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Fecha: 21 / 11/ 2013
Arturo Holmgren Greve
Gerente RedTécnica
Grupo Polpaico
1
Hormigones Masivos
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• Introducción
• ACI207 – NCh170
• Desafío…Ingeniería
• Colocación
• Dimensiones del elemento
• Altas dosis de cemento
• Calor de hidratación
• Protecciones y plazos
• Temperatura del hormigón fresco
• Conclusiones
Agenda
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Introducción
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ACI207
“Cualquier gran volumen de hormigón 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”
NCh170
“Elementos cuyas menor dimensión
exceda de 0,80 m”
…permite,e invita, a
aplicar
ingeniería
…sólopermite
ejecutar…
ACI207 - NCh170
Diferencias entre las 2 definiciones más usuales en Chile:
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ACI207 - NCh170
Futura NCh170…texto original
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Desafío…Ingeniería
Temperatura núcleo
Diferencia núcleo-superficie Temperatura
hormigón
frescoColocación
Dimensiones del elemento
Altas dosis de cemento por bajas A/C
Calor de hidratación
Protecciones y
plazos
Todos estos aspectos demuestran la
necesidad de una interacción
multidisciplinaria entre todas las etapasde materialización de un proyecto…Incremento de Temperatura
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Colocación
Capas escalonadas (velocidadque permita potenciar la
pérdida de calor y evitar juntas
frías)
El diseño del retardo del
hormigón puede aportar para unir
adecuadamente cada capa
Capas consecutivas (cadacapa debe ser capaz de
perder calor, previo a recibir
la siguiente)
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5
10
15
20
0 2 4 6 8 10 12 14
Espesor de la Fundación (m)
Incremento de Temperatura
(°C / 100 kg cemento Tipo II)
Fuente: ACI207
Los incrementos de temperatura, por sobre la temperatura del hormigón fresco, sonmás importantes mientras mayores son las dimensiones de la estructura…
Dimensiones del elemento
11
16
Veamos el caso
de 2 fundaciones
en que las
menores
dimensiones son
2 y 7 m,respectivamente
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7
21 20
~ 3.000 m3
Fundación 02
77–53=24°C es lo que debemos esperar de diferencia entre los incrementos
de temperatura en los núcleos de cada fundación.
Incremento estimado en el núcleo
11 x 4,80 = 53 C
2
4031
~ 2.500 m3
Fundación 01
Incremento estimado en el núcleo
16 x 4,80 = 77 C
A/C=0,40…480 kg/m3 de cemento AR, en 2 fundaciones cuyas diferencias son sólo sus
dimensiones. Los incrementos de temperatura en los núcleos, según ACI207, indica:
Dimensiones del elemento
Veamos lo que sucedió en la realidad…
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…la diferencia real del
incremento de la
temperatura en los núcleos
fue de 22°C, similar a la
estimación del ACI207
0
20
40
60
80
100
Ambiente Hormigón Núcleo
T e m
p e r a t u r a
( ° C ) Fundación 01
Fundación 02
Fuente: Propia
La diferencia del incremento de la temperatura en los núcleos fue de 10 veces más
que la diferencia de las temperaturas ambiente y hormigón fresco
Dimensiones del elemento
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¿Consultas?
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Aplicar ACI318 es favorable para disminuir los incrementos de temperaturas
veamos de qué se trata…
¿es pragmático intentar controlar la razón A/C?...ACI asevera que NO… e
indica que la Durabilidad se logra con:
- una Resistencia Especificada consecuente con la A/C deseada,
- aplicando protecciones al elemento bajo interés y/o
- aumentando el recubrimiento de la armadura
¿qué tanto afectan las altas dosis a la generación de altas temperaturas enun hormigón masivo? Veamos qué pasó en realidad…
Altas dosis de cemento
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Durabilidad Baja A/C Alta dosis de Cemento
0,40 480 kg/m3
480 kg/m3/100 x 16 = 77°C + TH. Fresco = …
…se pronostica muy alta temperatura en el núcleo
Esgrimiendo razones de durabilidad, se exigen bajas A/C…lo cual no
es así siempre
H20 hasta H40 con A/C=0,40
Bombeable y 20 mm de tamaño máximoDimensión mínima del elemento 7 m
Altas dosis de cemento
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Razón A/CDosis
(kg/m3)
Compresión
(MPa)
Penetración
de agua
(mm)
Notas
0,40
(20 mm y
bombeable)
480 52 15 Original
Exigencia de
resistencia
(20 mm y
bombeable)
385 57 15 Proposición
Menor desarrollo de temperatura esperado de 95 /100x16 = 15°C
…con similar impermeabilidad…superando la resistencia para un H40
(demostrando que aún es posible aumentar la razón A/C)…
Altas dosis de cemento
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Evolución de Temperaturas de elemento
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
0 48 96 144 192 240 288 336 384 432 480 528 576 624 672 720 768 816 864 912
Edad (horas)
T e m p e r a
t u r a
( ° C )
T° Núcleo
T° Superf.
~40°C
~40 días~30°C
sin grietas
superficiales
Altas dosis de cemento
~102°C
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Cementos de bajo calor dehidratación…muy importante cuando
se especifica A/C(en vez de hacerlo por comportamiento)
0
50
100
0 2 4 6 8
Edad (días)
C a l o r d e
H i d r a t a c i ó n
L a n g a v a n t ( c
a l / g )
Portland Tipo I
Cemento Chileno
(muestra 1)
Cemento Chileno
(muestra 2)
Calor de hidratación
Calor de Hidratación Langavant
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7
Edad de Medición, días
C a l o
r , c a l / g
P 400 P Especial P 55 P 70
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¿Cómo y Cuánto proteger?
¿no será mucho o
peligroso?
Protecciones y plazos
¿no serápoco…?
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y = 2,9804x
2,0186
R2 = 1
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2 4 6 8 10
Espesor (m)
E s
t a b i l i d a d
t é r m
i c a
( d í a s
)
Fuente: ACI 207.2R
Aumentar la protección
térmica es equivalente a
aumentar el espesor del
elemento5 cm de poliestireno expandido
equivale a 2,9 m de hormigón…
Es necesario aplicar protecciones que permitan controlar las diferencias
admisibles de temperaturas. Pero si no se aprovechan las resistencias,
se puede llegar a plazos excesivos…
Protecciones y plazos
Tiempo para que ya
no existan
diferenciales térmicos
internos en el
elemento
Punto 1.2
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Estamos
acostumbrados a los 20
o 25°C como diferencial
admisible. Sin embargo,
la experiencia invita a
mejorar la estimación
del gradiente admisibledel caso en interés y,
así, del plazo óptimo de
protección
Protecciones y plazos
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10 15 20 25 30 35
ORIGINAL
Por evaporación en áridos
Agua de amasado a 2 °C
Enfriamiento de áridos con agua a 13 °C
Reemplazo del 50 % del agua por hielo
Agua a 2 °C (amasado y áridos)
Nitrógeno líquido
Estimaciones de
Temperatura del
Hormigón Fresco
(°C)
Fuente: Michael
Lee, Coldcrete Inc.
Temperatura del hormigón fresco
ACI 207 y
ACI305
recomiendan
limitar la
temperatura
entre 24 y 38°C.
Sin embargo, es
factible
encontrar
especificaciones
con valores
menores…
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T° Inicial en planta : 28,7 °C
T° Final en planta : 17,9 °C
Tiempo Inyección : 10 minutos
T° Final en obra (*) : 20,1 °C
∆ Temperaura : 10,8 °C
(*) 1:17 horas luego de inyección
A considerar
en el ciclo
mixer
Método de enfriamiento(Nitrógeno líquido)
Temperatura del hormigón fresco
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Temperatura del hormigón enfriado
con Nitrógeno
0
5
10
15
20
25
30
0 0:44 1:23 1:58 3:00 3:23
Tiempo (horas)
T ( ° C )
Temp. Hormigón (°C) Temp. Ambiente (°C)
Resistencia del Hormigón enfriado con
Nitrógeno
0
450
0 7 14 21 28
Tiempo (días)
R e s i s t e n c
i a P o t e n c i a l
( k g f / c m 2 )
con LIN sin LIN
Temperatura del hormigón fresco
Método de enfriamiento(Nitrógeno líquido)
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Es necesario aplicar ingeniería (ACI207) en cuanto a la definición de masivo, procesoconstructivo y temperatura del hormigón fresco, considerando la resistencia mecánicadel hormigón y las dimensiones de los elementos, aspectos que son importantes para
establecer diferenciales térmicos admisibles y así métodos y plazos de protecciónadecuados…además, ¿es realmente importante no generar fisuras en este caso?
Altas dosis de cemento (bajas A/C) hacen aumentar las temperaturas del núcleo eimpiden enfriamientos efectivos, aparte de no ser factibles de medir ni ser consecuentes con las resistencias especificadas (ACI318)
Conclusiones