Control de calidad sistemas prefabricados
Jaime Gomezjurado Sarria. IC. MA Grupo Titan
El control de calidad en la construcción con elementos prefabricados de concreto se realiza, en términos prácticos, de la misma forma que cualquier tipo de proyecto, apoyándose en laboratorios de materiales y en la inspección de los elementos que componen el sistema prefabricado antes, durante y después de instalados. Durante la producción de los prefabricados, por lo general se establecen puntos de control en la recepción de las materias primas y se hace seguimiento a las variables de proceso, así como inspecciones de producto terminado para asegurar cumpla con la normativa aplicable a cada elemento. En la recepción en obra se establecen controles asociados con las características físicas y mecánicas especificadas para cada prefabricado, así como la comprobación de sus atributos para asegurar que tendrán buen desempeño, así mismo se realizan controles durante el ensamble de los elementos prefabricados y se hacen mediciones e inspecciones al final de la construcción para identificar si es necesario hacer ajustes o si por el contrario los proyectos se pueden poner en servicio.
En general todos los prefabricados, desde aquellos que pesan unos pocos kilogramos como un adoquín hasta los que pesan muchas toneladas como vigas pretensadas para grandes luces, tienen normas técnicas que se aplican para regular su utilización y asegurar el desempeño de los mismos, de manera que para el supervisor de obra resulta muy fácil establecer al momento de la recepción los criterios de aceptación o rechazo, así como verificar el cumplimiento de los estándares durante la instalación y la puesta en servicio los proyectos.
Los prefabricados de concreto reforzado, tienen algunos privilegios con relación a elementos vaciados en el sitio, tales como la posibilidad de tener menores recubrimientos del acero y poder ser más esbeltos, situación que se explica porque son fabricados con concretos de alto desempeño en condiciones climáticas controladas y porque los procesos se repiten muchas veces utilizando equipos y moldes en instalaciones con flujos de trabajo en donde la dosificación, transporte, colado y curado de concreto se realiza sistemáticamente para cada elemento de la misma forma cada vez utilizando mano de obra especializada para cada actividad.
Las normas aplicables a cada prefabricado pueden variar de un país a otro, pero en general las características que se establecen para cada tipo de elemento prefabricado son las mismas y por lo tanto resulta fácil adecuar los equipos y moldes fabricados en cualquier lugar del mundo a la normativa de cada País. Cuando no existen Normas Técnicas Colombinas aplicables a algún tipo de prefabricado, se acostumbra a utilizar las normas ASTM, así como también de las especificaciones del instituto de prefabricados y pretensados de estados unidos -PCI-, las del instituto americano del concreto –ACI y las de la sociedad americana de ingenieros civiles – ASCE -, las cuales están alineadas con los requisitos de la Norma sismoresistente y el código de diseño y construcción puentes. A manera de ejemplo se presenta en la tabla 1 se presentan las normas aplicables para algunos prefabricados.
Producción de prefabricados
Características dimensionales
El cumplimiento de las tolerancias dimensionales de los prefabricados en gran proporción depende de las dimensiones de los moldes y el estado de los mismos, por lo que normalmente se establecen frecuencias de control para asegurar que los moldes estén con la geometría requerida para garantizar que los prefabricados vaciados en ellos queden dentro de las tolerancias, esto es especialmente importante para aquellos elementos prefabricados en que las tolerancias son muy estrictas, tales como las dovelas para recubrir túneles, en las que la longitud y el ancho deben tener dimensión nominal más o menos 1.5 mm, en los cuales la comprobación dimensional debe realizarse de manera muy frecuente.
Aquellos elementos prefabricados que no se curan dentro de la formaleta, tales como bloques para mampostería, sardineles, barreras de seguridad o tubería de sección circular o cuadrada, fabricados en equipos moldeadores o extrusores que suministran alta energía para la vibrocompactación del concreto, en los cuales los elementos prefabricados se retiran los molde inmediatamente después del vaciado del concreto, dependen en menor medida de las dimensiones de los moldes y por lo tanto las comprobaciones de los mismos se pueden realizar en intervalos más grandes. Las dimensiones en estos prefabricados, dependen en mayor proporción de las características del concreto en estado fresco para mantener la geometría con que son elaborados y por lo tanto se debe controlar cuidadosamente la dosificación del concreto, especialmente la cantidad de agua de mezcla y el peso y gradación de los agregados.
En el caso de los elementos prefabricados reforzados, es importante previo al vaciado del concreto verificar la cantidad y posición de las varillas, el tipo y número de distanciadores y la graduación de los aditamentos mecánicos que centralizan el acero para asegurar la posición correcta del acero. En los elementos presforzados, adicional a la cantidad y posición de los alambres y los cables, se debe tener certeza de la tensión y por eso el punto de control más importante previo al vaciado del concreto es el tensionamiento de los cables, actividad que normalmente es controlada mediante la lectura de la presión de los gatos con los que se realiza el tensionamiento y la medición de la elongación del acero durante este proceso.
Además del control de los moldes, para el cumplimiento de las tolerancias dimensionales, es necesario validar el tipo y posición de los bulones, orificios o elementos para el izaje del prefabricado, así como también la colocación de los insertos, platinas y demás elementos requeridos para la conexión con otros prefabricados. Es importante identificar antes del vaciado del concreto la textura superficial que se requiere en todas las caras del prefabricado para asegurar que estas se lograran con el molde y/o con el acabado superficial aplicado antes del fraguado inicial del concreto, como por ejemplo superficie rayada para garantizar la adherencia de concreto de segunda etapa vaciado en el sitio. Caso en el que es conveniente tomar mediciones de la profundidad y la distancia del rayado, en estado fresco.
El cumplimiento en las dimensiones de los prefabricados, permite que estos se puedan instalar de manera consecutiva unas con otros y adicionalmente asegura el desempeño mecánico de los mismos. Si alguna dimensión de los prefabricados no cumple con tolerancias, al ser instalados de manera consecutiva se encontrará que las distancias entre juntas no podrán ser cumplidas y que la alineación o nivelación de pisos, fachadas, pórticos y en general cualquier estructura que se conforme con prefabricados quedará desalineada, desnivelada o con geometría fuera de especificación. Así mismo, el desempeño mecánico de los prefabricados dependerá del momento de inercia real del elemento y por lo tanto cuando la geometría sea diferente a la del diseño, se encontraran diferencias en los resultados de los ensayos físicos, tales como la determinación del módulo de rotura y ensayos de carga, los cuales permiten mediante la determinación de esfuerzos y deformaciones validar el desempeño de los elementos individuales prefabricados para estimar cómo será el desempeño del conjunto de prefabricados y/o la interacción con estructuras.
Calidad del concreto
Adicional las variables que inciden en la geometría de los prefabricados, el parámetro de control que resulta más relevante durante la producción de los prefabricados es la calidad del concreto, no solamente desde el punto de vista de resistencia a compresión a diferentes edades y sus propiedades asociadas, tales como el módulo de rotura, módulo de elasticidad, resistencia desgaste y resistencia al punzonamiento, si no también considerando criterios para una adecuada trabajabilidad y durabilidad. Indudablemente la resistencia a compresión es el parámetro que más incidencia tiene durante la producción, porque determina el número de ciclos que se puede repetir un proceso en un período de tiempo, por ejemplo utilizar tres veces una formaleta en un mismo día, y por lo tanto determina la productividad de un prefabricador. De ella también se derivan hitos importantes, tales como el tiempo y forma como deben permanecer almacenados los prefabricados, la edad mínima para el transporte y la puesta en servicio. La trabajabilidad del concreto, entendida como la propiedad que determina la facilidad con el concreto puede ser mezclado, colocado, consolidado y acabado, se convierte en un condicionante para que los prefabricados queden libres de poros y hormigueros, los cuales son indeseables en todo tipo de elementos y los que aparecen frecuentemente aparecen cuando se utiliza un concreto con trabajababilidad inadecuada para el sistema de vibración y compactación utilizado. En prefabricados es bien importante tener presente que la trabajabilidad del concreto es diferente a la consistencia del mismo, puesto que para cada método de compactación se requiere una consistencia, que puede ir desde asentamiento “cero o negativo” hasta una consistencia muy húmeda autocompactante, la cual requiere para cada elemento prefabricado un grado de trabajabilidad que determina la fluidez con que el concreto se puede colocar en un molde asegurando que el prefabricado quede con la textura superficial cerrada. La durabilidad del prefabricado generalmente se asocia con la resistencia a los cloruros que tiene el concreto empleado en su fabricación y por lo tanto normalmente se especifica una resistencia mínima en Columbs a una edad determinada, así como también valores de porosidad superficial y absorción, acordes con las condiciones de exposición de los prefabricado.
Condiciones de curado
El curado del concreto es un proceso que se controla en una planta de prefabricados mediante mediciones y ajustes periódicos de temperatura y humedad a edades tempranas, que permiten potenciar la mayor hidratación del cemento, disminuyendo la posibilidad de que se presenten cambios volumétricos que induzcan fisuración. Independientemente del tipo de curado que se aplique en la producción de prefabricados, que puede ser la simple aspersión de agua y protección de la desecación superficial por la protección del viento o la exposición directa a los rayos solares o métodos más complejos, como los sistemas de aplicación de temperatura con humedad controlada en las formaletas y/o en cámaras de vapor alimentados por calderas o generadores de vapor, el curado del prefabricado es mucho más eficiente que el que podría lograrse en un concreto vaciado en el sitio, principalmente porque en una planta se pueden aislar las condiciones climáticas adversas, tales como baja humedad ambiente, altas o bajas temperaturas y exposición directa al viento o a los rayos solares.
En los prefabricados no existe controversia para identificar la responsabilidad de baja resistencia del concreto, que frecuentemente se presenta en las obras cuando los resultados de las muestras normalizadas del concreto son satisfactorias y las evaluadas directamente sobre las estructuras demuestran lo contrario, por cuanto para la fabricación y/o la recepción del concreto, la colocación y el curado del mismo, es un solo actor y por lo tanto un solo responsable. Teniendo en cuenta que la responsabilidad de la calidad del concreto es del prefabricador, normalmente para verificar los métodos de colocación y de curado en una línea de producción, se implementan evaluaciones periódicas del concreto mediante lecturas de pulso de ultrasonido o extracción de núcleos, las cuales además de permitir conocer la calidad final del prefabricado, permiten determinar la eficiencia de los procesos empleados y adoptar correctivos para que la resistencia final de los prefabricados siempre sea superior o igual a la especificada.
Recepción de los prefabricados
El control en la recepción de los prefabricados, normalmente involucra una inspección visual para validar que estén libres de defectos de fabricación, de fisuras o desportilladuras mayores a las permitidas para cada tipo de prefabricado, para lo cual dependiendo del tamaño de los prefabricados se puede hacer una inspección 100% o un muestreo, normalmente la inspección 100% es aplicable a prefabricados de gran formato y el muestreo se realiza a los prefabricados de menor tamaño. Involucra también una revisión de las dimensiones, los acabados y cuando se aplicable de la posición de conexiones, los torones, los flejes, las platinas de anclaje, insertos para instalación y demás elementos que hagan parte integral del prefabricado, así como la revisión del rotulado, lo cual permitirá identificar cada elemento individual o lote para en caso de alguna duda asociada con la calidad sea posible determinar la trazabilidad, que permita conocer las condiciones de fabricación y transporte.
Cuando sea aplicable, conviene hacer un muestreo para determinar las propiedades mecánicas del prefabricado, como por ejemplo, módulo de rotura, resistencia a la flexión, absorción o resistencia al desgaste.
Instalación de prefabricados
Previa a la instalación de lo prefabricados es necesario revisar la topografía del sitio en que serán colocados, lo cual permitirá que se cumpla con los niveles y alineación requeridos, así como garantizar que podrán conectarse a elementos portantes con apoyos adecuados. Esto es especialmente importante en sistemas prefabricados que se combinan con estructuras metálicas, con sistemas de mampostería estructural o con estructuras de concreto vaciado en sitio, por cuanto para tener rendimientos adecuados durante la instalación y asegurar el desempeño estructural se debe garantizar que los prefabricados se podrán ensamblar fácilmente con los demás elementos que componen el sistema. Normalmente, antes de la instalación de elementos prefabricados se hacen levantamientos que permiten identificar si hay que hacer correcciones en las estructuras de apoyo, tales como por ejemplo modificar la posición de conectores para cortante en vigas metálicas, demoler excesos de concreto o hacer recalces de concreto.
Es importante registrar la identificación o el lote en un plano o esquema constructivo que indique la posición de los prefabricados de acuerdo con su identificación para que sea posible hacer la trazabilidad hasta la fábrica y sea posible conocer toda la historia.
Algunas características de los prefabricados, tales como la uniformidad del color y la textura de fachadas, que solo pueden ser evaluadas una vez todos los elementos prefabricaos están instalados, se deben revisar cuando se finalice la instalación y se hayan realizado las actividades de limpieza. La revisión y ajustes en la nivelación y alineación de elementos se pueden realizar por módulos de manera que cada uno quede dentro de las tolerancias que resulten aplicables.
Tabla 1. Normatividad para algunos prefabricados
NOMBRE PREFABRICADO | NTC | ACI |
Vigas Pretensadas | – | ITG7-09 |
Placas Alveolares | – | ITG7-09 |
Tubos de Concreto sin Refuerzo | 1022 |
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Tubos de Concreto reforzado para Alcantarillado | 401 |
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Secciones de cámaras de inspección | 3789 |
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Bordillos, Cunetas y Topellantas de Concreto | 4109 |
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Prefabricados de concreto no reforzado Vibrocompactados | 4024 |
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Adoquines | 2017 |
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Barreras de Seguridad | 4083 |
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