Sensores de Concreto

Un sensor de concreto es un dispositivo embebido que mide la temperatura y la resistividad eléctrica desde el interior de un colado y transmite los datos a un teléfono, una puerta de enlace o una plataforma en la nube; se usa para estimar la resistencia in situ mediante el método de madurez ASTM C1074, monitorear la temperatura de curado y documentar el control de calidad sin romper cilindros.

Un sensor inalámbrico de concreto amarrado al armado de varilla antes de la colocación. El sensor lee de forma continua durante todo el curado.

¿Qué Es un Sensor de Concreto?

Un sensor de concreto es un dispositivo embebido que mide una o más propiedades físicas del concreto desde el interior del colado. Las mediciones más comunes son la temperatura (para el método de madurez y el control térmico) y la resistividad eléctrica (para el avance del curado y la durabilidad). El sensor transmite sus lecturas a un teléfono, una puerta de enlace fija o una plataforma en la nube, lo que permite a ingenieros y responsables de control de calidad tomar decisiones con datos reales in situ en lugar de estimaciones a partir de cilindros acompañantes curados cerca.

La categoría incluye una gama de dispositivos que difieren mucho en capacidad: una sonda embebida de un solo uso con Bluetooth, un sensor reutilizable de varios años con inalámbrico de largo alcance, un registrador de datos con termopar alámbrico de varios canales y dispositivos montados en superficie que solo leen la temperatura de la cimbra. El dispositivo adecuado depende de la aplicación, la duración del monitoreo y el tipo de decisiones que los datos deben respaldar.

Cómo Funcionan los Sensores de Concreto

Temperatura y el método de madurez

La hidratación del cemento es exotérmica y depende de la temperatura. La velocidad de ganancia de resistencia del concreto es función de cuánto calor ha liberado el cemento y a qué temperatura. El método de madurez ASTM C1074 formaliza este principio. El método integra el historial temperatura-tiempo del concreto in situ para calcular un índice de madurez y luego aplica una curva de calibración, establecida una vez para cada revoltura a partir de cilindros acompañantes, para estimar la resistencia a compresión.

Un sensor de concreto con sonda de temperatura y cálculo de madurez ofrece una estimación de resistencia in situ continua. El responsable de control de calidad puede ver cómo se desarrolla la curva de resistencia hora tras hora, ver cuándo cruza los umbrales clave (resistencia a la transferencia en una cama de presfuerzo, resistencia de descimbrado en una losa, resistencia de postensado en un puente) y tomar la decisión en el momento en que los datos lo respaldan.

Resistividad eléctrica

La resistividad eléctrica mide con qué fuerza la solución de poros del concreto resiste el paso de una corriente eléctrica. Dos sondas embebidas a una distancia conocida inyectan una pequeña corriente alterna y miden el voltaje resultante. A medida que el cemento se hidrata, la estructura de poros se refina y la solución de poros se vuelve menos continua, por lo que la resistividad sube marcadamente durante los primeros 7 a 28 días.

Dos normas ASTM y AASHTO rigen el ensaye:

• AASHTO T-358: norma para la resistividad superficial del concreto, usada por lo general en cilindros con la sonda Wenner de cuatro puntas.
• ASTM C1876: norma para la resistividad eléctrica volumétrica de especímenes cilíndricos, con el método de dos puntas.

Los sensores in situ que miden resistividad replican la geometría del ensaye de resistividad volumétrica dentro del propio concreto, y ofrecen la misma señal de forma continua en lugar de en fechas discretas de ensaye de cilindros. La señal complementa el método de madurez y aporta un segundo indicador independiente del avance del curado, útil cuando una revoltura poco conocida o una condición ambiental difícil hace que la calibración de madurez se desvíe.

Ruta inalámbrica de datos

Los sensores de concreto modernos usan Bluetooth (corto alcance, teléfono como receptor), Wi-Fi (alcance medio, puerta de enlace) o radio sub-GHz (largo alcance, puerta de enlace). Las radios sub-GHz en particular manejan el peor caso, un sensor sepultado bajo varios metros de concreto en una cama remota, y siguen transmitiendo después de la colocación, cuando el Bluetooth suele perder la señal.

El Método de Madurez ASTM C1074

ASTM C1074 rige cómo se genera y valida una estimación por el método de madurez. La norma reconoce dos funciones para calcular el índice de madurez:

• Nurse-Saul (factor temperatura-tiempo): una integración simple de (T − T₀) en el tiempo, donde T₀ es la temperatura de referencia. Fácil de implementar y la opción más común.
• Edad equivalente (Arrhenius): una función más precisa que considera la dependencia no lineal de la hidratación respecto de la temperatura, expresada como la edad equivalente a una temperatura de referencia.

Ambas funciones requieren calibración específica de la revoltura. El procedimiento estándar es romper una serie de cilindros de la misma revoltura a varias edades (por lo general 1, 3, 7, 14 y 28 días), registrar la madurez en cada ensaye y ajustar una curva madurez-resistencia. Tras la calibración, el sensor in situ lee la temperatura de forma continua, calcula la madurez y busca la resistencia correspondiente en la curva de calibración.

Para un análisis más a fondo de ASTM C1074, consulte la guía del método de madurez del concreto.

¿Qué Tan Precisos Son los Sensores de Concreto?

Un sensor del método de madurez bien calibrado se correlaciona con los ensayes de cilindros con una precisión de 95 a 99 %. La cifra exacta depende de tres cosas:

1. Calidad de la calibración. La revoltura debe calibrarse contra cilindros acompañantes. Una mala calibración produce un número equivocado con toda confianza.
2. Consistencia de la revoltura. Si la revoltura de campo se desvía (fuente del cemento, relación agua/cemento, dosis de aditivo, humedad del agregado), la calibración se desvía con ella. Recalibrar según programa o después de un cambio de revoltura mantiene alta la precisión.
3. Colocación del sensor. El sensor debe estar en la ubicación donde importa la resistencia, por lo general el centro geométrico del elemento estructural o la sección que gobierna el diseño.

Una comparación común es el cilindro curado en obra. Los cilindros curados junto a una cama de prefabricados suelen ver variaciones ambientales de 5.6 a 16.7 °C (10 a 30 °F) distintas de la cama misma, sobre todo en invierno o verano. Sus resultados de ensaye reflejan entonces el historial térmico del cilindro, no el concreto de la cama. Un sensor in situ ve solo la cama y produce una estimación a partir del registro térmico real. Para más sobre esta disyuntiva, vea sensores vs ensayes tradicionales.

Tipos de Sensores de Concreto

Dentro de la categoría de embebidos, la distinción más importante es un solo uso vs reutilizable. Los sensores de un solo uso son más simples, amarrar, colar y retirarse, y el costo del dispositivo queda sepultado en la estructura. Los sensores reutilizables requieren recuperación (o se amarran en una ubicación elegida para su retiro) y tienen un costo unitario más alto, pero el costo por colado baja marcadamente a lo largo de cientos de ciclos. Una planta de prefabricados que cuela 30 camas por semana está mucho mejor servida con sensores reutilizables. Un contratista general que cuela tres losas al año suele estar mejor servido con sensores de un solo uso. Para una introducción a los sensores inalámbricos reutilizables en específico, vea la guía de sensores inalámbricos para concreto.

Casos de Uso de los Sensores de Concreto

Concreto prefabricado y presforzado

Las plantas de prefabricados son el caso de uso de mayor frecuencia para los sensores de concreto. El retorno económico es directo: cada hora ahorrada en la confirmación de la resistencia a la transferencia es una hora antes que la cama cicla al siguiente colado. La mayoría de las plantas gana de 1 a 4 ciclos de cama adicionales por semana con decisiones de transferencia basadas en sensores. Los sistemas de curado igualado multiplican el efecto al asegurar que los cilindros acompañantes sigan la cama con exactitud. La página de la industria de prefabricados lo cubre en detalle.

Colados masivos

El concreto masivo, losas de cimentación, pilas perforadas, secciones de presa, grandes cimentaciones, vive o muere por el control térmico. ACI 207 limita la temperatura pico in situ a 70 °C (158 °F) (para evitar la formación diferida de etringita) y el diferencial núcleo-superficie a 19.4 °C (35 °F) (para evitar el agrietamiento térmico). Los sensores a varias profundidades siguen ambos límites en tiempo real y documentan el cumplimiento del plan de control térmico del proyecto. Vea monitoreo de colados masivos para el manual completo de ACI 207.

Losas de puente y postensado

Los colados de losas de puente suelen ubicarse entre el concreto masivo y las losas estándar en escala, y las decisiones de tiempo son exigentes: cuándo retirar la obra falsa, cuándo aplicar el esfuerzo de postensado, cuándo abrir el carril. Los DOT estatales tienen especificaciones detalladas de resistencia a edad temprana y temperatura de curado, y la mayoría acepta datos del método de madurez ASTM C1074 cuando la revoltura está calibrada. Los sensores multiprofundidad capturan el diferencial a lo largo de la losa.

Losa sobre terreno y tilt-up

Para la losa sobre terreno y los paneles tilt-up, las decisiones clave son cuándo descimbrar, cuándo aplicar el acabado, cuándo levantar y cuándo aplicar cargas de tránsito. Aquí son comunes los sensores de un solo uso con acceso por teléfono porque la colocación es corta, la cuadrilla está en sitio y el sensor solo necesita transmitir durante unas pocas semanas. El trabajo en clima frío se beneficia en especial de los sensores porque la relación entre la temperatura ambiente y la temperatura in situ es marcadamente no lineal; vea curado de concreto en clima frío.

Concreto en clima cálido

El clima cálido (ACI 305) acelera la hidratación del cemento y eleva la temperatura pico, y ambas cosas pueden dañar la ganancia de resistencia y la durabilidad si no se controlan. Los sensores in situ verifican que el concreto se mantenga dentro de los límites de la especificación y activan la acción correctiva (mantas de curado, curado con agua, mallas de sombra) cuando la tendencia va mal. Vea curado de concreto en clima cálido.

I+D y diseño de revolturas

Para los laboratorios de materiales, los sensores que miden temperatura y resistividad ofrecen el registro más limpio posible de cómo se comporta una revoltura o un aditivo nuevo durante el curado. Los clientes de investigación de Sensytec usan sensores para validar reemplazos sustentables de cemento, protocolos de curado acelerado, concreto imprimible en 3D y sistemas de impermeabilización. La página de la industria de materiales avanzados cubre este trabajo.

Instalación de un Sensor de Concreto

1. Elija la ubicación. El sensor debe quedar en la sección que gobierna la decisión de resistencia. Para una cama de presfuerzo, eso suele ser a media luz en el armado de torones. Para una losa de cimentación, el centro geométrico para la temperatura pico más un punto cercano a la superficie para el diferencial. Para una losa de puente, tanto el núcleo como la superficie, además de las esquinas.
2. Amarre al armado de varilla o torones. Use cinchos de plástico; evite amarres de acero que hagan contacto con la sonda del sensor. El cuerpo debe quedar totalmente embebido, pero la antena orientada para la transmisión a la puerta de enlace.
3. Verifique antes del colado. Confirme que el sensor esté transmitiendo al teléfono o a la puerta de enlace y que la lectura sea plausible. Un sensor que falla antes del colado es mucho más barato de reemplazar que uno sepultado en el concreto.
4. Coloque con cuidado. La descarga directa del concreto no debe golpear el sensor. Use un tremie o canaleta que coloque el concreto alrededor de la ubicación del sensor.
5. Documente el ID y la ubicación del sensor. Vincule el número de serie del sensor al registro del colado para poder recuperar y auditar los datos.

Cómo Elegir un Sensor de Concreto

Cinco preguntas resuelven la mayor parte del problema de selección:

1. ¿Cuántos colados por año? Por debajo de ~50: un solo uso suele bastar. Por encima de ~200: reutilizable es drásticamente más barato por colado.
2. ¿Cuánto tiempo debe transmitir cada sensor? Unas pocas horas al momento de descimbrar frente a la transmisión continua durante todo el curado es un problema de batería distinto.
3. ¿Dónde está el responsable de control de calidad? Sobre la losa, en la oficina o al otro lado del país determina la arquitectura de Bluetooth, puerta de enlace o nube.
4. ¿Una señal o dos? La temperatura sola da el método de madurez. Agregar resistividad suma una segunda señal de resistencia y un indicador de durabilidad. Los sensores de dos señales son más capaces, pero cuestan más por unidad.
5. ¿Cómo es el sistema de control de calidad? Si los datos deben fluir a un registro del proyecto, un rastro de auditoría, una entrega a un DOT o una inspección PCI, la plataforma en la nube detrás del sensor importa más que el sensor mismo. Vea SensyHub y el Módulo QC de SensyHub.

La Línea de Sensores Sensytec

Sensytec fabrica tres sensores más un sistema de curado igualado, todos alimentando la misma plataforma en la nube:

• SensyCast™: sensor inalámbrico de varias sondas que mide temperatura y resistividad eléctrica. Alcance de 1.6 km (1 milla), batería recargable de 3 años, ASTM C1074, AASHTO T-358, ASTM C1876.
• SensyRoc™ II: sensor portátil robusto con aplicación gratuita para iOS y Android, para cuadrillas móviles y decisiones en obra.
• SensyCure™: cámara automática de curado igualado que mantiene los cilindros acompañantes dentro de 0.44 °C (0.79 °F) de la cama. Cumple con ASTM C31, C192 y C1074.
• SensyHub™: plataforma en la nube detrás de cada sensor. Tableros en tiempo real, alertas por umbral, analítica predictiva con IA y API abiertas.
• SensyHub QC™: módulo de control de calidad para plantas de prefabricados certificadas por PCI y NPCA y productores de DOT estatales.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es un sensor de concreto?

Un sensor de concreto es un dispositivo embebido que mide una o más propiedades físicas del concreto desde el interior del colado, por lo general temperatura y resistividad eléctrica. El sensor transmite datos de forma continua a un teléfono, una puerta de enlace o una plataforma en la nube, de modo que los ingenieros pueden seguir el desarrollo de resistencia in situ, el avance del curado y el comportamiento térmico en tiempo real, sin romper cilindros.

¿Qué tan precisos son los sensores de concreto frente a los ensayes de cilindros?

Los sensores inalámbricos modernos que usan el método de madurez ASTM C1074 se correlacionan con los ensayes de cilindros con una precisión de 95 a 99 % cuando la revoltura se ha calibrado correctamente. El sensor mide la temperatura in situ de forma continua y calcula la resistencia a partir de una relación madurez-resistencia calibrada para esa revoltura específica. Los cilindros curados en obra, en cambio, suelen diferir del concreto in situ porque su historial térmico es distinto.

¿Qué es el método de madurez ASTM C1074?

ASTM C1074 es la práctica estándar para estimar la resistencia del concreto por el método de madurez. La resistencia del concreto es función de la hidratación del cemento, que a su vez es función de la temperatura y el tiempo. Al integrar el historial temperatura-tiempo del concreto in situ y aplicar una curva de calibración a partir de cilindros acompañantes, la norma ofrece una estimación no destructiva y defendible de la resistencia in situ.

¿Qué es la resistividad eléctrica en el concreto y por qué importa?

La resistividad eléctrica mide con qué fuerza una muestra de concreto resiste la corriente eléctrica. A medida que el cemento se hidrata y la estructura de poros se refina, la resistividad aumenta. AASHTO T-358 (superficial) y ASTM C1876 (volumétrica) ofrecen procedimientos estandarizados. La resistividad da una segunda señal independiente del avance del curado y, a edades más avanzadas, se correlaciona con la resistencia a la penetración de iones cloruro.

¿Qué tipos de sensores de concreto existen?

Sensores embebidos de un solo uso por Bluetooth que se enlazan con un teléfono, sensores inalámbricos reutilizables con mayor alcance y baterías de varios años, registradores de datos con termopares alámbricos de varios canales y sensores montados en superficie para temperatura de corto plazo únicamente. Los sensores de dos señales que leen temperatura y resistividad ofrecen la verificación más independiente.

¿Cómo se instala un sensor de concreto?

Elija la ubicación según el tipo de elemento estructural y la ubicación de resistencia de interés, amarre el sensor al armado de varilla o a los torones a la profundidad prevista, dirija la antena o el cable según se requiera, verifique que el sensor esté transmitiendo antes del colado y coloque el concreto con cuidado alrededor del sensor. Para colados masivos y losas de puente, es estándar usar varios sensores a distintas profundidades.

¿Pueden los sensores de concreto reemplazar por completo los ensayes de cilindros?

En la mayoría de las jurisdicciones, los cilindros de aceptación periódicos siguen siendo exigidos por el código. El mayor valor de los sensores está en las decisiones de programa: destensar, descimbrar, postensar, abrir al tránsito, retirar apoyos temporales. Los sensores reemplazan muchos ensayes de decisión de resistencia y dejan en su lugar los cilindros de aceptación.

¿Cuánto duran los sensores de concreto?

Los sensores de un solo uso quedan sepultados en la estructura, pero solo transmiten durante unas pocas semanas de vida activa de la batería. Los sensores reutilizables con baterías recargables pueden recuperarse y reutilizarse durante tres años o más a lo largo de cientos de colados.

¿Cuál es el alcance inalámbrico de un sensor de concreto?

Los sensores solo por Bluetooth tienen un alcance práctico de 8 a 15 m (25 a 50 pies) en aire libre, menos a través del concreto. El inalámbrico sub-GHz de largo alcance puede llegar a 1.6 km (1 milla) o más con línea de vista hacia una puerta de enlace y seguir transmitiendo después de que el colado queda sepultado.

¿Los sensores de concreto son aceptados por los DOT y los organismos de certificación?

Sí. Los DOT estatales, entre ellos TxDOT, FDOT, Caltrans y otros, aceptan los datos del método de madurez ASTM C1074 para decisiones de resistencia a edad temprana cuando la revoltura está calibrada correctamente. Los programas de certificación de plantas del PCI (MNL-116, MNL-117) y la NPCA QCM-001 también reconocen los datos del método de madurez. Las especificaciones de cada proyecto varían, así que siempre revise la especificación del proyecto en cuestión.