Control de calidad: vigas para trenes urbanos
Jaime Gomezjurado Sarria IC. MA. Titán
Los viaductos para el tránsito de trenes urbanos se construyen con sistemas prefabricados de concreto, compuestos por elementos para cimentación, columnas, capiteles y vigas, utilizando procesos industriales estandarizados con mano de obra especializada, en los cuales la calidad se asegura mediante inspecciones y ensayos, aplicando prácticas, tales como, las descritas en el manual MNL-116 del PCI, para el control de calidad en la producción de prefabricados estructurales y las especificaciones del ACI y códigos de puentes.
Aunque algunas veces la cimentación, las columnas, e incluso los capiteles se pueden construir en el sitio, es impensable que la solución para la superestructura sea diferente a vigas prefabricadas, las cuales como en el caso de los tramos aéreos del metro de Panamá se pueden fabricar en forma de “U” para albergar los rieles para los trenes y en forma de “I” para las estaciones aéreas, aplicando controles en las plantas de producción a cargo de personal de la empresa prefabricadora, así como por inspectores delegados por la supervisión de obra. La longitud de las vigas está limitada por los equipos para la logística para la manipulación, el transporte y el montaje, de manera que es usual que esta no exceda de 30 metros, longitud para la cual las vigas “U” corresponde a un peso de alrededor de 160 ton, el cual puede ser manejado con los equipos usualmente utilizados para el transporte urbano y el montaje de prefabricados con el menor impacto en la movilidad.
El presente artículo describe algunas actividades del control de calidad realizadas durante las etapas de producción de vigas pretensadas para la construcción de viaductos para el tránsito de trenes urbanos, las cuales son determinantes para asegurar el cumplimiento de las especificaciones antes que las vigas sean instaladas en la obra. Para las actividades de control de calidad se requiere una distribución de planta acorde con el flujo de la producción, personal entrenado, el apoyo de laboratorio de materiales para verificar las materias primas y controlar las características del concreto, así como equipos de medición calibrados en las diferentes etapas de producción de vigas pretensadas, que a continuación se enumeran:
- Alistamiento de moldes
- Armado de refuerzo
- Tensionamiento de torones
- Producción y vaciado de concreto
- Curado
- Distensionamiento de torones
- Almacenamiento
1. Alistamiento de Moldes
El cumplimiento de las tolerancias dimensionales de las vigas pretensadas depende, en gran proporción, de las dimensiones de los moldes y el estado de los mismos; por eso, generalmente se establecen frecuencias de control para asegurar que los moldes estén con la geometría requerida, para garantizar que las vigas vaciadas en ellos queden dentro de las tolerancias de cada proyecto, las cuales pueden ser adoptadas del documento ACI ITG-07. Normalmente las tolerancias dimensionales con que se deben controlar los moldes o formaletas son la mitad de la que deben cumplir los productos que en ella se fabricarán y en su diseño se debe considerar requisitos como: conicidad mínima para desmolde, los chaflanes para disminuir la posibilidad de desportilladuras del prefabricado, las uniones de las partes para evitar la segregación del concreto y/o las rebabas. También se deben prever las deformaciones durante la transferencia de carga y la aplicación de vapor cuando este sea utilizado.
Es recomendable, antes del primer uso de una formaleta nueva, hacer y registrar una inspección dimensional completa, que permita como mínimo verificar las dimensiones principales, el alabeo, la ortogonalidad, la planitud, y la superficie de acabado, lo cual puede ser complementado con la medición detallada del primer elemento que en ella sea producido. Dependiendo del número de usos de una formaleta y la criticidad de las dimensiones, se debe establecer un plazo para inspeccionar y ajustar las formaletas, actividad que se puede hacer comparando las mediciones contra los planos de la formaleta y que se recomienda quede registrada.
Además del control de los moldes, para el cumplimiento de las tolerancias dimensionales, es necesario validar el tipo y posición de los elementos para izaje y manipulación de las vigas, así como también la colocación de los insertos, platinas y demás elementos requeridos para la conexión con otros prefabricados. Las vigas pueden tener sobreesfuerzos si los elementos del izaje no son posicionados perpendicularmente a la superficie, o si se presenta una desalineación con relación a la aplicación de cargas previstas.
Es importante identificar, antes del vaciado del concreto, la textura superficial que se requiere en todas las caras de la viga 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, la superficie rayada, para garantizar la adherencia del concreto en una segunda etapa de vaciado en el sitio.
La selección del desmoldante a utilizar es importante para asegurar que no se presenten defectos en el momento del desencofrado de las vigas, por lo que conviene hacer pruebas con diferentes materiales desmoldantes para establecer cual tiene el mejor desempeño y para ello hay que verificar previamente en la ficha técnica la compatibilidad con la formaleta, los sellos de la formaleta e incluso los aditivos usados en el concreto, así como también la compatibilidad con las temperaturas de curado y el efecto de las variables ambientales.
. El control de calidad en las plantas de prefabricados es una actividad que se puede ejecutar de manera sistemática porque los movimientos de las materias primas y los productos terminados se realiza de manera secuencial.
El control de calidad en las plantas de prefabricados es una actividad que se puede ejecutar de manera sistemática porque los movimientos de las materias primas y los productos terminados se realiza de manera secuencial.
2. Armado de Refuerzo
Generalmente se establece una secuencia de ensamble del acero para elaborar las armaduras de refuerzo sobre las guías, lo que permite identificar el sitio en que deben quedar las diferentes varillas, las cuales deben cumplir con las tolerancias de figuración del acero. Es aconsejable numerar las canastas y realizar la inspección del ensamble del acero acero antes de retirar las guías para poder identificar que la cantidad de varillas, el tamaño y el figurado cumplen con la especificación, también conviene utilizar un código de color que permita identificar cuales canastas han sido aprobadas, para lo cual es usual emplear el código del semáforo, verde para aprobar, amarillo para indicar estado de pendiente por ajustar y rojo para indicar rechazo.
Cuando en el ensamble se aplica soldadura, es aconsejable que los soldadores estén calificados de acuerdo con los requisitos de la norma AWS D1.1 y AWS D 1.4 y que cada planta documente por escrito, el procedimiento para realizar la soldadura del acero estructural. Es imperativo controlar que las soldaduras se realicen con el tamaño, longitud, tipo y localización, que se indica en los planos de taller y evitar colocar soldadura en sitios que no estén especificados; para hacerlo se requiere aprobación del diseñador estructural.
Se debe verificar que las superficies a soldar sean uniformes, libres de esquirlas, fisuras y cualquier discontinuidad, sin contaminantes, tales como escoria, polvo, humedad, grasa o cualquier material que pueda contaminar la soldadura o generar humo objetable durante el soldado. En los casos en que se necesite precalentamiento, es importante que este se realice de acuerdo a la temperatura y tiempo que sea especificado, para lo cual puede ser útil el uso de crayones sensibles al calor, los cuales permiten hacer marcas cerca al punto de soldadura; se recomienda que las marcas se coloquen a: mínimo 2.5 cm del sitio de la soldadura, para que ésta no se contamine. Cuando sea necesario soldar elementos galvanizados o pintados, lo más aconsejable es retirar el galvanizado o recubrimiento antes de aplicar la soldadura, porque cuando esta es aplicada se puede volatizar el zinc y formar una delgada capa de acero-zinc que reduce la resistencia a la corrosión en la zona de soldadura.
Debido a las propiedades de conductividad y expansión termal, así como la resistencia a la oxidación y el contenido de carbón; cuando se requiera soldar acero inoxidable el procedimiento de soldadura es más exigente y para un adecuado control se debe validar el cumplimiento de las normas AWS B2.1, AWS A5.4, AWS D1.1. y AS D1.6.
Una vez se verifica el armado del refuerzo, este puede ser colocado dentro del molde, en donde se verifica que la cantidad de distanciadores asegure la posición del acero, teniendo especial cuidado con el de los bordes, para asegurar que el recubrimiento sea el indicado en planos.
3. Tensionamiento de Torones
Durante el tendido de los torones se debe verificar la posición de cada uno, así como también que estos no queden cruzados y que se utilice la cantidad, el diámetro y el grado indicado en planos. Es importante registrar los lotes de torón utilizado en cada tendido, puesto que esto sumado al número de canasta, permite conservar la historia del acero utilizado en cada viga.
Existen dos métodos de pre tensión, uno, por torones individuales, el cual consiste que cada cable es tensionado de manera individual y, dos, por grupo de torones, el cual consiste en que se tensionan varios torones de manera simultánea. La ventaja de tensionar por grupos, radica en que se hacen menos operaciones y en elementos con muchos torones, esto puede significar ahorros de tiempo en producción.
Durante el tensionamiento, el sistema de gatos indica la fuerza real aplicada, la cual puede ser medida directamente por un manómetro dentro de la bomba hidráulica y el sistema de tensionamiento, o un dinamómetro, o una celda de carga u otros dispositivos. Es aconsejable que la fuerza de tensionamiento sea comprobada mediante la medición de la elongación de los torones, lo cual a su vez permite corroborar las propiedades físicas del torón. El grado de precisión requerido para medir la elongación depende de la magnitud de la misma, la cual es función de la longitud de la pista.
Generalmente el tensionamiento se hace en dos fases, una inicial, que permite validar que los cables están bien tendidos y otra final, en la que se termina de aplicar la tensión requerida en cada cable. En la fase inicial, que se aplica ente el 5 y el 25% del esfuerzo final requerido en cada torón, se debe comprobar que la tensión este dentro de una la tolerancia de +/- 45 kg por cable cuando se tensiona por debajo del 10% de la tensión final, o, +/- 90 kg cuando se tensiona por encima del 10% de la tensión final. Para realizar el control de la tensión mediante la elongación, una vez realizada la fase inicial de tensionamiento, se colocan unas marcas sobre el torón, normalmente detrás de la cuña de anclaje; de manera que, cuando la distancia entre el anclaje y la marca alcanza la elongación, es cuando se tiene la totalidad de la fuerza de tensión.
Cuando se realiza la medición de elongación para comprobar la presión utilizada, es importante monitorear simultáneamente el dispositivo de medición de presión, para asegurar que sea aplicada la tensión especificada y registrar las mediciones realilzadas, puesto que cualquier duda deberá espejarse revisando estos registros, los cuales se deben llevar de manera obligatoria y organizada. En cualquier caso, es importante en esta etapa del proceso controlar la máxima carga de tensión aplicada, mantener los equipos y accesorios en buenas condiciones y adoptar medidas de seguridad para proteger la integridad del personal, para prevenir accidentes que podrían generarse si un torón llegará a fallar.
Normalmente se establece el orden de tensionamiento y de distensionamiento (corte), para que se realice de manera simétrica, lo cual es especialmente importante en formaletas autoportantes para prevenir pandeos de las vigas por la aplicación de cargas excéntricas.
La armadura de las vigas elaborada por fuera de la formaleta se ensambla utilizando galgas que permiten asegurar que las varillas se colocan en la posición correcta.
4. Producción y Vaciado de Concreto
En la producción y el vaciado del concreto, es recomendable aplicar las prácticas del ACI, de manera que en el control de calidad se involucra la medición de caracterísitcas del concreto, tales como, la trabajabilidad, el rendimiento volumétrico, la temperatura, el contenido de aire, los tiempos de fraguado, la evolución de la resistencia, de tal forma que se alcance el mayor grado de compactación dentro del molde y se asegure el desempeño mecánico y la durabilidad de las vigas. Es importante que el vaciado del concreto se realice de manera continua para evitar juntas frías y que se tome suficiente número de muestras que permitan evaluar la resistencia a compresión, antes del distensionamiento.
Los prefabricados pueden ser identificados cuando el concreto está en estado fresco, utilizando pintura o tarjetas con la información necesaria, para permitir la trazabilidad. Las tarjetas son más recomendables porque permanecen durante largos períodos de almacenamiento.
5. 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, lo cual permite potenciar la mayor hidratación del cemento, disminuyendo la posibilidad de que se presenten cambios volumétricos que induzcan fisuras. El curado aplicado a las vigas puede ser: aspersión de agua para protección de la desecación superficial y la protección del viento y 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 cámaras de vapor alimentados por calderas o generadores de vapor. En caso de utilización de temperatura conviene controlar que el gradiente térmico no sea mayor a 15º C / hora, puesto que incrementos o descensos de temperatura mayores pueden generar fisuras e inhibición de la hidratación del cemento.
Es buena práctica marcar las varillas longitudinales en los sitios que se deben colocar los flejes con el propósito de identificar fácilmente la falta de algún acero, durante la inspección visual.
6. Distensionamiento de Torones
La fuerza de los torones debe ser transmitida al concreto, cuando este alcance la resistencia establecida para la transferencia indicada en los planos; que, como mínimo, debe ser de 21 MPa. Cuando se aplica curado con vapor los torones deben ser distensionados inmediatamente se termina el ciclo de temperatura; porque si se permite que el prefabricado se seque después de aplicar curado con vapor y antes del distensionamiento, los cambios dimensionales pueden causar fisuras por contracción o esfuerzos indeseables en el concreto. El riesgo de la aparición de estas fisuras se disminuye cuando se utilizan formaletas autoportantes.
Los elementos, tales como pases, insertos y otros aditamentos que puedan restringir el movimiento longitudinal, deben soltarse o removerse para evitar que se generen daños locales en las vigas al momento de distensionar los torones.
Los cables se deben cortar en una secuencia tal, que no generen sobreesfuerzos en el concreto, para que no produzcan desportilladuras en los extremos en que se realiza el corte, por lo que el fabricante debe establecer procedimientos documentados que indiquen la secuencia y método de corte.
7. Almacenamiento
Posterior a la etapa de distensionamiento, las vigas estarán listas para ser almacenadas en planta y mientras evoluciona la resistencia a compresión para su despacho, podrán ser inspeccionadas para validar el cumplimiento de las especificaciones relacionadas con acabados, geometría y con atributos. Durante el almacenamiento se puede verificar, además la contraflecha, la marcación de las mimas, la cantidad de torones, la posición de los aceros conectores, la presencia de fisuras o desportilladuras, las características de las platinas de anclaje, los insertos para instalación y demás elementos que hagan parte integral de la viga están en la posición correcta. Eventualmente, en caso de dudas sobre la posición del acero en una viga o la resistencia del concreto de la misma, antes de la entrega, se pueden utilizar las técnicas usuales para identificar la posición y el diámetro de las varillas, así como la resistencia por métodos no destructivos o detructivos.