¿Cuál es la altura máxima de vaciado del concreto?

Cada vez que se pregunta a profesionales del sector de la construcción sobre la altura máxima de vaciado de concreto, la respuesta siempre es diferente. Pero, ¿Qué nos dicen las normas?, ¿Qué nos ha enseñado la experiencia?

Las respuestas típicas a esta pregunta son 1.0m, 1.50m, 2.0m, siempre con la justificación de una posible segregación en la mezcla, dando origen a las famosas «cangrejeras», «cuevas» y reduciendo las características óptimas del concreto (resistencia, calidad y durabilidad).

Pasando estas alturas, los profesionales recomiendan usar tubería, ventanas, canales y demás para el vaciado, pero, ¿es esta práctica avalada por las normas?

Algunas respuestas de profesionales y expertos en el tema arrojaron un valor mayor a la altura máxima de vaciado de concreto, aprobando alturas de 30 a 40 metros, siempre y cuando se use el sistema tremie.

Otros profesionales condicionan la altura de vaciado al tipo de concreto que se use, variando su asentamiento, su relación agua cemento y su «bombeabildad» o cohesión.

En este artículo trataremos de responder estos dos grandes interrogantes:

¿Realmente afecta la altura de vaciado al comportamiento de nuestra mezcla de concreto? y ¿Estamos cometiendo un error al restringir la altura máxima de nuestros vaciados de concreto?

Debido a que este tema es tan importante y se encuentra tan poco detallado en las normas sismo resistentes disponibles, hicimos la siguiente investigación:

¿Cuál es la verdadera altura máxima de vaciado de concreto?

En países donde la construcción se encuentra más desarrollada, no existe restricciones en altura, siendo normal que los constructores de fundaciones dejen caer el hormigón desde alturas superiores a 40m, optimizando así el proceso constructivo.

En el año 2001, un estudio de más de 100 muestras de hormigón de estas fundaciones, correspondiente a un período de más de 30 años de construcción, no mostró ninguna evidencia de segregación o debilidad en el hormigón.

Y ¿qué dicen las normas sobre la altura máxima de vaciado?

Evaluamos e investigamos las siguientes normas:

• Especificaciones para Hormigón Estructural – ACI 301.
• Requerimientos del Código de Edificación para Hormigón Estructural – ACI 318.
• Guía para Medición, Mezcla, Transporte, y Colocación de Hormigón – ACI 304.
• Norma Sismo resistente Colombiana – NSR-10.

Resultado: En ninguna de estas normas se encontró una restricción de altura en concreto estructural.

Incluso la norma ACI 304 – Guía para Medición, Mezcla, Transporte, y Colocación de Hormigón, en su capítulo 5.4.1, establece que:

Si los moldes, formaletas, anillos o excavaciones son suficientemente abiertos y claros para que el hormigón no sea interrumpido en su caída vertical, es recomendable, por lo general, una descarga directa sin el uso de tolvas, tubería, mangas o canaletas dosificadoras.

ACI 304 – Guía para Medición, Mezcla, Transporte, y Colocación de Hormigón. Cap. 5.4.1

> Puedes visualizar y descargar la norma ACI en nuestra sección de Normativas y Reglamentos.

¿Se han realizado ensayos o estudios que evalúen la altura máxima de vaciado ?

Si, se han realizado cuatro estudios, descritos a continuación:

Reporte de Baker y Gnaedinger (1960)

Para esta investigación, el hormigón se dejó caer en un diámetro de 0.9m, en una fundación a 24m de profundidad, sin golpear los lados.

Después de dos semanas, se sacaron muestras y se hizo una excavación de observación a 15m de profundidad a lo largo de la estructura, testeando la resistencia del hormigón con un martillo de rebote.

Resultado: No se encontró ninguna segregación del hormigón, ni reducción en la resistencia de compresión.

Test Dupont (1979)

El hormigón se dejó caer verticalmente desde 15m en fundaciones de varios diámetros.

Se tomaron muestras de hormigón fresco de tres fundaciones, desde 0.9 m a 2.4 m de diámetro, y se analizaron los cambios en la distribución del agregado.

Resultado: Demostró ser esencialmente la misma que en las muestras tomadas directamente del camión mixer. No se detectó segregación del hormigón.

Pruebas del Departamento de Carreteras de Alabama (1992)

Se vació el hormigón a tres alturas diferentes, 1,5m, 7,6m y más de 15m, en una columna de 2,1m de diámetro altamente reforzada, de 23m de profundidad.

Luego se tomaron muestras del centro de la columna y fueron examinadas visualmente, sin observarse ninguna evidencia de segregación del agregado.

Se midió la resistencia de las muestras a la compresión y los resultados indicaron que ésta fue más alta para el hormigón que fue dejado caer desde más lejos:

• En la caída libre de 1,5m, el promedio de resistencia a la compresión fue de 35,5 Mpa.
• Siguiendo con la caída de 7,6m, el promedio de resistencia a la compresión fue de 46 Mpa.
• Por último, en la caída de 15m, la resistencia fue de 54,3 MPa.
• La resistencia a la compresión de diseño a 28 días era de 28 MPa.

Pruebas de la FHWA (Federal Highway Administration) (1994)

El hormigón fue colocado en cuatro columnas perforadas de 18m de largo por 0,9m de diámetro.

Luego se tomaron cilindros de 150 x 300 mm de cada columna para compararlos en el laboratorio con muestras de 100 mm de diámetro.

Resultado: Ninguna de las muestras exhibió signos de segregación. Las resistencias de las muestras variaron de 35.5MPa a 48MPa, todas sobre los 28MPa diseñados.

Durante este estudio los investigadores de la FHWA hicieron otras observaciones:

• La colocación del hormigón golpeando directamente la armadura no causa segregación ni debilidad en el hormigón.
• No hubo segregación ni resistencias diferentes entre mezclas de bajo y alto asentamiento (se utilizaron mezclas con asentamiento de 100 a 125 mm y 175 a 200 mm).
• Cuando en la colocación, el hormigón golpea los costados de la excavación y la armadura, la tierra se suelta y contamina el material.

Nota: Los resultados que arrojaron los cuatro ensayos de este artículo se cumplen con hormigones con asentamiento de cono de 10 cm o superior y con un porcentaje de arena que los haga cohesivos (bombeables).

Nota 2: Hormigones de cono inferior podrían segregar, por lo que estos resultados no serían aplicables.

Conclusiones

• La mezcla NO sufrió segregación al aumentar la altura de vaciado.
• La caída libre del concreto NO produjo segregación.
• El choque del concreto con el refuerzo de acero NO produjo segregación.
• La resistencia a la compresión NO disminuyó en concretos vaciados sin restricción de altura.
• Al contrario de lo que se esperaba, la resistencia a la compresión AUMENTÓ en los elementos cuyos vaciados se efectuaron con mayor altura de caída libre.
• Es recomendable NO utilizar tolvas, canales, tubos y demás estructuras para el vaciado en elementos cuya sección, formaleta o excavación sea lo suficientemente amplia para que el concreto pueda caer libremente sin tener contacto con paredes laterales.
• Restringir la altura de caída libre del concreto es un error, ya que se puede diseñar una mezcla cohesiva y bombeable que tenga características que hagan que la segregación sea difícil de alcanzar.
• Para poder pensar en implementar un vaciado de concreto sin restricción de alturas, se debe tener claro que NO APLICA para todos los tipos de concreto.

¡Para finalizar!

Las preguntas que nos dejan estas conclusiones son: ¿Qué diseño de mezcla usar para poder vaciar sin un límite de altura?, ¿Son suficientes los ensayos o pruebas realizadas para incentivar esta práctica?, ¿Qué norma avala esta práctica? y muchas más.

Se debe reconocer que este tema es un gran vacío en nuestras normas sismo resistentes y de referencia, por lo que urge realizar ensayos e investigaciones más profundas que nos ayuden a aclarar y el tema.