I. ANTECEDENTES Desde comienzos de 1950 investigadores ingleses identificaron la gran in-fluencia de la temperatura sobre la evolución de la resistencia del concre-to. Durante esa época se dedujo que la temperatura del material estaba directamente relacionada con la cantidad de hidratos generados y estos, a su vez, con la resistencia del mismo.De esta forma aparece el concepto madurez1 que se fundamenta en la historia térmica del material. El concepto madurez descrito en la norma ASTM C 1074, se utiliza hoy en día para estimar la resistencia del concreto en la estructura sin necesidad de fallar cilindros. Las condiciones de temperatura bajo las cuales fragua y endurece un cilindro de concreto son muy distintas de las condiciones bajo las que el concreto endurece y gana resistencia en la estructura. A pesar de que el material provenga del mismo colado, el concreto en la estructura puede alcanzar temperaturas muy superiores a las del cilindro debido a las dife-rentes condiciones de generación y disipación de calor, estas diferencias se traducen en evoluciones de resistencias también diferentes entre las que se registran al momento de ensayar el cilindro y la verdadera resisten-cia adquirida en la estructura.

Determinación de la resistencia

Tecnología TH Sika y Cemex

real del concreto en bóvedas

prefabricadas

Ing. Grethel Martínez , Ing. Antonio Huelsz, Ing. Bernardo Martínez e Ing. Edgar Hernández*

Las condiciones de temperatura bajo las cuales fragua yconendurece un cilindro de concreto son muy distintas de lasdiciones bajo las que el concreto endurece y gana resistenciaen la estructura.

1 Método de madurez (ASTM C1074). El método de Madurez es una técnica para relacionar los efec-tos combinados de la temperatura y el tiempo en el desarrollo de resistencia del concreto.

Ing. Grethel Martínez- Transferencia de Tecnología en Proyectos de Infraestructura CEMEX m

Ing. Antonio Huelsz- Ingeniero Técnico Comercial TechSpan- FREYSSINET DE MÉXICO ahuelsz@freyssinet.com.mxArq. Bernardo Martínez -Gerente de Transferencia de Tecnología de México &Centroamérica de CE-MEX mIng. Edgar Hernández- IM Industria del Concreto SIKA hernandez.edgar@mx.sika.com

El impacto de las condiciones térmicas sobre la velocidad de hidratación y ,secev sert a sod ed res edeup otercnoc nu ed aicnetsiser ed nóiculove al

o incluso mayor, evaluados a muy temprana edad como lo demuestran los valores del gráfico N° 1 (Carino y Tank 1991).La temperatura de un cilindro bajo condiciones normalizadas puede ser de esta forma cercana a los 20°C durante las primeras horas (o menos) mientras que la estructura puede alcanzar los 40°C (curva superior). De este modo, a manera de ejemplo, a las 16 horas la resistencia medida en los cilindros es de 80 kg/cm2, mientras que la resistencia del mismo mate-rial en la estructura es de 180 kg/cm2. Esta enorme diferencia a temprana edad entre concretos iguales que evolucionaron bajo condiciones térmi-cas distintas se reduce conforme la edad del concreto aumenta, como lo demuestra el gráfico N°. 1

II. INTRODUCCIÓNEl concreto en las estructuras, cuando tiene unas condiciones de tem-peratura diferentes a las del mismo concreto contenido en los cilindros (la mayoría de los casos), evidencia entonces que la resistencia de la estructura es definitivamente diferente a la resistencia del cilindro incluso siguiendo los procedimientos descritos en la ASTM C 31 (“Elaboración y curado de especímenes de concreto en obra”) para operaciones de des-cimbrado, puesta en servicio, liberación de presfuerzo, etc. Así, los cilin-dros pueden subestimar en muchos casos la resistencia real del material en la estructura ocasionando que la espera para proceder al siguiente paso constructivo sea mayor de lo necesario.

Gráfico N°. 1 Evolución de Resistencias de un concreto bajo diferentes condiciones de temperatura.

Por este motivo se utilizan los principios de madurez para determinar la resistencia del material in situ (ACI 228). La norma ASTM C 1074 expone los principios del método antiguo de madurez, sin embargo este método ha sido superado por la tecnología y hoy en día en lugar de usar aproxi-maciones teóricas y extrapolaciones hechas en laboratorio, existen dispo-sitivos que permiten monitorear directamente la evolución térmica de la estructura y la reproducen en moldes de cilindros especiales.

El concreto Profesional MR con Tecnología TH2 emplea el método de se-guimiento térmico para determinar la resistencia real de la estructura. El concreto Profesional MR con Tecnología TH es la solución integral para proyectos que requieren descimbre a edad temprana (menor a 24 horas) para incrementar su ciclo productivo y/o garantizar la resistencia de la estructura de especificación del proyecto.

El concreto Profesional MR con Tecnología TH consta de:

1. Diseños de Concreto a la medida: Incluye mezclas de concreto optimizadas con aditivos especiales compati-bles con nuestro cemento que garantizan resistencias a edad temprana.

2. Monitoreo Térmico Automatizado: Proporciona un sistema de monitoreo térmico automatizado que estima la resistencia real de la estructura. Los cilindros especiales llamados “ter-moseguidores” copian las condiciones térmicas del material de la estruc-tura y se fallan a una edad determinada, mostrando una resistencia más aproximada a la de la estructura que la de los cilindros curados bajo con-diciones estandarizadas.

3. Sistemas de Curado Eficiente: Ofrece el servicio de asesoría en el proceso constructivo del cliente, des-de el colado inicial hasta el descimbre, incluyendo un manual de recomen-daciones de curado eficiente.

III. IMPLEMENTACIÓN DEL CONCRETO PROFESIONAL MR CON TECNOLOGÍA THLa empresa Tradeco Infraestructura encomendó a Freyssinet de Méxicola fabricación y montaje de 3 túneles falsos con el sistema de Bóveda TechSpan® para el paso del ferrocarril en la Laguna de Cuyutlán en Manzanillo, Colima.

Objetivo:En este proyecto se realizó la implementación del Concreto Pro-fesional MR con Tecnología TH para conocer la resistencia real de las bó-vedas prefabricadas en las diferentes fases de los elementos, para ace-lerar ciclos de producción.

Los requerimientos del proyecto se presentan en la Tabla N°.1.

Etapas del Ciclo productivo

Para la fabricación de las bóvedas TechSpan® se identifican las siguien-tes etapas.2La Tecnología TH es una solución integral para proyectos de descimbre temprano desarrollado por CEMEX-SIKA.

1. Colado: se requiere un concreto de alta resistencia inicial para po-der aumentar el volumen de producción por día. El revenimiento es de 11 ± 1 cm debido a la inclinación de los elementos y el método de colocación (Figuras N°1).

2. Descimbre: Se requiere una resistencia dada para garantizar que los esfuerzos generados en la etapa de descimbre (12-15 horas) sean

.)2 .° N arugiF( sotneimarusif odnative ,otercnoc le rop sodatropos3. Estiba: Los elementos son colocados en el patio de almacenaje

Tabla N°.1 Requerimientos técnicos del proyecto

ProyectoBóvedas TechSpan® para Túnel

del Desvío Ferroviario.Manzanillo, Col.

Cliente Freyssinet de México S.A. de C.V.

Requerimientos técnicos del concreto

Resistencia a compresión 28 días: f´c 350 kg/cm2

Revenimiento: 11 ± 1 cmResistencia temprana a

16-18 horasrequerida para el descimbre e

izaje

Volumen por elemento tipo Mayor a 20m3

Volumen por día 200m3 a 230m3

Figura N°. 1 Colado de bóvedas prefabricadas.

Figura N°. 2 Descimbre e izaje.

una vez que son descimbrados (15-18 horas). El concreto debe sopor-tar los esfuerzos altos del izaje realizado con grúa en los puntos críticos (estrobos)(Figura N°. 3).4. Transporte: Las piezas son transportadas en plataformas aproxima-damente un trayecto de 30 kilómetros, inclusive con edades tempranas de tan solo 20 horas.(Figura N°. 4).

5. Montaje: Los elementos prefabricados son colocados en el sitio al siguiente día para acelerar los tiempos del proyecto.(Figura N°. 5).6. Puesta en Operación: La puesta en operación lleva aproximada-mente 28 días (esfuerzo de relleno sobre el túnel) cuando el concreto ha alcanzado la resistencia de 350 kg/cm2..(Figura N°. 6).

IV. METODOLOGÍA 1. Diseño de Concreto a la medidaEl Centro de Tecnología de Cemento y Concreto de CEMEX desarrolló un diseño de mezcla hecho a la medida para el proyecto, incluyendo tecno-logía de aditivos SIKA, que cumplió con las resistencias a edad temprana especificadas para cada etapa del proyecto. El concreto suministrado mantuvo un revenimiento de 11 ± 1 cm para ga-rantizar la consistencia adecuada necesaria para la colocación en las bó-vedas inclinadas.

Figura N°. 3 Estiba. Figura N°. 4 Transporte en plataforma.

Figura N°. 5 Montaje de bóvedas prefabricadas en el sitio.

Figura N°. 6 Puesta en operación del Túnel del Desvío Ferroviario.

2. Monitoreo Térmico AutomatizadoSe definen los puntos críticos del elemento por temperatura y por esfuer-zos críticos en el izaje (Figura N°.7).

Se obtienen las curvas de calorimetría para cada uno de los puntos, como se observa en el gráfico N° 2.

En el gráfico N°. 2 se observa el monitoreo térmico en distintos puntos de la dovela mediante sensores térmicos (termopares) sumergidos en el

Gráfi co N°. 2 Temperatura de concreto en distintos puntos de bóveda prefabricada.

Figura N°. 7 Puntos monitoreados en el seguimiento térmico de la bóvedas prefabricadas.

Tiempo, h

concreto (Figura N°.8). A partir de la información estadística obtenida de los puntos A, B y C se eligió al punto más crítico, el de más baja tempe-ratura, para optimizar los diseños de mezclas y termoseguir el elemento. Este monitoreo se realiza mediante los cilindros “termoseguidores” que como su nombre lo indica, reproducen la huella térmica del elemento y lo trasladan a los cilindros para obtener la resistencia real del elemento y de esta forma garantizar el esfuerzo requerido del concreto en cada una de las etapas.

3. Sistemas de Curado Eficientes

Es importante mencionar que aunque exista un diseño optimizado de mezcla de concreto en conjunto con un monitoreo térmico es necesario seguir las prácticas constructivas para el curado eficiente del elemento. El curado consiste en mantener un contenido satisfactorio de humedad y temperatura en el concreto recién colado para que pueda desarrollar las propiedades deseadas. La resistencia y la durabilidad del concreto se desarrollarán plenamente sólo si se cura de manera adecuada. En el caso de las bóvedas prefabricadas fue necesario tomar especial atención en este punto debido a las altas temperaturas que desarrolla el concreto por sí mismo, así como la temperatura ambiente del sitio (máx 34°C).De esta forma, todos los elementos fueron debidamente protegidos de la pérdida de humedad mediante membranas de curado para evitar pro-blemas por agrietamiento de contracción plástica que pueden afectar el desempeño de la estructura.(Figura N°9).

Temperatura Máxima 70°C Tiempo en el que alcanza -temperatura máxima

9.3 h

Temperatura a 14 horas 66 °C Temperatura a 16 horas 63 °C

Figura N°. 8 Termopares colocados en los puntos críticos de los elementos.

Tabla N°. 2 Datos de monitoreo térmico en la bóveda prefabricada.

V. RESULTADOS OBTENIDOS

En la tabla N°. 3 se enlistan los resultados obtenidos con el uso del Con-creto Profesional MR con tecnología TH:

Tabla 3. Resultados obtenidos con el uso del Concreto ProfesionalMR con Tecnología TH:

Característica Mínimo Máximo Promedio

Temperatura al momento del colado, °C 25 34 31

Revenimiento, cm 8 14 11

Porcentaje de resistencia requerida a edad tempra-na (18 h) medida con cilindros convencionales

91% 138% 114%

Porcentaje de la resistencia requerida a edad tem-prana (18 h) con cilindros termoseguidores,

112% 152% 142%

Resistencia a 28 días, kg/cm2 346 402 374

En el gráfico N°.3 se presenta la evolución de resistencia a edad tempra-na comparando un cilindro convencional y un cilindro termoseguidor. Así, por ejemplo a 18 horas un cilindro convencional presenta en promedio el 114% de la resistencia especificada y el termoseguidor tiene el 142% de la resistencia a edad temprana, con lo que es posible optimizar diseños conociendo la resistencia real de la estructura, representada por el cilindro termoseguidor.

Figura N°. 9 Membranas de curado aplicadas a los elementos.

Gráfico N° 3. Desarrollo de resistencia a edades tempranas con cilindros convencionales (azul)en comparación con cilindros termoseguidores (rojo).

V. RESULTADOS OBTENIDOS

En el gráfico N°.3 se presenta el estudio realizado a distintas edades tem-pranas desde las 14 horas hasta las 18 horas, para poder eficientar el ciclo productivo en las etapas iniciales. Los valores presentados son promedio del monitoreo realizado durante el proyecto. Los resultados a 28 días cum-plieron con la especificación de 350 kg/cm2.

VI. CONCLUSIONES:

El uso del concreto Profesional MR con Tecnología TH en el proyecto permitió: • Empleo de todos los moldes todos los días (Aumento de coladosdiarios de aprox. 20%)• Ningún elemento presentó fisuras por retracción• Elementos con fisuras por esfuerzos al descimbrar=0%• Se montaron los elementos el mismo día del descimbre lo cual setraduce en :• Reducción de 200% el área necesaria para almacenar• Reducción de 50% en horas máquina (grúas y plataformas)• Proceso más seguro ya que se evita una maniobra con peso muer-to suspendido.• La productividad del ciclo constructivo de la prefabricación impactó direc-tamente en la reducción de costos directos variables en 36% (6% del total).

,sortem 004 isac ed dutignol anu neneit oiraivorreF oívseD led selenút soLa la fecha es el túnel más amplio hecho por Freyssinet de México. La

;ozram ne ónimret es y oña etneserp led orene ne óicini es nóiccudorpel montaje se inició prácticamente a la par que la fabricación permitien-do que la obra tuviera un gran avance.

Este proyecto de gran magnitud utilizó tecnología de punta que permitió optimizar el ciclo productivo, cumpliendo con los estándares de calidad requeridos.

Fuentes:• ASTM C 1074 (1998). Practice for estimating concrete strength bythe Maturity Method.• ACI Committee 228, (1995). In Place Methods to Estimate ConcreteStrength.• ACI Materials Journal. (1991) Development of Concrete. Vol.88No.1. pp.74-83• ACI-308 (1994) Práctica estándar para el curado del con-creto. IMCYC, México.• Carino, N.J. and Tank R.C (1991), Rate Constant Functions forstrength. • Hermida, Germán (NI). MADUREZ del concreto y determinación dela resistencia in situ Colombia.

Sika Responde 01 800 123 7452Para mayor información: