Aunque se basan en un sistema sencillo, lo que se realiza con estos equipos es de vital importancia para determinar cuándo, por ejemplo, es posible abrir un pavimento para el tránsito de vehículos, entre otras aplicaciones. En Hormigón al Día, abordamos el desarrollo integral de los madurímetros y cuáles son las nuevas aplicaciones en las que se utilizarán a futuro.
La estimación de la resistencia del hormigón a través del método de la madurez es una técnica que posee su antecedente directo a fines de la década de 1940, con la investigación desarrollada por los británicos Nurse y Saul respecto a métodos de curado rápido del hormigón. La aparición de la función Nurse-Saul en 1951, que relaciona a la temperatura del hormigón con su resistencia, se conoce como el método de madurez y desde esa fecha, el uso de este método para medir la resistencia se ha masificado en todo el mundo.
En Chile, el uso del método de la madurez data, según algunas presentaciones, de 1982, año de la construcción de la Central Eléctrica Arauco. Desde esa fecha, en nuestro país el uso de este método se ha ido consolidado porque, primero, está contenido como método válido en la nueva norma NCh 170-2016 y segundo, la creación de la norma NCh 3565 especificada para madurez del hormigón y que entrega una serie de parámetros que se deben considerar a la hora de asegurar la resistencia del material a través de este método.
Para lograr medir estas variables de temperaturas y así determinar la madurez del hormigón –la que permite, por ejemplo, evaluar el descimbre de elementos de moldaje o la apertura de pavimentos, entre otros– se requiere de un equipo especial denominado madurímetro, cuya génesis está basada en un sistema sencillo y que con los años, se ha actualizado, enfocándose ya en otros elementos de hormigón. Hablamos de las termocuplas.
Termocuplas: la génesis del madurímetro
Para analizar los alcances y la importancia de los madurímetros, lo primero que se debe mencionar son las termocuplas. Estas “nacen a raíz de la necesidad de poder tener que medir temperaturas, o muy altas o muy bajas, en forma continua”, explica Nicolás del Valle, académico de la Universidad Andrés Bello. El sistema, descubierto por el alemán Thomas Johann Seebeck el año 1821, consistió en “dos metales, unidos o separados, los que producen una cierta tensión eléctrica y a esa tensión eléctrica se le puede asociar a una temperatura”.
Las termocuplas –también conocidas como termopar– comenzaron a ser utilizadas de manera rápida y masiva en el mundo industrial, principalmente por dos puntos: se trata de un sistema de funcionamiento sencillo y porque permiten medir Y recopilar, de manera continua, los cambios de temperatura. “La termocupla –explica el académico– se dejaba o se introducía, al lugar donde se quería medir y teníamos al otro lado del extremo, un positivo y un negativo, el que debía conectarse de forma directa a un sistema que pudiera ir recopilando esa información en línea”, dice Nicolás del Valle.
“Esa fue la primera etapa”, dice Nicolás del Valle. Y es que con el paso de los años, al sistema de termocuplas se le fueron incorporando elementos tecnológicos para asegurar su independencia. “A las termocuplas, se le agregan una memoria y una pila, que sirve precisamente para alimentar a la memoria. De esta manera, es posible mantener la información recopilada de manera autónoma y además, recopilarla sin que las termocuplas estén conectadas de manera física a un equipo”, dice.
“Al tener una memoria –agrega Nicolás del Valle– es posible guardar la información recopilada. Con esto, se agrega un elemento externo que en principio, era propiedad de la termocupla: el sistema de datalogger”. De esta manera, explica el experto, se llega una segunda fase la cual incorpora tecnología que brinda independencia al técnico que opera estos equipos. “Por ejemplo, el operador podía ir una vez al día al sitio y descargar la información de ese periodo de tiempo sin tener que cargar, por ejemplo, con su computador o un equipo externo”.
Medidores de madurez o madurímetros: el nuevo peldaño
En marzo de 1973, cedió una sección completa de un edificio aún en obra en el condado de Fairfax, estado de Virginia (Estados Unidos). Hubo 14 víctimas fatales y 34 heridos entre los trabajadores de esa faena. Ya entonces, la investigación técnica realizada por la Oficina Nacional de Estándares (NBS, en sus siglas en inglés), arrojó que el moldaje de esa sección fue retirado antes que el hormigón alcanzara su madurez.
Cinco años más tarde, pero en Willow Island, ocurriría otro grave accidente con más de 50 víctimas. El resultado de la investigación técnica –también conducida por la NBS– arrojó que el hormigón no poseía la suficiente resistencia para las cargas aplicadas.
Si bien la distancia entre ambos accidentes es clara, sus efectos produjeron que en el país del norte se volviese a retomar con fuerza la aplicación del método de madurez. En ese sentido, el uso de termocuplas para medir la madurez, los denominados madurímetros, fueron de la mano. En especial, los sistemas de termocuplas que contaban con memoria externa (datalogger).
“Por muchos años –detalla Nicolás del Valle– se utilizó el sistema con datalogger ya que se ganaba mucha autonomía: el técnico llegaba a la obra, instalaba los dos cables y se recopilaba toda la información en un instante y regresaba al día siguiente a descargar la información. Dependiendo de qué tan avanzados eran los datalogger, el técnico tenía acceso a más información y la descargaba en algún sistema de tablas de cálculo para trabajarlo”.
En esos equipos, lo esencial es la pila. “Todo el equipo dependía de la autonomía de este elemento porque mantiene la memoria. Si la pila se descarga, no se pueden almacenar los datos”, explica el académico. Sin embargo, uno de los aspectos relevantes que impedía el acceso a estos madurímetros era el costo. “Si bien el sistema de las termocuplas es económico, si una empresa o un particular adquiría una, necesariamente debía comprarse el datalogger y ahí, el valor se incrementaba”.
Una nueva era: Aparición del Bluetooth
Si bien el sistema en su conjunto funcionaba de manera correcta, el principal obstáculo para utilizarlo era, como menciona antes Nicolás del Valle, el valor del datalogger, que podía desincentivar a una empresa a adquirir el sistema completo del madurímetro. Sin embargo, desde hace algunos años, es posible hablar de una “tercera etapa” en el desarrollo del equipo, la que dice relación con la incorporación de tecnología Bluetooth.
“Los nuevos equipos de madurímetros siguen obedeciendo al mismo principio de las termocuplas. Lo que se hace, en el fondo, es ir agregando elementos de instrumentalización al sistema inicial de termocuplas, de modo que los equipos sean más fáciles de utilizar y sean más eficientes”, explica Nicolás del Valle.
Al añadir la tecnología Bluetooth al sistema de termocuplas, comenta Nicolás del Valle, lo que se logra es que el equipo adquiera mayor autonomía en términos que el equipo se independiza del datalogger. “En el fondo, funciona de la siguiente forma: mediante un sistema Bluetooth, se envía la información a teléfonos móviles o a una Tablet. De esta manera, el lector deja de tener importancia porque se trata de una aplicación móvil instalada en un Smartphone”, detalla el ingeniero constructor.
Con la llegada de la tecnología Bluetooth, el desarrollo de los madurímetros tiene dos ramificaciones. Por una parte, existen las termocuplas que tienen incorporadas el sistema de Bluetooth, por lo tanto, realizan la transmisión de datos (la medición de temperatura del hormigón) de manera directa a la aplicación móvil. El otro sistema se basa en lo mismo, pero en vez de que las termocuplas transmitan de manera directa, los datos se envían a una interfaz y ésta es la que envía los datos a la aplicación.
¿De qué manera funciona esa clase de equipo? “Se conecta cada termocupla a esta interfaz y ésta se encarga de hacer el bluetooth. Entonces, de ese bluetooth se transmite al teléfono y en el fondo, obedece al mismo concepto: utilizar la aplicación móvil que trae para poder manejar la información que viene de la termocupla”, explica Nicolás del Valle.
Ambas clases de equipos permiten leer la información en línea, de manera directa, utilizando el entorno de la aplicación móvil o funcionar de forma independiente o “exportar los datos a una planilla Excel, por ejemplo, que maneje el técnico que opere el madurímetro”, aclara el académico.
Ventajas de los madurímetros
A juicio del ingeniero, el uso de los madurímetros ofrece variadas ventajas en obra y dentro de estas, destaca que la velocidad con que es posible analizar la información que proporcionan las termocuplas para tomar la mejor decisión, por ejemplo, ante el descimbre temprano de moldaje o la habilitación de ciertos espacios de tránsito en la faena.
“Cuando se quiere descimbrar antes, sacar alzaprimas o dar a tránsito, el calculista perfectamente podría dar una resistencia a la cual se tiene que apuntar, una resistencia objetivo, y con esa resistencia objetivo, quien opere el equipo dirá ‘para esta resistencia, necesito una madurez de tanto’. Con ese dato, se colocan las termocuplas y se va chequeando la madurez que el elemento de hormigón alcance en relación a la resistencia fijada por el calculista. Cuando iguale la madurez, voy a tener una resistencia igual a la de mi curva de calibración”, dice Nicolás del Valle.
Otra ventaja que tienen los madurímetros es que quien opere los equipos no necesariamente debe ser un experto en este tipo de elementos. “Una vez se tiene clara la curva de calibración, la que sí o sí se genera en un laboratorio, su colocación en obra se define luego de una reunión con el calculista, con quien se definen los lugares críticos a medir y dónde estarán colocadas las termocuplas, las que se setean, se colocan con un par de unas abrazaderas plásticas y luego, se vierte el hormigón. El profesional de obra puede ir y rescatar la información después, sin necesidad que esté alguien todo el día pendiente del equipo y de hacer el análisis”, explica.
Junto con eso, Nicolás del Valle subraya que si bien ese es el procedimiento estándar, de todas maneras el profesional debe ver el entorno de la obra para colegiar la mejor decisión a la hora de decidir cuál será la resistencia objetivo para alcanzar la madurez deseada del elemento. “Por ejemplo, si tenemos una elemento en el piso menos 7, al que el sol no le llega de la misma manera, sería lógico pensar que la sección donde llega el sol tendrá más madurez que la que no. Entonces, habría que instrumentalizar y medir en forma independiente la parte a la que sí le llega el sol de la que no”.
Por lo mismo, es que se debe planificar con antelación cuáles serán los puntos críticos. No obstante, una vez realizado este proceso, “si tu obra es repetitiva, basta con que se vaya controlando la madurez de acuerdo a la temperaturas que se van a ir dando en los días venideros y no se requiere nada más, se repite el mismo proceso”, dice el académico. Con ello
Además de estas ventajas, los madurímetros actuales son equipos resistentes y de fácil transporte. “Las termocuplas son bastante pequeñas. Aquellas que tienen incorporadas el sistema Bluetooth son un poco más grandes pero básicamente, es un elemento que no requiere gran cuidado. Y si hablamos del sistema intermedio de Bluetooth, tampoco es un elemento grande. La única salvedad con este tipo de equipo es que se debe conectar a los cables que salen desde el hormigón, pero son equipos que perfectamente, se pueden cargar en un bolsillo”, apunta el ingeniero.
Nuevas aplicaciones de madurímetros
Si bien los madurímetros se utilizan principalmente para medir la madurez de elementos de hormigón como losas, muros o pavimentos, actualmente se está probando su uso en hormigón proyectado o shotcrete, en un nuevo campo de acción donde estos equipos serían muy importantes dentro del desarrollo de estas obras.
“En shotcrete –explica Nicolás del Valle– se necesitan resistencias a temprana edad y cuando menciono eso, me refiero a horas. Montar un sistema de control de resistencia en horas es bastante complejo porque involucra una serie de elementos externos cuya línea de producción es compleja de mantener. Entonces, dado eso, es que se ha estado trabajando en poder utilizar el método de madurez y madurímetros para poder identificar la resistencia que tienen los shotcrete ya sea en los paneles de control o in-situ, que es lo que realmente se quiere saber hoy día”.
¿Por qué en el panel de control? El ingeniero detalla que, en relación al shotcrete, “todo se realiza en función a un panel de control pero no sobre la superficie donde se proyectó el hormigón, principalmente por un tema de costos. Entonces, con el sistema de madurez, se realizaron pruebas y nos dio nos dio una correlación bastante buena entre el método tradicional de penetrómetro y una curva de calibración, una resistencia por madurez”.
Otra aplicación en la que el madurímetro puede utilizarse es en los prefabricados de hormigón, particularmente, por los ciclos de calor que se les aplican a estos elementos. “El ciclo de calor se mide en una probeta que se deja a pie de obra, sin embargo, no es del todo representativo porque efectivamente, si la masa del elemento prefabricado es mayor, seguramente la temperatura que va a tener ese elemento va a ser bastante mayor porque tengo un calor externo y además tengo el calor propio de la hidratación del cemento”.
De esta manera, explica el ingeniero, al tener una probeta a pie de obra “significa que hay que estar reventando probetas, llevando al laboratorio, someterlas a una prensa y en cambio, con el método de madurez y utilizando estos equipos de medición, al tener una curva de calibración, con la termocupla se pueden ir chequeando si efectivamente se están cumpliendo las resistencias propuestas para elemento prefabricado, con el curado a vapor que se le aplica”.
Así, los campos de acción en los que los madurímetros pueden incidir son más amplios. Según explica el académico, “hoy en día, la NCh 170 nombra al método de madurez como un procedimiento y además, se generó una norma chilena (NCh 3565-2018) específica que respalda a este sistema. Eso, permite presentarlo a una inspección o a un mandante y que se utilice en una obra”.
