencia a la fluencia específica y una resistencia última a la tracción. La resistencia a la fluencia es el esfuerzo hasta el cual el acero se elonga y luego al descargarlo regresa a su longitud original (algo semejante a cuando se estira un caucho). La resistencia última a la tracción es la carga a la cual el acero se rompe. Las barras se fabrican con acero de cuatro tipos diferentes: lingote de acero, acero de baja aleación, acero para rieles y acero para ejes, siguiendo las especificaciones estándar desarrolladas por ASTM. Las clases y tipos de acero están identificados sobre las barras para asegurar su uso apropiado donde se requiere en la estructura. La clase aparece rotulada en los paquetes con colores de codificación y en la factura de despacho. El ingeniero debe indicar claramente en las es­ pecificaciones o en los planos las clases requeridas para las diferentes partes de la estructura de con­ creto reforzado. Es sumamente importante que la cuadrilla de trabajo del contratista no confunda donde va colocada cada clase de barra de acero. Identificación de las barras

Todas las barras corrugadas de acero de refuerzo deben estar marcadas e identificadas con símbolos colo­ cados durante el proceso de laminación sobre uno de los lados de cada barra (Fig. 6.8). Los símbolos consisten en una letra que identifica la siderúrgica que produjo las barras, el número que indica el diámetro de la barra, una marca que determina el tipo de acero y otra marca que indica el grado (resistencia) del acero. La marca del grado para acero Grado 420, bien puede el número 4 o una simple línea (un resalte extra). El trabajador debe estar seguro que los grados y los diferentes diámetros están colocado donde indican los planos. Refuerzo electrosoldado de alambre

Otro tipo de refüerzo es el refuerzo electrosoldado de alambre. Uno de los usos principales de esta clase de refuerzo es en losas sobre el terreno, permitiendo una mayor separación entre las juntas de control. Consiste 75

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ANCHO TOTAL

Extensiones laterales — Pueden ser de diferentes longitudes, según se requiera. Estas extensiones están limitadas en su longitud por el ancho total Al AMBRI: TRANSVERSAL

6 X12

W16 x W8

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Extensiones en los extremos — La suma de las longitudes de las

Espaciamiento longitudinal entre alambres en puig.

extensiones en los extremos debe ser igual al espaciamiento entre alambres transversales. A menos que se especifique lo contrario, la extensión en cada uno de los extremos debe ser igual a la mitad del espaciamiento entre alambres transversales.

t Tamaño de! alambre longitudinal

Espaciamiento transversal

entre a|ambres en pulg.

Tamaño del alambre transversal

Fig. 6.9— Refuerzo electrosoldado de alambre y estilo típico de su designación. La letra W designa alambres lisos y D indica los corrugados. El número que sigue a la letra designa el tamaño del alambre e indica el área de la sección del alambre en centésimas de pulg.2

en mallas rectangulares o cuadradas de alambres con todas sus intersecciones soldadas en fábrica. Se utilizan alambres lisos o corrugados. El refuerzo de alambre elec­ trosoldado, con frecuencia es llamado incorrectamente “malla electrosoldada.” Las distancias entre alambres y sus diámetros están identificados por su designación. En la Fig. 6.9 se da un ejemplo de designación, explicando el significado de los términos utilizados. El refuerzo electrosoldado se despacha en rollos o en hojas. Otros tipos de concreto reforzado

Hay otros dos tipos de concreto reforzado utilizados para aplicaciones especiales: el concreto reforzado con fibras y el ferrocemento.

El concreto reforzado con fibras (fiber-reinforced concrete). Contiene fibras dispersas orientadas alea­ toriamente que se agregan al concreto. Las fibras han sido utilizadas para reforzar materiales frágiles desde los tiempos bíblicos — paja en el barro para producir adobe y pelos de caballo en el yeso. Las fibras en el concreto comenzaron a usarse comercialmente a me­ diados de la década de 1960 y las fibras sintéticas y de vidrio a comienzos de la década de 1980. Mientras que el concreto reforzado con fibras puede denominarse por el tipo de material de la fibra (acero, polipropileno, vidrio etc.) las fibras pueden describirse también como “micro” y “macro.” Las fibras de acero y algunas fibras sintéticas son macrofibras si sus diámetros son mayores que 0.01 pulg. (0.25 mm) y microfibras si sus diámetros 76

son menores. Las fibras de vidrio resistentes al ataque alcalino son utilizadas principalmente para producir paneles de fachada muy delgados por aspersión . Esta clase de refuerzo no se volverá a mencionar en el pre­ sente documento. Recientemente los sistemas de fibras híbridas han encontrado acogida. Se trata de mezclas de macrofibras y microfibras, algunas del mismo material y otras mezclando fibras de acero y fibras sintéticas, para lograr los beneficios de los dos tipos de fibras. El concreto reforzado con fibras puede especificarse usando la norma ASTM C 1116, la cual es similar a la muy conocida especificación para concreto premez­ clados C 94. La C 1116 describe tres tipos de concreto reforzado con fibras: Tipo I - reforzado con fibras de acero, Tipo II - reforzado con fibras de vidrio y Tipo III - reforzado con fibras sintéticas. En la norma C 1116 se presentan, también, las especificaciones de las fibras mismas. Las macro fibras han sido empleadas para mejorar las propiedades mecánicas del concreto endurecido, espe­ cíficamente la capacidad del compuesto para soportar cargas después de agrietarse. Esta propiedad se conoce como tenacidad y se manifiesta por la capacidad de los materiales para absorber energía. Las mejorías incluyen: aumento de la tenacidad a la flexión y de la resistencia a la fatiga, aumento de la resistencia a las fuerzas cortantes y al impacto y por la capacidad de controlar y redistribuir microfisuras. Esta última característica proporciona al compuesto unas “bisagras” micro plásticas que pueden

GUÍA DEL CONTRATISTA PARA LA CONSTRUCCIÓN EN CONCRETO DE CALIDAD

redistribuir los esfuerzos y los momentos en una sección proporcionando así una mayor capacidad de carga. De otra parte, las microfibras sintéticas en dosifica­ ciones relativamente bajas, proporcionan resistencia a la fisuración por retracción y temperatura en concretos a edad temprana. Adicionalmente, debido a su cantidad dentro del concreto proporcionan resistencia al asenta­ miento y controlan uniformemente la tasa de exudación, lo cual ayuda a impedir el agrietamiento inicial sobre las barras y el acabado uniforme en losas sobre el terreno. En dosificaciones mayores las microfibras sintéticas pueden dar una mayor tenacidad al concreto. Las fibras de micropolipropileno también prevén el descascara­ miento explosivo del concreto sometido a fuego de alta temperatura. Las fibras son adicionadas al concreto en las plantas de premezclado ya sea en la planta o en el camión después que todos los demás componentes han sido añadidos. Las fibras también pueden añadirse al camión mezclador en la obra, pero deben mezclarse por un mínimo de 5 minutos adicionales a la velocidad de mezclado. Los distribuidores de fibras han desarrollado un dispensador automático que asegura la adición de la dosis especificada en el tiempo apropiado. A través de los fabricantes de fibras se puede obtener más información al respecto. Dependiendo del tipo de fibra y su dosificación puede ser necesario ajustar la mezcla para sacar el mejor provecho de las fibras. Los fabricantes, en general, disponen de personal para asesorar en este procedimiento. Las losas de concreto sobre el terreno incluyendo pavimentos, reparación de la capa de rodadura y recu­ brimientos de substitución son las mayores aplicaciones en concreto reforzado con fibras para ambos tipos de macrofibras y microfibras. Recientemente se han de­ sarrollado sistemas de fibras mezcladas o híbridas para poder obtener las ventajas de sus propiedades al com­ binarse. Más y más estos tipos de combinaciones son la alternativa preferida contra un sistema de refuerzo con­ vencional en losas comerciales y particularmente para losas compuestas que utilizan tableros metálicos (steel deck) (Composite Metal Decks CMD, por sus siglas en inglés) en construcción de edificios. Con el auspicio del Steel Deck fnstitute - SDI, estos híbridos están siendo utilizados como alternativa al refuerzo electrosoldado requerido anteriormente, por el mismo instituto. El uso de las fibras de acero en pisos industriales de uso pesado se ha generalizado hoy en día y el refuerzo con fibras de acero en pavimentos, tableros de puentes y en pistas y plataformas de aeropuertos está aumentando por la capacidad del material de mejorar el desempeño y durabilidad del concreto. Los fabricantes de fibras han desarrollado programas de computador para ayudar en el diseño de estas losas y sistemas de pavimentación. Después de las losas, los prefabricados, el concreto lanzado, los muros con encofrado de concreto aislante y las aplicaciones en elementos resistentes a explosiones, CAPÍTULO 6 : El refuerzo en estructuras de concreto

son los mayores usuarios de fibras. Muchos productos prefabricados se refuerzan únicamente ya sea con mi­ crofibras o macrofibras, incluyendo: tanques sépticos y cajas y tuberías para sistemas de servicios públicos. El concreto lanzado reforzado con fibras de acero se ha utilizado desde comienzos de la década de 1970 en todo el mundo para estabilizar laderas y contener el suelo en túneles y minería, para revestimiento de canales y mejoramiento de la sismo resistencia de estructuras. Recientemente, los macrosintéticos están reemplazando las fibras de acero en algunas de sus aplicaciones debido a su mejor desempeño resistiendo deformaciones altas y por ser fáciles de utilizar. Tanto AC1 como ASTM han establecido comités para desarrollar documentos y normas que faciliten el uso de concreto reforzado con fibras, como son el Comité 544 de ACI y el subcomité C09.42 de ASTM. Otros comités de ACI, tales como ACI 302 de construcción de pisos y ACI 506 de concreto lanzado, cubren el uso del concreto reforzado con fibras dentro de su alcance. El Japan Concrete Institute también publica normas sobre el uso y ensayo del concreto reforzado con fibras. Quizás, la mejor fuente de información actualizada son los fabricantes de fibras. En www.fibermesh.com se presenta información al respecto. Ferrocemento (Ferrocement). Es un tipo de concreto reforzado utilizado en elementos de pared delgada con­ sistente en mortero de cemento reforzado por varias ca­ pas de malla de acero de alambres de diámetro pequeño espaciados muy cerca. Esta malla también puede ser de materiales no metálicos. La construcción del ferrocemento sigue cuatro pasos • Construcción del marco o esqueleto. • Colocación de barras y mallas dentro del marco. • Colocación del mortero. • Curado del mortero. El mortero puede ser lanzado o aplicado manual­ mente. Es un procedim iento de construcción que requiere mucha mano de obra. En el ferrocemento no se requieren encofrados y por lo tanto es apropiado para superficies curvas como cáscaras y elementos sin encofrado. El ferrocemento tiene una buena relación entre esfuerzos a tracción y peso propio y un excelente comportamiento respecto a la fisuración. Esto significa que las estructuras de ferrocemento son relativamente livianas e impermeables. Es un material atractivo para la construcción de casas pre­ fabricadas, tanques pequeños, botes, cascarones, elementos prefabricados para cubiertas y piscinas. Corte y doblado de las barras de refuerzo (Fabrication) El corte y doblado de barras de refuerzo (denominado en inglés “fabrication”) implica no solo cortar y doblar las barras sino su agrupación en paquetes marcados ade77

1. Todas las dimensiones son fuera-fuera con la excepción de A o G en los ganchos estándar de 180° y 135°. 2. La dimensión J en los ganchos de 180° solo se muestra cuando hay necesidad de restringir el tamaño del gancho y en todos los otros casos se deben usar las dimensiones del gancho estándar. 3. Cuando no se muestre J, debe ser menor o igual a H en los Tipos número 3, 5 y 22. Se deben indicar los casos en los cuales J puede exceder a H. 4. En ios estribos, la dimensión H debe indicarse cuando se requiera para que