María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A. Influencia en la Resistencia a Compresión de Hormigones por Efecto de la Temperatura Ambiente Autores: María Soledad Gómez L. - Profesora Adjunta - Sergio Vidal A. - Profesor Auxiliar Escuela de Construcción Civil Pontificia Universidad Católica de Chile emails: [email protected], [email protected] Fecha de recepción : 28/03/06 Fecha de aceptación : 26/05/06 En el hormigón, el desarrollo de la resistencia a compresión depende también en gran par te de la temperatura de confección y colocación. Existen estudios que hablan de hormigonado en tiempo frío, temperaturas menores a 5º C, tiempo caluroso, temperaturas mayores a 35º C y normales entre los rangos anteriores. El presente estudio permite establecer cómo incide la temperatura ambiente al momento de la confección del hormigón, en la resistencia a compresión, así como en la evolución de la resistencia entre 7 y 28 días. Para el estudio se analizaron un total de 778 muestras, correspondientes a hormigones grado H20, H25 y H30 con un 5% y 10% de defectuoso, compuestas por 3 probetas cada una, las que fueron ensayadas a compresión a 7 y 28 días. Asimismo, se consideraron temperaturas mayores a 5º C y menores a 35º C, de manera de no incluir las temperaturas correspondientes a hormigonados especiales (tiempo frío y caluroso). De lo anterior se pudo concluir que para muestras mantenidas en obra por un período máximo de 2 días y luego mantenidas en condiciones de laboratorio, se tiene que la evolución de la resistencia es mayor en tiempo caluroso, sin embargo en este período se tienen una merma en la resistencia con respecto al tiempo frío. Abstract Resumen Influence in Compressive Strength of Concrete Because of Environmental Temperature In concrete, development of compressive strength mostly depends on confectioning and placing of temperature. There are surveys about concreting in cold weather, temperatures below 5° C, hot weather, temperatures over 35° C and normal between the last ranges. This survey allows setting as environmental temperature affects at the moment of concrete confectioning, in compressive strength, as well as in evolution of strength between 7 and 28 days. For this survey a total of 778 samples were tested, corresponding to concretes grade H20, H25 and H30 with a 5% and 10% of defective, composed of 3 specimens each one, which were tested under compression to 7 and 28 days. Moreover, temperatures over 5°C and lower 35°C were considered, in order not to include temperatures corresponding to special concreting (hot and cold weather). From the previous paragraph, it is possible to conclude that in samples maintained in construction site during a maximum period of 2 days and then maintained in laboratory conditions, the strength is bigger in hot weather, however, in this period a loss in strength with regard to cold weather is obtained. Key words: concrete, temperature, compressive strength. Palabras clave: hormigón, temperatura, resistencia a compresión. 56 Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006 Páginas: 56 - 61 I. INTRODUCCIÓN Se sabe que la resistencia a compresión III. METODOLOGÍA varía en función de la temperatura a la Una de las variables más incidentes que se encuentra expuesto el hormigón Esta investigación tuvo como objetivo deen la resistencia a compresión de los por medio del grado de madurez. terminar la incidencia de la temperatura hormigones es la temperatura a la que ambiente en la evolución de resistencia estuvieron expuestos durante las pri- Finalmente, este estudio consiste en a compresión entre 7 y 28 días y en la meras horas desde confeccionados. La determinar cuánto afecta la temperatura resistencia a compresión a 28 días. literatura indica que hormigones someti- ambiente en la resistencia a compresión dos a temperaturas extremas –cercanas del hormigón, considerando temperaturas Para este estudio se consideraron las a 0° C o sobre 35° C– pueden sufrir una entre un rango mayor a 5º C y menor a 35º siguientes variables: disminución impor tante de su resistencia C, valores correspondientes a los límites a compresión a los 28 días y su durabi- para ser considerados como hormigonado 1. Característica de la muestra en estudio lidad, asimismo, la temperatura puede en tiempo frío y hormigonado en tiempo modificar la curva de endurecimiento del caluroso, ampliamente estudiados. hormigón. Por otra par te, para este estudio no se La curva de resistencia se obtiene con analizó la dosificación, tipo de árido resultados de resistencia a compresión (chancado o rodado), cemento (corriente de probetas mantenidas hasta su edad de o alta resistencia) o aditivos utilizados en ensayo a una temperatura de 20 ± 3° C los hormigones, dejando esas variables y una humedad relativa mayor o igual al como constantes, de manera de poder 90%. Si bien a esta temperatura se deben estudiar solo el fenómeno dentro de los mantener los hormigones desde el mo- parámetros temperatura y poder ver clamento de su confección, en la práctica ramente la tendencia de la evolución y la mantener esas condiciones en obra no resistencia a compresión. siempre es posible por las condiciones II. EXIGENCIAS NORMATIVAS propias de obra. Debido a las elevadas gradientes de temperatura que tiene nuestro país, Chile, esta variable debe ser considerada al momento de hormigonar. Al respecto, la norma chilena NCh 170 (Hormigón – Requisitos Generales) señala que se considera un hormigonado en tiempo frío, si en los 7 días previos al hormigonado hay uno a más días con temperatura media de 5° C, por otra par te, señala que en tiempo caluroso o en ambiente con viento se deben tener hormigones a temperaturas inferiores a 30° C en caso de elementos normales y menor que 16° C en elementos cuya dimensión exceda a los 0,80 m. Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006 La norma chilena NCh 1017 (Hormigón – Confección y curado en obra de probetas para ensayos de compresión y tracción) establece que el curado de las probetas de hormigón fresco debe efectuarse a temperatura de 20 ± 3° C y con una humedad relativa mayor o igual al 90% o mantener las probetas sumergidas en agua quieta saturada con cal a una temperatura de 20 ± 3° C. Asimismo, señala que en obra las probetas deben estar en condiciones de curado por un período de tiempo no inferior a 20 horas para probetas que serán sometidas a compresión y 44 horas para probetas que serán sometidas a ensayo de tracción por flexión. ♦ Hormigones grado H20, H25 y H30, resistencia especificada de 20, 25 y 30 MPa, respectivamente ♦ Fracción defectuosa para cada grado de hormigón de 5% y 10% ♦ Tamaño de la muestra de hormigón en estudio, correspondiente a 778 muestras compuestas de 3 probetas cúbicas de 20 cm de arista ♦ Muestra para ensayo a compresión, una probeta a 7 días y dos a 28 días ♦ Temperatura ambiente al momento de la extracción de la muestra ♦ Hora de la extracción de la muestra ♦ Mes del año en que se extrajo la muestra ♦ Retiro de las muestras de obra al segundo día de confeccionada la probeta ♦ Curado de las probetas en obra según norma NCh 1017 57 María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A. ♦ El tamaño de muestra para cada grado aumenta la temperatura de confección de hormigón fue el siguiente: de las probetas existe una disminución de la resistencia a compresión a 28 días. - H20(5), 93 muestras Este efecto es de mayor impor tancia en - H20(10), 54 muestras hormigones grado H30, ya que para 30° C - H25(5), 206 muestras se aprecian disminuciones de resistencia - H25(10), 213 muestras del orden de un 5,6% respecto de la resis- H30(5), 58 muestras tencia de hormigones del mismo grado a - H30(10), 154 muestras 20° C, asimismo, se tienen incrementos de resistencia cercanos a un 3% para 2. Análisis considerados para el estudio probetas confeccionadas a temperatura cercanas a los 10° C. ♦ Resistencia a compresión, promedio de 2 probetas cúbicas de 20 cm de arista En el caso de los hormigones grado a 28 días en función de la temperatura H25, probetas confeccionadas a 35° C ambiente al momento de la confección presentan una disminución de resistende las probetas, sin considerar la es- cia respecto a probetas confeccionados tación del año (invierno, verano, etc.) a 20° C, del orden de un 2,5%. En este ♦ Evolución de la resistencia a compresión, considerando la resistencia de una probeta a 7 días y el promedio de las resistencias a 28 días de las 2 probetas restantes. caso, probetas confeccionadas a 10° C tienen un incremento de resistencia del orden de un 2,0%. 10° C presentan incrementos de resistencia del orden de un 3,3% con respecto a las confeccionadas a 20° C. Para este grado se tienen disminuciones del orden de un 5,3% con respecto a las probetas confeccionadas a 20° C, cuando estas son confeccionadas a 35° C. 2. Porcentaje de evolución de la resistencia a compresión de 7 a 28 días, de hormigones grado H20, H25 y H30 con un 10% de fracción defectuosa en función de la temperatura ambiente Para hormigones con grados comprendidos entre H20 y H30 y una fracción defectuosa de un 10%, se tiene que para bajas temperaturas –cercanas a 10º C– se obtienen menores resistencias a 7 días con relación a la resistencia a 28 días, que para probetas confeccionadas a mayores temperaturas. Finalmente, en los hormigones grado En el caso de hormigones grado H20 se H20 las probetas confeccionadas a tienen resistencias a 7 días con respecto ♦ Influencia de la hora y temperatura de confección de las probetas en función de la resistencia a compresión a 28 días. ♦ Resistencia a compresión en función de la temperatura según época del año. IV. ANALISIS DE RESULTADOS 1. Resistencia a compresión de hormigones grado H20, H25 y H30 con un 10% de fracción defectuosa, en función de la temperatura ambiente Para hormigones con grados comprendidos entre H20 y H30 y una fracción defectuosa de un 10%, se tiene una clara Gráfico N° 1: Resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con un 10% de tendencia que indica que a medida que fracción defectuosa 58 Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006 Páginas: 56 - 61 Es impor tante destacar que si bien a medida que aumenta la temperatura se tienen mayores resistencias a 7 días con relación a la resistencia de 28 días, a medida que aumenta la temperatura se obtienen resistencias a 28 días menores tal, como se puede apreciar en el Gráfico N° 2. 3. Resistencia a compresión en función de la temperatura ambiente considerando la fracción defectuosa Gráfico N° 2: Evolución de la resistencia a compresión de hormigones grados H20, H25 y H30 con un 10% de fracción defectuosa de las de 28 días, del orden de un 3,0% menor, que las de probetas de hormigones confeccionados a 20° C. Para este mismo tipo de hormigones, para probetas confeccionadas a 35° C, se tiene un incremento mayor a un 4,0% de la resistencia a 7 días con respecto de la resistencia a 28 días. con probetas confeccionadas a 20° C. Para las confeccionadas a 35° C se tienen incrementos de resistencia entre 7 y 28 días del orden de un 2% mayor que el que se obtiene con probetas confeccionadas a 20° C. Al efectuar el análisis considerando la fracción defectuosa para hormigones grado H30, es posible observar que las pendientes de las líneas de tendencia para un mismo grado de hormigón son similares. En el caso de los hormigones grado H20 se tiene que para los hormigones con un 5% de fracción defectuosa se aprecia una menor incidencia de la temperatura en la resistencia a compresión, este hecho concuerda con los resultados obtenidos en los hormigones grado H25 con 10% de fracción defectuosa (Gráfico N° 1). En el caso de los hormigones grado H25, para temperaturas de 10° C, se tiene una evolución de resistencia entre 7 y 28 días de probetas a compresión del orden de un 0,7% menos que la de probetas confeccionadas a 20° C. En el caso de probetas confeccionadas y mantenidas durante sus primeras horas a 35°C se tiene un incremento de evolución de resistencia entre 7 y 28 días del orden de un 0,7% que en probetas confeccionadas a 20° C. Para los hormigones grado H30, con temperaturas de confección de probetas de 10° C, se tiene una evolución de resistencia entre 7 y 28 días del orden Gráfico N° 3: Resistencia a compresión de hormigones grados H20 y H30 con un 5% y un 10% de fracción defectuosa de un 2% menor que el que se obtiene Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006 59 María Soledad Gómez L., Sergio Vidal A. a menor temperatura ambiente promedio –mes que coincide con el más frío del año–, se tienen resistencias a compresión cerca de un 20% más altas que los meses en que se confeccionaron muestras a mayores temperaturas promedio. 6. Relación evolución de resistencia a compresión mensual – temperatura media Gráfico N° 4: Influencia de la hora de confección de las probetas en función de la resistencia a compresión a 28 días toma de la muestra, se tendrán menores 4. Influencia de la hora de confección de las probetas en función de la resistencia a resistencias a compresión. En el Gráfico Nº 5 se muestran los resultados obtenicompresión a 28 días dos para hormigones grado H30 con una Si se efectúa el análisis de la resisten- fracción defectuosa de un 10%. De este cia a compresión de probetas cúbicas Gráfico se puede inferir que para el mes de hormigón y la hora en que fueron en que se tomaron muestras de hormigón confeccionadas, para un rango de temperatura entre 15° C y 20° C, se tiene que para muestras confeccionadas en la tarde –entre las 16:30 y 19:30 horas– los hormigones grado H30 tienen un incremento de resistencia del orden de un 30% y los grado H20 de un 17%, con respecto a hormigones del mismo grado confeccionados en el período comprendido entre las 7:30 y 10:30 horas. Al igual que en el gráfico anterior, es posible observar que existe la tendencia, para los 3 grados de hormigón estudiados, que indica que a mayor temperatura ambiente promedio al momento de la toma de la muestra, se tendrá mayor evolución de resistencia a compresión. En el Gráfico Nº 6 se muestran los resultados obtenidos para hormigones grado H30 con una fracción defectuosa de un 10%. De este Gráfico se puede inferir que para el mes en que se tomaron muestras de hormigón a menor temperatura ambiente promedio, se tiene menor evolución de resistencia a compresión que los meses en que se 5. Relación temperatura media – resistencia media mensual de hormigones En el presente análisis es posible observar que existe una clara tendencia, para los 3 grados de hormigón estudiados, que indica que a mayores temperaturas ambientes promedio al momento de la 60 Gráfico N° 5: Relación resistencia media mensual de hormigones - temperatura media Revista de la Construcción. Vol. 5 Nº 1 - 2006 Páginas: 56 - 61 confeccionaron muestras a mayor tem- muestra, si se supone que en la noche, peratura promedio. vale decir después de las 21:00 horas, la temperatura es aún menor a la de la exV. CONCLUSIONES tracción de la muestra, y se obtuvo mayor resistencia a horas del día más tardías, De los resultados obtenidos se puede se puede concluir también que a menor concluir que la temperatura de confec- temperatura la resistencia a compresión ción del hormigón incide en la resistencia es mayor. De esto se podría concluir que a compresión a 28 días en un porcentaje para períodos con temperatura entre que depende del grado y porcentaje frac- 15° C y 20º C sería recomendable efección defectuosa del hormigón. tuar el hormigonado durante la tarde, de modo que el inicio y fin de fraguado del Si bien es cier to, este porcentaje de hormigón se desarrolle cuando se tengan disminución, “aparentemente no muy re- las menores temperaturas ambientales. levante”, se obtiene en base a muestras de hormigón que permanecen 2 días en Es impor tante señalar que los resultados condiciones de obra, para luego ingresar aquí indicados no consideran condiciones al laboratorio donde el curado se realiza de climáticas extremas, ya que si bien algunas acuerdo a la normativa vigente a 20 ± 3º C probetas fueron confeccionadas a tempey a más de 90% de humedad relativa. raturas cercanas a 10º C, probablemente durante la noche las temperaturas fueron Por otra par te, si se analiza la resistencia menores a 10º C, e incluso cercanas a a compresión en base a la influencia de 0º C, pero en estos casos las probetas la hora y temperatura en que se toma la se mantienen durante su estadía en obras cubier tas y protegidas de la intemperie, por lo que no debieron haber llegado a las temperaturas extremas, situación que perfectamente puede haber sido alcanzada con el hormigón colocado, si en obra no se tomaron las precauciones debidas. Finalmente, de todo lo anterior se puede concluir que el porcentaje de pérdida o ganancia de resistencia podría ser mayor si el ensayo de compresión de las muestras de hormigón se realizara sobre probetas curadas en condiciones de obra. VI. BIBLIOGRAFÍA 1. Giani, Ricardo; Solas, Andrés. El Hormigón y su tecnología, 2001. 2. IECA – Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones. II Jornada Técnica: Estructuras de hormigón en ambientes marinos, 2002. 3. Lana, María José. Hormigonado con altas temperaturas: El curado del hormigón. Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, BIA Revista del COAAT de Madrid Nº 232. 4. NCh 170 Hormigón – Requisitos generales. 5. NCh 1017 Hormigón – Confección y curado en obra de probetas para ensayos de compresión y tracción. 6. NCh 1037 Hormigón – ensayo a compresión de probetas cúbicas y cilíndricas. 7. Or tiz, Aguado, Agulló, García. 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