Ficha de Proceso: Construcción de Cimentaciones Monolíticas para Columnas de Acero
Materiales
- Mallas de armadura estandarizadas (de fabricación industrial, soldables)
- Varillas de armadura (para armazones espaciales)
- Separadores de recubrimiento de hormigón (de plástico, que permanecen en el hormigón)
- Sistema de encofrado desmontable y reubicable (paneles metálicos, abrazaderas de sujeción)
- Mezcla de hormigón (pesado o de árido fino, clase de resistencia a la compresión, por ejemplo, C20/25, C25/30; clase de trabajabilidad, con pasaporte de calidad ISO 22966 o equivalente)
- Desencofrante (especial, que no altera la apariencia ni la resistencia del hormigón)
- Materiales para el curado del hormigón: arpillera húmeda, lona, serrín, arena
- Mortero de cemento (composición 1:2-1:3 para reparación de defectos)
Equipos
- Grúa de montaje (para la instalación de armazones de armadura, encofrado y suministro de hormigón)
- Equipo de aparejo y herramientas (eslingas, ganchos, herramientas manuales)
- Equipo de soldadura eléctrica (para el montaje de armazones de armadura, conforme a ISO 17660)
- Camiones hormigonera (mezcladoras, para el transporte de la mezcla de hormigón)
- Cubilotes para hormigón (con descarga lateral y compuerta sectorial, capacidad 1 m³)
- Bomba de hormigón autopropulsada (de alta capacidad, por ejemplo, 80 m³/h)
- Extendedora de hormigón (con cinta transportadora)
- Vibradores de inmersión (para la compactación de la mezcla de hormigón)
1. Ámbito de Aplicación e Información General
La presente ficha de proceso ha sido desarrollada para trabajos de construcción de cimentaciones de hormigón armado monolíticas, destinadas a columnas de acero, siempre que se mantengan temperaturas ambientales positivas. Como objeto tipo se ha tomado una cimentación con un volumen de hasta 50 m³ y una altura de 5 m. Ejemplos de soluciones constructivas, secuencias tecnológicas de ejecución de trabajos y los correspondientes indicadores técnico-económicos se presentan basándose en la cimentación tipo MF-1, que posee un volumen de 50 m³, una superficie de encofrado de 6078 m² y una masa total de armadura de 2990 kg.
El conjunto de trabajos reglamentados por esta ficha incluye: montaje de sistemas de encofrado desmontables y reubicables; ejecución del armado de la cimentación con el uso de mallas de armadura estandarizadas; proceso de hormigonado de la cimentación utilizando grúas de elevación y cubilotes, así como extendedoras de hormigón o bombas de hormigón; posterior desencofrado una vez que el hormigón haya alcanzado la resistencia necesaria.
2. Trabajos de Armadura
Antes del inicio de los trabajos de montaje de la armadura de la cimentación, deben haberse completado en su totalidad las siguientes operaciones preparatorias: replanteo preciso de los ejes de construcción y ejecución de la capa de hormigón de limpieza; entrega y almacenamiento oportunos de todos los elementos de armadura necesarios en la zona de acción de la grúa de montaje; preparación de todo el equipo de aparejo, herramientas requeridas y equipos de soldadura eléctrica.
El montaje de la armadura comienza con el replanteo minucioso de las ubicaciones de las mallas y la posterior instalación de separadores para el recubrimiento de hormigón cada 1 m. El armado se realiza utilizando mallas de armadura estandarizadas, fabricadas en fábrica con máquinas de soldadura por puntos multipunto. La colocación de las mallas se lleva a cabo en direcciones mutuamente perpendiculares. El fuste de la cimentación se arma con un armazón espacial, que se instala en su posición de diseño con ayuda de una grúa.
El montaje de los armazones espaciales se realiza en un área de montaje especialmente equipada. Inicialmente, se instalan cuatro mallas verticales sobre las calzas, que se fijan temporalmente con tirantes. Luego, se sueldan las mallas horizontales a estas, y en la parte inferior se colocan fijadores temporales que serán retirados antes del montaje del encofrado. Después de la instalación del armazón, se montan separadores de plástico en las mallas verticales cada 1 m, asegurando el espesor requerido del recubrimiento de hormigón y que permanecen en la masa de hormigón.
Los trabajos de montaje de la armadura son realizados por un equipo especializado de cuatro personas: un ferrallista de 3ª categoría, dos ferrallistas de 2ª categoría y un soldador eléctrico de 5ª categoría. La recepción de la armadura montada se realiza antes del inicio del hormigonado y se formaliza mediante un acta de inspección de trabajos ocultos, en la que deben indicarse los números de los planos de ejecución, cualquier desviación de los mismos y la evaluación de la calidad del montaje. El método y la tecnología de instalación de los pernos de anclaje se seleccionan en estricta conformidad con los requisitos de la documentación de obra.
- Replanteo de las ubicaciones de las mallas de armadura e instalación de separadores para el recubrimiento cada 1 m.
- Colocación de las mallas de armadura en direcciones mutuamente perpendiculares.
- Montaje de los armazones espaciales del fuste en el área de montaje: instalación de cuatro mallas verticales sobre calzas y su fijación temporal con tirantes.
- Soldadura de las mallas horizontales a las verticales y colocación de fijadores temporales en la parte inferior, que se retiran antes del montaje del encofrado.
- Instalación de separadores de plástico permanentes cada 1 m en las mallas verticales después del montaje del armazón para asegurar el recubrimiento de hormigón.
3. Trabajos de Encofrado
Antes del inicio de los trabajos de montaje del sistema de encofrado, deben haberse completado las siguientes operaciones obligatorias: finalización completa de la instalación de mallas y armazones de armadura; verificación de la integridad del encofrado entregado según la especificación; montaje de paneles de encofrado de gran tamaño, si está previsto en el proyecto. Los elementos de encofrado que llegan a la obra deben ubicarse en la zona de acción de la grúa de elevación para facilitar el montaje.
Todos los componentes del encofrado deben almacenarse en la posición correspondiente a sus condiciones de transporte, cuidadosamente clasificados por marcas y tamaños. Se recomienda almacenar las unidades de montaje grandes en almacenes cubiertos o bajo techo, asegurando protección contra daños mecánicos y agentes atmosféricos. Las piezas pequeñas deben almacenarse en el almacén embaladas. Para la construcción de cimentaciones se utiliza encofrado desmontable y reubicable estandarizado.
Antes de iniciar el montaje del encofrado desmontable y reubicable, los paneles metálicos se ensamblan en módulos de encofrado utilizando abrazaderas especiales de sujeción. Las dimensiones de los módulos formados se determinan por las áreas de superficie de las cimentaciones según el proyecto. Después de instalar los módulos de encofrado, se montan plataformas colgantes con escaleras integradas para asegurar un acceso seguro y la ejecución de los trabajos. Los trabajos de montaje de encofrado son realizados por un equipo de dos montadores de 4ª y 3ª categoría.
El desencofrado se realiza después de que el hormigón haya alcanzado la resistencia de diseño, en la secuencia estricta indicada en la documentación de obra y el plan de ejecución de los trabajos. El encofrado debe poseer suficiente resistencia, rigidez, inalterabilidad geométrica y estanqueidad bajo las cargas tecnológicas, garantizando la forma, dimensiones y calidad de diseño de las estructuras a construir. La mínima adherencia y neutralidad química de las superficies de trabajo al hormigón son obligatorias, lo que facilita el desencofrado y previene defectos superficiales.
- Montaje de los paneles metálicos de encofrado en módulos de encofrado utilizando abrazaderas de sujeción.
- Instalación de los módulos de encofrado en su posición de diseño, considerando las dimensiones geométricas de la cimentación.
- Montaje de plataformas colgantes con escaleras en los módulos de encofrado instalados para asegurar el acceso.
- Desencofrado después de que el hormigón haya alcanzado la resistencia necesaria, estrictamente en la secuencia indicada en la documentación de proyecto.
4. Trabajos de Hormigonado
Antes de iniciar la colocación de la mezcla de hormigón, es necesario llevar a cabo una serie de medidas preparatorias: verificar la correcta instalación de la armadura y el encofrado; subsanar todos los defectos detectados en el sistema de encofrado; asegurarse de la presencia y correcta instalación de los separadores que garantizan el espesor de diseño del recubrimiento de hormigón. Todas las estructuras y sus elementos ocultos durante el proceso de hormigonado deben ser recibidos mediante un acta de trabajos ocultos. El encofrado y la armadura deben limpiarse meticulosamente de escombros, suciedad y óxido. También se verifica el funcionamiento de todos los mecanismos, la operatividad de los dispositivos y herramientas.
La entrega de la mezcla de hormigón a la obra se prevé en camiones hormigonera (autobetoneras). El suministro de la mezcla de hormigón al lugar de colocación puede realizarse de tres maneras principales: con grúa utilizando cubilotes, con bomba de hormigón autopropulsada o con extendedora de hormigón. Cuando se utiliza una grúa, se emplea un cubilote diseñado por un instituto de investigación especializado, con una capacidad de 1 m³, equipado con descarga lateral y compuerta sectorial. Los trabajos de hormigonado con grúa son realizados por un equipo de dos hormigoneros de 4ª y 3ª categoría.
La segunda opción implica el suministro de la mezcla mediante una bomba de hormigón autopropulsada con una capacidad, por ejemplo, de 80 m³/h. La bomba de hormigón autopropulsada es operada por un equipo de dos personas: un operador de 5ª categoría y su ayudante de 4ª categoría. La selección y el diseño de la composición del hormigón son realizados por el laboratorio de construcción. Para las bombas de hormigón autopropulsadas es obligatorio realizar un bombeo de prueba de la mezcla de hormigón y el ensayo de muestras. La tercera opción de suministro de la mezcla de hormigón se realiza con una extendedora de hormigón. Su operación es realizada por un operador de 5ª categoría.
La colocación del hormigón en las cimentaciones se realiza por etapas: hormigonado por capas de la primera grada de la base, luego la segunda grada, y finaliza con el hormigonado por capas del fuste. El intervalo entre la colocación de capas adyacentes de mezcla de hormigón debe ser de al menos 40 minutos, pero no exceder las 2 horas. Cuando la altura del fuste supera los 2 m, se recomienda el uso de trompas verticales articuladas. La mezcla de hormigón se coloca en capas de 30 a 40 cm de espesor y se compacta con vibradores de inmersión. La parte activa del vibrador se sumerge en la capa de hormigón previamente colocada de 5 a 10 cm. En las esquinas y cerca de las paredes del encofrado, la mezcla de hormigón se compacta adicionalmente con vibradores más pequeños o mediante picado manual con varillas. No se permite apoyar los vibradores sobre la armadura durante el trabajo. La vibración en una posición se detiene cuando cesa el asentamiento de la mezcla y aparece lechada de cemento en la superficie. El vibrador se retira lentamente, sin apagar el motor, para un llenado uniforme del vacío debajo del cabezal. Después de la colocación del hormigón, es necesario crear condiciones óptimas de temperatura y humedad para su fraguado. Las superficies horizontales de la cimentación se cubren con arpillera húmeda, lona, serrín o arena, que se humedecen regularmente, por un período determinado por las condiciones climáticas y las indicaciones del laboratorio de construcción.
- Hormigonado por capas de la primera grada de la base de la cimentación.
- Hormigonado por capas de la segunda grada de la base de la cimentación.
- Hormigonado por capas del fuste de la cimentación.
- Colocación de la mezcla de hormigón en capas de 30-40 cm de espesor, respetando los intervalos entre capas (no menos de 40 min, no más de 2 h).
- Compactación de la mezcla de hormigón con vibradores de inmersión, sumergiéndolos en la capa previamente colocada 5-10 cm y retirándolos lentamente.
- Compactación adicional en las esquinas y cerca de las paredes del encofrado utilizando vibradores pequeños o varillas manuales.
5. Control de Calidad y Tolerancias Admisibles
El control de calidad operacional es una parte integral del proceso de construcción de cimentaciones monolíticas y se lleva a cabo en todas las etapas: preparatoria, durante el hormigonado (incluyendo la preparación, transporte y colocación de la mezcla), durante el curado del hormigón y el desencofrado, así como en la recepción de las estructuras de hormigón y hormigón armado terminadas.
**Control de calidad de los trabajos de armadura:**
* **Trabajos preparatorios:** Control visual de la existencia de documentos de calidad (certificados) para los productos de armadura, evaluación de la calidad de la armadura y, si es necesario, realización de mediciones y toma de muestras para ensayos. Verificación de la calidad de la preparación y las cotas de la base portante, así como la correcta instalación y fijación del encofrado. Documentación en el libro de obra general.
* **Instalación de elementos de armadura:** Inspección técnica de todos los elementos para controlar la precisión de la instalación de los elementos de armadura en planta y en altura, la fiabilidad de su fijación y la magnitud del recubrimiento de hormigón. Documentación en el libro de obra general.
* **Recepción de trabajos realizados:** Control visual y métrico de la conformidad de la posición de los elementos de armadura con el proyecto, la magnitud del recubrimiento, la fiabilidad de la fijación en el encofrado, así como la calidad de las uniones soldadas (o atadas) del armazón. Se formaliza mediante un acta de inspección de trabajos ocultos.
* **Herramientas de control y medición:** plomada, cinta métrica metálica, regla metálica. El control operacional lo realizan el capataz (jefe de obra), el control de recepción – personal del departamento de calidad, el capataz (jefe de obra), representantes de la supervisión técnica del cliente.
**Control de calidad de los trabajos de encofrado:**
* **Trabajos preparatorios:** Control visual de la existencia de la ficha técnica del encofrado y del plan de ejecución de los trabajos para la instalación y recepción del encofrado. Verificación de la calidad de la preparación y las cotas de la base portante, la existencia y el estado de los elementos de fijación y los medios auxiliares. Documentación en el libro de obra general.
* **Montaje del encofrado:** Inspección técnica y control métrico del cumplimiento del orden de montaje de los paneles, la instalación de los elementos de fijación y las piezas empotradas, la estanqueidad de las uniones de los paneles (hendiduras no superiores a 2 mm), el cumplimiento de las dimensiones geométricas y las inclinaciones de las superficies proyectadas, la fiabilidad de la fijación de los paneles.
* **Recepción del encofrado:** Control métrico de la conformidad de las dimensiones geométricas del encofrado con el proyecto, su posición con respecto a los ejes de replanteo (en planta y en vertical), la indicación de las cotas de diseño de la parte superior de la estructura a hormigonar. Inspección técnica de la correcta instalación y la fiabilidad de la fijación de las piezas empotradas y de todo el sistema en general. Documentación en el libro de obra general.
* **Herramientas de control y medición:** cinta métrica, plomada de obra, nivel óptico, teodolito, regla metálica. El control operacional – capataz (jefe de obra), topógrafo; el de recepción – personal del departamento de calidad, capataz (jefe de obra), supervisión técnica del cliente.
**Control de calidad de la ejecución de cimentaciones monolíticas (hormigonado):**
* **Trabajos preparatorios:** Inspección técnica de la correcta instalación y fijación del encofrado y los andamios, la preparación de los mecanismos. Control métrico de la cota de la base. Control visual de la limpieza de la base, del hormigón previamente colocado y de la superficie interior del encofrado, del estado de la armadura (ausencia de óxido, aceite). Control métrico del replanteo de la cota de diseño de la parte superior del hormigonado. Documentación en el libro de obra general y en las actas de trabajos ocultos.
* **Colocación de la mezcla de hormigón, fraguado, desencofrado:** Control de laboratorio de la calidad de la mezcla de hormigón. Inspección técnica del estado del encofrado. Control métrico de la altura de caída de la mezcla, el espesor de las capas colocadas (30-40 cm), el paso de reubicación de los vibradores de inmersión, la profundidad de su inmersión (5-10 cm en la capa anterior), la duración de la vibración (no menos de 2 veces por turno). Control métrico y de laboratorio del régimen de temperatura y humedad de fraguado, la resistencia real del hormigón y los plazos de desencofrado. Documentación en el libro de obra general.
* **Recepción de trabajos realizados:** Control de laboratorio de la resistencia real del hormigón. Control visual de la calidad de la superficie de las estructuras y de los materiales utilizados. Control métrico de las dimensiones geométricas y la conformidad de la estructura con los planos de ejecución. Se formaliza mediante un acta de recepción de trabajos realizados.
* **Herramientas de control y medición:** plomada, teodolito, cinta métrica, regla metálica, nivel óptico, mira de 2 m. El control operacional – capataz (jefe de obra), ingeniero de laboratorio; el de recepción – personal del departamento de calidad, capataz (jefe de obra), supervisión técnica del cliente.
**Tolerancias Admisibles:**
* Desviaciones de las superficies de la vertical o de la inclinación de diseño en toda la altura de las cimentaciones: no más de 20 mm.
* Desviaciones de las superficies horizontales en toda la longitud del tramo verificado: no más de 20 mm.
* Pendiente de las superficies de apoyo de las cimentaciones al apoyar columnas de acero sin relleno: no más de 0,0007.
* Irregularidades locales de la superficie del hormigón al verificar con una regla de dos metros (excepto superficies de apoyo): no más de 5 mm.
* Desviaciones de la longitud de los elementos: ±20 mm.
* Desviaciones de la sección transversal de los elementos: +6 mm, -3 mm.
* Posición de los pernos de anclaje:
* En planta, dentro del contorno del apoyo: ±5 mm.
* En planta, fuera del contorno del apoyo: ±10 mm.
* En altura, del contorno del apoyo: +20 mm.
* Diferencia de cotas en altura en la unión de dos superficies adyacentes: no más de 3 mm.
La recepción de las estructuras se formaliza mediante un acta de inspección de trabajos ocultos o un acta de recepción de estructuras críticas de acuerdo con las normas internacionales aplicables.
6. Requisitos para la Mezcla de Hormigón y Materiales
Cada partida de mezcla de hormigón enviada al consumidor debe ir acompañada de un documento de calidad que contenga la siguiente información: nombre del fabricante, fecha y hora exacta de expedición de la mezcla; tipo de mezcla de hormigón y su designación convencional; número de la composición de la mezcla de hormigón, clase de resistencia a la compresión del hormigón (por ejemplo, C20/25 o C25/30); clase por densidad media (para hormigones ligeros); tipo y volumen de aditivos utilizados; tamaño máximo del árido; índice de trabajabilidad de la mezcla de hormigón; número del documento de acompañamiento; garantías del fabricante, así como otros indicadores necesarios.
Los métodos de transporte de la mezcla de hormigón utilizados deben excluir completamente la posibilidad de entrada de precipitaciones atmosféricas, alteración de la homogeneidad de la mezcla, pérdida de lechada de cemento, y asegurar la protección de la mezcla contra los efectos nocivos del viento y la luz solar directa durante el transporte. La duración máxima de transporte de las mezclas de hormigón es de 90 minutos, a menos que el laboratorio de construcción establezca lo contrario, teniendo en cuenta el mantenimiento de la calidad requerida de la mezcla.
La mezcla de hormigón que se haya segregado debe ser cuidadosamente remezclada en el lugar de los trabajos. Durante el control de recepción de la mezcla de hormigón en la obra, es necesario: verificar la existencia del documento de calidad y la exhaustividad de los datos indicados en el mismo; mediante inspección visual, asegurarse de la ausencia de signos de segregación y de la presencia de las fracciones de árido grueso requeridas. En caso de dudas sobre la calidad de la mezcla, se debe solicitar una verificación de control de acuerdo con los procedimientos aplicables. El transporte y suministro de las mezclas de hormigón deben realizarse con medios especializados que aseguren la conservación de las propiedades especificadas de la mezcla de hormigón. Está estrictamente prohibido añadir agua en el lugar de colocación de la mezcla de hormigón para compensar su trabajabilidad, ya que esto reduce irreversiblemente las características de resistencia del hormigón.
7. Instrucciones Generales para la Ejecución de los Trabajos
El control de calidad de los trabajos de hormigonado está previsto en todas las etapas clave: preparatoria; durante el hormigonado (incluyendo la preparación, transporte y colocación de la mezcla de hormigón); en la etapa de curado del hormigón y desencofrado de las estructuras; así como en la etapa de recepción de las estructuras de hormigón y hormigón armado terminadas o partes de las construcciones.
En la etapa preparatoria se realiza el control de calidad de los materiales utilizados para la mezcla de hormigón y su conformidad con los requisitos de las normas aplicables, la preparación de los equipos de amasado, transporte y auxiliares de hormigón, la correcta selección de la composición de la mezcla de hormigón y la determinación de su trabajabilidad (o consistencia) según el proyecto y las condiciones de trabajo. Antes de la colocación de la mezcla de hormigón, se verifican las bases, la correcta instalación del encofrado, las estructuras de armadura y los elementos empotrados. Las bases de hormigón y las juntas de trabajo deben limpiarse de la película de cemento sin dañar el hormigón, el encofrado – de escombros y suciedad, la armadura – de óxido. La superficie interior del encofrado reutilizable se cubre con una grasa especial que no afecta la apariencia ni la resistencia de la estructura.
Durante la colocación de la mezcla de hormigón, se controla el estado de los andamios, el encofrado, la posición de la armadura, la calidad de la mezcla colocada, el cumplimiento de las reglas de descarga y distribución de la mezcla, el espesor de las capas colocadas, el régimen de compactación de la mezcla de hormigón, así como la oportunidad y corrección de la toma de muestras para la fabricación de probetas de control del hormigón. La mezcla de hormigón se coloca en capas horizontales de igual espesor, sin interrupciones, con una dirección de colocación consecutiva en un mismo sentido en todas las capas. El espesor de la capa se establece en función del grado de armadura y de los medios de compactación utilizados. La profundidad de inmersión del vibrador de inmersión debe asegurar su penetración en la capa previamente colocada de 5-10 cm, y el paso de reubicación no debe exceder de una vez y media su radio de acción. La colocación de la siguiente capa se permite antes del inicio del fraguado de la capa anterior. El nivel superior de la mezcla colocada debe estar 50-70 mm por debajo de la parte superior de los paneles del encofrado. La superficie de las juntas de trabajo, realizadas durante las interrupciones, debe ser perpendicular al eje de las columnas. La reanudación del hormigonado se permite cuando la resistencia del hormigón es de al menos 1,5 MPa.
En la etapa de curado del hormigón, la composición de las medidas de cuidado y la secuencia de desencofrado se establecen en el plan de ejecución de los trabajos, respetando los requisitos de mantenimiento del régimen de temperatura y humedad, prevención de deformaciones y fisuras, protección contra golpes y pérdida de humedad. El tránsito de personas sobre las estructuras hormigonadas y la instalación del encofrado de las estructuras superiores se permite después de que el hormigón haya alcanzado una resistencia de al menos 1,5 MPa. Los defectos detectados después del desencofrado (superficies rugosas, coqueras) se limpian, se lavan con agua a presión y se rellenan con mortero de cemento de composición 1:2-1:3. El control de calidad del hormigón incluye la verificación de la resistencia real a la compresión (mediante probetas de control, no menos de dos muestras por día para cada composición, tres probetas por serie), y, si es necesario, la resistencia a la congelación y la impermeabilidad (no menos de una vez cada 3 meses o al cambiar la composición). Los resultados del control se registran en el libro de obra y en las actas de recepción de los trabajos.
8. Hormigonado en Condiciones de Temperaturas Negativas
La construcción de estructuras de hormigón y hormigón armado con una temperatura media diaria del aire exterior inferior a 5 °C y una temperatura mínima diaria inferior a 0 °C debe realizarse con la aplicación obligatoria de medidas especiales destinadas a asegurar un fraguado normal del hormigón y el logro, en los plazos establecidos, de la resistencia de diseño, la resistencia a la congelación, la impermeabilidad y otras propiedades requeridas indicadas en el proyecto.
La preparación de la mezcla de hormigón debe realizarse en plantas de amasado calefactadas. Para ello se utiliza agua precalentada y áridos descongelados o especialmente calentados, lo que permite obtener una mezcla de hormigón con una temperatura no inferior a la de diseño. La temperatura máxima permitida de calentamiento del agua y de la propia mezcla de hormigón a la salida del mezclador no debe superar los valores indicados en la tabla siguiente. Se permite el uso de áridos secos no calentados siempre que no contengan hielo en los granos ni grumos congelados.
| Tipo de Cemento | Temperatura Máxima Admisible del Agua, °C | Temperatura Máxima Admisible de la Mezcla de Hormigón a la Salida del Mezclador, °C |
|:---------------------------------------------------------------|:------------------------------------------|:--------------------------------------------------------------------------------------|
| Cemento Portland, Cemento Portland Puzolánico, Cemento Portland de Escoria (clases < 600) | 70 | 35 |
| Cemento Portland de Fraguado Rápido y Cemento Portland (clases ≥ 600) | 60 | 30 |
| Cemento Aluminoso | 40 | 25 |
