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nov. 17 de 2016
Proyectos en concreto
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Resumen:

En la actualidad es cada vez más común la utilización de concretos de alto desempeño en la mayoría de los proyectos de ingeniería. Se puede considerar un concreto de alto desempeño aquella que tenga una doble condición de “alta fluidez” y “alta resistencia”.

Tal es el caso del Edificio Infinitum en Cartagena, en donde las columnas y pantallas fueron diseñadas para concretos de 69 MPa (10.000 psi), 62 MPa (9.000 psi) y 55 MPa (8.000 psi) y con un asentamiento de 9” +/-1 1”. Es por esto que con base a esta tendencia de estos concretos de altos desempeños en los distintos proyectos hay que entender que la relación agua/material cementante es muy baja y que la mezcla tiene, un muy alto contenido de cementantes, que la hacen muy cohesiva y dispendiosa en su manejo; además, de que requiere un curado especial.

En el proyecto referenciado se tiene por diseño y se ha venido construyendo una pantalla por piso con medidas cada una de 10,80 m (Longitud) * 0,65 m (Ancho) * 2,40 m (Altura) considerándose como elementos masivos.

Edificio Infinitum

Y se consideran estos elementos como masivos si tenemos en cuenta lo expuesto por la ACI 116 define concreto masivo como “cualquier volumen de concreto colocado en obra con dimensiones suficientemente grandes que requieran medidas para enfrentar la generación de calor y para controlar los cambios de volumen, a fin de minimizar el agrietamiento”. Leyendo entonces esta definición ya se puede entender que estos tipos de elementos masivos requieren de un cuidado más riguroso que los no considerados de esta forma precisamente por la mayor generación de calor y los cambios volumétricos acentuado aún más si estos concretos masivos son de altas resistencias como es en este caso ya que su diseño requiere de una mayor cantidad de material cementante lo que conlleva a un mayor calor de hidratación. Para los elementos con menores dimensiones la disipación de calor se realiza de forma mucho más rápida, sin embargo, las pantallas son elementos con un volumen considerable y por supuesto con un contenido de cementante tal, que eleva aún más el calor de hidratación, este aumento de temperatura además está relacionado con la temperatura inicial del concreto y la temperatura ambiente.

Se entiende por calor de hidratación en el cemento como un proceso exotérmico por naturaleza, esto quiere decir que libera calor en toda su masa, entonces, para elementos de gran volumen o de altos contenidos de cemento (ACI 207) se presenta un gradiente de temperatura entre el exterior y el interior del concreto. El ensayo de calor de hidratación teniendo en cuenta lo expuesto en la ASTM C 186 o por calorímetro de conducción. El interior del concreto se calienta más respecto al concreto que se encuentra en la superficie, el cual disipa el calor con mayor facilidad por estar en contacto con la atmósfera. Por el contrario, en el concreto que se encuentra al interior, la disipación de temperatura es lenta provocando un aumento de temperatura considerable, ya que como sabemos el concreto es un mal conductor de calor, este gradiente causa esfuerzos que generan fisuras.

Edificio Infinitum en Cartagena

El máximo aumento de temperatura se puede estimar a través de una aproximación, ya que se puede decir que por cada 100Kg de cemento este genera un calor de hidratación de 12°C a edades tempranas (menores a 7 días). Un concreto con 630Kg/m3 que es la cantidad aproximada de cemento que contiene un diseño para un concreto de 69 MPa, cuya temperatura inicial de colocación sea de 37°C (Promedio general de temperaturas que se maneja en la ciudad de Cartagena), puede llegar a una temperatura de hidratación de:

37°C+(12°C*630/100) = 112.6°C

Cuando la temperatura de hidratación supera entonces los 70°C si no se tienen los cuidados necesarios con el concreto con seguridad se van a tener fisuras por Contracción Térmica. Viendo el resultado alcanzado en promedio de 112,6°C en promedio para un concreto de alta resistencia en la ciudad de Cartagena si hace primordial disponer de mecanismos rigurosos para su eficaz protección.

Teniendo en cuenta lo anterior y en aras de prevenir la aparición de fisuras por Contracción Térmica en elementos masivos o en elementos con concretos de altas resistencias o en una combinación de ambas como es el caso del proyecto Edificio Infinitum y que usualmente se presentan entre un día y dos o tres semanas es importante que se tengan previstas condiciones de colocación y cuidado adicionales a las realizadas en concretos normales:

  • Se deben controlar los gradientes de deformación térmica, previniendo que desarrollen diferenciales de temperatura elevados entre la superficie del concreto y el centro. Esto se logra, por ejemplo, manteniendo la superficie del concreto caliente o reduciendo la temperatura interna del concreto a través de un pre enfriamiento del concreto, es decir, controlando la temperatura de colocación del concreto.
  • El concreto debe enfriarse lentamente para evitar los cambios bruscos de temperatura, hasta que alcance la temperatura ambiente. Esto se logra dejando la formaleta por más días, o protegiendo el concreto con mantas que impidan la perdida rápida de calor de la superficie, o bien, curando con agua caliente.

Calor de hidratación en el cemento

Esta gráfica muestra el agrietamiento potencial de la superficie después de la remoción de la formaleta. Si el concreto se enfría lentamente no se tendría problema de fisuración.

  • Durante los primeros 3 días debe curarse con mantas (Geotextil no tejido, cobijas de algodón) para proteger de los cambios bruscos de temperatura al concreto, éstas deben estar siempre húmedas. Después de esto y hasta los 7 días el concreto debe curarse cubriéndolo con plástico y saturándolo intensamente, el agua no debe estar fría.
  • De otra parte, para estimular la adecuada hidratación del cementante, las prácticas de curado para concreto de alta resistencia, sugieren que inmediatamente se retiren las cimbras, se someta la superficie del concreto a un humedecimiento intenso, con agua a temperatura similar a la que exhibe el concreto en el momento del curado, para evitar el fisuramiento por choque térmico; y posteriormente, cuando se haya estabilizado la temperatura ambiente con la temperatura del concreto (hacia los 2 o 3 días de edad), se continúe con el humedecimiento superficial y se encapsule esta agua mediante el aislamiento de la superficie del concreto con una capa de “plástico stretch” o “vinipel”, durante al menos 14 días de edad.
  • El retiro de las formaletas debe realizarse cuando no represente un peligro para el elemento, así se puede controlar la aparición de fisuras.
  • Estos elementos por sus dimensiones y resistencia deben tratarse como un concreto masivo por lo tanto es indispensable el control de temperaturas de colocación.

Por otro lado, cuando se tienen elementos como estas pantallas de 10,80 m de longitud se debe tener en cuenta que el concreto sufre contracción debida al secado, y ya que el movimiento es restringido (cimientos, refuerzo, losa), se deben disponer juntas de dilatación verticales, el ACI 224 sugiere que estas juntas se dispongan de acuerdo a la altura del muro:

Especificaciones técnicas

De no realizar estas juntas en el elemento es más que probable que aparezcan fisuras por modulación de la misma estructura. Para prevenir este tipo de fisuras es necesario tener en cuenta lo siguiente:

  • Se deben disponer de juntas de dilatación en los tercios del elemento. Éstas deben de inducirse por lo menos a un tercio del espesor para que realmente funcionen.
  • Si no deseo la disposición de juntas por contracción más que todo por algún tema arquitectónico se pueden utilizar macrofibras en las mezclas para de esta forma minimizar en un gran porcentaje la aparición de fisuras y que aquellas que aparezcan sean lo más pequeñas posibles. La dosificación se puede utilizar 3kg/m3.
  • Es recomendable la utilización de concretos con temperatura controlada.

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Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

"Si el concreto se enfría lentamente no se tendría problema de fisuración".

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Conclusión

Se deben hacer cálculos detallados y tener en cuenta todas las especificaciones de manipulación y uso del material de acuerdo a las dimensiones de la obra para poder lograr los resultados esperados.

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