Vibradores de Hormigon

AIRE OCLUÍDO EN EL HORMIGÓN
El proceso de batido inevitablemente produce burbujas de aire que quedan atrapadas en el hormigón fresco del orden de 5 al 20% de su volumen -según sea su grado de fluidez- al momento de retirarlo de la hormigonera.
La ineficacia de la compactación manual por varillado, particularmente en hormigones poco fluidos, agrega nuevos vacíos por mala compactación a los procedentes del batido, más el riesgo de que queden peligrosas oquedades ocultas llamadas "nido de abejas".
Por cada 1% de vacíos remanentes dentro del hormigón endurecido, se reduce su resistencia de 4 a un 7%, en los rangos habituales de aire contenido.
En el cuadro -figura 1- se ilustra el problema.

AIRE INTENCIONALMENTEINCORPORADO AL HORMIGON
En algunos casos, por razones de impermeabilidad, resistencia al congelamiento, trabajabilidad, etc, y dentro de estrictas limitaciones, se proyectan hormigones con aire intencionalmente incorporado, lo cual es logrado por medio de aditivos químicos.
Este proceder trae como consecuencia, generalmente accesoria, un mejor deslizamiento de las partículas entre sí, lo que confiere mayor fluidez al hormigón, función propia del agua dentro de la mezcla. Entonces, para una misma fluidez, la incorporación de aire permite reducir una parte proporcional del agua. De esta forma la menor cantidad de agua significa mayor resistencia y este incremento de resistencia compensará aproximadamente el debilitamiento producido por la mayor cantidad de aire incorporado.

OBJETIVO DE LA VIBRACIONDEL HORMIGON RESPECTO DEL AIRE
Lo que se pretende es obtener hormigones de compactación correcta que permita mantener el nivel de aire ocluído dentro de los límites previstos cuando se proyectó su dosificación.
La figura 2 detalla las cantidades de aire no intencionalmente incorporado (naturalmente incorporado) consideradas normales, y las incorporadas intencionalmente por medio de aditivos químicos, en relación al Diámetro máximo del aglomerado grueso (Dmax), según las recomendaciones del American Concrete Institute (A.C.I.).
Hormigones secos tienden a retener proporciones de aire mayores a los normales, durante su elaboración y compactación, que los de consistencia fluida.
Hormigones secos o de bajo asentamiento, son requeridos especialmente por diversas razones: mayor resistencia a la compresión, mayor impermeabilidad, menor contracción de fraguado, mayor resistencia química o física, etc. En la mayoría de los casos vinculado a bajas relaciones agua/cemento.


VIBRACION DEL HORMIGON: SUS EFECTOS
Consiste en someter al hormigón fresco, inmediatamente luego de ser vertido en encofrados, a vibraciones de alta frecuencia que producen en sus partículas una drástica reducción de su fricción interna, imprimiéndoles una rápida y desorganizada movilización en el área de influencia del vibrador. La pasta adquiere una consistencia más fluida aparentando licuarse. Se ha calculado que la fricción interna dentro del hormigón fresco en reposo es de 20 kPa, mientras que durante la vibración ella disminuye a 1 kPa.
Esta movilización de todas las partículas y de la pasta, permite que burbujas de aire asciendan dentro de la masa del hormigón fresco y salgan al exterior.
Burbujas de mayor tamaño son removidas con mayor facilidad por su capacidad de flotar dentro de la masa. El aire cercano a la fuente de vibración es expelido antes que el que se encuentra en los puntos más alejados de su radio de acción.
Durante el proceso, la pasta cementicia se introduce y presiona entre los agregados más gruesos, distribuyéndolos en forma más homogénea.
Estas son entonces las dos funciones de la vibración: expeler el aire excedido sobre lo previsto y distribuir en forma más homogénea las partículas dentro del hormigón. Su aplicación resulta más necesaria cuanto menos fluida se haya proyectado la mezcla. En los casos de hormigones poco plásticos y secos su utilización es imprescindible.
La acción vibratoria debe continuarse hasta que el aire atrapado se haya reducido a límites aceptables, y el hormigón logrado, una densidad compatible con la resistencia u otras condiciones requeridas.
En vibradores de inmersión el tiempo normal de vibrado para hormigones de asentamiento 2,5 a 7,5 cm, en cada introducción, es de 5 a 15 segundos, promedio 10 segundos.
El tiempo exacto lo valorará el operador experimentado, cuando observe la dismimución de la salida de burbujas hasta cantidades reducidas.
Insistir con más tiempo de vibración pretendiendo remover la totalidad del aire más allá de lo aceptable no resulta práctico, y en hormigones mal dosificados puede causar efectos nocivos como ser la disgregación del material. De todas maneras debe tenerse en cuenta que es menos perjudicial el exceso de vibración que su falta.
En los casos de aire intencionalmente incorporado, limitando la vibración a los tiempos señalados, se expelen las burbujas y se aventan las oquedades grandes, quedando retenido el aire previsto en la medida que la cantidad dosificada responda a un cuidadoso cálculo que haya contemplado la acción vibratoria.
Cuando la vibración se suspende, la fricción interna inmoviliza nuevamente la pasta.


RELACION ENTRE VIBRADO Y FLUIDEZ
La fluidez del hormigón fresco se verifica por su asentamiento en centímetros medido por el método del Tronco de Cono (Tronco de Cono de Abrams - IRAM 1536). Existen otros métodos para medir la fluidez, pero éste es el de uso más habitual. Su rango se extiende entre 0 y 22 cm, correspondiendo estos extremos a hormigón "seco" y hormigón "fluido" respectivamente.
Por encima de 15,5 cm se requiere el uso de aditivos superfluidificantes (CIRSOC 6.6.3.10) y excepcionalmente vibración; entre 10 y 15 cm se utilizará el vibrador en forma leve acompañando al varillado manual; entre 5 y 9,5 cm la vibración será normal simultánea con el varillado, y entre 2,5 y 6,5 cm se requieren vibradores más potentes y vertido en capas delgadas. Menos de 2,5 cm de asentamiento se impone el uso de vibradores de encofrado o de superficie, exclusivamente.

HORMIGONESDE POCA FLUIDEZ
La resistencia a la compresión de hormigones normales, está vinculada a la relación agua/cemento en forma inversamente proporcional, de acuerdo a la curva de Abrams. Bajas relaciones agua/cemento son requeridas para mayor resistencia a la compresión, a las agresiones físicas o químicas, impermeabilidad, etc. (CIRSOC 6.6.3.9). En hormigones sin aditivos, relaciones agua/cemento (en peso siempre) inferiores a aproximadamente 0,40 ó 0,45, no son generalmente compatibles con altos grados de fluidez de la mezcla, en razón de la mayor cantidad de agua requerida para y/o el mayor volumen de cemento incorporado, tornan inadecuadas las cantidades unitarias y proporciones de los agregados restantes.
Cuando no se utilizan aditivos, hormigones menos fluidos se relacionan entonces con exigencias y requerimientos de uso.

FRECUENCIAS DE VIBRACIONY TAMAÑO DE PARTICULAS
Cada tamaño de partículas responde a una particular cantidad de vibración por unidad de tiempo. La frecuencia es usualmente expresada en vibraciones por minuto (vpm) y más modernamente en Hertz (1 Hertz (Hz) = 1 vibración/segundo = 60 vib/min).
Las frecuencias de los vibradores varían de 3.000 a 14.000 vpm. Las frecuencias medianas y altas (7.000 a 12.000 vpm) excitan los granos finos. Las altas frecuencias tienen la ventaja de que movilizan los finos, éstos rodean los agregados más gruesos inmovilizados dando como resultado una buena distribución de los mismos a la vez que, como ya se ha mencionado, facilitan la ascensión y expulsión de las burbujas de aire retenido. Las bajas frecuencias deben ser aplicadas con mucho cuidado pues excitan los agregados gruesos causando excesiva movilidad en la mezcla que puede originar segregación, siendo también menor el grado de compactación alcanzado.
Un cálculo estimativo de la relación entre vpm y tamaño de partículas movilizadas es el siguiente:
De 12.000 a 9.000 vpm, partículas de tamaño entre 0,08 y 2 mm. De 9.000 a 6.000 vpm, tamaños entre 0,5 y 7 mm. De 6.000 a 3.000 vpm tamaños entre 2 y 25 mm.

TIPOS DE VIBRADORES
Un vibrador transmite al hormigón en forma directa o indirecta un movimiento oscilatorio de alta frecuencia. El órgano pulsante consiste, generalmente, en un árbol giratorio vinculado a una masa excéntrica y alojado dentro de una envoltura hermética.
El accionamiento se efectúa mediante motor eléctrico, aire comprimido o motor a explosión, en cuyo caso la potencia es transmitida al aparato a través de un eje flexible (trenza de acero en vaina espiralada). Existen también equipos vibradores alternativos, accionados por pulsaciones electromagnéticas, otros por aire comprimido y de tipo hidráulico.
Algunos modelos actúan directamente sobre el hormigón a compactar, ya sea sumergidos en su masa (vibración interna) por medio de vibradores de inmersión o bien apoyados en su superficie (vibración superficial) por medio de reglas vibradoras. Otros lo hacen por intermedio de los moldes o encofrados, sujetos a su estructura o sobre mesas vibradoras (vibración indirecta).
Podemos clasificar resumidamente los vibradores en 2 clases y 4 tipos:
- Externos (asentamiento entre 0 y 7,5 cm):
De superficie: Consisten en un motor con vibrador que actúa sobre una regla rígida. Para volúmenes de hormigón de poco espesor relativo y mucha superficie, por ej. pavimentos, losas extensas, etc. Frecuencia 3.000 a 4.500 vpm.
De mesa: Es una mesa metálica con un vibrador solidario. Para prefabricados de volúmenes manejables y trasladables, por ej., caños de hormigón, columnas premoldeadas, premoldeados livianos en general, etc. Frecuencia 3.000 a 6.000 vpm.
De encofrados: El equipo vibrador se sujeta a soportes robustos del encofrado. Para prefabricados grandes con encofrados suficientemente reforzados, y excepcionalmente en obras "in situ" para zonas donde los vibradores de inmersión no accedan y/o el hormigón sea demasiado "seco". Frecuencia 3.000 a 12.000 vpm.
- Internos (asentamientos de 2,5 cm en más):
De inmersión: Vaina vibrante alargada que se sumerge en el hormigón desde su superficie. Es el de uso más frecuente en obras generales y la variación de sus modelos se puede relacionar con la medida del asentamiento según la siguiente subclasificación:
- con eje flexible: de 2,5 a 15 cm de asentamiento. - con motor incorporado: de 5 a 15 cm de asentamiento. - neumático o hidráulico: más de 10 cm de asentamiento.