El presente artículo propone una metodología para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados. Para esto, se realiza un estudio de madurez de hormigones usados en este tipo de construcción. Con el fin de construir la curva de madurez en laboratorio se implementa la metodología descrita en la ASTM C1074, calculando la energía de activación por los tres métodos propuestos y midiendo el historial térmico de las mezclas a una temperatura controlada. Por último, se realiza la instrumentación en obra de una placa donde se estima la edad de descimbrado.
Se ha observado que el tiempo de fraguado final no es un parámetro recomendable para descimbrar las placas, como lo recomiendan las productoras de hormigón en Colombia. La edad de descimbrado obtenida es mayor a la del tiempo de fraguado final, habiendo una diferencia de hasta 11 horas en el caso más crítico.
This article proposes a methodology for estimating the striking time for reinforced concrete slab floors build with industrial systems. For this, a study of maturity of concrete used in such construction is performed. To make the maturity curve in the laboratory, the methodology described in ASTM C1074 is implemented by calculating the activation energy for the three proposed methods and measuring the thermal history of the concrete at a controlled temperature. Finally, a reinforced concrete slab floor is monitored and the striking time is estimated.
It has been observed that the final setting time is not recommended for striking slabs floors, as recommended by the manufacturers of concrete in Colombia. Striking time obtained is higher than the final setting time, having a difference of up to 11 hours at the most critical case.
El sistema de construcción en hormigón industrializado, se basa en un sistema estructural conformado únicamente por muros y placas de hormigón (véase
El estudio de dichas cargas, generadas durante el proceso constructivo, ha sido abordado por diversos autores. En 1963, Grundy y Kabaila
Por otro lado, la medición de la resistencia es importante dado que determina los plazos del descimbrado, para este fin, se debe contar con equipos calibrados. Esto es factible en sistemas constructivos con hormigones convencionales; ya que el tiempo de retiro del encofrado es aproximadamente a los 14 días y desapuntalamiento a los 28 días, por esta razón, los cilindros tomados en obra pueden ser enviados al laboratorio y de esta forma tener control sobre la resistencia.
Contrario a esto, en sistemas constructivos en los cuales se utilizan hormigones industrializados, los tiempos de retiro del encofrado no van más allá de las 24 horas incluso 12 horas, haciendo que el método para medir las resistencias sea inviable; pues se debería contar con los equipos en la obra. Por esta razón, la decisión de quitar dicho encofrado se hace en base a la experiencia del constructor y a la ficha técnica del hormigón, la cual contiene los tiempos de fraguado final, que es la edad que recomiendan los productores de hormigón para descimbrar
Por lo anterior, surge la necesidad de implementar un método, que con menor incertidumbre, permita a los constructores tener herramientas técnicas para tomar decisiones en cuanto al descimbrado y a la programación de las obras, teniendo en cuenta que la rotación del sistema de encofrado se podría hacer de una forma más eficiente. Esto se puede lograr mediante la implementación del método de la madurez
El objetivo principal del presente trabajo es, por tanto, determinar tiempos de fraguado y resistencias a edades tempranas de hormigones industrializados por medio del método de la madurez con el fin de conocer la edad de descimbrado.
Con el objeto de aplicar el método de la madurez para la estimación de resistencias a edades tempranas, en hormigones industrializados, se planteó un estudio experimental en el que se realizaron pruebas de laboratorio y pruebas en obra.
Para el presente estudio se utilizaron dos tipos de mezclas de hormigones industrializados, una mezcla para muro y otra para placa. Estos hormigones son:
Outinord Muro Cemex – 28 MPa
Outinord Placa Cemex – 21 MPa
En ambos casos se utilizaron dos tipos de aditivos: uno para acelerar la resistencia a edades tempranas y otro que actúa como reductor de agua, dándole alta manejabilidad al terminado de las mezclas.
Para la caracterización de los hormigones empleados en obra se realizaron:
Ensayos en estado fresco
Ensayo de asentamiento (ASTM C143-12)
Ensayo de tiempos de fraguado (ASTM C403-08)
Ensayos en estado endurecido
Ensayos de resistencia a compresión en probetas cilíndricas de hormigón (ASTM C39)
Ensayo de tracción indirecta en probetas cilíndricas de hormigón (ASTM C496-11)
Ensayo de flexión en probetas prismáticas de hormigón (ASTM C78-10)
Ensayo para la obtención del módulo de elasticidad en probetas cilíndricas de hormigón (ASTM C469-10)
Para aplicar el método de la madurez, planteado en la ASTM C1074-11
En la segunda parte del planteamiento experimental, se midió el historial de temperatura, bajo condiciones controladas, en probetas cilíndricas de hormigón para construir la curva de madurez. Estas probetas se elaboraron con el mismo hormigón usado para los ensayos de resistencia a compresión, tracción y módulo.
Buscando validar el método de la madurez implementado en el laboratorio, se realizaron mediciones en hormigón puesto en obra bajo condiciones no controladas. Se elaboraron probetas cilíndricas con el hormigón fabricado en la planta de una de las principales productoras de hormigón en Colombia, para una obra situada en Bogotá (Colombia), donde se construye con hormigones con la misma dosificación que los del caso de estudio en el laboratorio.
Se elaboraron 7 probetas cilíndricas para cada mezcla. De las cuales 6 fueron ensayadas a compresión a las edades de 1, 2 y 7 días. La probeta restante fue usada para determinar el historial de temperaturas. Esto se hizo introduciendo un termopar en el centro de la probeta cilíndrica, el cual estaba conectado a un sistema de adquisición de datos, que registraba valores de temperatura cada 10 segundos (véase
A continuación se muestran los resultados obtenidos de los diferentes ensayos efectuados.
Los tiempos de fraguado para el hormigón se obtienen tomando mediciones en la cámara de curado a 23 °C y humedad relativa del 100 %. Los resultados obtenidos, tanto por el método gráfico como por el método logarítmico, se muestran en la
Método Gráfico | Método Logarítmico | ||
---|---|---|---|
Fraguado Inicial (h) | 3,67 | 3,65 | |
Fraguado Final (h) | 5,50 | 5,61 | |
Fraguado Inicial (h) | 2,96 | 2,82 | |
Fraguado Final (h) | 4,56 | 4,65 |
Para los dos hormigones de estudio los valores de tiempos de fraguado inicial y final arrojados por los dos métodos son similares. Por lo tanto, en este caso, se decidió usar los resultados de tiempos de fraguado del método gráfico.
A continuación se muestran los resultados obtenidos de los ensayos practicados al hormigón en estado endurecido, con el fin de determinar la evolución de sus propiedades mecánicas. En la
Edad | Resistencia Compresión (MPa) | Resistencia Tracción Indirecta (MPa) | Resistencia Flexo Tracción (MPa) | Módulo de Elasticidad (MPa) | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Placa | Muro | Placa | Muro | Placa | Muro | Placa | Muro | |
28 | 29,9 | 38,8 | 2,6 | 3,2 | 4,1 | 5,13 | 22208 | 25035 |
14 | 26,1 | 33,7 | 2,3 | 2,7 | 3,9 | 5,05 | 18561 | 23592 |
7 | 23,0 | 29,1 | 2,0 | 2,3 | 3,6 | 4,48 | 17406 | 21490 |
3 | 18,7 | 23,2 | 1,7 | 1,9 | 3,3 | 3,81 | 15601 | 15946 |
1 | 11,5 | 15,3 | 1,3 | 1,5 | 2,3 | 3,46 | 12845 | 15340 |
Siguiendo el procedimiento descrito en la ASTM C1074-11
Eplaca(J/mol) | Emuro(J/mol) | |
---|---|---|
38701,9 | 35254,7 | |
24811,0 | 32322,2 | |
31820,0 | 27529,0 |
En investigaciones anteriores acerca del tema, se ha demostrado que la energía de activación es única para cada mezcla de hormigón
En el caso de estudio, las energías de activación calculadas para cada método están en un rango menor al propuesto por la norma ASTM C1074-11
Por lo tanto, estas energías de activación bajas indican que el hormigón tendrá una edad equivalente mayor en menor tiempo, comparada con una edad equivalente calculada con una energía de activación mayor. Adicionalmente, una energía de activación baja indica que la velocidad de hidratación se va a presentar en menor tiempo.
Para determinar la edad equivalente, según la ecuación
Donde:
Siendo:
Δt: Intervalo de tiempo (h)
A partir de las resistencias a compresión obtenidas (véase
Para la placa:
Para el muro:
Donde
Edad (días) | Resistencia Placa (MPa) | Resistencia Muro (MPa) |
---|---|---|
7 | 19,6 | 26,6 |
2 | 14,7 | 20,5 |
1 | 10,6 | 14,8 |
Los resultados de los ensayos de compresión realizados a las probetas cilíndricas de obra se muestran en la
Con los perfiles térmicos se calculó la edad equivalente para cada una de las edades de ensayo. Esto se hizo con cada una de las energías de activación y así ajustar la curva de madurez. Posteriormente, se determinó la resistencia a compresión con cada una de las energías de activación de la
Se escoge la energía de activación determinada por la constaste de velocidad del primer método, debido a que éste es el que arroja un error menor en cuanto a la resistencias a edades tempranas (cercano al 8 %) las cuales son las más determinantes en los sistemas industrializados. Además éste es el único que tiene en cuenta los tiempos de fraguado, definiendo una edad inicial de ensayo.
A partir de los resultados obtenidos del estudio experimental, se realizó un estudio en obra en el cual se pretendía determinar en qué momento se debería retirar el encofrado de una placa de 10 cm de espesor de hormigón, garantizando que ésta sea capaz de soportar las cargas de construcción. Para ello se instrumentó dicha placa para medir temperaturas directamente sobre el elemento.
Inicialmente se determinó de forma teórica la resistencia del hormigón necesaria para el retiro del encofrado, de acuerdo con el método propuesto por Calavera
Posteriormente, se determinó la edad equivalente en el tiempo de la placa, con base a las temperaturas medidas directamente sobre el elemento.
Por último, conociendo la edad equivalente correspondiente al tiempo de fraguado final del hormigón a una temperatura controlada, se verificó cuál era el tiempo de fraguado en obra. Adicionalmente, usando la ecuación que viene dada por la ASTM C1074-11
La instrumentación para la medición de temperatura sobre el elemento de hormigón se llevó a cabo en una obra situada en Bogotá (Colombia) en la cual el hormigón es suministrado por una de las principales productoras de hormigón en Colombia y tiene el mismo diseño de mezcla que el hormigón estudiado en el laboratorio.
Para la instrumentación de la placa se llegó antes de su vaciado, y se verificó que el asentamiento del hormigón estuviera en los rangos de especificación. Una vez vibrado y enrasado se procedió a la instrumentación en diferentes puntos y profundidades de la placa.
La instrumentación se realizó en siete puntos de la placa. Ésta se llevó a cabo con dos instrumentos diferentes de adquisición de datos de temperatura: un madurímetro y un
Según el método propuesto por Calavera se comparó si la evolución de la placa (
Edad | Resistencia Compresión (% Evolución) | Resistencia Tracción Indirecta (% Evolución) | Resistencia Flexo Tracción (% Evolución) | Módulo de Elasticidad (% Evolución) |
---|---|---|---|---|
28 | 100 | 100 | 100 | 100 |
14 | 87 | 87 | 94 | 84 |
7 | 77 | 75 | 89 | 78 |
3 | 63 | 64 | 80 | 70 |
1 | 38 | 51 | 56 | 58 |
En la
Calavera
Siendo:
Donde
En las
Tipo de Carga | Carga (kN/m2) | |
---|---|---|
Muertas | Encofrado | 0,18 |
Hormigón | 2,40 | |
2,58 | ||
Vivas | Trabajadores | 0,88 |
Equipos | 0,30 | |
Materiales | 0,10 | |
1,28 |
Tipo de Carga | Carga (kN/m2) | |
---|---|---|
Muertas | Peso Propio | 2,40 |
Baldosa cerámica | 0,80 | |
Pañete de Yeso | 0,25 | |
3,45 | ||
Vivas | Uso Residencial | 1,80 |
1,80 |
En cuanto a los factores de mayoración, se tomó un factor de mayoración de 1 para las Cargas de Construcción puesto que ni en la NSR-10 y ni en la ACI 347-04 se consideran factores de mayoración para este tipo de cargas.
Para las Cargas de Diseño, se adoptan los valores especificados en la NSR-10
Aplicando la ecuación
Puesto que la resistencia que se toma usualmente en obra es la resistencia a compresión, se deseaba encontrar una relación entre la resistencia a tracción y la resistencia a compresión, para el tipo de hormigón en estudio. Esta relación se determina a partir de los datos obtenidos en el laboratorio. Según Calavera
Donde
Esta relación, para el hormigón objeto de estudio, se determinó por medio del complemento de Microsoft Excel – Solver. La condición de entrada fue minimizar el error.
La ecuación resultante que relaciona la resistencia a tracción y la resistencia a compresión viene dada por la expresión:
Relacionando las ecuaciones
En la
Con el historial de temperaturas de cada punto instrumentado, se determinó para cada uno la evolución del índice de madurez en el tiempo (véase en la
De la
Se determinaron los tiempos de fraguado para cada punto instrumentado en la placa. Se determinó la edad equivalente para los tiempos inicial y final obtenidos en laboratorio, esto se muestra en la
Con las edades equivalentes para cada punto medido en la placa, se determinó en qué tiempo se presenta el índice de madurez Te para el tiempo de fraguado inicial y final. Los resultados consolidados se muestran en la
Te (h) | Tiempos de Fraguado en placa (horas) | ||||
---|---|---|---|---|---|
Borde Placa h = 5cm | Centro Placa h = 8cm | Centro Placa h = 2cm | Centro Placa h = 5cm | ||
2,90 | 3,40 | 3,41 | 3,60 | 3,22 | |
4,57 | 5,26 | 5,28 | 5,60 | 5,00 |
En la
Se determinó la edad de descimbrado para cada punto medido sobre el elemento. Conociendo la ecuación de madurez obtenida en el laboratorio
Teniendo la edad equivalente que debe tener el hormigón para llegar a la resistencia de descimbrado, se calculó, en cada punto de la placa, la edad que ésta debía tener en condiciones no controladas para tener la misma resistencia de descimbrado. Los resultados se muestran en la
Edad Descimbrado | Te (h) | t (h) |
---|---|---|
13,49 | 14,0 | |
13,49 | 15,5 | |
13,49 | 16,5 | |
13,49 | 14,0 |
Los resultados obtenidos muestran que el punto más crítico en cuanto al descimbrado es el centro de la placa a una profundidad de 2 cm.
Por último, se comparó el valor de la edad de tiempo de fraguado final, con la edad de descimbrado calculada por el método de Calavera
La validación de la curva de madurez tanto para muro como para placa fue exitosa, con respecto al cálculo de la resistencia obtenida por el método de la madurez vs la resistencia determinada por medio de ensayos de resistencia a compresión de probetas cilíndricas en obra.
Una vez aplicado el método en la obra, se comprobó que a pesar que la placa tiene un espesor relativamente pequeño (10 cm), se presenta un diferencial térmico importante cuando la temperatura es medida en diferentes profundidades de la placa.
En el centro de la sección de la placa se presentan mayores temperaturas, lo cual representa una edad equivalente mayor. Por lo tanto, se puede inferir que el punto más crítico para la medición de la temperatura es en una profundidad de 2 cm, por lo cual se recomienda instrumentar a esta profundidad al ser la más crítica.
La decisión de instrumentar a una profundidad de 5 cm o 2 cm, representa una diferencia de dos horas y media en cuanto a la edad de descimbrado. Lo cual es crítico en sistemas industrializados.
Se comparó el valor de la edad de tiempo de fraguado final, con la edad de descimbrado calculada por el método de Calavera
El tiempo de fraguado final no es un parámetro recomendable para descimbrar las placas, como lo recomiendan las productoras de hormigón. Por lo anterior, es importante verificar la edad a la que las placas alcanzan la resistencia para soportar las cargas de construcción.