Influencia en la Resistencia a Compresión de Hormigones por Efecto de la Temperatura Ambiente

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Influencia en la Resistencia a

Compresión de Hormigones

por Efecto de la Temperatura

Ambiente

Autores: María Soledad Gómez L. - Profesora Adjunta - Sergio Vidal A. - Profesor Auxiliar Escuela de Construcción Civil

Pontificia Universidad Católica de Chile emails: mgomezl@uc.cl, svidal@uc.cl Fecha de recepción : 28/03/06 Fecha de aceptación : 26/05/06

Influence in Compressive Strength of Concrete Because of Environmental

Temperature

En el hormigón, el desarrollo de la resistencia a com-presión depende también en gran parte de la tempera-tura de confección y colocación.

Existen estudios que hablan de hormigonado en tiempo frío, temperaturas menores a 5º C, tiempo caluroso, temperaturas mayores a 35º C y normales entre los rangos anteriores.

El presente estudio permite establecer cómo incide la temperatura ambiente al momento de la confección del hormigón, en la resistencia a compresión, así como en la evolución de la resistencia entre 7 y 28 días. Para el estudio se analizaron un total de 778 mues-tras, correspondientes a hormigones grado H20, H25 y H30 con un 5% y 10% de defectuoso, compuestas por 3 probetas cada una, las que fueron ensayadas a compresión a 7 y 28 días. Asimismo, se consideraron temperaturas mayores a 5º C y menores a 35º C, de manera de no incluir las temperaturas correspondientes a hormigonados especiales (tiempo frío y caluroso). De lo anterior se pudo concluir que para muestras mantenidas en obra por un período máximo de 2 días y luego mantenidas en condiciones de laboratorio, se tiene que la evolución de la resistencia es mayor en tiempo caluroso, sin embargo en este período se tienen una merma en la resistencia con respecto al tiempo frío.

Palabras clave: hormigón, temperatura, resistencia a compresión.

Resumen

Abstract

In concrete, development of compressive strength mostly depends on confectioning and placing of temperature.

There are surveys about concreting in cold weather, temperatures below 5° C, hot weather, temperatures over 35° C and normal between the last ranges. This survey allows setting as environmental temperature affects at the moment of concrete confectioning, in compressive strength, as well as in evolution of strength between 7 and 28 days.

For this survey a total of 778 samples were tested, corresponding to concretes grade H20, H25 and H30 with a 5% and 10% of defective, composed of 3 specimens each one, which were tested under compression to 7 and 28 days. Moreover, temperatures over 5°C and lower 35°C were considered, in order not to include temperatures corresponding to special concreting (hot and cold weather).

From the previous paragraph, it is possible to conclude that in samples maintained in construction site during a maximum period of 2 days and then maintained in laboratory conditions, the strength is bigger in hot weather, however, in this period a loss in strength with regard to cold weather is obtained.

Key words: concrete, temperature, compressive strength.

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I. INTRODUCCIÓN

Una de las variables más incidentes en la resistencia a compresión de los hormigones es la temperatura a la que estuvieron expuestos durante las pri-meras horas desde confeccionados. La literatura indica que hormigones someti-dos a temperaturas extremas –cercanas a 0° C o sobre 35° C– pueden sufrir una disminución importante de su resistencia a compresión a los 28 días y su durabi-lidad, asimismo, la temperatura puede modificar la curva de endurecimiento del hormigón.

La curva de resistencia se obtiene con resultados de resistencia a compresión de probetas mantenidas hasta su edad de ensayo a una temperatura de 20 ± 3° C y una humedad relativa mayor o igual al 90%. Si bien a esta temperatura se deben mantener los hormigones desde el mo-mento de su confección, en la práctica mantener esas condiciones en obra no siempre es posible por las condiciones propias de obra.

Debido a las elevadas gradientes de tem-peratura que tiene nuestro país, Chile, esta variable debe ser considerada al momento de hormigonar. Al respecto, la norma chilena NCh 170 (Hormigón – Re-quisitos Generales) señala que se consi-dera un hormigonado en tiempo frío, si en los 7 días previos al hormigonado hay uno a más días con temperatura media de 5° C, por otra parte, señala que en tiem-po caluroso o en ambiente con viento se deben tener hormigones a temperaturas inferiores a 30° C en caso de elementos normales y menor que 16° C en elementos cuya dimensión exceda a los 0,80 m.

Se sabe que la resistencia a compresión varía en función de la temperatura a la que se encuentra expuesto el hormigón por medio del grado de madurez. Finalmente, este estudio consiste en determinar cuánto afecta la temperatura ambiente en la resistencia a compresión del hormigón, considerando temperaturas entre un rango mayor a 5º C y menor a 35º C, valores correspondientes a los límites para ser considerados como hormigonado en tiempo frío y hormigonado en tiempo caluroso, ampliamente estudiados. Por otra par te, para este estudio no se analizó la dosificación, tipo de árido (chancado o rodado), cemento (corriente o alta resistencia) o aditivos utilizados en los hormigones, dejando esas variables como constantes, de manera de poder estudiar solo el fenómeno dentro de los parámetros temperatura y poder ver cla-ramente la tendencia de la evolución y la resistencia a compresión.

II. EXIGENCIAS NORMATIVAS

La norma chilena NCh 1017 (Hormigón – Confección y curado en obra de probetas para ensayos de compresión y tracción) establece que el curado de las probetas de hormigón fresco debe efectuarse a tem-peratura de 20 ± 3° C y con una humedad relativa mayor o igual al 90% o mantener las probetas sumergidas en agua quieta satura-da con cal a una temperatura de 20 ± 3° C. Asimismo, señala que en obra las probetas deben estar en condiciones de curado por un período de tiempo no inferior a 20 horas para probetas que serán sometidas a compresión y 44 horas para probetas que serán someti-das a ensayo de tracción por flexión.

III. METODOLOGÍA

Esta investigación tuvo como objetivo de-terminar la incidencia de la temperatura ambiente en la evolución de resistencia a compresión entre 7 y 28 días y en la resistencia a compresión a 28 días. Para este estudio se consideraron las siguientes variables:

1. Característica de la muestra en estudio ♦ Hormigones grado H20, H25 y H30,

resistencia especificada de 20, 25 y 30 MPa, respectivamente

♦ Fracción defectuosa para cada grado de hormigón de 5% y 10%

♦ Tamaño de la muestra de hormigón en estudio, correspondiente a 778 mues-tras compuestas de 3 probetas cúbicas de 20 cm de arista

♦ Muestra para ensayo a compresión, una probeta a 7 días y dos a 28 días ♦ Temperatura ambiente al momento de

la extracción de la muestra

♦ Hora de la extracción de la muestra ♦ Mes del año en que se extrajo la

mues-tra

♦ Retiro de las muestras de obra al segundo día de confeccionada la pro-beta

♦ Curado de las probetas en obra según norma NCh 1017

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♦ El tamaño de muestra para cada grado de hormigón fue el siguiente:

- H20(5), 93 muestras - H20(10), 54 muestras - H25(5), 206 muestras - H25(10), 213 muestras - H30(5), 58 muestras - H30(10), 154 muestras

2. Análisis considerados para el estudio ♦ Resistencia a compresión, promedio de

2 probetas cúbicas de 20 cm de arista a 28 días en función de la temperatura ambiente al momento de la confección de las probetas, sin considerar la es-tación del año (invierno, verano, etc.) ♦ Evolución de la resistencia a compre-sión, considerando la resistencia de una probeta a 7 días y el promedio de las resistencias a 28 días de las 2 probetas restantes.

♦ Influencia de la hora y temperatura de confección de las probetas en función de la resistencia a compresión a 28 días.

♦ Resistencia a compresión en función de la temperatura según época del año. IV. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Resistencia a compresión de

hormigones grado H20, H25 y H30 con un 10% de fracción defectuosa, en función de la temperatura ambiente

Para hormigones con grados comprendi-dos entre H20 y H30 y una fracción de-fectuosa de un 10%, se tiene una clara tendencia que indica que a medida que

aumenta la temperatura de confección de las probetas existe una disminución de la resistencia a compresión a 28 días. Este efecto es de mayor importancia en hormigones grado H30, ya que para 30° C se aprecian disminuciones de resistencia del orden de un 5,6% respecto de la resis-tencia de hormigones del mismo grado a 20° C, asimismo, se tienen incrementos de resistencia cercanos a un 3% para probetas confeccionadas a temperatura cercanas a los 10° C.

En el caso de los hormigones grado H25, probetas confeccionadas a 35° C presentan una disminución de resisten-cia respecto a probetas confeccionados a 20° C, del orden de un 2,5%. En este caso, probetas confeccionadas a 10° C tienen un incremento de resistencia del orden de un 2,0%.

Finalmente, en los hormigones grado H20 las probetas confeccionadas a

10° C presentan incrementos de resisten-cia del orden de un 3,3% con respecto a las confeccionadas a 20° C. Para este grado se tienen disminuciones del orden de un 5,3% con respecto a las probetas confeccionadas a 20° C, cuando estas son confeccionadas a 35° C.

2. Porcentaje de evolución de la

resistencia a compresión de 7 a 28 días, de hormigones grado H20, H25 y H30 con un 10% de fracción defectuosa en función de la temperatura ambiente

Para hormigones con grados compren-didos entre H20 y H30 y una fracción defectuosa de un 10%, se tiene que para bajas temperaturas –cercanas a 10º C– se obtienen menores resistencias a 7 días con relación a la resistencia a 28 días, que para probetas confecciona-das a mayores temperaturas.

En el caso de hormigones grado H20 se tienen resistencias a 7 días con respecto

Gráfico N° 1: Resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con un 10% de

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Es importante destacar que si bien a me-dida que aumenta la temperatura se tienen mayores resistencias a 7 días con rela-ción a la resistencia de 28 días, a medida que aumenta la temperatura se obtienen resistencias a 28 días menores tal, como se puede apreciar en el Gráfico N° 2.

3. Resistencia a compresión en función de la temperatura ambiente considerando la fracción defectuosa

Al efectuar el análisis considerando la fracción defectuosa para hormigones gra-do H30, es posible observar que las pen-dientes de las líneas de tendencia para un mismo grado de hormigón son similares. En el caso de los hormigones grado H20 se tiene que para los hormigones con un 5% de fracción defectuosa se aprecia una menor incidencia de la temperatura en la resistencia a compresión, este hecho concuerda con los resultados obtenidos en los hormigones grado H25 con 10% de fracción defectuosa (Gráfico N° 1).

Gráfico N° 2: Evolución de la resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con

un 10% de fracción defectuosa

Gráfico N° 3: Resistencia a compresión de hormigones grados H20 y H30 con un 5% y un 10% de

fracción defectuosa

de las de 28 días, del orden de un 3,0% menor, que las de probetas de hormigones confeccionados a 20° C. Para este mismo tipo de hormigones, para probetas confec-cionadas a 35° C, se tiene un incremento mayor a un 4,0% de la resistencia a 7 días con respecto de la resistencia a 28 días. En el caso de los hormigones grado H25, para temperaturas de 10° C, se tiene una evolución de resistencia entre 7 y 28 días de probetas a compresión del orden de un 0,7% menos que la de probetas confec-cionadas a 20° C. En el caso de probetas confeccionadas y mantenidas durante sus primeras horas a 35°C se tiene un incre-mento de evolución de resistencia entre 7 y 28 días del orden de un 0,7% que en probetas confeccionadas a 20° C. Para los hormigones grado H30, con temperaturas de confección de probe-tas de 10° C, se tiene una evolución de resistencia entre 7 y 28 días del orden de un 2% menor que el que se obtiene

con probetas confeccionadas a 20° C. Para las confeccionadas a 35° C se tienen incrementos de resistencia entre 7 y 28 días del orden de un 2% mayor que el que se obtiene con probetas con-feccionadas a 20° C.

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Gráfico N° 5: Relación resistencia media mensual de hormigones - temperatura media 4. Influencia de la hora de confección de

las probetas en función de la resistencia a compresión a 28 días

Si se efectúa el análisis de la resisten-cia a compresión de probetas cúbicas de hormigón y la hora en que fueron confeccionadas, para un rango de tem-peratura entre 15° C y 20° C, se tiene que para muestras confeccionadas en la tarde –entre las 16:30 y 19:30 horas– los hor-migones grado H30 tienen un incremento de resistencia del orden de un 30% y los grado H20 de un 17%, con respecto a hormigones del mismo grado confeccio-nados en el período comprendido entre las 7:30 y 10:30 horas.

5. Relación temperatura media

resistencia media mensual de hormigones

En el presente análisis es posible obser-var que existe una clara tendencia, para los 3 grados de hormigón estudiados, que indica que a mayores temperaturas ambientes promedio al momento de la

Gráfico N° 4: Influencia de la hora de confección de las probetas en función de la resistencia a

compresión a 28 días

toma de la muestra, se tendrán menores resistencias a compresión. En el Gráfico Nº 5 se muestran los resultados obteni-dos para hormigones grado H30 con una fracción defectuosa de un 10%. De este Gráfico se puede inferir que para el mes en que se tomaron muestras de hormigón

a menor temperatura ambiente promedio –mes que coincide con el más frío del año–, se tienen resistencias a compresión cerca de un 20% más altas que los me-ses en que se confeccionaron muestras a mayores temperaturas promedio.

6. Relación evolución de resistencia a compresión mensual – temperatura media

Al igual que en el gráfico anterior, es posi-ble observar que existe la tendencia, para los 3 grados de hormigón estudiados, que indica que a mayor temperatura ambiente promedio al momento de la toma de la muestra, se tendrá mayor evolución de resistencia a compresión. En el Gráfico Nº 6 se muestran los resultados obteni-dos para hormigones grado H30 con una fracción defectuosa de un 10%. De este Gráfico se puede inferir que para el mes en que se tomaron muestras de hormigón a menor temperatura ambiente promedio, se tiene menor evolución de resistencia a compresión que los meses en que se

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Gráfico N° 6: Relación evolución de resistencia a compresión mensual – temperatura media

confeccionaron muestras a mayor tem-peratura promedio.

V. CONCLUSIONES

De los resultados obtenidos se puede concluir que la temperatura de confec-ción del hormigón incide en la resistencia a compresión a 28 días en un porcentaje que depende del grado y porcentaje frac-ción defectuosa del hormigón.

Si bien es cier to, este porcentaje de disminución, “aparentemente no muy re-levante”, se obtiene en base a muestras de hormigón que permanecen 2 días en condiciones de obra, para luego ingresar al laboratorio donde el curado se realiza de acuerdo a la normativa vigente a 20 ± 3º C y a más de 90% de humedad relativa. Por otra parte, si se analiza la resistencia a compresión en base a la influencia de la hora y temperatura en que se toma la

muestra, si se supone que en la noche, vale decir después de las 21:00 horas, la temperatura es aún menor a la de la ex-tracción de la muestra, y se obtuvo mayor resistencia a horas del día más tardías, se puede concluir también que a menor temperatura la resistencia a compresión es mayor. De esto se podría concluir que para períodos con temperatura entre 15° C y 20º C sería recomendable efec-tuar el hormigonado durante la tarde, de modo que el inicio y fin de fraguado del hormigón se desarrolle cuando se tengan las menores temperaturas ambientales. Es importante señalar que los resultados aquí indicados no consideran condiciones climáticas extremas, ya que si bien algunas probetas fueron confeccionadas a tempe-raturas cercanas a 10º C, probablemente durante la noche las temperaturas fueron menores a 10º C, e incluso cercanas a 0º C, pero en estos casos las probetas se mantienen durante su estadía en obras

cubier tas y protegidas de la intemperie, por lo que no debieron haber llegado a las temperaturas extremas, situación que perfectamente puede haber sido alcanzada con el hormigón colocado, si en obra no se tomaron las precauciones debidas. Finalmente, de todo lo anterior se puede concluir que el porcentaje de pérdida o ga-nancia de resistencia podría ser mayor si el ensayo de compresión de las muestras de hormigón se realizara sobre probetas curadas en condiciones de obra.

VI. BIBLIOGRAFÍA

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