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Aplicaciones de la Tecnología de Control Térmico y de Madurez en ColombiaPor: Ing. Rodrigo Quimbay Herrera, MSc

La Tecnología del control térmico y de madurez del concreto (TCTM) tiene un potencial muy amplio en la industria del cemento y del con-creto en Colombia, tanto por sus múltiples

aplicaciones en los procesos de control de calidad en obra (instrumentación de elementos, control de probetas), como en el control de calidad de recep-ción en planta para la materia prima (control en tiempo real del cemento). Igualmente, en el control de producción de las diferentes mezclas (en planta premezcladora y prefabricadora) en cuanto a resis-tencia lograda, fraguado y durabilidad intrínsecas.

El procedimiento de aplicación de la TCTM im-plica la utilización de un sistema informatizado de control y aseguramiento de calidad del concreto en obra, compuesto de registradores electrónicos de control, termopares, red inalámbrica de monitoreo térmico, software de seguimiento, procesamiento y análisis de la información.

Edificio de Postgrados Ciencias Económicas de la Universidad Nacional El control efectuado en la construcción, consistió en la determinación y predicción de la resistencia a compresión del concreto en diferentes puntos en las placas macizas. Por su parte, el monitoreo con-tinuo de la temperatura de hidratación del concreto se hizo con el fin de determinar el tiempo de fra-guado del concreto, identificando la influencia de la temperatura ambiente, variabilidad y evaluacion del esfuerzo termico generado en los elementos.

Dentro de los objetivos de la aplicación de la TCTM se encontraba:

• Realizar un monitoreo de la temperatura del concreto colocado en sitio por elemento estruc-tural durante 72 horas.

• Determinar el perfil térmico del concreto colo-

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cado en los elementos estructurales con fines de controlar el fraguado y la incidencia de la temperatura ambiente en este proceso.

• Establecer la resistencia del concreto a com-presión a las 24, 48 y 72 horas, y así mismo proyectar la resistencia a 3, 7 y 28 días con-forme el método de madurez estipulado en la Norma Técnica Colombiana 3756.

• Identificar los gradientes térmicos máximos de las mezclas con fines preventivos y de asegura-miento de calidad durante la construcción.

Las condiciones de aplicación del software en el proyecto permitieron determinar en general los parámetros de calidad de las mezclas de concreto usadas, con el objetivo de llevar a cabo una pro-gramación racional de la construcción, un control adecuado del riesgo de fisuración por causa térmi-ca, de fraguado y una identificación más real de las propiedades mecánicas del material (resistencias, elasticidad). Se determinó el nivel de repetitividad del proceso constructivo, mediante la comparación entre las huellas térmicas del concreto (perfil de la temperatura del concreto vs. el tiempo). De este modo se identificaron los coeficientes de variación de las características medidas.

Con base en las mediciones del perfil térmico del concreto en dos puntos del elemento estructu-ral, teniendo en cuenta la temperatura ambiente para cada una de las áreas de la placa, finalmente se analizó estadísticamente cada uno de los pará-metros de control hallados, y se pudo determinar de manera general el nivel de cumplimiento en especificaciones del material usado y el grado de variabilidad del concreto en la construcción del proyecto. Esta información se tomó como base para llevar a cabo un control más estricto du-rante el proceso constructivo, especialmente en

cuanto a la velocidad de adquisición de resisten-cia in situ.

ConclusionesCon los resultados de la aplicación de esta tecno-logía en las placas del proyecto se pudo concluir: • La resistencia del concreto en las placas de-

terminada mediante el método de la madu-rez estuvo entre 21,4 MPa a los 7 días y de 28,5 MPa a los 28 días, confirmando el cum-plimiento de la resistencia especificada a 28 días de 28MPa. El comportamiento del perfil térmico del concreto en las losas fue semia-diabatico, es decir que no se vio muy influen-ciado por la temperatura ambiente, debido al mediano espesor del elemento estructural, y presentó un valor máximo de temperatura de 33ºC, con un bajo diferencial entre el punto de control interno y el externo de 4ºC.

• El valor del fraguado térmico del concreto en las placas macizas estuvo entre 8,5 y 11 ho-ras después del vaciado, el cual sirvió de re-ferencia para las actividades de desencofrado en el proyecto.

• El procedimiento de curado implementado durante 7 días conforme las recomendaciones internacionales y con base en la identificación del perfil térmico semiadiabatico en las placas (sin mayor influencia de la temperatura exter-na), permitió una adecuada adquisición de la resistencia en los elementos. Sin embargo fue necesario implementar barreras de protección contra el viento para evitar pérdida de agua por evaporación y para generar un ambiente de autocurado.

• La estabilización de la temperatura del con-creto en las placas se dió entre 48 y 52 horas después de vaciado el concreto, con poca va-

Control térmico y de madurez del concreto placas Edificio postgrados Ciencias Económicas Universidad Nacional de Colombia, Bogota,

FICHA TÉCNICA

Proyecto: Edificio de postgrados Ciencias EconómicasUbicación: Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá.Descripción de la edificación: Cinco pisos con sistema de losas macizas.Interventoría: William Carrillo y Asociados.Asesor interventoría: Ing. Rodrigo Quimbay HerreraÁrea total construida: 1.600m2

Información del concreto usado: Concreto de fraguado normal con f´c=28MPaElementos estudiados: Placas macizas de los cinco pisos.Puntos de control: Tres puntos por placaTiempo de control: 118 horas por elemento.

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Tempe

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cr

Tiempo (horas)

PerfiL térmico dETERMINAdo PoR El sofTWARE PARA CoNTRol TéRMICo y dE MAdUREz dEl CoNCRETo EN oBRA.

PerfiL térmico PlACA TIPo, EdIfICIo dE PosTgRAdos dE CIENCIAs ECoNóMICAs, UNIvERsIdAd NACIoNAl dE ColoMBIA, BogoTá.

riación en la temperatura, lo cual benefició al material, porque tiempos de estabilización altos y gradientes menos repetidos indican un proceso homogéneo de hidratación de los cementantes en la mezcla.

Proyecto Tukumena de Los HayuelosEl control ejercido en el proyecto de construcción, consistió en determinar y predecir la resistencia a compresión del concreto usado en las placas mediante el método de la Madurez, conforme la

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FICHA TÉCNICA

Proyecto: Tukumena de los Hayuelos Descripción de la obra: 164 Casas construidas mediante sistema industrializado, de dos niveles y sótano. Constructora: diseño Urbano s.A.supervisión técnica: Ing. Rodrigo Quimbay HerreraÁrea total construida: 15.744m2

Información del concreto usado: Concreto sistema Industrializado outindoor de fraguado normal con f´c=24,5MPaElementos estudiados: 14 placas y 12 muros (total 26 instrumentaciones).Puntos de control: Tres puntos por elementoTiempo de control: 72 horas por elemento.

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Resisten

cia de

l con

creto Placa (M

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Tiempo (días)

Resistencia del Concreto ‐ Placa (Mpa) vs. Tiempo (días)

curva de resistencia deL concreto EN lA PlACA CoNfoRME NTC 3756, EdIfICIo dE PosTgRAdos dE CIENCIAs ECoNóMICAs, UNIvERsIdAd NACIoNAl dE ColoMBIA,

BogoTá.

Construcción del proyecto Tukumena de los Hayuelos, Bogotá.

Norma Técnica Colombiana NTC 3756, de los gra-dientes térmicos máximos de las mezclas, los va-lores del fraguado del concreto y la velocidad de endurecimiento, lo que permitió determinar dia-riamente la incidencia de la temperatura ambiente sobre los elementos fundidos.

Conforme a las mediciones del perfil tér-mico del concreto en muros y placas, contacto muro-placa, así como de la temperatura am-biente, se determinaron de manera general la resistencia in situ, tiempo de fraguado, y gra-dientes térmicos del material usado. De igual forma se determinó el grado de variabilidad del concreto en la construcción. Este procedimiento se utilizó como base para acondicionar un cu-rado acelerado de las placas y muros mediante reflectores, permitiendo la optimización del de-sarrollo de madurez y resistencia.

El comportamiento del perfil térmico del con-creto en las placas fue no adiabatico, es decir que existió una influencia considerable de la tempe-ratura ambiente en los elementos, generando un valor máximo de temperatura variable entre 37ºC y 42ºC, con diferenciales medianos entre el punto de control interno y externo en las placas de 6,5ºC hasta 14ºC y temperaturas ascendentes y descen-dentes repetitivas en el concreto de los elementos.

Hubo una buena incidencia de la hora de vaciado del concreto así como de la temperatura ambiente sobre los elementos instrumentados, presentándose ascensos repetitivos de la tempe-ratura de hidratación en las placas. Se observa-ron tiempos de fraguado entre 9 y 17 horas en

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placas y muros, dependiendo de la hora de inicio de vaciado. Los elementos vaciados en horas de la tarde tuvieron mayor enfriamiento mayor en las horas de la noche, por lo que en general se prefirió vaciar el concreto en la mañana debido a que pre-sentaron perfiles de temperatura de hidratación similares y coincidentes con la variación de la temperatura ambiente, situación que refuerza la recomendación de procurar diferencias menores entre la temperatura del concreto y la del medio ambiente. Adicionalmente, se presentaron ascensos térmicos posteriores entre las 22 y 26 horas posterio-res al vaciado del concreto, situación debida a la in-fluencia de la temperatura ambiental y al bajo espesor de los elementos (5 a 10cm). Los gradientes térmicos

Detalle del control térmico y de madurez del concreto en placas y muros. Proyecto Tukumena de los Hayuelos, Bogotá.

presentados fueron considerables, cercanos a los 15 grados celsius, lo que ocasionó esfuerzos térmicos de expansión y contracción repetitivos en el concreto, lo que llevó a determinar un mejoramiento en el curado. Para este efecto se utilizaron reflectores en horas de la noche, además de una protección con láminas plásti-cas para disminuir el riesgo de fisuración térmica.

La variación de la temperatura inicial promedio del concreto en las placas fue de 3,5ºC, generada por diferencias en los tiempos de viaje a la obra, variabili-dad propia del concreto e influencia del clima.

El valor promedio de fraguado en placas obtenido para las 14 instrumentaciones realizadas fue 14,1hrs con una variación de 22,7% debido a la mayor inci-dencia de la temperatura ambiente, la sensibilidad a la protección y al curado por mayor área expuesta. De igual modo, el valor promedio de fraguado en muros para las 26 instrumentaciones realizadas fue de 13,6 hrs con una variación del 19,65%. Estas variaciones se calcularon sobre los parámetros de control térmico controlados en las instrumentaciones: fraguado tér-mico–máxima temperatura, gradiente térmico entre punto superficial y en profundidad en el concreto.

Debido a los cambios termicos identificados en el concreto de los elementos controlados, se estable-ció un análisis especial para determinar el riesgo de fisuración térmica en el concreto de las placas con-forme los cambios en la temperatura de la mezcla. Se observó que en edades tempranas, antes de las 4 horas y entre las 18 y 20 horas y 40 a 44 horas posteriores al vaciado, el concreto de las placas gene-ra esfuerzos termicos bastante altos, pero en general menores que la resistencia a tensión del concreto, determinada esta última con base en la resistencia a compresión estimada por el método de la madurez, conforme procedimiento estipulado en la NTC 3756 (ASTM C1074).

BENEFICIOS GENERALES DE LA APLICACIÓN DE LA TECNOLOGIA DE CONTROL TÉRmICO y DE mADuREz DEL CONCRETO EN OBRA

• Control de la resistencia del concreto in situ confor-me NTC 3756.

• determinación de tiempos de fraguado en los elementos estructurales de concreto.

• Prevención de fisuración por causa térmica.• Toma de acciones adecuadas en cuanto a protec-

ción y curado.• Análisis de la influencia de la temperatura ambiente

sobre los elementos de concreto.• Identificación de elementos de baja resistencia en

obra.• Análisis de repetitividad y reproducibilidad del

concreto colocado.• factibilidad de simulación del comportamiento

térmico, de madurez y resistencia.• Mejoramiento del sistema de gestión de calidad en

el proyecto de construcción.

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ConclusionesUna vez realizados los ensayos se pudo concluir:

• Las 14 placas instrumentadas presentaron un va-lor de resistencia a compresión promedio confor-me al desarrollo de madurez del 43,05% a 1 día, del 62,33% a 3 días, y en predicción del 85,03% a 7 días, variando entre el 98,45% y el 102,04% a los 28 días, lo que corrobora el cumplimiento de la resistencia de diseño. De igual forma, los 12 muros instrumentados presentan un valor de resistencia a compresión promedio conforme al desarrollo de madurez de 5,12MPa a un día (24,73%), de 12,05MPa a los 3 días (58,27%), y en predicción de 17,28MPa a 7 días (83,54%) y finalmente 23,56MPa a los 28 días (113,89%), lo que implica el cumplimiento de la resistencia de diseño.

• Se observó una variación evidente en la tempe-ratura inicial promedio del concreto en las pla-cas durante las dos primeras horas después de vaciado el concreto en la placa. Las temperatu-ras de llegada del concreto, tomadas inmedia-tamente después de la llegada, se encontraban entre 20 y 24ºC.

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