Monitoreo de Colados Masivos

El monitoreo de colados masivos es la medición continua de la temperatura in situ en colados lo bastante grandes como para requerir control térmico (por lo general de más de 36 pulgadas de espesor), utilizada para hacer cumplir los límites de ACI 207 de 70 °C (158 °F) de temperatura pico y 19 °C (35 °F) de diferencial entre núcleo y superficie, y para prevenir la formación diferida de etringita (DEF) y el agrietamiento térmico.

Los sensores inalámbricos embebidos a varias profundidades en un colado masivo captan de forma continua las temperaturas del núcleo, de media profundidad y de la superficie.

Qué Cuenta como Concreto Masivo

ACI 207 define el concreto masivo como cualquier volumen de concreto con dimensiones lo bastante grandes como para requerir medidas que atiendan el calor generado por la hidratación del cemento y el cambio de volumen que lo acompaña. En la práctica, esto significa:

• Cimentaciones y losas de cimentación de más de unas 36 pulgadas de espesor
• Pilas perforadas y cajones (caissons) con diámetros mayores a 36 pulgadas
• Pilas de puente, estribos y dados de pilotes
• Columnas y muros de más de 36 pulgadas de espesor
• Estructuras de presa, muros de contención y revestimientos de túnel
• Cimentaciones industriales para energía, petróleo y gas, y equipo pesado

Algunas especificaciones activan las disposiciones de concreto masivo con espesores menores (24 pulgadas o incluso 18 pulgadas para mezclas con alto contenido de cemento), así que revise siempre la especificación del proyecto.

Por Qué el Concreto Masivo Es Diferente

La hidratación del cemento es exotérmica. Cada libra de cemento libera aproximadamente 90 BTU de calor al reaccionar con el agua. En una losa delgada el calor se disipa rápido y la temperatura in situ se mantiene cercana a la ambiente. En un colado masivo el calor no tiene a dónde ir (el núcleo queda aislado por el concreto que lo rodea), así que la temperatura dentro del colado sube de forma constante durante las primeras 24 a 72 horas, alcanza un pico y luego se enfría lentamente a lo largo de días o semanas.

De este comportamiento térmico surgen dos fallas específicas:

1. Agrietamiento térmico por el diferencial entre núcleo y superficie

Mientras el núcleo sube hacia la temperatura pico, la superficie pierde calor hacia el aire o hacia la cimbra. El núcleo caliente busca expandirse, pero la superficie más fría (que ya se ha endurecido) lo restringe. Se acumula esfuerzo de tensión en la superficie. Cuando el diferencial supera la capacidad a tensión del concreto de la superficie, se abren grietas, por lo general paralelas y de varios pies de largo, que a veces se propagan a fondo dentro de la estructura. ACI 207 limita el diferencial a 19 °C (35 °F) como regla práctica.

2. Formación diferida de etringita (DEF)

Cuando el concreto in situ rebasa unos 70 °C (158 °F) a edad temprana, se altera la química que normalmente forma etringita durante las primeras horas de hidratación. Años después, cuando el concreto queda expuesto a la humedad, la etringita se vuelve a formar de manera expansiva en la pasta endurecida. La expansión agrieta el concreto de adentro hacia afuera. El daño aparece de 5 a 30 años después del colado y es prácticamente irreparable. La única prevención es mantener la temperatura del núcleo a edad temprana por debajo de 70 °C (158 °F).

Las Cifras Que Importan

Los cuatro límites suelen aparecer en el Plan de Control Térmico del proyecto, que el contratista debe entregar al ingeniero responsable (EOR) antes del colado. Los datos continuos de temperatura in situ son la evidencia de que el plan realmente se ejecutó.

Cómo Controlar la Temperatura del Concreto Masivo

Baje la temperatura de colocación

Cada 5.6 °C (10 °F) de reducción en la temperatura de colocación se traduce, a grandes rasgos, en 5.6 °C (10 °F) menos de temperatura pico. Herramientas: agua de mezcla enfriada, hielo como reemplazo parcial del agua, almacenamiento de agregados a la sombra e inyección de nitrógeno líquido en casos extremos. Los colados programados de noche o de madrugada arrancan naturalmente más fríos.

Modifique la mezcla para reducir el calor de hidratación

Reemplace del 30 al 50% del cemento con ceniza volante, escoria granulada de alto horno molida (GGBFS) u otras puzolanas. Los materiales cementantes suplementarios (MCS) hidratan más lento y liberan menos calor total. La contrapartida es una ganancia de resistencia temprana más lenta, por lo general aceptable en colados masivos donde la carga se retrasa.

Embeba tuberías de enfriamiento

Para colados muy grandes (secciones de presa, losas de cimentación de más de 5 pies de profundidad), se preinstalan tuberías de HDPE o de acero en la cimbra. Durante el curado circula agua enfriada a través de ellas para extraer calor del núcleo. Las tuberías se rellenan con lechada una vez terminada la fase de enfriamiento.

Aísle la superficie

Contraintuitivo pero estándar: aislar la superficie la mantiene caliente para que el diferencial con el núcleo se mantenga pequeño. Son comunes las cobijas de curado aislantes, la placa de espuma sobre la cimbra o las capas de arena. El objetivo no es limitar la temperatura pico, sino limitar la diferencia entre el núcleo y la superficie.

Verifique con datos continuos in situ

Todo lo anterior son entradas del curado. La salida que importa son las temperaturas reales del núcleo y de la superficie, medidas de forma continua, con alertas antes de que se rebase cualquiera de los límites. Esto es lo que aportan los sensores inalámbricos.

Colocación de Sensores en Colados Masivos

Un plan típico de instrumentación de un colado masivo usa de tres a seis sensores por colado:

• Centro de masa: el centro geométrico del colado, donde la temperatura pico será la más alta. Este sensor hace cumplir el límite de pico de 70 °C (158 °F).
• Cerca de la superficie o de la cara cimbrada: el punto más frío, usado junto con el sensor del centro para calcular el diferencial entre núcleo y superficie. Colóquelo de 2 a 3 pulgadas por debajo de la superficie terminada.
• Media profundidad: un punto intermedio que completa el perfil de temperatura, útil para la documentación de control de calidad y para calibrar las velocidades de enfriamiento.
• Sensores de esquina: en colados muy grandes, las esquinas pierden calor más rápido en dos direcciones. Un sensor de esquina cerca de la superficie ayuda a identificar puntos calientes que el par de centro y superficie pasaría por alto.

Sensytec ayuda a definir la colocación según la geometría de su colado específico y el plan de control térmico. La guía de monitoreo en tiempo real cubre la arquitectura de sensores más amplia.

Lista de Verificación para el Día del Colado Masivo

1. Plan entregado. Plan de Control Térmico aprobado por el EOR. Diagrama de sensores, límites de umbral y método de protección documentados.
2. Sensores instalados. Amarrados a la varilla en las ubicaciones y profundidades planeadas antes de iniciar la colocación. Verificados transmitiendo al gateway.
3. Temperatura de colocación verificada. La temperatura del concreto tal como se coloca, medida en el camión y confirmada por debajo del límite de la especificación.
4. Monitoreo en vivo activo. Las cuadrillas y el EOR pueden ver la curva de temperatura en el teléfono o la laptop en tiempo real.
5. Alertas de umbral armadas. Se disparan notificaciones push o por correo si el núcleo se acerca a los 70 °C (158 °F) o el diferencial se acerca a los 19 °C (35 °F).
6. Protección de superficie en su lugar. Cobijas de aislamiento, capa de arena u otro tratamiento de superficie aplicado según el plan.
7. Sistema de enfriamiento encendido (si aplica). Si las tuberías de enfriamiento embebidas forman parte del plan, confirme el flujo y las temperaturas de entrada y salida.
8. Fase de enfriamiento gestionada. El retiro del aislamiento se secuencia para que la velocidad de enfriamiento se mantenga dentro del límite de la especificación (por lo general 11 °C / 20 °F por 24 horas).
9. Exportación de control de calidad. Al terminar el periodo de curado, exporte el registro de temperatura (PDF / CSV) para el expediente del proyecto y el cierre con el EOR.

Preguntas Frecuentes

¿Qué es el concreto masivo?

ACI 207 define el concreto masivo como cualquier volumen de concreto con dimensiones lo bastante grandes como para requerir medidas que atiendan el calor generado por la hidratación del cemento y el cambio de volumen que lo acompaña. En la práctica, esto significa cimentaciones, losas de cimentación, columnas y muros de más de unas 36 pulgadas de espesor.

¿Cuál es la temperatura máxima del núcleo para el concreto masivo?

El estándar de la industria limita la temperatura pico in situ a 70 °C (158 °F) para prevenir la formación diferida de etringita, un problema de durabilidad a largo plazo en el que reacciones expansivas tardías agrietan el concreto. Algunas dependencias permiten hasta 74 °C (165 °F) con calificaciones de mezcla específicas.

¿Qué es la regla del diferencial entre núcleo y superficie?

Como el núcleo de un colado masivo se calienta más rápido que la superficie que se enfría, se acumula esfuerzo de tensión en la superficie. ACI 207 suele limitar el diferencial de temperatura entre núcleo y superficie a 19 °C (35 °F) para prevenir el agrietamiento térmico.

¿Cómo se controla la temperatura del concreto masivo?

Los métodos de control comunes incluyen bajar la temperatura del concreto colocado con agua enfriada o hielo en la planta, reemplazar una parte del cemento con ceniza volante o escoria para reducir el calor de hidratación, el post-enfriamiento con tuberías de enfriamiento embebidas, aislar la superficie y preenfriar los agregados.

¿Por qué son importantes los sensores inalámbricos para el concreto masivo?

La temperatura del concreto masivo evoluciona a lo largo de días, no de horas. Las verificaciones puntuales pierden el pico. Los sensores inalámbricos captan la temperatura in situ de forma continua a varias profundidades de manera simultánea, calculan el diferencial entre núcleo y superficie en tiempo real y envían alertas de umbral antes de que se rebase el pico de 70 °C (158 °F) o el diferencial de 19 °C (35 °F).

¿Dónde se colocan los sensores en un colado masivo?

Como mínimo, un sensor en el centro geométrico (el punto más caliente) y uno cerca de la superficie (el punto más frío). Para colados más grandes, sensores adicionales a profundidades intermedias y en las esquinas ofrecen un panorama más completo.

¿Qué es la formación diferida de etringita (DEF) y cómo se previene?

La DEF es una falla de durabilidad a largo plazo en la que la etringita se vuelve a formar de manera expansiva en concreto que experimentó temperaturas muy altas a edad temprana (por lo general por encima de 70 °C / 158 °F). La expansión agrieta el concreto años después del colado. La prevención consiste en mantener la temperatura del núcleo in situ por debajo de 70 °C (158 °F) durante todo el curado.