La madurez del concreto es una metodología avanzada utilizada para estimar la resistencia del concreto de manera precisa, basándose en la temperatura y el tiempo de curado.
La industria de ensayos de materiales de construcción está entusiasmada con la posibilidad de calcular la resistencia del hormigón mediante el método de madurez no destructivo. Este método proporciona una serie de mejoras al método tradicional del ensayo de compresión en el laboratorio. Sin embargo, el método de madurez no es otra alternativa ni un reemplazo.
La madurez del concreto indica qué progreso ha tenido el curado de éste. La madurez es la relación entre la temperatura del concreto, el tiempo y el aumento de la resistencia.
Qué es la madurez del concreto
El curado del hormigón es un proceso exotérmico. El ensayo de madurez aprovecha este conocido fenómeno de calentamiento para calcular la resistencia inicial del hormigón vertido en función de su temperatura.
El método de madurez es una técnica no destructiva que utiliza el historial de temperatura del concreto para estimar el desarrollo de su resistencia in situ.
El concepto de madurez del concreto está fundamentado en la relación que existe entre el desarrollo de la temperatura, la edad, y la evolución de la resistencia. Las propiedades del concreto evolucionan en el tiempo, en la medida que el cementante reacciona, se hidrata y libera calor, presentando cambios significativos en las primeras horas del fraguado.
La madurez se calcula mediante el seguimiento de cambios en la temperatura del concreto fresco con el tiempo. Dado que cada mezcla de concreto tiene su propia relación madurez-resistencia, se puede utilizar la madurez para estimar la resistencia de esa mezcla en cualquier momento después de la colocación.
El método de madurez se fundamenta en el principio de que la resistencia del concreto está influenciada por la combinación de la temperatura y el tiempo.
Cómo funciona el método de madurez
La temperatura se mide con dispositivos de lectura de temperatura incrustados en el hormigón cuando se coloca en su sitio. Deberá conocer la temperatura, los intervalos de tiempo desde que se vertió el hormigón y la relación resistencia-madurez.
Según esta norma, el índice de madurez se calcula acumulando el producto entre la temperatura y el tiempo de curado del concreto.
La madurez se define mediante dos enfoques principales: el factor de temperatura-tiempo y la edad equivalente a una temperatura específica.
Los sensores registran el historial de temperatura, calculan el factor tiempo-temperatura (TTF) y lo comparan con curvas de referencia calibradas para el diseño específico de la mezcla.
Nuestro sistema funciona como un equivalente digital de alta precisión a los procedimientos de cálculo manuales.
Relación resistencia-madurez y calibración en laboratorio
Para llevar a cabo una estimación precisa de la resistencia, es esencial desarrollar en laboratorio una relación resistencia-madurez específica para la mezcla de concreto que se utilizará en cada obra.
Calibración en laboratorio: Prepare cilindros de prueba con su mezcla específica y ensáyelos a diferentes edades para crear una curva resistencia-madurez.
Los sensores de madurez son tan buenos como los resultados de ensayo que crearon la curva.
El hormigón vertido en el sitio debe tener el mismo diseño que se utilizó en el laboratorio para crear la curva.
Por ejemplo, si un lote del diseño del material original llega al sitio, pero los técnicos de campo deciden que la mezcla no es viable, podrían agregar agua para mejorar su viabilidad. O quizás introduzcan aditivos o aceleradores para ajustar el aire incorporado, o para acelerar o retardar el curado. Estas adiciones cambiaron el diseño original de la mezcla y ahora el cálculo de la curva se ve comprometido.
Hay muchas variaciones en el trabajo con hormigón, no solo en las condiciones finales del sitio.
Normas aplicables
El método para determinación de la madurez del concreto, descrito en la norma ASTM C1074, puede ser desarrollado con los mismos equipos usados para el control de temperatura, que se lleva a cabo por temas de calidad.
La ASTM C1074 es la norma de referencia internacional que establece los lineamientos para el método de madurez, basado en la relación entre la temperatura, el tiempo de curado y la resistencia.
La norma chilena establece un procedimiento para determinar la madurez del concreto mediante la expresión del modelo de Nurse-Saul, que es el mismo modelo fundamental en la ASTM C1074.
En Obralink, somos líderes en la aplicación de esta tecnología, respaldados por un profundo conocimiento de las normativas internacionales, como la ASTM C1074, la NCh 3565:2018 (en el caso de Chile) y la NMX-C-219-ONNCCE-2005 (en el caso de México).
| Norma | Aplicación |
|---|---|
| ASTM C1074 | Estimación de la resistencia del concreto por el método de madurez |
| NCh 3565:2018 | Implementación del método de madurez en proyectos locales de Chile |
| NMX-C-219-ONNCCE-2005 | Referencia normativa para el método de madurez en México |
| NTC 3318 | Temperatura máxima de colocación de 32°C |
| ACI 305 | Rango de temperatura de colocación hasta los 38°C en climas cálidos, siempre que se garanticen óptimas condiciones de curado |
| ACI-207.2R | Temperatura del elemento por debajo de 70°C y gradiente inferior a 20°C |
Importancia del control de temperatura en obra
El control de temperatura desde las etapas iniciales en el concreto, hasta que se encuentra vertido en el elemento estructural y se desarrolla el fraguado, se ha constituido como uno de los mecanismos más confiables para asegurar su calidad, pues en caso de presentarse temperaturas excesivas, se verían comprometidas la durabilidad y la resistencia, lo que es completamente indeseable.
Son diversos los factores que intervienen en la ganancia de calor dentro la mezcla, en muchos casos influyen los sistemas de colocación y la geometría, mientras que en otros escenarios las cuantías de cementantes son el punto más crítico.
Es bien conocido que tanto las especificaciones nacionales, como internacionales tienen restricciones en lo que respecta a la temperatura de colocación del concreto, que tiene como último objetivo el control del gradiente térmico dentro del proceso de fraguado.
A nivel local, la NTC 3318 fija una temperatura máxima de colocación de 32°C, mientras que códigos internacionales, como el ACI 305, plantean un rango más amplio para obras desarrolladas en zonas con climas cálidos, llevando el espectro hasta los 38°C, siempre que se garanticen óptimas condiciones de curado.
Una vez colocado el concreto, de acuerdo con el ACI-207.2R, a nivel general las especificaciones exigen temperaturas del elemento por debajo de 70°C, y especial cuidado en los gradientes de temperatura entre el núcleo y el exterior del elemento (ambiente), que debe ser inferior a 20°C.
Para poder efectuar estos controles en obra, es necesario contar con un sistema integral, que se compone de consolas electrónicas, termocuplas, conexión a red inalámbrica, y un software para procesamiento y análisis de la información.
Procedimiento de aplicación
1. Preparación de la curva en laboratorio
El hormigón vertido en el sitio debe tener el mismo diseño que se utilizó en el laboratorio para crear la curva.
Prepare cilindros de prueba con su mezcla específica y ensáyelos a diferentes edades para crear una curva resistencia-madurez.
2. Instalación de sensores en obra
La temperatura se mide con dispositivos de lectura de temperatura incrustados en el hormigón cuando se coloca en su sitio.
Monitoreo de campo: Instale el CONTEMP con sondas embebidas en el concreto.
El dispositivo Rsense2 de Obralink es clave para llevar a cabo este proceso, ya que permite registrar de manera continua la temperatura del concreto y calcular el índice de madurez, lo cual es fundamental para la estimación de la resistencia en el sitio.
LoRa (Long Range) es una tecnología de comunicación inalámbrica de bajo consumo y largo alcance, ideal para entornos industriales donde se requiere la transmisión de datos a largas distancias sin necesidad de cables.
3. Registro y análisis de datos
Una vez instalados, los sensores envían datos las 24 horas del día.
Así pues, es posible garantizar la trazabilidad en el desarrollo de temperaturas en la matriz de concreto, a la vez que estos datos son aprovechados para confrontar con la curva característica y estimar la resistencia instantánea, con buena precisión.
Cuando usan el método de madurez, los equipos de personal a cargo de la construcción pueden estimar la resistencia de su concreto colocado en tiempo real.
Con sensores de madurez integrados con aplicaciones móviles y acceso a datos basados en la nube, se dispone rápidamente de la información necesaria para determinar si el hormigón está listo.
Aplicaciones en la construcción
Postensado anticipado
En proyectos postensados, es crucial conocer el momento preciso para realizar el postensado de los tendones.
Postensar anticipadamente: En proyectos postensados, es crucial conocer el momento preciso para realizar el postensado de los tendones.
Retiro de encofrados
Medir la resistencia en proyectos con Encofrado Monolítico: En proyectos que utilizan encofrado monolítico, el método de madurez es esencial para medir la resistencia del concreto antes de retirar los encofrados.
Avance entre niveles
Por ejemplo, en un proyecto de construcción de un edificio de varios pisos, los trabajadores de campo quieren saber lo antes posible cuándo pueden pasar al siguiente piso.
Para agilizar los plazos, incrementar la seguridad y mejorar los métodos de construcción, los equipos de construcción necesitan saber la resistencia del concreto en el sitio de trabajo en tiempo real.
Elementos estructurales críticos
Si desea conocer la resistencia de una posición crítica como una columna, no puede quitar fácilmente una sección para realizar el ensayo de resistencia tradicional.
Los sensores de madurez, sin embargo, se pueden colocar en las columnas. Esto permite conocer un componente específico en un momento dado.
MADUREZ DEL CONCRETO ASTM C1074
Ventajas del método de madurez
La madurez es útil para calcular la resistencia inicial del hormigón y, lo que es más importante, hacer ese cálculo antes de lo que se haría con los métodos de laboratorio tradicionales en el cronograma de un proyecto.
El hormigón in situ se expone a la intemperie y a otras condiciones ambientales que afectan la resistencia inicial. La resistencia real del hormigón en su sitio puede variar debido a las diferentes condiciones de curado.
Confiar únicamente en las roturas de cilindros o cubos curados en laboratorio a menudo da como resultado datos que no representan las condiciones in situ de la estructura.
Debido a la relación entre volumen y superficie, los elementos del mundo real a menudo se hidratan a temperaturas más altas que las muestras pequeñas, lo que significa que los resultados de laboratorio pueden ser demasiado conservadores, lo que provoca cuellos de botella innecesarios en los proyectos.
Esta solución utiliza el método de madurez (ASTM C1074) para estimar la resistencia del hormigón directamente en la estructura.
- Mayor seguridad: tenga la certeza de que los hitos estructurales críticos se basan en la resistencia real del hormigón, independientemente de las condiciones del laboratorio.
- Reducción de los costes de ensayo: minimice la logística y la mano de obra necesarias para moldear y romper grandes volúmenes de muestras curadas en el campo.
- Monitorización y análisis 24/7: una vez instalados, los sensores envían datos las 24 horas del día.
- Sostenibilidad y rentabilidad: optimice las mezclas de hormigón para reducir las emisiones de carbono sin aumentar los costes.
Limitaciones y precauciones
Es importante recordar que este método calcula la resistencia.
Si bien es cierto que los cálculos de madurez reflejan las condiciones del sitio que afectan la resistencia inicial, estas condiciones son menos relevantes cuando se realizan ensayos para comprobar el desarrollo de la resistencia máxima, generalmente a los 28 días.
En las primeras etapas del curado, el hormigón es más vulnerable a las condiciones del sitio que a los 28 días.
Por el contrario, algunas condiciones del sitio, como las altas temperaturas en la etapa inicial, pueden reducir la resistencia a largo plazo del hormigón, que será menor que la predicha con el método de madurez.
Si bien el método de madurez ofrece un cálculo de resistencia en tiempo real, no deja de ser solo un cálculo.
Y cuando se trata de estructuras fundamentales, la resistencia inexacta del hormigón puede tener consecuencias graves en la integridad de un edificio.
En pocas palabras, el método de madurez no es válido sin el ensayo de resistencia tradicional.
Madurez y ensayos tradicionales de resistencia
El proceso completo del ensayo de materiales de construcción comienza y termina con la rotura de los cilindros.
Por último, necesita métodos de ensayo de resistencia tradicionales para determinar la resistencia final. Cualquier otra cosa es solo un cálculo.
Utilice sensores de madurez en el campo para obtener un análisis rápido y complemente esa información con los resultados de los ensayos de laboratorio continuos (ensayos intermedios de 7 y 14 días) y finales de 28 días para verificar que todo esté bien.
Los sensores de madurez sirven como pasos intermitentes en el proceso de construcción.
El método de madurez no es otra alternativa ni un reemplazo.
Todos (los laboratorios de ensayo, los propietarios de proyectos, las organizaciones o entes reguladores gubernamentales, las aseguradoras, etc.) deben poder confiar en que los materiales de construcción cumplen con las resistencias y las tolerancias esperadas.
Afortunadamente, esta validación no tiene que retrasar el proyecto. Ambos procesos de ensayo funcionan juntos para proporcionar más información a los gerentes de proyectos de construcción.
El valor de toda esta información junta brinda mejores resultados finales y una terminación más rápida del proyecto.
Este paso se puede mejorar aún más con una plataforma integrada de ensayo de materiales de construcción que elimina el error humano del proceso de ensayo, proporciona resultados inalterables según el diseño y el lote de la mezcla y automatiza el análisis.
ForneyVault mejora el rendimiento de los ensayos y proporciona resultados inalterables y confiables.
Control del curado
Tanques de curado (EDGE Essential Plus): Mantener la temperatura óptima de 27°C ± 2°C y humedad entre 85-95% HR es esencial.
La alerta automática de deshumidificación a >90% HR previene condensación y defectos de superficie según ASTM F2170.
Carpas de vapor (EDGE Thermo): El curado con vapor acelera la hidratación a temperaturas de 85-140°F y HR de 75-90%.
Caso de estudio: Puente Cauca
El caso de estudio presentado es en el Puente Cauca actualmente en construcción.
En este tipo de estructuras son fundamentales los tiempos en que el concreto alcanza la resistencia objetivo para el tensionamiento de cables y avance en los voladizos, lo que en última instancia define el ritmo de construcción, para lo cual se tiene disponible tecnología de control de temperatura y madurez del concreto.
Durante el vaciado de cada dovela se embebieron 4 termocuplas, indicando datos de temperatura en tiempo real a una plataforma web capaz de correlacionar estas temperaturas con la resistencia instantánea del elemento, por lo que al alcanzar la resistencia objetivo para tensionamiento (80% * f’c) se emitía una alerta.
Seguido, se procedía a confrontar el dato de resistencia con la falla de cilindros a compresión, coincidiendo en el 100% con el dato estimado por madurez, para proceder al tensionamiento de cables de postensado y a la construcción de la siguiente dovela.
En el gráfico 2 se presenta la curva de resistencias estimadas, cada hora a través del método de madurez de concreto, referenciando en ella la resistencia de diseño (f’c) y la resistencia objetivo para el proceso de tensionamiento de cables (80% * f’c).
Uno de los resultados más destacados de este proceso fue que se logró fijar con precisión la edad de tensionamiento a 36 horas, permitiendo reducir los tiempos de obra considerablemente.
Información necesaria para la toma de decisiones
La madurez es útil para calcular la resistencia inicial del hormigón y, lo que es más importante, hacer ese cálculo antes de lo que se haría con los métodos de laboratorio tradicionales en el cronograma de un proyecto.
Los equipos de construcción necesitan saber la resistencia del concreto en el sitio de trabajo en tiempo real.
Con los sensores de madurez integrados con aplicaciones móviles y acceso a datos basados en la nube, se dispone rápidamente de la información necesaria para determinar si el hormigón está listo.
El uso adecuado de sistemas para control de temperatura y madurez del concreto en tiempo real, se considera una alternativa muy conveniente, no solo para el control de calidad según indican las especificaciones, sino para acceder a información adicional del desempeño de los elementos, que permite tomar decisiones en tiempo real, mejorando ostensiblemente los tiempos de obra y garantizando una obra con altos estándares de calidad.
Los requerimientos especiales de los proyectos, en cuanto a desempeño de los concretos y tiempos de ejecución cada vez son más exigentes, por lo que implementar este tipo de tecnologías es el complemento ideal, al seguimiento de calidad que se efectúa para control de manera convencional.