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Descripcion sobre uso, composicion y tratamiento de hormigones masivos
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El Comité ACI 116 define al concreto masivo como:
“Cualquier volumen cuantioso de concreto colocado en el
lugar con dimensiones lo suficientemente grandes que
obliguen a tomar medidas para enfrentar la generación
de calor y cambio volumétrico que le acompaña a fin de
minimizar los agrietamientos”
1.- Definición
Generación de Calor:
- en elementos delgados
- en elementos masivos
Cemento:
- Dosificación ( menor a 70 Kcal por gramo )
- Calor de hidratación
- Tiempo de fraguado
- Desarrollo de resistencia
Hormigón:
- Razón A/C - T° (°C)
- Tm
- Madurez del Hormigón.
2.- Aspectos Generales
3.- Cemento Bío Bío Especial
Cemento Siderúrgico grado corriente según Norma NCh 148, de
bajo calor de hidratación.
El calor de hidratación para el cemento indicado es de 31,43
cal/g a 12 hrs, 46,59 cal/g a 24 hrs, 53 cal/g a 40 hrs, 61,60 cal a
3 días y 64,18 cal/g a 5 días.
CALOR DE HIDRATACIÓN
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
12 24 40 72 120
HORAS DE ENSAYO
Cal
/g
Bío Bío Especial
ENSAYOS REALIZADOS
RESULTADOS
Calor de hidratación
Bío Bío Especial
J/g Cal/g
½ día 131,7 31,43
1 día 195,2 46,59
3 días 258,1 61,60
5 días 268,9 64,18
7 días 255,9 61,07
CALOR DE HIDRATACIÓN LANGAVANT
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
300,0
350,0
12 24 72 120 168
HORAS DE ENSAYO
CA
LO
R J
/g
Bío Bío Especial Bío Bío Alta Resistencia
En función de las temperaturas controladas en la planta y
el calor de hidratación del cemento BB Especial es posible
determinar la temperatura del hormigón al salir de la
planta y el desarrollo estimado de las temperaturas en el
hormigón colocado en condiciones adiabáticas, según el
método de la PCA “Portland Cement Association” (Diseño y
Control de mezclas de Concreto).
Th = 17,5° C
4.- Cálculo del Calor de la Fundación
CALCULO DE TEMPERATURAS EN HORMIGONES
1. Temperatura del hormigón fresco a la salida de la
hormigonera
Temperaturas en ° C Masa de los áridos en
kg/m3
Arena 11,6
Gravilla 11
Grava
Cemento 51
Agua 12,3
Arena 771
Gravilla 1099
Grava
Cemento 415
Agua 175
Temperatura del hormigón fresco a la salida de la hormigonera
2.- Aumento de la Temperatura en el hormigón en el tiempo
Bío Bío Especial
Kilos/m3 de cemento 430
Kilos/m3 de hormigón 2400
T° del hormigón en vaciado °C 30,0
T° mínima ambiente esperada 12
CALCULO DE TEMPERATURAS EN HORMIGONES
t° inicial = 17,6°C12 24 72 120 168
Cemento Especial 47,9 62,1 69,6 74,0 75,5
Tiempo (hrs)Cuadro de aumento de T° en el hormigón en °C
AUMENTO DE TEMPERATURA EN EL HORMIGÓN
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
12 24 72 120 168
Hrs
Tem
per
atu
ra °
C
Cemento Especial
5.- Dosificación del Hormigón
La dosificación del hormigón es un H035(90)-20-10-28 Bombeable.
Este es un hormigón con una cantidad de finos en la arena bajo #
50 incluido el cemento y el filler (570 kg) que disminuye al mínimo
la exudación del hormigón, con ello la tendencia a la fisuración por
acortamiento vertical del hormigón (sedimentación) y aumentando
su cohesividad.
Al disminuir el tamaño máximo a 20 mm, disminuye la tendencia a
segregación, factor importante cuando el hormigón es vaciado
gravitacionalmente.
Es una dosificación que satisface los requisitos de resistencia y
facilita la colocación del hormigón.
6.- Geometría de la fundación
Importancia de la geometría de la fundación y el Agrietamiento.
1 2
NOTA: Elementos inclusos, cambios de espesores significativos o en la geometría del elemento a hormigonar, deben quedar aislados o disponer juntas de inducción.
3
7.- Tiempos de Operación
En esta etapa hay que distinguir dos aspectos:
• La trabajabilidad del hormigón: ( Medida con el cono de Abrams )
que como es natural, desde el mismo instante en que sale el
hormigón de la hormigonera ésta empieza a descender.
• El cono de la dosificación es de 10 cm ± 2 cm. Lo que deja un
tiempo para la colocación desde la carga y hasta la descarga en obra
de 01:30 min, tiempo suficiente para que el hormigón se mantenga
dentro del rango de cono especificado. Esto depende de una
adecuada programación y de que no representen problemas durante
la colocación, siempre está la alternativa de restituir el cono al
hormigón mediante la adición de un aditivo plastificante, para lo cual
debe establecerse un procedimiento.
8.- El Fraguado del Hormigón
• Al generarse una junta fría → se asocia al fraguado del cemento.
• Fraguado inicial: tiempo trascurrido desde que el cemento es
mezclado con el agua hasta que éste pierde su trabajabilidad, siendo
variable en función del tipo de cemento y en especial a temperaturas
a la cual ha estado expuesto.
• Para este caso el cemento tiene un fraguado inicial de 1 hora y 50
minutos en condiciones de Laboratorio. El hormigón aún no tiene
resistencias y sólo a perdido trabajabilidad.
• Fraguado final: viene normalmente después de 1 hora desde el
término del Fraguado Inicial.
9.- Madurez
M = ∑ ( T + 10°C) x Δt
Donde: M = MadurezT = Temperatura mediaΔT = Tiempo en el cual el hormigón estuvo sometido a una cierta Temperatura.
10.- Fases del Hormigón
En el hormigón y su fraguado se distinguen tres estados o Fases, y
que sirven para explicar el fenómeno:
• Fase 1: Hormigón que se a colocado en el moldaje y a sido
compactado, y que aún no ha iniciado su fraguado.
• Fase 2: Hormigón en estado inicial de fraguado, a continuación
de la fase 1, esta fase puede durar de 2 a 24 horas en condiciones
normales, concluye cuando la velocidad de fraguado alcanza su
máximo. Medido con la sonda Tetmayer
• Fase 3: Hormigón al término de su fraguado o que ya está
fraguado.
11.- Colocación
Colocación por Capas
• Capas en toda la superficie
• Capas escalonadas
Presión Hidróstática
• Altura
• Velocidad de colocación
• Temperatura
• Velocidad de fraguado
• Protección y Control de Temperatura.
11.- Colocación
Velocidad del vertido
(m de altura por
hora)
Profundidad, en m a la cual se produce la máxima presión
Presión Máxima en Kg/cm2 Ejercida sobre el
moldaje
A 21°C A 10°C A 21°C A 10°C
0,60 1,20 1,50 1,650 2,150
0,90 1,4 1,80 2,150 2,400
1,20 1,65 2,10 2,650 3,600
1,50 1,90 2,40 3,200 4,500
1,80 2,10 2,70 3,650 5,100
Colocación del Hormigón
Dirección Avance
21
15 20
10 14 19
7 9 13 18
4 5 8 12 17
1 2 3 6 11 16
4 mt 4 mt 4 mt
2,8 mt
Capa de Coronación 30 cm
12.- Vaciado y compactación del Hormigón
La NCh 170 fija la altura en función del cono del hormigón, por ejemplo:
- Hormigón cono 10 cm: de 2,0 a 2,5 mts (referido a hormigonado en casos corrientes y elementos verticales confinados como muros, pilares, etc.) Además el Tamaño Máximo del árido es hoy menor, en este caso 20 mm, porque la tendencia a la segregación es también menor.
Nuestra experiencia concuerda con lo planteado en la norma:
• ACI 301-99 “Especificaciones para hormigón Estructural”.
• ACI 318-99 “Requerimientos del Código de Edificación para
Hormigón Estructural”.
Que no limitan la distancia en que el hormigón puede caer
libremente. Lo mismo ocurre con el ACI 304-99 “Guía para
Medición, Mezcla, Transporte, y Colocación del Hormigón”.
12.- Vaciado y compactación del Hormigón
Hoy nuestra experiencia, avalada por las normas mencionas y
numerosos estudios extranjeros, indican que la caída libre sobre las
armaduras de hormigones con cono 10 cm o superiores y con
cantidades de cemento y arena que le confieren la condición de
bombeables, no producen segregación o reducción de resistencias a
la compresión. Reducciones de altura de caída del hormigón
aumentan el tiempo de colocación del hormigón, incrementando los
costos, sin mejorar condiciones de calidad.
Independiente de las condiciones de vaciado se deben cumplir las siguientes condiciones técnicas normales:
• La capa de 50 cm debe ser lo más uniforme en altura posible.
• Evitar segregación por escurrimiento, por lo que el término de cada capa deber ser lo más vertical posible.
12.- Vaciado y compactación del Hormigón
• La compactación debe ser mediante vibradores de inmersión de diámetro mín. 50 mm introducido a espacios regulares 6 veces el diámetro de la sonda en todo sentido, verticalmente para no producir segregación y tiempo de inserción de 10 a 15 segundos.
• Toda agua de exudación debe ser retirada antes de recibir un nueva capa de hormigón.
• Respetar rigurosamente los tiempos de operación y la secuencia de colocación de capas.
13.- Puntos de Control
Para una buena ejecución de un hormigonado masivo se debe tomar en cuenta los siguientes aspectos:
• Control de la temperatura de fabricación. ( no superiores a
28 °C)
• Control de la generación de temperatura del hormigón
colocado. (termocuplas)
• Control de los tiempos de colocación del hormigón por
etapa.
• Evitar las diferencias de temperaturas pronunciadas entre
el hormigón colocado y el medio ambiente.
• Control de vibrado del hormigón.
• Disminuyendo las diferenciales de temperatura a menos de
20°C.
14.- Curado y Protección del Hormigón
El curado en este caso tiene dos objetivos :
• Controlar la temperatura que se genera en la masa del hormigón
• Controlar el descenso de la temperatura generada en la masa del hormigón.
15.- Control Temperatura en la masa del Hormigón
Esta depende fundamentalmente del cemento utilizado, en este
caso Cemento Bío Bío Especial, grado corriente según la norma
NCh 148, con un calor de hidratación de 61 cal/g a 7 días.
La temperatura de fabricación del hormigón se controla
adicionando hielo en la masa del hormigón, enfriando los áridos
enfriando el cemento en Silo con reposo de 24 horas.
Es válido en este caso lo indicado en el punto 1, que se resume en lo siguiente:
En el hormigón colocado en forma masiva se debe evitar que este se enfríe en forma brusca, se debe evitar gradientes mayores a 20°C entre la masa del hormigón y la superficie. Como también el enfriamiento debe ser lento para llegar a la temperatura de servicio pasado 15 días de la colocación, la protección se puede eliminar cuando la gradiente es menor a 20°C.
El control de la temperatura se puede hacer con un equipo de termocuplas, con registro de temperaturas a 30 cm de la superficie, a 30 cm del fondo y en el núcleo.
16.- Control del Descenso de la Temperatura en la Masa del Hormigón
17.- Cálculo de Protección necesaria
Cuando el gradiente térmico de 20°C es, equivalente a una contracción de 200*10-6 m/m, es necesario proteger la superficie de modo de reducir la gradiente.
Utilizando la relación conocida:
Donde: h = coeficiente conductividad térmica hormigón (1,41 kcal/h m°C)
a = coeficiente conductividad térmica para la aislación de
poliestireno expandido (0,033 kcal/h m °C para una densidad de 20 Kg/m3)Th = Temperatura núcleo hormigónTs = Temperatura superficie hormigóneh = Espesor hormigón
ea = Espesor protección
eaeh
(Ts – Ta) a(Th – Ts) = h
eaeh
(Ts – Ta) a(Th – Ts) = h
18.- Recomendaciones Generales
• Usar un cemento de bajo calor de hidratación, menos de
70 cal/g a 7 días.
• Limitar la cantidad de cemento en función del tamaño
máximo del árido y resistencia especificada.
• Evitar que el agua de amasado reciba insolación directa.
• Regar convenientemente (saturar) como mínimo 3 veces
al día el árido grueso, a fin de que el agua al evaporarse los
enfríe.
• Usar un aditivo plastificante, que retarde el inicio de
fraguado para mejorar las condiciones de colocación del
hormigón.
• El tiempo de colocación del hormigón con respecto de una
capa y otra sobre un mismo punto, no debe ser superior a 90
minutos (sin aditivos), con aditivo este tiempo puede llegar a 150
minutos.
• Identificación de los puntos singulares.
• El curado debe ser cuidadoso, en especial las primeras 24
horas, se recomienda curar con capas de arena húmeda o inundar
las fundaciones en la parte superior con agua. Se debe evitar que
se produzcan diferencias de temperatura superior a 20 Cc entre el
hormigón colocado y el ambiente exterior.
• Las decisiones sobre el curado a aplicar deben considerar que la
masa de hormigón, genera su máxima temperatura
aproximadamente a las 72 horas en la solución monolítica. , Y que
su descenso debe ser gradual.
• Antes de tapar el hormigón para iniciar el curado, cuando el
hormigón aún está fresco, se debe revisar para evitar la aparición
de grietas por asentamiento gravitacional sobre los fierros; en caso
de aparecer grietas de este tipo, se debe replatachar
enérgicamente el hormigón antes de tapar.
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