Madurez del Concreto
De la Teoría a la Aplicación
"Conocimientos Fundamentales de la madurez del concreto para obras en construcción.
Prólogo por
Jon S. Belkowitz, PhD - Intelligent Concrete
Madurez del Concreto - De la Teoría a la Aplicación
Copyright © 2018 Giatec Scientific Inc.
Todos los derechos reservados.
Autores: Sarah De Carufel, Andrew Fahim, Pouria Ghods, Aali Alizadeh
Revisores: Walter Flood (Flood Testing Laboratories Inc.), Greg Mckinnon (Stoneway Concrete) Editores: Alicia Hearns, Roxanne Pepin
Diseño y diseño: Katie Roepke
Traducción al español: Rodney Bellido de Luna
1a Edición
ISBN: 978-1-9994762-0-5
Sede Mundial
245 Menten Place, Suite 300 Ottawa, Ontario
Canadá K2H 9E8
[email protected] www.giatec.ca
Madurez del Concreto - De la Teoría a la Aplicación
Prefacio
Medir la resistencia a la compresión del concreto es uno de los principales desafíos a los que se enfrenta la industria de la construcción. Con el manejo de los conceptos de la resistencia y madurez del concreto, los contratistas tienen la oportunidad de optimizar las operaciones críticas de construcción y obtener beneficios económicos. En el libro, Madurez del Concreto: De la Teoría a la Aplicación, aprenderá sobre el concepto de la madurez del concreto, el impacto de la madurez en la resistencia del concreto y el beneficio de monitorear la madurez a lo largo de la duración de un proyecto.
En el capítulo uno exploramos las metodologías actuales para medir la resistencia del concreto, como la prueba de extracción, la prueba de núcleo perforado (testigos o corazones), los cilindros elaborados en el frente de trabajo y más. El capítulo dos le introduce en el concepto de madurez y analiza el uso de cilindros de campo para monitorear la resistencia a la compresión del concreto.
En el capítulo tres analizamos varios avances en tecnologías de monitoreo y computación utilizadas para medir la temperatura, la resistencia y la madurez del concreto para tecnologías alámbricas y tecnologías inalámbricas. El capítulo cuatro explora varias ecuaciones que se han propuesto para calcular la madurez del concreto. Esto incluye el factor de temperatura-tiempo, la edad equivalente, y el concepto de madurez ponderada. La calibración y la relación resistencia- madurez en lo que se refiere a la mezcla del concreto se discute en el capítulo cinco. En el capítulo seis delineamos el uso de sensores de madurez/temperatura en sitio, que se instalan con el fin de monitorear la resistencia del concreto vertido en obra.
Además, proporcionamos consejos sobre dónde deben instalarse estos sensores en una estructura.
En el capítulo siete se analizan los beneficios económicos del uso de la madurez para un proyecto de construcción y los consiguientes ahorros en tiempo, mano de obra y materiales. En el capítulo ocho exploramos varios estudios de casos de compañías y proyectos que han implementado los sensores inalámbricos Giatec Scientific’s SmartRock y la aplicación móvil en el frente de trabajo.
Esto incluye un examen de la información crítica que está disponible para los productores de concreto, contratistas y propietarios de negocios que han utilizado estos sensores y han visto un aumento en la rentabilidad como resultado.
Giatec Scientific Inc. desea agradecer a Walter Flood, ingeniero principal de Flood Testing LabsInc., y Greg McKinnon, gerente de operaciones de Stoneway Concrete, por su contribución a
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Prólogo
El concreto es uno de los materiales de construcción más antiguos, versátiles y ampliamente utilizados en todo el mundo. A pesar de su uso generalizado, uno de los factores limitantes cuando se utiliza concreto es predecir el tiempo necesario para alcanzar la resistencia del diseño en un momento dado. Arquitectos, ingenieros, proveedores de premezclado y especificadores por igual están constantemente buscando maneras de acelerar el camino crítico para instalar, terminar y poner en servicio estructuras de concreto. El uso de la madurez del concreto ha surgido para convertirse en el campeón de la estimación de la resistencia del concreto.
La base de Madurez del Concreto: De la Teoría a la Aplicación ha sido motivada por el hecho de que muchos arquitectos, ingenieros, contratistas de concreto y proveedores de concreto carecen de formación en la madurez de concreto estandarizada y preliminar. Los autores han simplificado el tema para aquellos que tienen el deseo de ahorrar tiempo y costo en sitios de trabajo de concretos. El lector encontrará referencias a ASTM C1074, así como otras especificaciones y estándares mundiales sobre la estimación de la resistencia del concreto con el método de madurez. La familiaridad con esta norma está justificada por el uso del método de madurez del concreto para tomar decisiones en profundidad en el laboratorio y el campo.
Este libro en particular ha sido referido por muchos en la industria como una referencia conveniente y directa para todos los temas relacionados con la madurez del concreto, incluyendo:
teoría, calibración, aplicación y estudios de caso. Al preparar el material para este libro, los autores tenían en mente su uso como libro de texto para el ingeniero junior, así como un libro que se utilizará como un recurso para la aplicación concreta del frente de trabajo. Se incluyen explicaciones simples y concisas de la teoría de la madurez del concreto. Además de la lógica habitual, los autores incluyeron una teoría suficiente subyacente a los principios de calibración e implementación.
Ambos se presentan en prácticas básicas para asegurar un conocimiento profundo de los mecanismos fundamentales involucrados en el uso de la madurez del concreto. Una parte importante de este libro es que contiene estudios de caso que ilustran diferentes modos de implementación de madurez del concreto. No se requieren otros libros, tablas o gráficos cuando se utiliza este libro como referencia práctica en sitios de trabajo concretos.
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En general, Madurez del Concreto: De la Teoría a la Aplicación, logra un objetivo clave: transmitir la simplicidad de usar el método de madurez del concreto como herramienta predictiva en los sitios de construcción. Los autores han agrupado décadas de investigación académica y experiencia operativa para ofrecer un mensaje conciso sobre este método innovador. El conocimiento que se determina a partir de este libro sirve como la educación fundamental para aplicar la madurez del concreto en las obras de construcción.
Jon S. Belkowitz, PhD
Director de Investigación y Desarrollo Intelligent Concrete, LLC
Madurez del Concreto: De la Teoría a la Aplicación
Contenido
1 Medición de la resistencia del concreto en el sitio ... 8
1.1 Martillo de rebote (ASTM C805) ... 10
1.2 Resistencia a la penetración (ASTM C803) ... 10
1.3 Velocidad de pulso ultrasónico (ASTM C597) ... 11
1.4 Prueba de extracción (ASTM C900) ... 11
1.5 Perforación de Núcleos (ASTM C42) ... 12
1.6 Cilindros moldeados (ASTM C873) ... 12
1.7 Madurez (ASTM C1074) ... 13
2 Introducción a la madurez... 15
2.1 ¿Qué es la madurez del concreto? ... 17
2.2 Cilindros vs. Madurez ... 18
2.3 Normas ... 20
3 Sistema de monitoreo ... 22
3.1 Sistemas cableados... 22
3.2 Tecnologías inalámbricas ... 24
4 Métodos de cálculo ... 26
4.1 Factor de tiempo de temperatura ... 26
4.1.1. Cálculo de temperatura de referencia ... 30
4.1.1.1. Constante de velocidad (valor K) ... 30
4. 2. Edad equivalente ... 31
4. 3. Madurez ponderada ... 32
5 Calibración ... 35
5.1. Procedimiento elaboración de calibración ... 37
5.1.1. Número de puntos de datos ... 37
5.1.2. Cilindros de calibración ... 38
5.1.3. Curado ... 39
5.1.4. Construir la relación madurez-resistencia ... 39
5.2. Ejemplo ... 41
5.3. Validación ... 43
5.4. Enfoque simplificado ... 43
5.5. Limitaciones ... 44
5. 6. Preguntas frecuentes ... 45
6 Pautas de instalación ... 48
6.1. Principales aplicaciones ... 49
6.1.1. Losas unidireccionales/bidireccionales ... 49
6.1.2. Postensado ... 51
6.1.3. Concreto en masa ... 53
6.1.4. Elementos verticales ... 54
6
6.2. Otras aplicaciones ... 55
6.2.1. Pavimentos …….………… ... 55
6.2.2. Módulo de Elasticidad (MoE) ... 55
6.2.3. Prefabricados………….… ... 56
6.2.4. Izaje……… ... 56
6.2.5. Concreto proyectado ……….56
7 Beneficios económicos ... 57
8 Casos prácticos ... 60
9 Referencias ... 65
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1 Medición de la resistencia del concreto en el sitio
La estimación in sitio rápida, precisa y temprana de la resistencia a la compresión del concreto es uno de los principales desafíos para la industria del concreto. Una solución práctica para tales desafíos puede evitar una inversión anual adicional de varios millones de dólares para la industria de la construcción a los propietarios de infraestructuras civiles. La producción mundial anual de cemento en 2017 se estimó en alrededor de 4 mil millones de toneladas métricas. [47] , los mayores productores son China, India y Estados Unidos. El consumo en los Estados Unidos fue de alrededor de 86 millones de toneladas métricas en 2017 [47] .
Una estimación precisa in situ de la resistencia a la compresión brinda la oportunidad de optimizar las operaciones críticas de construcción, como el tiempo de remoción del encofrado, la apertura de un puente al tráfico, el tiempo para tensar los cables en el pretensado y la optimización del diseño de la mezcla. La optimización del diseño de la mezcla afecta el consumo de materias primas (por ejemplo, cemento materiales y agregados) y materiales alternativos (por ejemplo, aditivos químicos). Considerando el alto volumen de consumo global de concreto, esto podría, a su vez, reducir efectivamente emisiones de CO2, mano de obra y costos del proyecto, así como disminuir el tiempo de finalización del proyecto con beneficio financiero significativo.
En la gran mayoría de los sitios de construcción, las muestras de concreto curadas en campo son elaboradas de acuerdo con la norma ASTM C31[8]. Estas muestras luego se ensayan para resistencia a la compresión (ASTM C39[9]) en varias etapas, durante la primera semana después de verter el concreto. Esto se realiza para tomar una decisión sobre operaciones críticas (por ejemplo, eliminación de encofrado, postensado, curado, apertura de carreteras al tráfico y corte de sierra, etc.). Por lo general, si el concreto alcanza el 75% de su resistencia de diseñado, los ingenieros estructurales permiten el retiro de moldajes. El problema, sin embargo, es que en la mayoría de los casos solo se ensaya una muestra para estimar la resistencia. Esto es no necesariamente preciso porque un cilindro no representa todo el vertido de concreto en el frente de trabajo para la aprobación de la resistencia.
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Además, existe un retraso típico en la toma de decisiones debido al tiempo requerido para obtener y comunicar resultados de resistencia a la compresión. Esto se suma al costo de construcción y disminuye la eficiencia del sitio de construcción; que ya se enfrenta con cuestiones relativas a la escasez de mano de obra. Tales enfoques para la evaluación de la resistencia a la compresión pueden hacer que los contratistas tomen decisiones conservadoras, enfrenten problemas técnicos más complicados (por ejemplo, demora en el retiro del encofrado, curado innecesario a largo plazo y protección de la superficie), y gastar más recursos financieros.
Aunque existen métodos alternativos para medir la resistencia en el sitio, existe una reticencia adicional para utilizarlos en la mayoría de los proyectos concretos. Con la excepción de proyectos específicos, la industria del concreto muestra interés en esta prueba de resistencia a la compresión comúnmente utilizada. Esto es principalmente atribuido a la falta de experiencia, conveniencia y precisión, así como a costos iniciales o requisitos de calibración. Se ha desarrollado una gran variedad de técnicas de medición en sitio, y todavía se están desarrollando, algunos más precisos o fáciles de usar que otros.
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1.1 Martillo de rebote (ASTM C805)
1.2 Resistencia a la penetración (ASTM C803)
Método de martillo de rebote[16], también conocido como el método Schmidt Hammer, es una prueba realizada en la superficie del concreto que mide la distancia de rebote de un martillo. El martillo luego impacta un émbolo que se coloca en la superficie de concreto usando un mecanismo de resorte
(Figura 1-1
) El resultado obtenido de la prueba del martillo de rebote se escala de un valor de 10 a 100. Este resultado puede correlacionarse con un valor de resistencia previamente calibrado con núcleo cilindros, Aunque esta técnica es muy simple de usar en el sitio, hay muchos inconvenientes que lo hacen subjetivo. Por ejemplo, los resultados del rebote de la prueba de martillo pueden verse afectados por las condiciones de la superficie (húmedo versus seco), la presencia de grandes agregados debajo la ubicación de prueba, carbonatación, congelado concreto, refuerzos poco profundos, etc.Para completar una prueba de resistencia a la penetración
[15], la superficie del concreto está expuesta a un pequeño proyectil que se introduce en el concreto (Figura 1-2). La penetración del proyectil o la profundidad del agujero puede ser correlacionada con la resistencia del concreto utilizando una relación preestablecida. Este método se ve afectado por condición de superficie, tipo de forma usada, tipo agregado, etc.
Figura 1-1: Prueba de martillo de rebote [3] Figura 1-2: Prueba de resistencia a la penetración [3]
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1.3 Velocidad de pulso ultrasónico (ASTM C597)
La velocidad del método de pulso ultrasónico [14]
determina la velocidad de propagación de un pulso de energía vibracional a través de concreto ((Figura 1-3). La velocidad del pulso puede correlacionarse con el módulo elástico y la densidad del concreto. Ya que módulo elástico y resistencia no son linealmente relacionado, la correlación no es linealmente dependiente, esta técnica es altamente influenciado por la presencia de refuerzo, así como agregado y humedad. Este método también es aplicable para evaluar la calidad y uniformidad del concreto, así como la disponibilidad de grietas y huecos.
1.4 Prueba de extracción (ASTM C900)
La prueba de extracción[18]
e
s una técnica que se puede usaren
construcciones nuevas o viejas El objetivo principal detrás de esta técnica es tirar del concreto usando una barra de metal que es colocada en su lugar o post-instalada en el concreto(Figura 1-4). La muestra es de forma cónica y tiene
una combinación con la resistencia requerida para tirar del concreto, puede correlacionarse con la resistencia a la compresión. Esto se hace usando una relación establecida, dependiendo del sistema de medición en el sitio. Este método es destructivo y generalmente requiere una gran cantidad de pruebas y muestras en diferentes lugares antes obtener resultados relevantes y puede tener una variabilidad relativamente alta. En general, esta prueba puede ser costosa y requieren una planificación previa significativa. La aplicabilidad y precisión de esta técnica sigue siendo un tema de debates considerable.
Figura 1-3: Velocidad de pulso ultrasónico [3] Figura 1-4: Prueba de extracción [3]
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1.5 Perforación de núcleos (ASTM C42)
La perforación de núcleos [10] es una técnica ampliamente utilizada para medir la resistencia del concreto cuando hay dudas sobre lo existente o con los resultados obtenidos de las muestras curadas en campo. Puede proporcionar un resultado más preciso que las muestras curadas en campo porque es sometido a la historia térmica real del concreto en el sitio. Sin embargo, Es una técnica destructiva que requiere gran trabajo (Figura 1-5) , tiempo y participación de los laboratorios especializados.
1.6 Cilindros moldeados en el sitio (ASTM C873)
El cilindro moldeado [17 es un método relativamente fácil de usar que requiere un molde, que se fija al encofrado (Figura 1-6). Durante la colocación, el concreto fresco se vierte como de costumbre en el cilindro y en el molde, luego se compacta. Esta es la técnica más representativa de la resistencia real del concreto en el sitio en comparación con las muestras curadas en campo porque está sujeto a la misma temperatura y condiciones de curado que el elemento estructural. Sin embargo, le siguen surgiendo las mismas limitaciones. En particular, los cilindros deben ser probados por el laboratorio en diferentes momentos hasta que el concreto alcanza la resistencia objetivo. También este método solo es aplicable a 125 mm para Losas de 300 mm de espesor. Una vez que el cilindro ha sido eliminado, el agujero restante en la losa debe ser parcheada, lo que puede ser difícil a veces.
Figura 1-5: Núcleo perforado [25] Figura 1-6: Cilindros moldeados en el sitio [3]
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1.7 Madurez (ASTM C1074)
El concepto de madurez [20] se basa en el historial de temperatura del concreto que puede ser utilizado tanto como una medida de control de calidad de la temperatura del concreto como la resistencia del concreto en sitio. El concepto de madurez se puede ilustrar enFigura 1-7. Este cuadro muestra cómo una mezcla de concreto específica con un índice de madurez equivalente tendrá la misma resistencia, independiente del tiempo y la temperatura. Como técnica de prueba no destructiva, el método de madurez es un candidato razonable para abordar la mayoría de los desafíos que enfrentan otros métodos de resistencia in situ. El privilegio que tiene este método es que el procedimiento para estimar la resistencia a la compresión es imparcial y cuantitativa una vez que la curva de madurez es desarrollada e implementada, Además, no se esperarían demoras ya que la fortaleza es precisamente que la medición se puede obtener directamente en el sitio. Una guía paso a paso sobre cómo desarrollar la curva de madurez y cómo se puede aplicar para la estimación in sitio de la resistencia a la edad temprana del concreto se describe en la sección 5 de este libro.
Figura 1-7: Concepto de madurez
Con la excepción del método de madurez, todos los demás métodos tienen algunas limitaciones. con respecto al rango aplicable de resistencia a la compresión y/o ubicación de las pruebas. La Tabla 1-1 presenta la precisión, la facilidad de uso y las especificaciones requeridas para diferentes métodos de monitoreo de resistencia en el sitio. La Tabla 1-1 fue adaptada y modificada de acuerdo con ACI 288.1R; desde el último lanzamiento de esta guía de ACI en 2003, como resultado, los nuevos desarrollos en tecnologías han hecho que la mayoría de estos métodos sean más fáciles de usar, en particular el método de madurez. A pesar de que una amplia gama de las técnicas se encuentra disponibles para los contratistas que miden la resistencia en el sitio, el método preferido sigue siendo, en la mayoría de los casos, las pruebas de ruptura.
Últimamente, el método de madurez ganó popularidad en América del Norte, así como en todo el mundo, aunque a un ritmo más lento. Es el método preferido para una amplia variedad de proyectos y aplicaciones.
En este libro, varios aspectos del método de madurez, su aplicación, así como sus limitaciones, se discutirán en detalle.
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Tabla 1-1: Resumen de Precisión y Facilidad de Uso de las Técnicas de Medición de Resistencia en Sitio (Adaptada y modificada de ACI288.1R-03)
Método de Prueba Norma ASTM
aplicable Precisión * Facilidad
de uso * Calibración requerida Construcción
nueva Construcción existente
Martillo de rebote C 805 + + ++ Si
Resistencia a la penetración C 803 + + ++ Si
Velocidad pulso ultrasónico C 597 ++ ++ + Si
Prueba de Extracción C 900 ++ ++ + Si
Perforación de Núcleos C 42 ++ ++ +** No
Cilindro moldeado en el sitio C 873 ++ N/A + No
Madurez C 1074 ++ N/A + Si
* ++ representa mayor precisión o facilidad de uso respecto a +.
** de acuerdo a la experiencia del autor.
Este método puede abordar muchos desafíos inmediatos que enfrenta el concreto
industria como la predicción del tiempo apropiado para el desforre del encofrado y el postensado, especialmente a bajas temperaturas (mientras se dificulta el desarrollo de la resistencia del concreto) y
Optimizar el diseño de la mezcla de concreto y las condiciones de curado del concreto (por ejemplo, calentamiento de concreto a baja
temperaturas o protección de la superficie en climas secos y calientes). La falta de una estimación precisa de resistencia en las primeras edades de la construcción tiene un doble impacto: los contratistas también esperan
anhelan su próxima acción (por ejemplo, quitar el encofrado), que es costoso debido a demoras en completar el proyecto, o actúan prematuramente. Esto puede hacer que la estructura de concreto se agriete, provocando
a problemas futuros de durabilidad y rendimiento o incluso colapso estructural en algunos casos. UNA Se han informado varios ejemplos de fallas debido a la eliminación temprana del encofrado, como el colapso de la Skyline Tower en el condado de Fairfax en 1973 (Figura 2-1) y una torre de enfriamiento en
Willow Island en 1978.
15 Madurez del Concreto - De la Teoría a la Aplicación
2 Introducción a la madurez
El método de madurez es un enfoque conveniente para predecir el aumento de la resistencia a temprana edad del concreto, utilizando el principio de que la resistencia del concreto está directamente relacionada con la hidratación y el historial de temperatura de la pasta de cemento.
El concepto de madurez para estimar la ganancia de resistencia del concreto se describe en ASTM C1074, Práctica estándar para estimar de resistencia del concreto por el método de madurez...
ASTM C1074 - Definición del método de madurez: “Una técnica para estimar la resistencia del concreto que se basa en la suposición de que muestras de una mezcla de concreto deben alcanzar igual
resistencia si logran igual valores del índice de madurez [20] ."
Este método puede abordar muchos desafíos inmediatos que enfrenta la industria del concreto como la predicción del tiempo apropiado para el retiro del encofrado y el postensado, especialmente a bajas temperaturas (mientras se dificulta el desarrollo de la resistencia del concreto) y la vez optimizar el diseño de la mezcla de concreto junto a las condiciones de curado del concreto (por ejemplo, calentamiento de concreto a baja temperaturas o protección de la superficie en climas secos y calientes). La falta de una estimación precisa de resistencia en las primeras edades de la construcción tiene un doble impacto: los contratistas deben esperar su próxima acción (por ejemplo, quitar el encofrado), lo que se hace más costoso debido a demoras en completar el proyecto, o actúan prematuramente. Esto puede hacer que la estructura de concreto se agriete, provocando problemas futuros de durabilidad y rendimiento o incluso colapso estructural en algunos casos. Se han informado varios ejemplos de fallas debido a la eliminación temprana del encofrado, como el colapso de la Skyline Tower en el condado de Fairfax en 1973 (Figura 2-1) y una torre de enfriamiento en Willow Island en 1978.
Madurez del Concreto - De Teoría a Aplicación
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Figura 2-1: Colapso de la TorreSkyline enel Condado de Fairfax
–
1973 [43]Madurez del Concreto - De Teoría a Aplicación
2.1 ¿Qué es la madurez del concreto?
La madurez es un método no destructivo utilizado para estimar el desarrollo de la resistencia en tiempo real del concreto en el sitio de trabajo. Se basa en el principio de que la resistencia del concreto está directamente relacionada a su historia de temperatura de hidratación. El método de madurez es un enfoque relativamente simple para la estimación de la resistencia a la compresión en obra del concreto, específicamente en edades tempranas de menos de 14 días.
Este método se rige por la suposición fundamental de que un diseño de mezcla de concreto dado vertido durante el curso de un proyecto tiene la misma resistencia a la compresión en su "índice de madurez". Por ejemplo, esto significa que un diseño d e mezcla de concreto dado puede alcanzar la misma resistencia a la compresión después de 7 días de curado a 10ºC como cuando se cura a 23ºC durante 3 días. Esto se ilustra esquemáticamente en la Figura 1-7. Cuando el concreto se cura, crea calor a partir de la hidratación del cemento, que queda atrapado dentro del elemento concreto. La alta temperatura ayuda al curado del concreto. Más rápido. El método de madurez utiliza la variación de temperatura dentro del elemento de concreto para predecir su resistencia.
En comparación, los cilindros curados en campo tienen una masa mucho menor y una mayor área de superficie, lo que significa que el calor dentro del cilindro se disipa más rápido. Como resultado, esto se ralentiza y disminuye la ganancia de resistencia en comparación con el concreto en el sitio.
En la mayoría de los casos, la resistencia temprana del concreto se subestima al usar la prueba de compresión del cilindro. Los contratistas quieren eliminar el encofrado o tensar un elemento tan rápido como sea posible para pasar a la siguiente fase del proyecto. Dado que este método es más preciso en predecir la resistencia a temprana edad, permite un desmolde y tensados más rápidos, lo que ahorra tiempo y costo. Una comparación detallada entre la prueba de rotura y el método de madurez se describe en la siguiente sección.
El método de madurez requiere la precalibración de una mezcla de concreto antes de que pueda usarse para correlacionar la madurez del concreto con su resistencia. Cada calibración de madurez es específica de un Diseño de mezcla en específico. Una vez que la curva de calibración de madurez se desarrolla en el laboratorio para una mezcla, se puede utilizar para la estimación en sitio de la resistencia a la compresión del concreto en tiempo real. La Figura 2-2 ilustra un ejemplo de una relación de madurez-resistencia.
Es importante indicar que el desarrollo de la industrialización automatizada en las plantas de producción ha acercado la desviación estándar de la resistencia del concreto, aumentando la repetibilidad de la mezcla, lo que hace que la madurez sea aún más confiable.
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Figura 2-2: Ejemplo de una relación madurez-resistencia
2.2 Cilindros vs. Madurez
La industria utiliza predominantemente cilindros curados en campo para controlar la resistencia a la compresión del concreto, sin embargo, existen múltiples ventajas de usar el método de madurez al respecto para probar procedimientos, confiabilidad, velocidad y ahorro de costos. La Figura 2-3 resume la diferencia entre estos dos métodos de prueba.
Madurez del Concreto - De Teoría a Aplicación
Figura 2-3: Prueba de rotura frente a prueba de madurez
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2.3 Normas
El método de madurez está ampliamente estandarizado y aceptado por los códigos de construcción. Esta sección resume diferentes códigos y estándares aceptados por diferentes países o regiones. Países que no definen la madurez en su código generalmente siguen los estándares ASTM. También hay múltiples países que están trabajando activamente en la estandarización o aprobación del método para su práctica estándar propia.
Estados Unidos
ASTM C1074: Práctica estándar para estimar la resistencia del concreto por método de madurez
ASTM C918: Método de prueba estándar para medir la resistencia a la compresión a temprana edad y proyectando resistencia de la edad avanzada[19]
ACI 318- 6.2: Requisito de código de construcción para concreto estructural y comentarios
ACI 228.1R: Métodos in situ para estimar la resistencia del concreto
ACI 306R: Guía para hormigonado en climas fríos
AASHTO T325: Método estándar de prueba para estimar la resistencia del concreto en Construcción de transporte por pruebas de madurez.
DOT: El método de madurez es ampliamente adoptado por la mayoría de los DOT en los Estados Unidos. A partir de enero de 2018, 29 estados aceptan la madurez como uno de los métodos de prueba en sus especificaciones. Una lista de esos estados se presenta en Tabla 2-11 . Las especificaciones con respecto a los cambios de madurez por DOT exigen el uso del método de madurez, mientras que otros simplemente lo aceptan como una alternativa a las muestras curadas en campo o usarlo solo para aplicaciones específicas.
Otros estados están actualmente en proceso de implementar el método para futuras revisiones.
1 Para obtener información adicional sobre la aceptación del DOT, consulte el uso del método de madurez en la construcción acelerada de PCCP, report from 2009 by Washington state Department oftransportation (https://www. wsdot.
wa.gov/research/reports/ fullreports/698.1.pdf)
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Tabla 2-1: Lista de Departamentos de Transporte (DOT) en los Estados Unidos que aceptan el método de madurez en sus especificaciones
Alabama Michigan Oklahoma
California ** Minnesota Oregon
Colorado Mississippi Pennsylvania
Florida Missouri Rhode Island
Idaho Montana South Dakota *
Illinois Nebraska Texas
Iowa New Mexico Utah
Kansas New York Virginia
Kentucky North Carolina Washington
Louisiana * North Dakota West Virginia
Main ** Ohio Wisconsin
* El método de madurez es aceptado por el DOT pero no aparece en sus especificaciones.
** Las pruebas están siendo realizadas por el DOT para evaluar el método.
_________________
Para información adicional acerca de la aceptación de los DOT, consulte el reporte “Use of the Maturity Method in Accelerated PCCP Construction” publicado en 2009 por el Washington State Department of Transportation (https://www.wsdot.wa.gov/research/reports/fullreports/698.1.pdf)
Canadá
CSA 233. 1/A23. 2: Materiales de concreto y métodos de construcción de concreto / Métodos de ensayo y práctica estándar para concreto
Sudamérica
NCH 170: Concreto- Requisitos generales (Concreto- Requisitos generales)[37]
Europa
Varios países europeos permiten que el método de madurez se use como una medida de la resistencia in sitio especificando la madurez en sus propios estándares específicos. Los tres estándares que generalmente se usan como guía para medir la madurez:
EN 206-1: 2002, Concreto – Parte 1: Especificación, rendimiento, producción y conformidad
BS EN 13670: Ejecución de estructuras de concreto.[23]
NEN 5970: Determinación de la resistencia del concreto fresco con el método de madurez ponderada[38]
Madurez del Concreto - De la Teoría a la Aplicación
3 Sistema de monitoreo
Desde la comercialización del método de madurez, ha habido importantes avances en tecnologías de monitoreo y computación tales como; termopar simple, sensores inalámbricos, entrada manual de datos, sistemas para compartir en la nube y más...
3.1 Sistemas cableados
El enfoque más primitivo para medir la temperatura es usar un termopar. El termopar se coloca en una ubicación específica antes del vertido y se cablea fuera del encofrado, dependiendo del tipo de sistema, los termopares están conectados a un registrador de datos que se usa para registrar la temperatura en un cierto intervalo de tiempo. En una opción aún más rudimentaria, se puede adoptar un enfoque en el que no hay registro de una medición. En este caso, los datos.
El análisis se realiza manualmente para determinar la resistencia del concreto, lo que requiere mucha mano de obra.
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Figura 3-1: Monitoreo simple de datalogger y termopares
Se han desarrollado actualizaciones a dichos sistemas, centrándose en gran medida en el historial de almacenamiento de los datos de temperatura dentro de la memoria interna de los sensores (Figura 3-2).. Para recuperar los datos, el trabajador conecta el registrador de datos al sensor. Este enfoque es ampliamente utilizado hoy y con la ayuda de mejoras tecnológicas, permite la recopilación y el intercambio de datos más fácil.
Figura 3-2: Sistema cableado
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Otra variante de los sistemas cableados es un registrador / transmisor de datos que se encuentra fuera del concreto en forma de caja conectada a varios sensores de temperatura. El transmisor carga los datos al servidor en la nube utilizando tecnología de transmisión inalámbrica o celular.
La mayoría de los dispositivos comerciales disponibles para medir la temperatura y la madurez tienen cables largos que deben instalarse antes del vertido de concreto y extenderse a un lugar seguro y ubicación accesible. Esto puede ser un gran inconveniente debido al ambiente de trabajo no convencional como lo es un sitio de construcción. Esos cables pueden ser fácilmente dañados, durante o después del vertido, especialmente durante las etapas de colocación y acabado. Además, el registrador de datos debe protegerse o mantenerse en lugares seguros para un acceso posterior. Casos inconvenientes típicos se muestran en la Figura 3-3.
Figura 3-3: Retrocesos de los sistemas cableados
3.2 Tecnologías inalámbricas
También se ha desarrollado tecnología innovadora para el monitoreo de temperatura / madurez.
Los sistemas ahora pueden estar completamente embebidos en el concreto. Sensores / registradores (como SmartRock) se puede instalar en los moldajes antes del vertido y los cables de temperatura se pueden extender a las ubicaciones apropiadas como se muestra en la Figura 3-4. Una vez que se vierte el concreto, los sensores quedan completamente cubiertos y ningún componente del sistema queda expuesto fuera del
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concreto. Los datos son recopilados mediante comunicación inalámbrica a través de una aplicación de teléfono inteligente. La aplicación realiza el cálculo automático de madurez y resistencia (siempre que se proporcione una curva de calibración) y la información se puede compartir convenientemente con los miembros del equipo para facilitar la colaboración y visualización de datos.
La principal limitación en este enfoque es la distancia máxima permitida entre el sensor y la superficie del concreto. El concreto puede bloquear las señales inalámbricas y los registradores generalmente necesitan colocarse a cierta distancia de la superficie para garantizar la conectividad. Para abordar esto problema, los sensores vienen en varis longitudes para adaptarse a diferentes situaciones.
Antes de verter
Después de verter
Figura 3-4: Sensores inalámbricos de madurez
D
Madurez del Concreto - De la Teoría a la Aplicación
4 Métodos de Cálculo
La madurez es un concepto que existe desde la década de 1950. Desde entonces, varias ecuaciones se han propuesto calcular la madurez del concreto. Este capítulo discute tres diferentes métodos que pueden usarse para calcular la madurez: el factor temperatura-tiempo, la edad equivalente y la madurez ponderada. Todos los métodos de madurez dependen principalmente del historial de temperatura del concreto, pero parámetros adicionales relacionados con las propiedades del concreto también son necesarios para predecir la resistencia en el sitio.
4.1 Factor de temperatura-tiempo
El método del factor temperatura-tiempo (TTF), también conocido como la función de madurez Nurse- Saul, fue el primer método de madurez desarrollado a principios de la década de 1950, gracias al trabajo de Nurse[40] , McIntosh[36] y Saul. El objetivo de su trabajo era comprender el efecto de la aceleración, curado y el impacto de diferentes temperaturas de curado en el desarrollo de resistencia de concreto. Este método fue estandarizado en 1987 por ASTM C1074. Hoy, La función Nurse – Saul, es el método de madurez más utilizado en América del Norte debido a su sencillez.
Este enfoque tiene en cuenta que la madurez depende linealmente de la temperatura y simplemente puede ser representado por el área debajo de la curva de temperatura, como gráficamente se muestra en la Figura 4-1 En este enfoque, el área bajo la curva de temperatura se toma como diferencia entre la temperatura media registrada y la temperatura de referencia (𝑻𝒅). La temperatura de referencia se define como la temperatura a la que se detiene la hidratación del cemento, en otras palabras, la temperatura a la cual el concreto deja de desarrollar resistencia. La ecuación de Nurse- Saul se representa matemáticamente de la siguiente manera:
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On u
Donde:
M(t): Madurez (°C-hrs)
Ta: Temperatura promedio (°C) Td: Temperatura de referencia (°C)
∆t: Intervalo de tiempo (hrs)
Notas: Los días también pueden utilizarse como unidades para el intervalo de tiempo.
1°C-hrs = 1,8°F-hrs
La mayoría de las variables en Eq. 4-1 Se puede obtener fácilmente sin un análisis complejo. 𝑇𝑎 es simplemente obtenido por el sistema de monitoreo de madurez en un momento dado. ∆𝑡 es el valor predeterminado dado por la frecuencia de mediciones tomadas por el medidor de madurez y generalmente se define como 1 hora, 30 min o menos. La única variable que se desconoce y necesita ser calculada o estimada es la temperatura de referencia. Para una mejor precisión, 𝑇𝑑se puede calcular a través de pruebas de laboratorio como especificado en ASTM C1074, pero, en la mayoría de los casos, se puede definir como 0ºC (32ºF), -5ºC (23ºF) o -10ºC (14ºF).
ASTM C1074 establece que: "para cemento tipo I sin mezcla y un rango de curado entre 0 y 40ºC, la temperatura de referencia recomendada es de 0ºC”. Originalmente, la temperatura de referencia era definido como -10ºC [22] [30]. Sin embargo, los estudios han demostrado que la temperatura de referencia para cualquier tipo de cemento está dentro de 0 a -10ºC[24]. Asumir una temperatura de referencia de 0ºC en la mayoría de los casos se considera a menudo un enfoque conservador, ya que supone que no hay ganancia de resistencia si la temperatura del concreto cae por debajo del punto de congelación. Ya que el concreto no puede perder resistencia ya que hidratos, cualquier condición que pueda causar (Ta - Td) ≤ 0 no generaría ganancia de resistencia, M (t) = 0.
Figura 4-1: Método de factor de tiempo de temperatura
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Durante el verano, cuando la temperatura del concreto es más alta, asumiendo cualquier dato la temperatura de 0 a -10ºC para la calibración no necesariamente tendrá un impacto significativo en los resultados. Sin embargo, en invierno, cuando la temperatura puede caer fácilmente bajo cero en ciertas regiones, se debe prestar más atención al determinar la temperatura de referencia real. En general, las especificaciones del proyecto requieren que la temperatura del concreto permanezca por encima de cierta temperatura (> 5ºC [5] [26]) durante un cierto período de tiempo durante el curado.
Ejemplo
La Figura 4-2 y la Figura 4-3 a continuación se muestra un ejemplo de cálculos de madurez y resistencia utilizando temperatura de referencia diferente (0ºC, -5ºC, -10ºC). Se desarrolló cada curva de calibración de madurez teniendo en cuenta las diferen tes temperaturas de referencia para calcular la madurez de los mismos datos de resistencia.
La diferencia de esas tres calibraciones de mezcla se muestra en la Figura 4-2, dónde es posible observar que cualquier diferencia es simplemente un giro hacia la derecha porque la madurez correspondiente a cada resistencia aumenta a medida que disminuye la temperatura de referencia (más área bajo la curva de temperatura). Dada una curva de temperatura que cae por debajo del punto de congelación, es posible observar cómo el valor de madurez y resistencia puede variar para diferentes datos de temperaturas ( Figura 4-3).
Figura 4-2: Calibración de mezcla (ejemplo)
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Ejemplo- Perfil de temperatura
Ejemplo- Perfil de madurez
Ejemplo- Cálculo de la resistencia
Figura 4-3: Efecto de la temperatura de referencia en los cálculos de madurez y resistencia (ejemplo)
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4.1.1. Cálculo de temperatura de referencia
Como se mencionó anteriormente, 𝑇𝑑 se puede definir como 0ºC por simplicidad (también se usan otras temperaturas en la industria son -5ºC y -10ºC). Sin embargo, es posible determinar el dato temperatura siguiendo los pasos provistos en ASTM C1074 A1, que se resumen a continuación.
El procedimiento de temperatura de referencia consiste en hacer un mínimo de 54 cubos de mortero. (ASTM C 109[11]) representando la mezcla de concreto. Los cubos deben dividirse en 3 conjuntos diferentes; cada uno contiene 18 cubos. Cada uno de estos tres conjuntos se curará a una temperatura diferente. La temperatura elegida para el curado debe basarse en el máximo y mínimo esperado de temperatura de curado y temperatura promedio del lugar de trabajo. Tres cubos son entonces rotos en seis momentos diferentes para obtener la resistencia del concreto (ASTM C109[11]).
4.1.1.1. Constante de velocidad (valor K)
Para calcular la temperatura de referencia, se debe determinar el valor k para cada condición de curado. El valor k es la constante de velocidad de reacción que depende del tiempo y la temperatura. Eso representa la velocidad de la reacción química, en este caso, la reacción de hidratación del cemento que representa el desarrollo de la resistencia en concreto.
Originalmente hubo 3 enfoques sugeridos por ASTM C1074 para determinar el valor k, en la última revisión de ASTM C1074 solo se mantuvo un enfoque como procedimiento estándar para determinar la velocidad de reacción k.
Los valores k se pueden resolver utilizando un programa de computadora para Eq. 4- 2[24] . En esta ecuación, además de la constante de velocidad, 𝑡𝑜 y 𝑠𝑢 también son incógnitas que deben resolverse, ASTM C1074- 17 proporciona un ejemplo de cálculo y configuración de hoja de cálculo para resolver esos parámetros.
Donde:
S: Resistencia a la compresión promedio del ensaye de cilindros al tiempo t.
t: Edad de ensayo Su: Resistencia límite
t0: Edad en la que se asume que la resistencia inicia su desarrollo.
k: Constante
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Una vez que se ha calculado el valor k para cada temperatura de curado, el recíproco de k vs. temperatura del curado puede ser graficada. Al ajustar una interpolación lineal, la intersección con el eje x representa la temperatura de referencia (Figura 4-4).
Figura 4-4: Temperatura de referencia
4.2. Edad equivalente
Aunque la ecuación del factor temperatura-tiempo se usa y acepta ampliamente en todo el mundo, el enfoque lineal para determinar la madurez no es preciso para todas las condiciones de curado, especialmente en temperaturas fuera del rango de 0-40ºC. Para mitigar este efecto, en 1977 Freiesleben-Hansen y Pedersen[32] propuso una ecuación más precisa en la que la madurez depende exponencialmente de la temperatura. Este método de madurez se conoce como el método de edad equivalente. y se basa en la ecuación de Arrhenius. Este enfoque está estandarizado en la mayoría de los códigos, incluidos ASTM C1074 y normas europeas (los países europeos suelen permitir el método Arrhenius en lugar de la Nurse-Saul). A pesar de que este enfoque es un poco más complejo que el factor de temperatura-tiempo, si las suposiciones se hacen correctamente, puede conducir a una mayor precisión de estimación de la resistencia en el sitio. La edad equivalente se puede calcular usando Eq. 4-3.
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Donde:
t
e : Edad equivalente enTs
(horas o días) Ta : Temperatura promedio durante∆t
(Kelvin) Ts : Temperatura especificada (Kelvin)Q : Energía de activación dividida por la constante del gas (Kelvin)
∆t:
Intervalo de tiempo (horas o días)Similar a la ecuación de Nurse-Saul, 𝑇𝑠 y ∆t se puede obtener del medidor de madurez.
𝑇𝑠 representa una temperatura especificada y generalmente se define como 23ºC en Norteamérica y 20ºC en Europa. La energía de activación dividida por la constante de gas debe determinarse experimentalmente usando pasos muy similares a los que se muestran en el cálculo de la temperatura de referencia. ASTM C1074 también propone un valor estándar donde Q puede definirse como 5000 K para cemento tipo I sin ingredientes.
Para determinar Q, el valor k debe obtenerse siguiendo los mismos pasos presentados en la Sección 4. 1. 1. 1. Al trazar el logaritmo natural de k frente al recíproco de la temperatura de curado (en Kelvin), el negativo de la pendiente lineal representa Q.
4.3 Madurez ponderada
El tercer método propuesto para calcular la madurez es el de madurez ponderado, que fue desarrollado en la década de 1970 por Papadakis y Bresson y luego modificado por De Vree en 1979. Este método no se usa típicamente en América del Norte, ya que no está estandarizado por ASTM C1074. Sin embargo, actualmente está estandarizado en los Países Bajos (NEN5790) y aceptado en Europa.
El enfoque general del método de madurez ponderado se describe en Eq.4-4.
Esta ecuación es muy similar a la ecuación de Nurse-Saul como 𝑡𝑘𝑇𝑘 representa el área bajo la curva de temperatura mientras que la 𝐶𝑛𝑘 representa un factor de corrección.
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Donde:
Mw : Madurez ponderada (‘C-horas)
tk : Tiempo de endurecimiento del concreto (horas) Tk : Intervalo de temperatura de endurecimiento C : Valor C del cemento
nk: Parámetro para Tk dependiente de la temperatura
Sin embargo, el uso de esta ecuación no es práctico ya que el factor nk depende de la temperatura. Una función discontinua para simplificar el cálculo de la ecuación lineal propuesta (Eq. 4-5) se puede usar para determinar el parámetro n. Por lo tanto, la ecuación de madurez ponderada puede reescribirse en una forma más simple tomando la integral de 𝐶𝑛𝑘 desde la temperatura de referencia (-10ºC) hasta temperatura media. La ecuación de madurez ponderada ahora se puede definir como Eq. 4 con una función continua n. Se representa gráficamente en la Figura 4-5.
Donde:
Mw : Madurez ponderada (‘C-horas)
T : Temperatura promedio durante el tiempo de endurecimiento C : Valor C del cemento
∆t: Intervalo de tiempo (horas o días)
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El valor C es un valor específico del cemento que indica la influencia de la sensibilidad del cemento a temperatura. El valor C se puede obtener directamente del productor de cemento o a través del procedimiento estandarizado en NEN 5790.
El valor generalmente varía de 1.25 a 1.75.
Figura 4-5: Madurez ponderada[30]
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5 Calibración
Usar la madurez para determinar la resistencia en el sitio del concreto, requiere una calibración (relación resistencia-madurez). Cada calibración es única para una mezcla específica y sus propiedades. El objetivo de la calibración es asociar la resistencia a un índice de madurez en tiempos específicos. La relación madurez-resistencia se desarrolla en el laboratorio y luego puede ser utilizada para determinar la resistencia en el sitio del concreto en el sitio. Independiente del método de madurez utilizado, el índice de logaritmo de madurez puede correlacionarse linealmente con la resistencia del concreto. La siguiente ecuación de logaritmo (Eq.5-1) ) se puede utilizar para representar la relación madurez-resistencia, donde a y b son constantes. Un ejemplo de la calibración madurez-resistencia se muestra en la Figura 5-1.
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Tabla 5-1: ejemplo datos de relación madurez-resistencia Madurez (‘C-hr) Resistencia (MPa)
500 10
1500 20
3000 25
7000 30
15000 35
Figura 5-1: Ejemplo de ecuación de relación resistencia-madurez
La ecuación de logaritmo presentada anteriormente es la ecuación más utilizada para la relación entre resistencia y madurez. En algunos casos, especialmente para calibración a una edad muy temprana, esta correlación podría no ser práctica. Una nota en el estándar ASTM C1074 menciona que: "La relación resistencia-madurez también se puede establecer mediante el uso del análisis de regresión para determinar la ecuación que mejor se ajuste a los datos ". Si una curva ajustada diferente de lo propuesto en Eq. 5-1 se puede usar, no puede considerarse una ecuación general y solo sería válida para una mezcla específica y para un cierto rango de madurez y resistencia.
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5.1. Procedimiento elaboración de calibración
Para realizar una calibración, se debe analizar el mismo tamaño de muestra para determinar la resistencia y temperatura. Esto se puede lograr en el laboratorio probando múltiples cilindros.
Una calibración de madurez no se puede hacer midiendo la temperatura de elementos en el sitio como una losa u otros elementos estructurales porque la madurez se basa casi exclusivamente en la temperatura. La temperatura en elementos estructurales es completamente diferente en comparación con la temperatura de los cilindros que se prueban para resistencia a la compresión.
En otras palabras, cuando se realiza una calibración de madurez, es necesario comparar la temperatura de un cilindro con la resistencia de un cilindro (comparando manzanas a manzanas)2
Toda la información necesaria relacionada con el desarrollo de la relación madurez-resistencia se describe en la Sección 8 de ASTM C1074 y en otras normas equivalentes. Antes de comenzar una calibración de madurez, el estándar debe ser revisado en detalle. Toda la información a continuación es un resumen del estándar y proporciona información adicional y consejos para completar con éxito un procedimiento de calibración.
5.1.1. Número de puntos de datos
El primer paso en el procedimiento de calibración es determinar cuántos puntos deben incluirse en la curva de calibración y a qué edades deben probarse los cilindros. El ASTM C1074 estándar requiere un mínimo de 5 puntos y proporciona un tiempo de prueba predeterminado de 1, 3, 7, 14 y 28 días, sin embargo, es decisión de los ingenieros cambiar la edad de las pruebas para optimizar la calibración de concreto para aplicaciones específicas, siempre que haya al menos 5 puntos de datos en la curva.
Tip #1: En la mayoría de los casos, el método de madurez se utiliza para quitar el encofrado o tensar lo antes posible. La resistencia de 28 días podría no ser necesaria ya que la resistencia objetivo probablemente se logrará dentro de los primeros 7 días después del vertido. Más datos hacia la temprana edad del concreto pueden ser seleccionados. Por ejemplo, se pueden usar las siguientes edades: 1, 2, 3, 7 y 14 días. Esto reducirá el tiempo requerido para completar la calibración y aumentará la precisión de la curva para la resistencia de la edad temprana. Sin embargo, se puede esperar un error mayor para la resistencia de 28 días tiempo de prueba predeterminado
Tip #2: Para operaciones urgentes, como abrir una carretera o un puente lo más rápido posible, sería apropiado usar puntos de datos de calibración a edades muy tempranas (por ejemplo, 3, 6, 12, 24, 36 o 48 horas) para concreto de alta resistencia temprana. Esto aumentará en gran medida la precisión de la calibración en una temprana edad. En este caso, la recomendación ASTM de 1 día para el primer punto de la curva de calibración puede no ser apropiada.
2 los cilindros se conocen como el tipo predeterminado de muestra para la calibración, pero en todos los casos cubos o haces (para resistencia) también pueden ser utilizados
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Tip #3: Al seleccionar las edades de prueba, intente seleccionar tantos puntos como sea posible antes de tiempo objetivo, como un punto en su tiempo objetivo y al menos un punto después del objetivo hora. Esto debería darle una buena calidad de calibración en general. Cinco puntos de datos es el mínimo requisito, pero se pueden usar más puntos para la calibración. Tenga en cuenta que el método de madurez se desarrolló típicamente durante los primeros 14 días y no está destinado a estimar la resistencia a 28 o 56 días ya que eso proporcionaría un mayor margen de error.
5.1.2. Cilindros de calibración
El código establece que se requiere un mínimo de 17 cilindros para la calibración. Dos de esos
cilindros deben usarse para monitorear la temperatura, mientras que los otros deben usarse para resistencia a la compresión. Para cada uno de los tiempos de prueba seleccionados, se deben hacer tres cilindros.
Se debe colocar un instrumento de monitoreo de temperatura en cada uno de los dos cilindros dedicados a monitoreo de temperatura. Esto permitirá determinar un promedio del índice de madurez.
La sonda de temperatura debe colocarse en el centro del cilindro. EL intervalo de temperatura debe ser de 30 minutos o menos durante los primeros 2 días de grabación. Intervalos de tiempo más largos (por ejemplo, 1h) se puede usar cuando el concreto ha alcanzado el equilibrio con la temperatura de curado. Los cilindros restantes se usarán para monitorear la resistencia. En cada edad de curado, un mínimo de dos los cilindros deben ser probados. Si los valores de resistencia varían en más del 10% del promedio, un tercer cilindro debe ser probado.
Tip #1: Intente usar concreto directamente del camión para fundir los cilindros. Esto tomará consideración alguna fuente de errores y sería más representativo del concreto real recibido en el sitio en comparación con el concreto por lotes en un laboratorio. En este caso, asegúrese de que los cilindros de concreto se curan de acuerdo con ASTM C31 [8].
Tip #2: Identifique claramente los cilindros con los sensores de temperatura; esos no deben ser probados para la resistencia.
Tip #3: Al romper un cilindro, tenga en cuenta claramente la hora y la fecha de la ruptura.
Tip #4: Incluso si los datos de resistencia obtenidos al romper dos cilindros están dentro del 10% del promedio, y el tercer cilindro ya está hecho. Rompa el tercer cilindro para obtener un mejor promedio o use los cilindros restantes para generar más puntos para la curva de calibración.
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5.1.3. Curado
Una vez que los cilindros están moldeados, todos deben colocarse juntos bajo un curado en condiciones específicas, esto asegurará que la temperatura y las condiciones de curado sean las mismas en todos los cilindros de concreto que están siendo probados para resistencia y los que están siendo usados para el cálculo de madurez. La norma ASTM C1074 especifica que las muestras se deben curar en un baño de agua o en una habitación húmeda (ASTM C511[13]).
Tip #1: Uno puede encontrar que la calibración realizada en un ambiente húmedo no es representativa del entorno de campo (especialmente en países cálidos). En esos casos, un enfoque más simplista, como el uso de arpillera húmeda y cubierta de plástico durante el curado, se puede usar. Si este enfoque es tomado, la validación de la curva es extremadamente importante ya que no es un enfoque estandarizado.
Tip #2: Si los cilindros utilizados para la calibración están moldeados en el sitio, asegúrese de curarlos apropiadamente (ASTM C31 [8]) antes de ser transferidos al laboratorio de pruebas.
5.1.4. Construir la relación madurez-resistencia
Para cada una de las edades seleccionadas, la resistencia se obtiene rompiendo los cilindros (ASTM C39 [9] )Al mismo tiempo, también se calcular la madurez, utilizando cualquiera de las ecuaciones presentadas en capítulo 4, basado en los datos de temperatura registrados del cilindro de concreto.
Para cada tiempo especificado, la resistencia y la madurez pueden correlacionarse. Este proceso se representa desde la Figura 5-2 hasta la Figura 5-4.
Figura 5-2: Cilindros de calibración
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Figura 5-3: Correlación de la resistencia a los datos de madurez
Figura 5-4: Combinación de resistencia y madurez para obtener una calibración
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Los valores a y b de Eq. 5-1 se puede calcular fácilmente utilizando el ajuste logarítmico de curva de Microsoft Excel. Tenga en cuenta que Excel solo proporcionará la curva ajustada utilizando el registro natural. Asegúrese de que la ecuación de la curva ajustada se convierte en el logaritmo de base 10. Alternativamente, en una calculadora lineal también está disponible para calcular la madurez y los valores a y b.
5.2 Ejemplo
Supongamos una temperatura constante del concreto de 20ºC. La ecuación de Nurse-Saul se usa para calcular la madurez con una temperatura de referencia de 0ºC.
(a) Calcule el índice de madurez en los días 1, 3, 7, 14 y 28.
(b) Utilizando los siguientes resultados de la prueba de rotura (Tabla 5-2), determine la ecuación de la relación resistencia-madurez.
(c) Si la madurez del concreto alcanza los 2500 ºC-hr, ¿cuál es la resistencia estimada en el sitio?
Tabla 5-3: ejemplo datos de madurez-resistencia
Día Madurez
(‘C-hr)
Resistencia (MPa)
1 480 10
3 1.440 20
7 3.360 25
14 6.720 30
28 13.440 35
Solución:
(a)
3 www.giatecscientific.com/concrete-sensors/smartrock2/resources/concrete-maturity-tool/ https://www.giatecscientific.com/concrete- sensors/smartrock2/resources/concrete-maturity-tool/
42 Madurez del Concreto- De Teoría a Aplicación
Usando Eq. 4-1 como la temperatura es constante, la temperatura promedio en cualquier punto dado es 𝑇𝑎= 20ºC, 𝑇𝑑 está configurado a 0ºC.
M(t) = ∑(Ta – To)∆t
M(día 1) = (20 °C – 0 °C) * 24 hrs.
M(día 1) = 480 °C-hrs.
Repetir para los días siguientes:
Día Madurez
(‘C-hr)
Resistencia (MPa)
1 480 10
3 1.440 20
7 3.360 25
14 6.720 30
28 13.440 35
(b) Usando los datos de la tabla anterior, se puede crear una relación de madurez-resistencia. Los valores de b se pueden determinar ajustando la curva. En este caso, a = 34.66 y b = 16.93.
Figura 5-6: Relación ejemplo-madurez-resistencia
(c) Para madurez de 2.500 ºC-hrs.
Madurez del Concreto- De Teoría a Aplicación
5.3 Validación
Una vez que la resistencia en el sitio ha alcanzado los niveles deseados, la Sección 9 de ASTM C1074 establece que se deben realizar pruebas adicionales antes de proceder con aplicaciones críticas. El motivo de este proceso es validar si el concreto en el sitio es similar al utilizado para la calibración.
En otras palabras, esta prueba se realiza para verificar que el concreto colocado siguió la especificación del concreto entregado. Hay cuatro formas propuestas para determinar esto:
1. Los cilindros sometidos a curado acelerado (ASMT C684[19] ) pueden ser probados para comparar resistencia a la compresión comparativa.
2. La verificación de la resistencia a la compresión se puede realizar probando un cilindro de curado estándar según ASTM C918.
3. Verifique la resistencia en el sitio mediante el uso de otros métodos, como ASTM C873[17], C803 o C900. Sin embargo, esto no es muy práctico ya que algunos de esos métodos requieren calibración o tiene algunas limitaciones.
4. El cuarto enfoque consiste en colocar un medidor de madurez en un cilindro que se está colocando en el campo curado (ASTM C31[8]) Los cilindros curados en el campo se rompen y la resistencia puede compararse con la obtenida de la madurez. Si se observa un error superior al 10%, la curva de calibración debe calcularse nuevamente. Por lo general, la validación es precisa dentro de un margen del 5% si el curado de calibración se realiza correctamente con una mezcla consistente.
5.4 Enfoque simplificado
Se puede usar un enfoque simplificado para estimar una curva de calibración. Este enfoque no es estandarizado y no se puede utilizar para ninguna operación crítica como post tensado o desmontaje de encofrados. Sin embargo, el enfoque simplificado se puede utilizar para optimizar las pruebas de rotura hasta que la calibración de madurez ha sido completada.
El enfoque simplificado se puede hacer teniendo la información de prueba de ruptura del productor del concreto premezclado. Este enfoque tiene en cuenta que los cilindros se curaron bajo temperatura constante en una habitación o piscina de curado y que la temperatura del cilindro era igual que la condición de curado en cualquier momento dado. En realidad, a medida que el cemento se hidrata, crea calor que aumenta la temperatura del cilindro por un corto período de tiempo ya que es pequeño.
El método simplificado ignora este aumento de temperatura ya que supone una temperatura constante del concreto. Este enfoque probablemente dará una diferencia más alta que el error del 10% de aceptación especificado en ASTM C1074, por lo que solo se puede usar para el inicio del proyecto antes de contar con la curva normativa. Un ejemplo se muestra en Seccion 5. 2 que representa el enfoque simplificado.
44 Madurez del Concreto- De Teoría a Aplicación
5.5 Limitaciones
El método de madurez es posiblemente la técnica más precisa para determinar la resistencia del concreto en el sitio, sin embargo, esta técnica tiene en cuenta algunos supuestos, lo que resulta en limitaciones
1 Se supone que la mezcla de concreto en el sitio es exactamente la misma a la utilizada para la calibración. El método de madurez no puede detectar ningún cambio en los materiales, w / cm, contenido de aire, etc., porque esas propiedades solo afectan la resistencia del concreto y no su temperatura. Como se mencionó anteriormente, el desarrollo del procesamiento informático por lotes ha hecho que el concreto de los productores sea más consistente, lo que hace que el método de madurez sea más confiable. Para mitigar esta limitación, se presentan algunas sugerencias en la siguiente sección.
2 El método de madurez toma en consideración que el concreto en el sitio no ha tenido suficiente humedad para permitir la hidratación del cemento. La colocación, consolidación y curado del concreto debe seguir las especificaciones estándar.
3 Las altas temperaturas a edades tempranas pueden afectar la resistencia a largo plazo del concreto. Se pueden realizar pruebas adicionales, como ASTM C918[19] , para obtener mejores predicciones de la resistencia en el tiempo.
4 Si no se calculan experimentalmente, debe hacerse una buena estimación de la temperatura de referencia y la energía de activación para obtener una precisión aceptable.
5 La calibración debe mantenerse actualizada y verificada periódicamente, especialmente cuando la fuente o calidad de las materias primas en la mezcla cambia.
6 El objetivo de este método es reemplazar las muestras curadas en campo a edades tempranas (menos de 14 días). Todavía se requiere la aprobación estándar de muestras curadas en laboratorio para una resistencia de 28 días para control de calidad de concreto.
