La temperatura del hormigón masivo debe controlarse como dos cantidades independientes: la temperatura máxima alcanzada tras su colocación y la diferencia de temperatura entre el interior y la superficie. Según la norma ACI SPEC-301-20, los límites predeterminados habitualmente citados son 160 °F (70 °C) y 35 °F (19 °C), aunque los límites aplicables están determinados por la especificación del proyecto correspondiente.
Este artículo parte del supuesto de que ya se ha clasificado la colocación como hormigón masivo. Se centra en el desarrollo del calor, las grietas térmicas, el monitoreo de la temperatura y los principales métodos de control, y no aborda definiciones de hormigón masivo, criterios dimensionales ni aplicaciones.
¿Cuáles son los límites de temperatura para el hormigón masivo?
El hormigón masivo suele tener límites tanto para la temperatura máxima del hormigón como para la diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie. El proyecto debe definir los límites aplicables, las ubicaciones de medición, el período de monitoreo y el procedimiento de aceptación, teniendo en cuenta la mezcla real, la geometría del elemento, las condiciones ambientales y las restricciones existentes.
Temperatura máxima predeterminada del hormigón
La norma ACI SPEC-301-20 utiliza160 °F (70 °C)como temperatura máxima predeterminada para el hormigón masivo tras su colocación.
Este límite no es equivalente al límite de temperatura de descarga empleado en la colocación de hormigón en climas cálidos. Se aplica a la temperatura máxima alcanzada en el interior del hormigón masivo, a medida que se acumula el calor de hidratación tras su colocación.
Dicho límite tiene como finalidad reducir el riesgo de problemas de durabilidad relacionados con la temperatura, incluida la formación retardada de ettringita en materiales y condiciones ambientales susceptibles. Las predicciones apoyan la planificación, mientras que los sensores de temperatura instalados verifican el desempeño real.
Diferencia predeterminada entre la temperatura del núcleo y la superficie
El límite predeterminado habitual es de35 °F (19 °C)entre el centro y la superficie de la colocación. Este límite aborda el riesgo de grietas térmicas cuando la superficie se enfría y contrae más rápidamente que el interior más caliente.
Este valor constituye un umbral general de control, y no una constante universal del material. Un análisis térmico específico del proyecto puede justificar un límite distinto, siempre que considere la mezcla real, la geometría, las restricciones, el desarrollo de la resistencia a tracción, el comportamiento elástico y la fluencia.
Límites de temperatura en las especificaciones del proyecto
Los documentos contractuales deben identificar los límites de temperatura aplicables, las ubicaciones de medición, la frecuencia de monitoreo, los requisitos de informe y los criterios de finalización.
El plan aprobado de control térmico explica cómo el contratista cumplirá dichos requisitos. No debe sustituir ni revisar un límite especificado, a menos que los documentos contractuales establezcan un procedimiento aprobado para hacerlo.
¿Por qué aumenta la temperatura del hormigón masivo?
La temperatura del hormigón masivo aumenta cuando la hidratación del cemento genera calor más rápidamente de lo que la colocación puede disiparlo. La historia térmica resultante depende de la generación de calor, la geometría del elemento, la temperatura inicial del hormigón y la transferencia de calor a través de cada contorno.
Generación de calor por hidratación
Los materiales cementicios liberan calor al reaccionar con el agua. En una colocación grande, el calor generado en las zonas interiores debe recorrer una mayor distancia antes de poder escapar a través de una superficie expuesta.
La temperatura interna continúa, por tanto, elevándose tras la colocación. La temperatura máxima se alcanza cuando las pérdidas de calor comienzan a superar el calor restante generado por la hidratación.
Contenido de materiales cementicios y composición de la mezcla
Un mayor contenido de materiales cementicios puede incrementar la generación total de calor. El tipo de cemento, los materiales cementicios suplementarios, la finura de los materiales, los aditivos químicos y las proporciones de la mezcla también afectan a la velocidad y al momento de liberación del calor.
La resistencia por sí sola no define la curva de temperatura. Cuando sea necesario, la selección de la mezcla debe respaldarse mediante calorimetría, amasados de prueba, ensayos de propiedades térmicas o datos de proyectos validados.
Tamaño del elemento y disipación del calor
Los elementos más gruesos contienen generalmente mayor volumen generador de calor en relación con su área superficial expuesta. Asimismo, crean trayectorias más largas para la conducción del calor, permitiendo que el interior permanezca cálido incluso después de que la superficie comience a enfriarse.
El espesor nominal no es el único factor a considerar. Las esquinas, las interfaces entre capas, los elementos embebidos, las juntas de construcción, las cimentaciones, el contacto con el suelo, la exposición al agua y el hormigón previamente colocado pueden generar distintos patrones térmicos dentro del mismo elemento.
Temperatura inicial de colocación
Reducir la temperatura de colocación disminuye el punto de partida del ciclo térmico y, en general, reducirá la temperatura máxima interna esperada.
El precalentamiento puede realizarse mediante agua de amasado refrigerada, áridos enfriados, hielo que sustituya una parte aprobada del agua de amasado, o una combinación calificada de estos métodos. Cuando se especifique hielo, se debe evaluar la capacidad disponible máquinas de hielo en escamasfrente a la cantidad de hielo aprobada por amasado y la tasa máxima de amasado —no únicamente frente a la capacidad de producción diaria.
Encofrado, aislamiento y condiciones de contorno
Las formas, el aislamiento, el contacto con el suelo, la temperatura del aire, el viento, la lluvia y la exposición solar afectan la velocidad con que cada superficie pierde calor.
El aislamiento puede mantener el hormigón caliente durante más tiempo, pero puede reducir el enfriamiento superficial rápido y limitar la diferencia de temperatura entre el núcleo y la superficie. Un aislamiento desigual o los bordes expuestos pueden generar gradientes locales incluso cuando las temperaturas promedio parecen aceptables.
¿Cómo provoca la diferencia de temperatura grietas térmicas?
Una diferencia de temperatura se convierte en un riesgo de agrietamiento cuando distintas partes de la colocación intentan expandirse o contraerse en cantidades diferentes y ese movimiento está restringido. El agrietamiento térmico ocurre cuando la tensión de tracción resultante supera la capacidad a tracción del hormigón en ese momento.
Deformación térmica desigual
El interior más cálido se expande más, o se contrae más tarde, que la superficie más fría. Como el núcleo y la superficie permanecen conectados, ambas regiones no pueden deformarse de forma independiente.
Esta incompatibilidad genera tensiones autoinducidas dentro del hormigón, incluso cuando el elemento no está restringido externamente por otra estructura.
Restricción interna y externa
La restricción interna se desarrolla entre regiones de la misma colocación que tienen historiales térmicos distintos. La restricción externa puede generarse mediante cimentaciones, pilotes, armaduras, colocaciones adyacentes u otros elementos conectados que resisten el movimiento general.
La tensión resultante depende de más factores que la diferencia de temperatura. También se ve afectada por el grado de restricción, así como por la rigidez variable del hormigón, su resistencia a tracción, su dilatación térmica y su fluencia.
Agrietamiento por tracción en hormigón de edad temprana
El hormigón de edad temprana tiene una capacidad limitada a tracción mientras su resistencia y rigidez aún están en desarrollo. Al enfriarse la superficie o contraerse posteriormente todo el elemento, el movimiento restringido puede generar tracción.
Puede formarse una grieta cuando la tensión de tracción en un punto supera la resistencia a tracción disponible. Por lo tanto, la diferencia de temperatura es un indicador importante de riesgo, pero por sí sola no constituye un criterio completo para predecir grietas.
¿Cómo se monitorea la temperatura del hormigón masivo?
La temperatura del hormigón masivo se monitorea midiendo las ubicaciones internas esperadas más calientes y las correspondientes ubicaciones cercanas a la superficie, en momentos sincronizados.
Los registros deben informar por separado la temperatura máxima y la diferencia de temperatura, ya que ambos valores críticos pueden ocurrir en momentos distintos.
Ubicaciones críticas para la monitorización de la temperatura
Las ubicaciones de los sensores deben seguir el diseño aprobado de análisis térmico y monitoreo. La cobertura típica incluye la ubicación interior predicha como la más caliente, una ubicación correspondiente cercana a la superficie y áreas adicionales afectadas por geometrías irregulares o condiciones de contorno distintas.
Un sensor cercano a la superficie se coloca comúnmente a varios centímetros por debajo de la cara del hormigón para evitar medir únicamente la condición inmediata de la superficie. No obstante, la ubicación y profundidad específicas están definidas por el proyecto.
Cálculo de la diferencia entre la temperatura del núcleo y la temperatura superficial
Calcule la diferencia de temperatura utilizando lecturas sincronizadas:
ΔT = temperatura interna − temperatura superficial correspondiente
Por ejemplo, si la temperatura interna es de 60 °C y la temperatura superficial cercana correspondiente es de 48 °C:
ΔT = 60 °C − 48 °C = 12 °C
Ambas lecturas deben representar la misma trayectoria de flujo de calor y el mismo instante en el tiempo. Combinar ubicaciones o marcas de tiempo no relacionadas puede exagerar o subestimar la diferencia crítica.
Seguimiento de la temperatura máxima y de la diferencia máxima
Debe registrarse tanto la temperatura más alta registrada por cada sensor como la mayor diferencia sincronizada entre núcleo y superficie.
El pico interno suele producirse durante la fase de calentamiento. La mayor diferencia puede ocurrir posteriormente, cuando la superficie comience a enfriarse más rápidamente que el interior. Por lo tanto, el tablero de monitoreo o el registro deben conservar el historial completo de temperaturas, y no limitarse a informar únicamente la última lectura.
Registros de monitoreo y duración
Los registros deben identificar cada sensor, su ubicación verificada, la marca de tiempo, el intervalo de lectura, las comprobaciones funcionales o de calibración, las condiciones meteorológicas relevantes y cualquier acción de control aplicada.
El monitoreo debe continuar durante el período establecido por los requisitos del proyecto. Las recomendaciones de la ACI vinculan la retirada de las protecciones con la diferencia entre la temperatura interna y la temperatura ambiente media diaria, en lugar de basarse en un número fijo de días de monitoreo.
Umbrales de temperatura y procedimientos de respuesta
Los umbrales de advertencia deben proporcionar tiempo suficiente para investigar y aplicar una respuesta aprobada antes de alcanzar un límite especificado.
Una lectura sospechosa debe contrastarse con los sensores cercanos, las tendencias recientes, el estado del equipo y las condiciones reales del sitio. Una superación requiere una evaluación técnica documentada; una única lectura no verificada no debe determinar automáticamente la aceptación o rechazo.
Las responsabilidades detalladas relativas a alarmas, la autoridad competente para su aprobación y los procedimientos de acción correctiva deben figurar en el plan de control térmico del proyecto.
¿Cómo se controla la temperatura del hormigón masivo?
El control de la temperatura normalmente combina medidas que reducen la generación de calor, disminuyen la temperatura de colocación, gestionan el enfriamiento superficial o eliminan calor del interior.
La combinación adecuada depende de la mezcla, la geometría del elemento, las condiciones meteorológicas, la secuencia constructiva y las limitaciones del proyecto. Las orientaciones sobre el uso de hielo en escamas para el enfriamiento del hormigónexplican cómo el reemplazo aprobado del agua y la entrega de hielo afectan las operaciones de dosificación.
Diseño de mezclas de hormigón de bajo calor
El diseño de la mezcla puede reducir o retrasar la liberación de calor mediante el control del contenido cementicio y la selección de materiales cementicios y aditivos adecuados.
Cualquier modificación debe seguir cumpliendo los requisitos de resistencia, durabilidad, fraguado, trabajabilidad, bombeo y construcción. Reducir únicamente el contenido de cemento no constituye una estrategia completa de control térmico.
Enfriamiento previo del hormigón
El enfriamiento previo reduce la temperatura de los ingredientes del hormigón o del hormigón fresco antes de su colocación. Los métodos comunes incluyen agua de amasado refrigerada, áridos enfriados, hielo que sustituye una parte aprobada del agua de amasado y otros sistemas de enfriamiento diseñados técnicamente.
El hielo debe incluirse en el balance total de agua y debe fundirse completamente durante el amasado. La capacidad de producción debe satisfacer la cantidad aprobada de hielo por tanda y el número máximo de tandas por hora.
Por ejemplo, una máquina de hielo en escamas de 20 toneladastiene una potencia nominal diaria bajo las condiciones operativas especificadas. Su idoneidad para un proyecto específico sigue dependiendo de la demanda horaria de hielo, el almacenamiento, la entrega, la temperatura del agua de entrada, las condiciones ambientales y los servicios disponibles.
Aislamiento superficial
El aislamiento ralentiza la pérdida de calor desde las superficies expuestas y limita el enfriamiento superficial brusco, especialmente durante el clima frío, ventoso o con cambios rápidos.
No elimina el calor de hidratación ni necesariamente reduce la temperatura máxima interna. La cobertura y el momento de retirada deben seguir el análisis aprobado, para evitar que la superficie quede expuesta mientras el interior permanece considerablemente más cálido.
Enfriamiento interno posterior
El enfriamiento posterior elimina el calor mediante la circulación de un fluido controlado a través de tuberías integradas en el hormigón.
Puede reducir la temperatura interna cuando las medidas pasivas resultan insuficientes, pero requiere un diseño técnico y retroalimentación de temperatura. Un enfriamiento excesivo o desigual puede generar nuevos gradientes locales; por tanto, la disposición de las tuberías y su funcionamiento deben ajustarse al plan aprobado.
Programación de la colocación y protección contra las condiciones meteorológicas
Colocar el hormigón durante periodos más frescos puede reducir las temperaturas iniciales, pero la programación por sí sola no permite controlar todos los riesgos térmicos.
Puede ser necesario utilizar sombreado, cerramientos temporales, protección contra el viento, aislamiento y retirada controlada de los encofrados cuando las condiciones meteorológicas puedan enfriar una superficie mucho más rápidamente que el interior. Cualquier ajuste en obra debe mantenerse dentro del procedimiento aprobado de control térmico.
Para evaluar la viabilidad del equipo, proporcione, cuando usted lo solicite, la cantidad aprobada de hielo de reemplazo por lote, el número máximo de lotes por hora, la duración del vertido, las temperaturas de los materiales, los requisitos de almacenamiento, las instalaciones disponibles en la obra y la disposición del suministro. contactar a Mike Ice MachineEstas entradas permiten al equipo de equipos revisar la capacidad de producción y entrega; no establecen por sí mismas los límites de temperatura del proyecto ni sustituyen la revisión realizada por el ingeniero responsable.
Preguntas frecuentes
Los controles de temperatura del hormigón masivo funcionan como un sistema. El cumplimiento de un solo valor de temperatura o la utilización de un único método de enfriamiento no verifica, por sí solo, el rendimiento térmico global.
¿Cuándo se producen la temperatura interna máxima y la diferencia máxima de temperatura?
No necesariamente ocurren simultáneamente.
La temperatura interna máxima se alcanza cuando el calor acumulado de la hidratación llega a su valor máximo. La mayor diferencia de temperatura puede producirse posteriormente, tras comenzar el enfriamiento más rápido de las superficies expuestas comparado con el interior.
Su cronología debe determinarse mediante mediciones continuas en la obra o mediante un modelo térmico validado.
¿Qué papel desempeña el armado en el control de las fisuras térmicas?
Un armado correctamente diseñado puede distribuir las fisuras térmicas y limitar su anchura.
No impide el calor de hidratación, no iguala las temperaturas del núcleo y de la superficie, ni sustituye las medidas de control de temperatura. Los requisitos del armado y las anchuras máximas aceptables de fisura siguen siendo decisiones de diseño estructural basadas en las restricciones, la exposición y las condiciones de servicio.
¿Puede una baja temperatura de colocación sustituir al aislamiento superficial?
No. Ambas medidas cumplen funciones distintas.
Una baja temperatura de colocación reduce el punto inicial del ciclo térmico y puede disminuir la temperatura máxima interna. El aislamiento superficial limita la pérdida rápida de calor y ayuda a mantener la temperatura superficial más cercana a la del interior más cálido.
Incluso el hormigón colocado a baja temperatura puede desarrollar un gradiente térmico elevado si su superficie queda expuesta al aire frío o al viento. El aislamiento solo podrá reducirse u omitirse cuando así lo respalde el análisis del proyecto aprobado.
Fuentes externas
- Preguntas frecuentes del ACI: Límites de temperatura para hormigón masivo
- Preguntas frecuentes del ACI: ¿Qué es el hormigón masivo?
- Preguntas frecuentes del ACI: Tiempo de control de temperatura para hormigón masivo
- ACI PRC-207.4R-20: Sistemas de enfriamiento y aislamiento para hormigón masivo
- Hormigón masivo para edificios y puentes
