Tècniques d'unió de materials en la construcció de formigó
En la construcció amb formigó, la resistència i la durabilitat d'un edifici no només es determinen per la qualitat del formigó o la mida de l'armadura, sinó també per com es connecten els diversos materials. Unes connexions adequades garanteixen que les càrregues es puguin transmetre amb seguretat, que es puguin controlar les esquerdes i que els elements estructurals funcionin com un tot. Aquest article tracta diverses tècniques de connexió de materials que s'utilitzen habitualment en la construcció amb formigó, des de juntes d'armadura, juntes de formigó vell-nou fins a juntes d'elements prefabricats, juntament amb els principis bàsics i les consideracions d'implementació.
1. Per què és crucial la unió de materials?
El formigó és fort a la compressió però feble a la tracció. Per tant, gairebé sempre es combina amb acer d'armadura. Quan els elements de formigó superen la longitud d'armadura disponible, quan la fosa s'ha de fer per etapes o quan s'utilitza formigó prefabricat, les unions es fan necessàries. Unes unions deficients poden provocar una capacitat reduïda, fuites, corrosió de l'armadura i fins i tot fallada estructural. Per contra, unes unions correctament planificades i executades mantenen la continuïtat, augmenten la fiabilitat i simplifiquen el procés de construcció.
2. Principis bàsics de les juntes en formigó
En general, les juntes en formigó tenen com a objectiu:
1. Transmissió de forces (tracció, compressió, cisallament, moment) d'una peça a una altra.
2. Mantenir la integritat i l'estanquitat (especialment en estructures d'aigua com ara dipòsits subterranis, piscines o soterranis).
3. Adaptar-se a la deformació deguda a la contracció, l'expansió-contracció tèrmica o el moviment del terreny.
4. Dóna suport a mètodes d'implementació com ara el càsting per etapes, l'ús d'eines o les limitacions logístiques.
El disseny de la connexió ha de tenir en compte el tipus de força dominant, la posició de la connexió (zona de tracció/compressió), els detalls d'ancoratge i les condicions ambientals (corrosives, humides, cicles de gel-desgel, etc.).
3. Tècnica d'empalmament de barres d'acer
La connexió de reforç és un aspecte crucial perquè és l'"os" el que suporta les forces de tracció. Hi ha diversos mètodes principals:
a. Connexió passant (empalmament de solapament)
L'empalmament per solapament es fa superposant dues barres d'armadura al llarg d'una longitud especificada (la longitud d'empalmament). Aquest mètode és el més comú perquè és senzill i econòmic.
Excés:
– Fàcil de treballar al camp.
– No calen eines especials.
Falta:
– Requereix una longitud addicional de reforç, per la qual cosa es malgasta material.
– No és ideal per a grans diàmetres o zones de reforç dens a causa de la congestió.
Nota important: La longitud de l'empalmament de solapament es determina segons els estàndards de disseny i depèn del diàmetre, la qualitat del formigó, la qualitat de l'acer i les condicions de col·locació (per exemple, armadura superior/col·locació superior).
b. Empalmament soldat
Les unions soldades es fan soldant els extrems de l'armadura o utilitzant varetes soldades addicionals.
Excés:
– Redueix la necessitat de longituds superposades.
– Útil en determinades condicions que requereixen una connexió més compacta.
Falta:
– Requereix mà d'obra qualificada i procediments de soldadura controlats.
– Risc de reducció de les propietats mecàniques del reforç a causa de la calor si no es segueixen els procediments.
La soldadura normalment es limita a certs tipus de reforç que compleixen els requisits de soldabilitat.
c. Acoblador mecànic
Els acobladors mecànics utilitzen mànigues de connexió roscades o un sistema de premsat/estampat. Els extrems del reforç es poden roscar i després connectar amb un acoblador.
Excés:
– Excel·lent per a reforços de gran diàmetre.
– Redueix la congestió de reforços i facilita la col·locació.
– La capacitat de connexió es pot dissenyar per ser igual o propera a la de l'armadura intacta.
Falta:
– Costos més elevats.
– Requereix control de qualitat (prova de tracció, verificació de la instal·lació de parell/rosca).
Els acobladors mecànics s'utilitzen sovint en columnes, murs de cisallament o projectes d'edificis alts per millorar la qualitat de la connexió.
4. Connexió de formigó vell i formigó nou (junta de construcció)
El formigó colat sovint no es pot fer tot alhora a causa de limitacions de volum, temps o accés. Com a resultat, es forma una junta de construcció: el límit entre l'etapa de colada anterior i la següent. Tot i que no és una "junta" planificada per al moviment, aquesta zona encara ha de ser capaç de transmetre forces.
a. Preparació de la superfície
La clau per a les juntes de formigó vell-nou és millorar l'adhesió i l'enclavament:
– La superfície de formigó vell s'aspra (per exemple, mitjançant aixafament, abuixardatge o aigua amb raig).
– Netejat de pols, llet de forn, oli i brutícia.
– Mullar fins que la superfície estigui saturada i seca (SSD) per tal que el formigó vell no absorbeixi quantitats excessives d'aigua de la nova mescla.
b. Ús d'agents enllaçants
En algunes condicions, s'utilitzen agents enllaçants, com ara:
– Barreja de ciment (una barreja de ciment i aigua) com a simple «cola».
– Unió epoxi per a necessitats especials, com ara reparacions estructurals o juntes que requereixen una alta adherència.
La selecció de l'agent enllaçant ha de tenir en compte el temps de treball, la humitat de la superfície i el mètode de colada.
c. Clau de cisallament i espiga
Si la connexió ha de resistir el tall (per exemple, en lloses, bigues o parets), es pot utilitzar el següent:
– Clau de cisallament (solc-protrusió) al pla de la junta.
– Reforç de clavilles/connexió que transmet la força i redueix el lliscament.
5. Connexions en elements prefabricats (connexió prefabricada)
L'ús del formigó prefabricat està augmentant a causa de la seva velocitat de construcció accelerada i la millora de la consistència de la qualitat. Tanmateix, l'èxit dels sistemes prefabricats depèn en gran mesura de les connexions detallades entre panells, bigues, columnes i lloses.
a. Connexió humida
Els elements prefabricats s'uneixen abocant lletada o formigó als punts de les unions. Per exemple, unions de pilar i biga prefabricades amb bosses de lletada.
Excés:
– Proporciona un bon monolític si els detalls són correctes.
– Apte per canalitzar els moments/forces dels terratrèmols.
Falta:
– Requereix temps de curat i control del treball en humit al camp.
b. Connexió seca
Confiant en plaques d'acer, cargols o soldadura entre components d'acer encastats (plaques encastades).
Excés:
– Treball ràpid, net i amb mínima humitat.
– Apte per a projectes amb demandes d'alta velocitat.
Falta:
– Requereix detalls de fabricació precisos.
– Requereix protecció contra la corrosió en els components d'acer.
c. Fonamentació de màniga i butxaca amb rejuntat
En columnes prefabricades, un mètode popular és un màniguet injectat, on l'armadura de la columna s'insereix en un màniguet i després s'omple amb injecció d'alta resistència. Una altra alternativa és un sistema de butxaques a la fonamentació/pedestal.
6. Juntes de moviment: juntes de dilatació i juntes de control
No totes les unions estan pensades per mantenir els elements junts de manera rígida. Algunes unions estan dissenyades per permetre que les estructures es moguin sense causar esquerdes incontrolades.
a. Junta de dilatació (junta de dilatació)
S'utilitza per adaptar-se a l'expansió deguda a canvis de temperatura o moviments a llarg termini. Normalment s'omple de material elàstic i està equipat amb un impermeabilitzant per a una estructura estanca.
b. Junta de control (junta de contracció/fissura)
Comunes en lloses de sòl no estructurals o paviments de formigó, les juntes de control "regulen" la ubicació de les esquerdes de retracció perquè es produeixin al llarg de línies específiques, en lloc de propagar-se aleatòriament. Normalment es creen serrant el formigó a una edat específica.
7. Materials de suport per a connexions: impermeabilitzant, segellador i morter
En estructures amb risc de fuites, com ara soterranis o embassaments, les juntes s'han de dissenyar per ser estanques:
– El impermeabilitzant de PVC/cautxú s'instal·la al mig del gruix del formigó a la junta de construcció o a la junta de dilatació.
– El waterstop hidròfil s'expandeix en contacte amb l'aigua, adequat per a certes juntes.
– Els segelladors elastomèrics s'utilitzen en juntes superficials (no estructurals) per evitar filtracions.
– Rejunta sense retracció en juntes prefabricades o de placa base per evitar buits i garantir una transferència uniforme de la càrrega.
8. Control de qualitat i errors de camp comuns
Alguns errors comuns que cal evitar:
– La longitud de l'empalmament de solapament no coincideix amb els detalls o està situada a la zona de moment màxim.
– Els acobladors s'instal·len sense verificació de rosca/parell d'apretament ni sense proves d'arrencada de mostra.
– Les juntes de construcció es deixen llises i brutes, de manera que la unió és feble.
– El Waterstop no s'instal·la recte, doblegat o no està fixat a l'armadura, cosa que pot provocar fuites.
– La lletada de les juntes prefabricades no s'omple completament a causa d'un mètode d'ompliment incorrecte.
Un bon control de qualitat inclou la inspecció de l'armadura abans del fosa, la documentació de la instal·lació de les juntes, les proves de lletada i la supervisió del curat.
Conclusió
Les tècniques de connexió de materials en la construcció de formigó abasten aspectes estructurals, operatius i de durabilitat a llarg termini. Les connexions d'armadura (empalmes de solapament, soldadures i acoblaments) asseguren la continuïtat de les forces de tracció, mentre que les connexions de formigó vell-nou requereixen una preparació superficial adequada i detalls de transferència de cisallament. En els sistemes prefabricats, tant les connexions humides com les seques s'han de dissenyar acuradament per garantir que els elements siguin monolítics i segurs, especialment en zones propenses a terratrèmols. A més, les juntes de moviment, com ara les juntes d'expansió i les juntes de control, ajuden a controlar la temperatura i les esquerdes per retracció. Amb un disseny adequat, materials de suport adequats i un control de qualitat estricte, les juntes poden ser punts que enforteixin, en lloc de debilitar, el rendiment de les estructures de formigó.
Si ho desitgeu, puc adaptar aquest article perquè sigui més tècnic (incloent-hi termes i estàndards de càlcul), o més popular per als lectors generals, així com afegir-hi subseccions especialitzades com ara connexions en estructures resistents a terratrèmols o connexions per a estructures estanques.
