Método de Madurez del hormigón
1.1 ¿Qué es la madurez del hormigón?
La madurez del hormigón, es un método no destructivo que no genera residuos de hormigón, usado para obtener el desarrollo de la resistencia de hormigón en la obra, es el método recomendado por la norma NCh170 Oficial desde el 2017, para estimar la resistencia del hormigón colocado tal como lo indica en el punto 15.2.2.4 .
15.2.2.4 La resistencia del hormigón colocado se debe estimar por medio del método de madurez.
Este método está basado en el principio de que la resistencia del hormigón está directamente relacionada al historial de la temperatura de hidratación de la mezcla de cemento. El método de madurez es un acercamiento relativamente simple para estimar en el en obra la resistencia a la compresión del hormigón, específicamente en la etapa temprana, es decir, antes de 14 días.
El método de madurez se rige por el supuesto fundamental de que un determinado diseño de mezcla de hormigón, vertido durante el curso de un proyecto específico, tiene la misma resistencia a la compresión cuando tiene el mismo “índice de madurez”. Esto significa que un diseño de mezcla de hormigón, por ejemplo, puede alcanzar la misma resistencia a la compresión después de 7 días de curado a 10°C que cuando se cura a 25°C durante 3 días.
En Chile la norma que rige este método, es la Nch3565 la cual tiene su base en la normas ASTM C1074, ASTM C918, ACI 318-6.2, ACI 228 -2.7 y ACI 306-6.4. El método de madurez del hormigón es ampliamente adoptado por la dirección de vialidad del Ministerio de Obras Públicas, el SERVIU Metropolitano y fuera de Chile por la DOTs en Norteamérica. (ver artículo “El control de temperatura es obligatorio en plantas de prefabricados en EEUU”)
El uso del método de madurez requiere la calibración de una mezcla de hormigón en condiciones de laboratorio, antes de que pueda usarse para correlacionar la madurez con la resistencia en un proyecto, sin embargo también hay un método simplificado, para crear la curva de madurez (ver link). La calibración de madurez es específica para un único diseño de mezcla o para una dosificación específica. Una vez que la curva de calibración de la madurez se desarrolla en el laboratorio para una mezcla específica, puede utilizarse para la estimación en obra de la resistencia a la compresión del hormigón en tiempo real, tal como lo indica la norma NCh170.
15.2.2.4 – La resistencia del hormigón colocado se debe estimar preferentemente por medio de métodos de madurez o en su defecto por medio de probetas conservadas en condiciones similares a las del hormigón colocado.
Figura 1: Ejemplo de la relación entre madurez y resistencia.
ASTM C1074 – Definición del método de madurez:
“Es una técnica para estimar la resistencia del hormigón y se basa en la suposición de que las muestras de una determinada mezcla de hormigón alcanzan iguales resistencias si logran el mismo valor de madurez.”
1.2 Función de la madurez.
La calibración de la madurez es específica para una mezcla particular de hormigón. La mezcla de hormigón utilizada para la calibración en el laboratorio debe ser lo más representativa posible del hormigón utilizado en el sitio, es decir, debe ser tomada en la obra a pie de camión.
La ecuación más conocida para la madurez se llama la ecuación de Nurse-Saul (ecuación del factor temperatura-tiempo). Este concepto de madurez se basa en una función lineal entre la temperatura y la ganancia de resistencia, donde se toma el área bajo la curva de temperatura (integral de la curva de temperatura) como el índice de madurez basado en la siguiente ecuación:
Figura 2: Ecuación Nurse-Saul.
También hay otras ecuaciones más complejas como la función de Arrhenius para calcular el índice de madurez. En la norma ASTM C1074 se describen ambas funciones. El Chile se acepta la ecuación de Nurse-Saul como un método de madurez apropiado. La aplicación SmartRock2 admite las funciones Nurse-Saul y Arrhenius.
1.3 Datum temperatura.
La temperatura de Datum representa la temperatura a la cual el hormigón comienza a ganar resistencia. La temperatura de referencia es específica para un diseño de mezcla. La ASTM C1074 – A.1 proporciona un procedimiento estándar para encontrar la temperatura de referencia.
Una estimación práctica de la temperatura de referencia, sugerida por estudios previos, está entre 0 ºC y -10 ºC.
En Chile el valor para el datum de temperatura recomendado es 0° para la las regiones con temperaturas cálidas la mayoría del año y de -10° para regiones del extremo sur.
2 Procedimiento para desarrollar la relación resistencia-madurez.
Resumen
Paso 1: Prepare un mínimo de 15 probetas cilíndricas (2 para la temperatura y 13 para el control de la resistencia)
Paso 2: Proporcionar la misma condición de curado para todos los cilindros, instalar sensor SmartRock2 en dos cilindros.
Paso 3: Romper 2 cilindros para cada etapa, determinando el valor de resistencia promedio. (Ensaye el tercer cilindro si la diferencia de resistencia entre los dos cilindros excede el 10%)
Paso 4: Descargar valores de madurez de Sensor SmarRock2, corelacionar la hora de ensayo de compresión con la madurez en esa fecha hora, utilizando planilla de asistencia para generación de curva de madurez (ver Link).
Paso 5: Ingresar curva de madurez en aplicación SmartRock2 (ver video cómo ingresar una nueva curva de calibración en SmartRock2).
Detalle
PASO 1:
La calibración de madurez requiere un mínimo de al menos 5 puntos de datos. Debe haber un conjunto de de datos de 2 cilindros en cada uno y 2 cilindros adicionales para el monitoreo de la temperatura (y el cálculo del índice de madurez) con el tiempo.
La práctica común consiste en comprobar la resistencia a la compresión en los días 1, 3, 7, 14 y 28. Sin embargo, si se especifica de otro modo, la edad de calibración puede variar en función del desarrollo de la resistencia de la mezcla específica de hormigón y pueden obtenerse más puntos de datos. Por cada nueva edad se deben agregar 2 nuevos cilindros.
Cada calibración de madurez es diferente, dependiendo del diseño de la mezcla. La proporción de la mezcla y el componente del hormigón deberán ser los mismos que los utilizados en el proyecto u obra. Las variaciones en la mezcla, incluyendo el contenido de agua y la fuente de cemento pueden afectar la relación madurez-resistencia y deben ser consideradas al usar la curva original de calibración de madurez para una mezcla específica.
PASO 2:
La condición de curado debe ser la misma para todos los especímenes (cilindros) utilizados para la medición de la resistencia así como la temperatura de curado la cual generalmente está fijada en 22°
PASO 3:
Los ensayos de preparación, curado y compresión de los especímenes de hormigón deben realizarse de acuerdo con las especificaciones estándar de Nch 1037. Para cada edad, se debe probar un mínimo de dos cilindros, si el rango de resistencia a la compresión entre los dos cilindros es mayor al 10% se debe evaluar el resultado de la rotura del tercer cilindro.
Figura 3: Monitoreo de resistencia y temperatura.
PASO 4:
Utilice el sensor SmartRock2 para medir el índice de madurez en los dos cilindros.
Los sensores SmartRock2 pueden utilizarse para la calibración de la mezcla. Siga el procedimiento de marcado y activación de estos sensores y coloque el cable del sensor de temperatura en el centro del cilindro de hormigón fresco. El sensor negro que registra los datos se puede guardar fuera o dentro del cilindro. Si se deja afuera es posible recuperar y reutilizar el sensor.
Opción 1: Manual para calcular la madurez.
Calcular madurez manualmente para todas las mezclas usando los datos de temperatura (obtenidos de simples unidades de monitoreo de temperatura como termopares) y las ecuaciones dadas. También puede utilizar una hoja de Excel proporcionada para este propósito.
Opción 2: Cálculo de la madurez con aplicación SmartRock2TM
Cuando se utilizan sensores SmartRock2 para la supervisión de la temperatura del hormigón durante el procedimiento de calibración, el índice de madurez se puede calcular utilizando la aplicación SmartRock2. Para que la madurez sea calculada por la aplicación, para cada uno de los sensores hay que seleccionar un tiempo de vertido (el tiempo en el que se colocó el sensor de temperatura dentro del hormigón) y una mezcla de hormigón. Cree o seleccione una mezcla aleatoria de hormigón con la misma temperatura de referencia que la mezcla que está probando. La aplicación calculará automáticamente el vencimiento, sin embargo, no debe tomar en cuenta la pantalla de resistencia, ya que se aplicó una mezcla aleatoria. Utilice los datos de madurez para las edades específicas seleccionadas. Lo cuales se pueden descargar fuera de la aplicación compartiendo el reporte vía email. Este email ira acompañado de un archivo PDF y un archivo CSV con todos los datos de madurez parciales.
PASO 5:
Ahora tendrá un conjunto de datos de madurez y resistencia similar al mostrado en la Tabla 2. De modo tal que puede definir su nueva mezcla e ingresar los valores de madurez y resistencia junto con la temperatura de referencia para esa mezcla.
Tabla 1:
Ejemplo de datos de madurez y resistencia de la calibración.
Tabla1: Ejemplo de datos de madurez y resistencia de la calibración.
(LOS DATOS DE RESISTENCIA HAY QUE DIVIDIRLOS POR 100 PARA LLEGAR A MPa.)
Figura 4: Curva de calibración.
3 Definir nueva mezcla en la aplicación SmartRock2.
Paso 1 – Mix ID: Dar un nombre a su nueva mezcla, por lo general este sería el nombre de la mezcla proporcionada por su productor de mezcla.
Paso 2- Método de madurez: Seleccione el método de madurez que está utilizando. El factor tiempo de la temperatura es la ecuación de Nurse-Saul, la edad equivalente es la ecuación de Arrhenius.
Paso 3- Datum temperatura: Si seleccionó el factor de temperatura, ingrese el valor del datum de temperatura, la gran mayoría de las veces este valor es cero en Chile.
Paso 4- Ingrese la calibración obtenida:
Opción 1- Introduzca los parámetros de curva de ajuste a y b (ver figura 4)
Opción 2- Introduzca los valores obtenidos de la calibración. La aplicación calculará automáticamente los valores a y b para usted.
4 Certificado de curva de madurez
Ya sea que la curva de calibración este siendo elaborada por un laboratorio de ensayos de materiales, una empresa proveedora de hormigón premezclado o un laboratorio interno de autocontrol. El resultado de la curva de calibración debe ser emitido en un documento del cual quede respaldo donde se indique todos los aspectos que fueron tomados en consideración por el personal que elaboró dicha curva (ver video cómo ingresar una nueva curva de calibración en SmartRock2).
El certificado debe contener la resistencia de interés y el rango de validez del en fecha.
5 Recomendaciones y buenas prácticas.
En el mercado es común ver certificados donde se realizan ensayos de compresión únicamente hasta que la resistencia especificada es alcanzada sin considerar lo que sucede después de esto, es decir, se rompen muestras de 1, 3 y 7 días únicamente, el problema de esta práctica es que puede generar una sobre estimación de la resistencia, sobre todo a la resistencia a los 28 días, que es en el caso de Chile la resistencia normativa.
Por esto, es imprescindible contar con el set completo de resistencias de 1, 3, 7, 14 y 28 días.