aci uni - control termico del concreto masivo junio 2015

7/25/2019 ACI UNI - Control Termico Del Concreto Masivo Junio 2015

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17 de junio de 2015

M.Sc. Ing. Pablo Pea Torres

[email protected]

Control Trmico delConcreto Masivo


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Introduccin


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Introduccin

Actualmente, en nuestro pais, sepresentan proyectos de gran

infraestructura (sector minero, hidro-

energetico, industrial, etc.), en donde

se colocan grandes volmenes de

concreto para distintos tipos deestructuras. Normalmente alrededor

del 40% del volumen de concreto de

estos proyectos estn en vaciados

masivos.

Cuando no existe un control trmicodel elemento a vaciar, se puede genera

un elevado gradiente trmico entre el

interior del concreto y la superficie

expuesta, lo que causara fisuras y

grietas en el elemento.


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Introduccin

Qu es el concreto masivo? Vaciado de concreto el cual debido a sus dimensiones y/o condiciones

ambientales pueden resultar en fisuramiento del elemento de concreto en

sitio debido a efectos termales.

Particularmente cuando la

dimensin mnima de laseccin transversal se excede

a los 90 cm o cuando el

contenido de cemento excede

los 350 kg/m3. (ACI 211.1R-91

Standard practice for selectingproportions for normal,

heavyweight and mass

concrete).


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Objetivo

Proteger el concreto en sitio lo mas posible

para evitar la perdida de calor y los efectos

de las condiciones ambientales

Permitir que el concreto libere la mayor

cantidad posible de calor lo mas prontoposible previniendo un gradiente alto de

temperatura


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Filosofa

Reducir latemperatura

interna delconcreto

Concreto fresco

Calor de hidratacin

Manejar elcurado y

proteccin atemprana edad

Controlar la disipacin de calor Controlar el gradiente interno por temperatura

Mantener la superficie del concreto hmedo

Reducir la retraccin por secado

Controlar la re-integracin alproceso

constructivo

Resistencia

Exposicin a las condiciones ambientales


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Factores a considerar

Concreto fresco Trabajabilidad

Tiempo de fragua

Terminado

Colocado Juntas fras

Concreto endurecido Resistencia

Tiempo/Edad

En sitio

Proteccin a la tempranaedad

Curado

Temperatura

Durabilidad Fisuramiento

Corrosin del acero

Permeabilidad

Progreso del procesoconstructivo

Diseo de mezcla Materiales

Proporciones

Temperatura del concretoFresco

Coordinacin entre producciny colocado

Control de calidad en el campo

Resistencia de diseo Temprana edad

Edad de diseo

Monitoreo de la temperatura

interna del concreto en sitio Coordinacin del curado con las

condiciones ambientales y elproceso constructivo

Reparacin del fisuramiento


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Norma


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Norma

Segn el ACI 207.2-07:

Cualquier elemento de grandesdimensiones que genere que se

tomen medidas preventivas paracontrarrestar la generacin de calorinterior debido a la hidratacin decemento causando cambiosvolumtricos y con esto, fisuras ogrietas.


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Norma

El Mtodo del ACI 207.2 se basa en bacos para predecir latemperatura mxima en el concreto, en funcin de las

dimensiones, la temperatura de colocado y la temperatura del

ambiente.

El ACI 207.2 recomienda que el delta trmico interno del concreto

no debe superar los 20C.

Alcances del ACI 207.2

Considera un concreto pobre con 150 kg/m3

Considera un concreto masivo sin acero de refuerzo


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Mtodos de prediccin de temperatura

Para predecir las temperaturas se deben conocer las caractersticas delconcreto masivo (diseo y condiciones de colocacin).

Existen diversos mtodos desarrollados en el mundo, entre los ms

conocidos se tienen:

ACI 207.2Cuadros graficasempricos yecuaciones

PCAFcil, rpidaestimacin

Schmidt

Mtodo iterativobasado entransferencia de calor

AnlisiscomputacionalMEF

Modelocomputacional basadoen esfuerzos, tiempo ytemperatura


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Comportamiento trmico

Fuente: Geun, Kim 2010

Altas temperaturas en el interior del concreto generadas por el calor de

hidratacin del cemento Portland, debido a las grandes dimensiones.

Caractersticas mas importantes del comportamiento trmico


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Fisuracin por

restriccin interna

Caractersticas mas importantes del comportamiento trmico

Fisuracin porrestriccin externa


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Calor de Hidratacin

Composicin de cementoFineza del cemento

Cantidad del cemento

Efecto qumico de los aditivos

Relacin a/c

Temperatura de la mezcla

Prediccin de la Temperatura

Ciclo medioambiental

Temperatura del aireVelocidad del viento

Humedad relativa

Nubosidad

Radiacin solar

Presin de aire

Transferencia de calor

Elemento geomtricoTamao del elemento

Mtodo de curado

Tipo de agregado

20C

Ncleo

SuperficieCiclo medioambiental

Calor de hidratacin Transferenciade calor

Tiempo

Tem

peratura

Tiempo

Tem

peratura


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Debe protegerse frente a las bajas o altas temperaturas, de lo contrario, se

generarn gradientes trmicos drsticos de temperatura entre el interior y la

superficie expuesta. Debe existir un gradiente mximo de temperatura.

Gradiente Trmico

Fuente: PCA, 2004


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Gradiente Trmico


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Gradiente Trmico


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Experiencias de vaciadosde concreto masivo


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Experiencias de vaciados masivos

COLOMBIA Refinera de Cartagena (Ao: 2011)

Dimensiones: 24mx57mx2.4m

Volumen de vaciado: 3300 m3


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COLOMBIA Refinera de Cartagena

Volumen vaciado: 3300 m3

Tiempo: 22.5 horas


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CHILE Central Trmica Angamos, Mejillones (Ao: 2009)

Dimensiones: 57m x 35m x 1.75m


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CHILE Central Trmica Angamos, Mejillones

Volumen vaciado: 3,500 m3


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EEUU New Wilshire Grand (Ao: 2014)

Record Guinness de vaciado masivo


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EEUU New Wilshire Grand


Tiempo: 24 horas


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PER Proyecto Antapacay /Expansin Tintaya (Ao: 2011)

Dimensiones: 20m x 20m x 3.2m


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PER Proyecto Antapacay /Expansin Tintaya


Tiempo: 20 horas


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PER Nueva sede del Banco de la Nacin (Ao: 2014)


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PER Nueva sede del Banco de la Nacin


Tiempo: 36 horas


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PER Nueva campus UTEC (Ao: 2014)


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PER Nueva Campus UTEC

Volumen vaciado: 850 m3

Tiempo: 8 horas


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64 m3/horaPer / Antapacay

155.5 m3/hora

Per / Banco de la Nacin

112.5 m3/hora

Per / UTEC

147 m3/horaColombia (Refinera de Cartagena)

876 m3/hora

EEUU (New Wilshire Grand)


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Importancia del controltrmico del concreto masivo


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Importancia del control trmico delconcreto masivo

Al conocer el

comportamiento trmico

terico del concreto

masivo, se puede realizarpredicciones de la

temperatura mxima y

tomar medidas de

contingencia para la

fabricacin y vaciado del

elemento.

Ahorro de tiempoen la construccin

Ahorro de dinero

Cumplir con lasEETT


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El problema?Fisuras a edad temprana, debido a altos gradientes de temperaturas en el

interior del concreto (Los esfuerzos de traccin actuantes son mayores a la

resistencia a traccin).

Fuente: Geun, Kim 2010

A edad temprana setiene una baja

resistencia a la traccin

l l l


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El problema?A mayor espesor del elemento estructural, se generara mayor calor

acumulado, debido a que la distancia para disipar el calor es mayor.


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Factores a considerar enla temperatura

i fl l


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Factores que influyen en lastemperaturas

Los factores que influyen en las temperaturas del concreto masivo

son las siguientes:

Temperatura inicial de agregados.

Temperatura inicial del agua

Transporte de mezcla Las dimensiones del elemento.

Condiciones ambientales y proteccin del concreto.

Diseo de mezcla de concreto

F i fl l


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Temperatura decolocacin del concreto

y condicionesambientales

Diseo de mezcla ycondicionesambientales

Fuente: Figueroa, 2009

= +

F i fl l


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Temperatura decolocacin del concreto

y condicionesambientales

Diseo de mezcla ycondicionesambientales

Temperatura de agregados

Temperatura de agua de mezcla

Transporte de mezcla

Dimensiones de elemento

Tipo de cemento

Fineza del cemento

Cantidad de cemento en la mezcla

Tamao mximo del agregado

F t i fl l


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DISEO

CONSTRUCCIN


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Formas de controlar laTemperatura


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Guas Generales

Temperatura del concreto fresco Necesaria para evitar que el concreto endurecido exceda 71C

Temperatura mxima del concreto en sitio 71C

Gradiente mximo de la temperatura interna del concreto Varios lugares

Monitoreo de la temperatura interna del concreto Varios lugares

Profundidad: 2 @ 5cm., 1 @ 15cm. & 30cm., 2 @ media profundidad

Curado / Proteccin durante la temprana edad 7 das

Temperatura interna en descenso Gradiente interno 20C

Gradiente mximo con el ambiente durante 24h anteriores 10C

Temperatura ambiente en ascenso por las prximas 6 horas.


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Controles Trmicos

Controlar el contenido de cemento

Mtodo de pre enfriamiento

Mtodo de post enfriamiento

Planificacin del proceso constructivo

El calor de hidratacin es el calor que

genera el concreto durante el periodo

de endurecimiento como resultado del

proceso qumico por el cual el cemento

reacciona con el agua para formar una

pasta dura y estable.

Fuente: PCA: Desarrollo relativo de laresistencia de cubos de morteros de

cemento como un porcentaje de la

resistencia a los 28 das. Los promedios

fueron adaptados de Gebhardt 1995.


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Controles Trmicos





MTODOCOSTO

ESTIMADO(US$/m3)

Enfriamiento de agua de mezcla a 2C 9-22.5Enfriamiento de agregados con agua a 13C 9-27Reemplazo del 50% de agua por hielo 13.5-27Usar agua a 2C para mezcla y agregados 18-45Nitrgeno lquido 45-100


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Controles Trmicos






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Controles Trmicos






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Proceso constructivo


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Diseo de mezcla

Caractersticas del concreto a utilizar

Definir tipo de concreto a utilizar, TNM, slump, a/c, etc.

Alternativas para reducir la Temperatura mxima del concreto masivo desde eldiseo: Utilizar aditivo retardador de fragua para retardar la hidratacin y distribuir la liberacin de calor

en un mayor tiempo.

Utilizar agua helada en la mezcla de concreto (T=2C) o hielo.

Dejar reposar el cemento para as disminuir su temperatura al momento del vaciado.

Utilizar un cemento de moderado calor de hidratacin (Tipo MS, II o IP).

Utilizar TNM del agregado grueso (1 o 1 ) a fin de disminuir la cantidad de cemento por m3 deconcreto.

Usar un factor de seguridad de 1.2 para la resistencia, es decir: fcr=1.2 fc (no debemos exagerarla resistencia final, en este caso debemos bajar la cantidad de cemento por m3).


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Colocacin del concreto

Esquema de disposicin de equipos

BOMBA 1

BOMBA 2

BOMBA 3


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Colocacin del concreto

El vaciado debe ser continuo para evitar juntas fras.


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Curado

Mtodos de curado

Interposicin de un medio hmedo

Curado por mantas

Curado por interposicin de un medio impermeable

Utilizar los encofrados

Papel impermeable

Hojas de polietileno

Compuestos sellantes

Curador qumico


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Curado

Microclima o ambientes cerrados Se considerar el uso de ambientes cerrados como el medio ms efectivo de

proteccin para los climas fros y lograr concretos de alta calidad. Losambientes cerrados podrn construirse con materiales flexibles o conmateriales rgidos (Mitigar cargas de viento, nieve, ser impermeables al aire).

La temperatura de descenso despus del periodo de proteccin, para lassecciones masivas la cada deber ser menor de 10C en 24 horas, a fin dereducir las distintas deformaciones inductoras de agrietamiento entre el

interior y el exterior de la estructura.


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Instrumentacin

Los instrumentos para monitorear y registrar la temperatura del concreto

fueron las termocuplas ( ncleo central y superficie)


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Registros trmicos deexperiencias en obra


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Experiencias en obra

Proyecto Cerro Verde Largo: 29m

Ancho: 19.5m

Alto: 1.75m

Volumen: 990 m3


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Caractersticas del vaciado

ITEM SIMBOLO VALOR (C)

Temperatura de colocadoTCOL 27

Temperatura de ambiente TAMB 17

Temperatura de terrenoTM 16

Temperatura mnima promedioTA 5

fc=280 kg/cm2

Cemento Tipo HE

Wc=365 kg/m3

Encofrado de madera


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Layout para vaciado masivo


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Situacin de diseo mas critica

1.75 m

1

2

3

4

5

6

Volumen total = 6 x 16 = 96 m3

Vel = 100 m3/h

0.30 m

1.84 m


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Registro de temperaturas

T emp er at ur a Su pe rf ic ie Co nc re to Amb ie nt e

Mximo 50.5 72.5

Mnimo 18.5 28.0

25.0

10.5

35.0

1.5


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35 C


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2 DIA

51 C

6 DIA

43 C


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Proyecto Cerro del guila Alto: 2.8m

Largo: 3.15m

b


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i i b


66/76


E i i b


67/76


Ubicacin de

Termocuplas

E i i b


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Registro de temperatura

E i i b


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Registro de temperatura

27C

22C

E i i b


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Proyecto Inmaculada Pedestal de molino SAG

Altura: 1.75m

E i i b


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0

10

20

30

40

50

60

70

Temperatura(C)

CONTROL TEMPERATURA CONCRETO

Temp. Centro

Temp.Superficie

Temp.Microclima

Tmin ambiente

= 10C

Tmax concreto

= 70C

Tiempo

1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA

E i i b


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De las grficas podemos notar lo siguiente:

El microclima se mantuvo a temperaturas mayores a los 10 C en casi todo el tiempo de

curado, con un promedio de 15C.

El gradiente trmico entre el ncleo y la superficie de concreto no sobrepaso los 20C

permitidos por el ACI 207 llegando a diferenciales mximos de 13C.

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

Grad

iente

(C)

GRADIENTE DE TEMPERATURA CONCRETO

GradienteTemperatura

Gradiente

mximo = 20C

1 DIA 2 DIA 3 DIA 4 DIA 5 DIA


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Conclusiones

Conclusiones


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Conclusiones

El incremento de temperatura depende de diversos factores:

Dimensiones geomtricas

Temperatura de vaciado

Contenido y tipo de cemento

Condiciones ambientales y

Propiedades trmicas del concreto.

Se debe reducir el incremento de la temperatura al interior delconcreto.

Se pueden tomar en cuenta precauciones desde el punto de vistade construccin y de diseo.

Construccin: Mantas trmicas, Microclima, Estufas, Tuberas de aguahelada, Temperatura de agua de curado, Aditivos plastificantes, entreotras.

Diseo: Tipo de cemento, Reduccin de la cantidad de cemento, Finura delcemento, tamao mximo del agregado, entre otras.

Conclusiones


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Conclusiones

Se pueden soportar gradientes mayores a 20 C, en el caso de estructuras

reforzadas.

21MPa 28MPa

33 C38 C

35MPa

43 C

Fuente: Gajda, 2002


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Gracias

M.Sc. Ing. Pablo Pea [email protected]

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