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Hormigón al Día
Recomendaciones Técnicas

Especificación para Hormigón Masivo Estructural

Se trata de un primer documento que se desarrolla en Chile, debido a los cambios que trajo la actualización de la norma NCh170-2016, cuyo objetivo es abordar lo relativo a las condiciones que se deben considerar al especificar el hormigón en proyectos de construcción que, por las características de masividad o requerimientos de desempeño de los elementos estructurales involucrados, hacen necesaria la adopción de medidas para el control del fenómeno térmico asociado a la generación de calor durante el proceso de hidratación del cemento, material aglomerante del hormigón, lo que condiciona tanto el diseño y especificación del hormigón como la ejecución del proyecto.

Desarrollado por la Comisión de Construcción en Hormigón, a través del Comité de Hormigones Masivos del Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile (ICH), el documento “Especificación para Hormigón Masivo Estructural”, está disponible para descarga gratuita en el sitio web del ICH, plantea una serie de recomendaciones técnicas a considerar cuando se construya con hormigones estructurales que, además, sean calificados como “masivos”.

Esta especificación nace a raíz que la actualización en 2016 de la norma chilena NCh170, que se refiere a requisitos generales del hormigón. En dicho proceso, explica Yuri Tomicic, ingeniero civil, socio gerente en D&T Hormigones, gerente técnico de HH Ingeniería y secretario del Comité de Hormigones Masivos de ICH, se dejó fuera todo lo relativo a los hormigones especiales como también a las condiciones de homigonado especiales, como sería el caso del hormigón masivo.

Tomicic explica que si bien en la normativa previa a la actualización, se abordaba el tema de los hormigones masivos, en ésta sólo se hacía una referencia a condiciones generales para asegurar que el hormigón cumpliese con los requerimientos de resistencia y durabilidad de esa especificación. “Con respecto al hormigón masivo, si bien se cubrían los aspectos prácticos para el control de la temperatura, sus recomendaciones eran muy restrictivas. En uno de los anexos de la NCh170 del año 1985, que tenía el carácter de informativo, se limitaba la temperatura máxima del hormigón a 16 grados Celsius, y esto era sin mayor fundamentación prácticamente todo lo que había de especificación de hormigón masivo”, dice.

“La condición de los 16 grados –explica el ingeniero– era, en muchos casos, algo bien impracticable con las condiciones tanto ambientales como de los materiales constituyentes, normales. Necesariamente obligaba a enfriar, en casi la mayoría de los casos, con hielo, para reemplazar parte del agua en la mezcla del hormigón. Eso era lo que, en general, te permitía llegar a ese límite, porque uno puede bajar la temperatura de los materiales, principalmente del árido, mediante riego con agua y por evaporación de ésta pierde temperatura, pero con eso, en la mayoría de los casos, no se logra llegar a esa temperatura del hormigón”.

Por lo mismo, “dado que la norma cambió y cambió también el enfoque de ésta, desde prescriptivo a un enfoque por comportamiento, estas condiciones especiales quedaron fuera del alcance de la norma. Entonces, quedó un vacío, no teníamos cómo, con un documento técnico nacional, enfrentar el caso de un hormigón masivo”.

Partiendo por la pregunta básica: ¿Cuándo el elemento es considerado como un hormigón masivo? Como define la Especificación de Hormigones Masivos, en el código ACI116R, se debe considerar como hormigón masivo a “cualquier volumen de hormigón con dimensiones relativamente importantes como para requerir de la adopción de medidas específicas que permitan controlar el calor generado en las reacciones de hidratación del cemento y las variaciones volumétricas consiguientes, de modo de minimizar los riesgos de agrietamiento asociados “.

No obstante, para la realización de esta especificación técnica, la definición del ACI otorgada a un hormigón masivo presentó un problema: es muy general y no se refiere a elementos estructurales. “Son especificaciones que nacieron como consecuencias de estudios asociados a la construcción con grandes volúmenes de hormigón, principalmente en represas en Estados Unidos, los que son volúmenes masivos de hormigón pero que, en general, son estructuras en que su estabilidad depende principalmente de la masa”, dijo el ingeniero.

Sin embargo, el panorama en Chile hoy es diferente. “Cuando empezamos a estudiar este tema, nos enfocamos específicamente a hormigones masivos estructurales, dado que hoy en día, si bien obras de represas hidráulicas no tenemos muchas, sí existen una serie de estructuras, principalmente en el área de infraestructura y también en edificación, que tienen elementos que deberían clasificarse como masivos. Por ejemplo, fundaciones de grandes edificios y de equipos en proyectos mineros y plantas industriales”, dice Tomicic.

Por ello, a la definición que otorga el ACI al hormigón masivo, la especificación desarrollada por el ICH incluye otros elementos que definen a un hormigón como masivo, además del volumen. Por ejemplo, la dosificación del hormigón. “Si el grado del hormigón es muy alto por condición estructural, eso hace que deba tener, para cumplir con ese grado estructural, una dosis de cemento más alta y esa dosis de cemento más alta va a generar mayor calor de hidratación, por lo tanto, a lo mejor un elemento no tan voluminoso, si tiene una especificación de dosis de cemento muy alta, también podría caer en el problema de efectos térmicos que puedan afectar la estructura”, comenta Tomicic.

Gradientes térmicos y Estrigita Diferida

La nueva Especificación para Hormigones Masivos desarrollada por ICH presenta varios elementos sustanciales a la hora de abordar las consideraciones específicas que se deben tener en cuenta en elementos de hormigón masivo estructural, que no estaban abordadas en la norma NCh170 del año 1985, ni tampoco en su actualización.

Un primer punto establece que en el diseño inicial del proyecto se debe definir cuáles serán los elementos estructurales de hormigón que deben ser tratados como masivos en una obra. Esta definición será, de acuerdo al documento, responsabilidad del ingeniero diseñador del proyecto. Sin embargo, en la misma Especificación, se establece que el ingeniero constructor tendrá la facultad de solicitar modificaciones a dicha clasificación, de acuerdo al proceso constructivo que proponga.

“Si se especificó que el elemento estructural debe considerarse masivo, el constructor puede presentar un procedimiento constructivo que garantice que se va a cumplir con las consideraciones sobre límites de temperaturas máximas admisibles, y con los tiempos de mantención de la aislación para que los gradientes térmicos asociados al enfriamiento del elemento masivo no generen fisuras, procedimiento que debe ser validado por el ingeniero proyectista”, asevera Yuri Tomicic.

Al existir “gradientes térmicos entre el núcleo, que está muy caliente y la superficie, que obviamente, está más cercana a la temperatura ambiente, se producen unos diferenciales de temperatura que involucran tensiones de tracción y eventual fisuración del elemento del hormigón”, dice el secretario del Comité. Este aspecto, que en las especificaciones típicas limitaba el gradiente a 20°C, impone restricciones al plazo de retiro de las protecciones térmicas durante la etapa de construcción.

“En esta especificación, no se dejó un diferencial admisible único para el control de la fisuración Como el hormigón, en la medida que va madurando, también va aumentando su resistencia, consecuentemente puede tolerar diferenciales mayores en función de la edad, sin generar fisuras, entonces, se especificó un diferencial admisible que también aumenta en función del aumento de la resistencia del hormigón. Ese fue un cambio importante respecto a las consideraciones antiguas”, dice el ingeniero civil.

El otro aspecto a tener en consideración es el fenómeno del potencial de Formación de Etringita Diferida (FED, como se refiere en el documento), fenómeno cuya ocurrencia está asociado a la temperatura máxima que alcanza el núcleo del hormigón, la que “normalmente, y de acuerdo a la misma especificación del ACI, se limita a alrededor de 70°C. Tradicionalmente se establece que si se supera dicha temperatura y bajo ciertas condiciones, existe un riesgo muy alto que se forme esta Etringita Diferida, que es un compuesto expansivo que tendería a microfisurar y después, eventualmente fisurar el hormigón”, explica.

La existencia de este fenómeno químico, cuyo análisis y detección son complejos ya que se desarrollan principalmente en el núcleo del hormigón que estuvo sometido a mayor temperatura, centró parte del estudio para la realización de este documento en ver si el valor límite de la temperatura máxima del núcleo se podía aumentar sin que este incremento significase un mayor riesgo del fenómeno de Etringita Diferida, sujeto a las características de nuestros cementos que tienen una composición distinta a los cementos norteamericanos.

Según comenta el secretario del Comité, “existen antecedentes de que el comportamiento de los cementos con adiciones, como los que normalmente se ocupan en Chile, es mejor frente a este fenómeno y quizás, podríamos llegar a los 75 grados Celsius o incluso más, pero no teníamos un estudio que avalara ese cambio”.

Estudiando especificaciones técnicas de otras latitudes, el Comité descubrió “una especificación francesa que tenía una metodología racional e ingenieril para tratar el tema. La empezamos a estudiar y la adoptamos como base, porque tiene dos componentes principales: uno, se refiere a diferenciar según tipo y nivel de importancia de la estructura, y dos, se debe considerar la severidad del ambiente, principalmente la condición de humedad, al que va a estar expuesta esa estructura”, cuenta Tomicic.

Establecer estas dos condiciones permitió abordar el problema de la temperatura máxima del hormigón del núcleo de mejor forma, ya que permite fijar los requisitos que debe cumplir el hormigón masivo estructural bajo estas dos condiciones: de la importancia de la obra y del ambiente de exposición a que ésta quedara expuesta. Esas condiciones, a su vez, permitieron que “los límites de la temperatura máxima en el núcleo del elemento de hormigón fueran variando en función de esas condicionantes. Entonces, de tener solamente los 70 grados Celsius, como temperatura máxima admisible, independientemente del tipo de estructura, se adoptó el criterio de especificación francesa, que considera la determinación de la temperatura máxima admisible en función de estas dos variables que según vimos, en algunos casos, se puede tolerar hasta 85 grados y en otros, muy exigentes, podría restringirse a 65 grados”, destaca el ingeniero civil.

De esta forma, los hormigones masivos estructurales, tal y como define la Especificación, ya no están restringidos arbitrariamente a los 70 grados Celsius como establecía la normativa de referencia que se usaba en nuestro país. “Incluso –precisa Yuri Tomicic– se da la posibilidad que, usando materiales adecuados, como cemento con un determinado contenido de adiciones puzolánicas o si se demuestra a partir de pruebas de comportamiento, mediante un ensayo que está avalado por datos empíricos de investigaciones con materiales nacionales, que se habían desarrollado en la Universidad de Chile para validarlo. Entonces, en los casos más restrictivos, recurriendo a la presente especificación para hormigón masivo del ICH, uno puede adoptar los límites, que están establecidos en la tabla, lo que da mucha mayor flexibilidad y el problema se aborda más mirando el comportamiento, en concordancia con la norma NCh170-2016 y con lo que han sido las especificaciones que ha venido desarrollando el Instituto desde hace varios años”.

Una especificación elaborada para el mundo de la construcción actual

El aporte al sector de la construcción nacional que supone la Especificación para Hormigón Masivo Estructural tiene varias aristas. Por una parte, se trata de un documento inédito en Chile y como tal, su incorporación “abre un abanico de posibilidades y llama también al diseñador a realizar algún estudio preliminar de sus elementos estructurales para ver si aplica o no clasificarlos como masivos. Incluso, si el proyecto lo hubiese pasado por alto, la especificación también indica que el constructor puede proponer que un determinado elemento por sus características dimensionales y/o tipo de hormigón requerido, sea tratado como masivo”, dice Yuri Tomicic.

Ahondando sobre este aspecto, explica que, por ejemplo, el ingeniero constructor podría proponer el fraccionamiento de, conforme al procedimiento constructivo, un elemento definido como masivo, lo que podría significar cambiar el comportamiento del mismo y, por ende, permitir que sea tratado como no masivo.

Además, dice Tomicic, al abordar el estudio de los hormigones masivos estructurales y en particular, el fenómeno expansivo de la FED, los mandantes podrán contar a una especificación que garantice mayor seguridad y durabilidad a las estructuras. “No es que necesariamente una estructura vaya a colapsar producto de este fenómeno pero hay otros efectos perjudiciales, como su serviciabilidad. Por ejemplo, en el caso de una fundación de un equipo o infraestructura, que tiene un comportamiento estructural distinto al de losas o muros, la microfisuración del hormigón asociada a la FED podría provocar debilitamiento de anclajes, lo que produciría vibraciones anómalas, con los consecuentes problemas a la integridad de los equipos que están anclados a dicha fundación”, explica el ingeniero civil.

Asimismo, indica que “desde el punto de vista del diseño del hormigón se abarata el costo de producción, porque ya no es necesario usar estos métodos de enfriamiento que estábamos hablando y por lo tanto, desde el punto de vista de la dosificación del hormigón, quizás con las condiciones normales de fabricación, uno puede cumplir con los límites establecidos”.

Esto, comenta, podrá realizarse gracias a que “con esta clasificación de la importancia de las estructuras y de la severidad de las condiciones de exposición, es probable que en el caso de muchas de las estructuras que se construyen en ambientes menos agresivos o que no tienen la importancia estructural de grandes obras de infraestructura, la especificación va a permitir que se superen los límites que tradicionalmente se consideraban en la antigua norma”.

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