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Influencia del tiempo y la temperatura en la resistencia del hormigón

19 de Febrero de 2022 | Autor: David Ostáriz Falo (Cuenta de Twitter del autor no disponible). Leído: 2679 veces

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El hormigón es un material que no posee la resistencia de proyecto en el momento de su puesta en obra, como ocurre con otros materiales de construcción como la madera, el acero o la piedra, sino que la desarrolla continuamente a lo largo del tiempo.

A pesar de que la resistencia se desarrolla durante toda la vida del elemento, a partir de los 28 días lo hace tan lentamente que no se tiene en cuenta en el diseño o la ejecución de las estructuras, aunque puede llegar a cobrar relevancia en la intervención de estructuras existentes en algunos casos.

La resistencia que alcanza el hormigón a 28 días en condiciones estandarizadas controladas, y reducida según criterios estadísticos a efectos de garantizar un nivel adecuado de seguridad, es la denominada resistencia característica. Este valor de resistencia es el que se emplea como dato de proyecto y mediante el cual se designa el hormigón por propiedades.

Sin embargo, la evolución de la resistencia durante esos primeros 28 días de vida, que en la realidad no siempre será ese intervalo de tiempo, influirá en las actividades de ejecución, ya que determinará en qué momento pueden cargarse sobre los elementos y, por tanto, influirá en los plazos o en la cantidad de equipos a considerar en la obra.

 

Las fórmulas de resistencia

 

Según nos dice el Eurocódigo 2 la resistencia media del hormigón a compresión a una edad t depende de la clase de cemento, la temperatura y las condiciones del curado. Para una temperatura media de 20 ºC y un curado adecuado, la resistencia a distintas edades puede estimarse a partir de la ecuación

en la que fcm es la resistencia media a compresión a 28 días, cuyo valor estimado puede obtenerse sumando 5 MPa al valor de la resistencia característica. El coeficiente beta en función del tiempo toma el valor dado por la fórmula

En la que exp() debe considerarse como e(), ‘t’ es la edad del hormigón en días y s es un coeficiente que depende del tipo de cemento empleado, que valdrá

•          0,20 para cemento de endurecimiento rápido o clase R (CEM 42,5 R, CEM 52, 5 N y CEM 52,5 R)

•          0,25 para cemento de endurecimiento normal o clase N (CEM 32,5 R y CEM 42,5 N)

•          0,38 para cemento de endurecimiento lento o clase S (CEM 32,5 N)

Este coeficiente βcc nos muestra la evolución de la resistencia del hormigón con el tiempo, y se debería limitar a 1 para evitar sobrevalorarla a largo plazo o por efectos de curado térmico.

Si se grafica la evolución, puede observarse que en la primera semana se desarrollará como mínimo el 70% de la resistencia del hormigón, superando el 80% en caso de empleo de cementos de endurecimiento rápido. A partir de los primeros 7 días se ralentiza en gran medida la evolución de la resistencia hasta llegar a la resistencia de referencia del hormigón a los 28 días.

Sin embargo, la edad a introducir en esta fórmula se refiere al tiempo desde el inicio del endurecimiento considerando que el elemento de hormigón se encuentra a una temperatura constante de 20ºC. Sin embargo, dependiendo de la localización del proyecto y las fechas de ejecución, esta condición ideal raramente se dará en una obra.

Para tener en cuenta las variaciones de temperatura, el Eurocódigo proporciona una fórmula en su apéndice B, en la que podremos estimar una edad equivalente a introducir en la fórmula del coeficiente βcc considerando temperaturas entre 0ºC y 80ºC en distintos intervalos de tiempo del hormigón.

Teniendo en cuenta esta fórmula, puede cuantificarse cómo las temperaturas por debajo de los 20ºC ralentizan la evolución de la resistencia y las temperaturas superiores a 20ºC la aceleran. Sin embargo, este efecto apenas se notará dentro del intervalo entre 15ºC y 25ºC, en el que el efecto puede considerarse despreciable.

 

Con esta fórmula, se observa que una pieza de hormigón que estuviese sometida a temperaturas de entre 5 y 10 ºC durante el primer mes tras su ejecución, su resistencia no sería la relativa a los 28 días reales que han transcurrido, sino que se situarán en valores más cercanos a la resistencia para dos semanas. Es decir, a efectos prácticos tendría la mitad de edad (que no la mitad de resistencia). Por el contrario, si a la pieza se la somete a un curado térmico a 80ºC durante un día, alcanzará una resistencia equivalente a la de 10 días a 20ºC.

Considerando la temperatura ambiente del elemento tras el hormigonado, puede aproximarse la resistencia real del elemento. En la gráfica anterior se muestra la evolución de la resistencia de un elemento con cemento de endurecimiento normal en temperaturas invernales, por debajo de los 15ºC en todo caso, y a menudo cercanas a 0ºC. Puede observarse, por ejemplo, que se tarda una semana más en alcanzar la resistencia a 7 días y dos semanas más en alcanzar la resistencia a 14 días.

En la siguiente gráfica, en contraste, se muestra el efecto que podría tener un curado térmico aplicado el primer día tras el hormigonado. Con esta técnica se puede alcanzar en muy poco tiempo la resistencia a 7 días, incluso si posteriormente el elemento se ve expuesto a bajas temperaturas que ralenticen la evolución de resistencias. En este caso, a pesar de que se tardarán más de 18 días en alcanzar la resistencia de referencia, el elemento podrá manejarse o entrar en carga mucho antes, al haber desarrollado en ese corto periodo la capacidad de soportar tensiones moderadas.

Sin embargo, para piezas prefabricadas de hormigón sobre las que se ha aplicado el curado térmico el Eurocódigo 2 contiene otra expresión para determinar la evolución de resistencias, después de aplicar el curado térmico.

Esta fórmula no es más que una interpolación logarítmica de la curva, que aporta resultados muy similares a la expresión anterior, con la ventaja de que parte de resultados experimentales, ya que la norma específica que fcmp es la resistencia media a compresión tras aplicar el curado térmico (es decir, en la transferencia del pretensado), medida mediante ensayos de probetas a la edad tp (tp<t) sometidas al mismo tratamiento térmico que los elementos prefabricados. En esta fórmula también puede considerarse la transformación de edad equivalente según la temperatura posterior al curado térmico.

 

Fórmula de descimbrado

Más allá del desarrollo teórico, es fundamental conocer en qué momento el hormigón podrá soportar una determinada carga. A este efecto, el código estructural incluye en los comentarios del capítulo dedicado a la ejecución de estructuras de hormigón una fórmula para estimar los plazos de desencofrado o descimbrado.

En la que j son los días desde el hormigonado a los que se podría descimbrar, T es la temperatura media durante esos días, G es la carga a la que se verá sometido el elemento cuando se descimbre y Q la sobrecarga adicional a la que se verá sometido más adelante (es decir, que Q+G será la carga total sobre el elemento). Esto quiere decir que un elemento que vaya a verse sometido a una temperatura ambiente de 20ºC y cuya carga al descimbrar sea igual que la sobrecarga restante debería descimbrarse a los 9 días. Es decir, que proporciona valores más conservadores que los que nos ofrecía las fórmulas de desarrollo de la resistencia, pero por diversas razones.

La primera razón es que sería osado empezar a contar la edad del hormigón el día del hormigonado. De entrada, no va a ser lo mismo hormigonar a las 9 de la mañana que a las 5 de la tarde, con casi 10 horas de diferencia, cuando la fórmula de desarrollo de resistencia es muy sensible en los primeros días.

La segunda razón es que la temperatura especificada en las fórmulas de desarrollo de resistencia es la temperatura interna del hormigón, no la tempera ambiente a la que se ve expuesto el elemento. Por ello, se ha de ser cauto con su consideración y tomar un mayor margen, como el que establece la fórmula de plazos de descimbrado.

 

 

Además de la fórmula, el código incluye la tabla anterior, con plazos recomendados de desencofrado y desapuntalado de diversos elementos estructurales, en los que se puede observar el criterio acertado de dejar un margen suficiente con los resultados de las fórmulas de resistencia.

 

La Excel empleada para realizar las gráficas de este artículo puede encontrarse en la página de la primera biblioteca de funciones integradas en excel para ingeniería civil. Búscala en la carpeta del módulo EN 1992-1-1.

 

 

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David Ostáriz Falo . Civil/Structural Engineer
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