por Shawn Hickey, CCS., GSC., FTCA
La primera pregunta que siempre escuchamos: “¿Pueden construir paneles prefabricados en invierno?” Respuesta: “¡Claro que sí, eh!”
ACI 306R-16 (Guía para la colocación de concreto en climas fríos) establece: “Las condiciones de hormigonado en clima frío existen cuando la temperatura del aire ha descendido, o se espera que descienda, a menos de 40 °F (4 °C) durante el período de protección.”
Esta categorización de la temperatura del aire incluiría una vasta área
in the USA and 99% of Canada. Armed with this standard, we contractors find ourselves being creative with our means and methods during cold weather concrete placements. The following outlines our experience with cast-in-place concrete and the benefits of leveraging new wireless concrete monitoring technology.
Primero, exploremos los problemas más comunes asociados con el trabajo de concreto prefabricado de invierno:
- Superficie de fundición congelada
- Bombeo de concreto
- Reducción de las horas de luz diurna
- Problemas de finalización
- Curado en condiciones frías
- Mediciones de temperatura del concreto
La familiaridad con estos problemas proviene de la experiencia, no de los libros de texto. Abordar cada problema se maneja a través de la investigación, el avance de técnicas, materiales, herramientas y equipos. “Experiencia” y “caro” son dos palabras separadas por unas pocas letras. Cuanta más experiencia tengan los contratistas con la construcción invernal, más costos habrán gastado intentando perfeccionar estas difíciles colocaciones de concreto.
Aquí hay algunas soluciones sencillas para estos problemas conocidos:
- Superficie de fundición congelada: Coloca la tubería de calefacción geotérmica dentro o sobre la losa de cimentación y cúbrela con lonas aislantes durante la noche antes de su colocación; son muy económicas de instalar. Los calentadores de suelo se están volviendo artículos de alquiler populares en la mayoría de los mercados.
- Bombeo de concreto El concreto fluido llega tibio debido al calor exotérmico de hidratación de la reacción química entre el cemento y el agua. La temperatura del concreto fluido se puede aumentar usando aditivos o mezclando el concreto con agua tibia. Hable con su proveedor de concreto premezclado sobre las opciones disponibles y recomendadas para sus planes y las condiciones climáticas.
- Tiempo de luz diurna escaso La iluminación auxiliar para sitios de trabajo (torres, reflectores, etc.) está fácilmente disponible.
- Problemas al finalizar: Los aditivos, el cubrimiento con lona, el entoldado y el calentamiento del concreto en losa acelerarán el plazo de acabado.
- Curación Las mantas aislantes, los sistemas de calefacción y los aditivos de calor de hidratación ayudarán a evitar que el concreto se congele.
- Mediciones de temperatura del concreto Aquí es donde realmente comienza este artículo.
Llevamos 26 años colocando y terminando paneles de concreto prefabricados en invierno con éxito, en temperaturas que obligan a la mayoría de los osos polares a permanecer en sus guaridas. En Ottawa, Canadá, solemos recibir grandes cantidades de nieve y desplomes de temperatura ambiente de hasta -40 grados Fahrenheit (-40 grados Celsius) con el factor de enfriamiento del viento. Este es el entorno en el que debemos trabajar.
Cuando fundimos en un sitio abierto (sin carpa o descubierto), siempre cubrimos nuestros paneles con lonas aislantes después de la colocación. Dependiendo del pronóstico, esto puede incluir una segunda capa de lonas o la colocación de líneas de calefacción (tuberías de una caldera móvil) entre las capas de lonas. Un problema para nosotros es la temperatura del concreto en curado. Si la mezcla de concreto que hemos colocado contiene aditivos de invierno (que aumentarán el calor) junto con dos capas de lonas aislantes que encapsulan un elemento calefactor, podemos terminar "cocinando" nuestros paneles. Este proceso generará calor excesivo y causará grietas por contracción antiestéticas. Con tantas variables en juego – temperatura de la superficie de fundición, temperatura de colocación del concreto, temperatura del aire ambiente durante y después de la colocación, humedad, aditivos y la temperatura de la barra de refuerzo – el contratista debe desarrollar un plan de colocación adecuado para afrontar estos desafíos.
A estas preocupaciones se suman las historias, en gran parte desconocidas, detrás del choque térmico del concreto. El choque térmico ocurre cuando el concreto se expone rápidamente a una temperatura opuesta. Cuando estamos curando nuestros paneles y estos están tibios y calientes bajo estas lonas aislantes, una eliminación súbita de esta capa de aislamiento expone instantáneamente los paneles al aire ambiente, lo que podría introducir una diferencia de 105 grados Fahrenheit (40 grados Celsius). A nadie le gusta un baño de hielo, y a nuestro concreto en proceso de curado tampoco.
Adicionalmente, si dejamos los paneles de curado expuestos por demasiado tiempo, la película de agua que usualmente queda atrapada entre el panel de concreto y la cama de fundición (la película cerosa rompedora de enlaces), podría congelarse, lo que podría crear una adherencia leve, dependiendo de las condiciones de la superficie.
¡Esta es nuestra última experiencia!
En nuestro proyecto reciente, un hotel Hyatt de seis pisos en Ottawa, contactamos a Giatec Scientific Inc. para obtener asistencia en el monitoreo de las temperaturas de nuestro concreto. Giatec es un desarrollador de sensores de concreto que está cambiando la forma en que monitoreamos los elementos de concreto. Estos pequeños sensores “SmartRock™” se sujetan con abrazaderas al refuerzo de acero antes de la colocación del concreto con un cable corto que actúa como un termopar. Toda la unidad está completamente incrustada en el concreto, por lo que no hay necesidad de preocuparse por cables o registradores de datos. Cualquiera con la aplicación móvil SmartRock puede escanear el área monitoreada con su teléfono inteligente para obtener las temperaturas internas del concreto en tiempo real. Alternativamente, se puede colocar un SmartHub en la obra para el monitoreo remoto de los datos del concreto. Estas lecturas nos permitieron monitorear la temperatura central del concreto mientras terminábamos los paneles, nos brindaron alertas y notificaciones automatizadas, y aseguraron que no permitiéramos que el concreto se congelara.
Otro beneficio de usar un monitor es que la temperatura del concreto puede indicarnos la resistencia a la compresión en tiempo real. Esto se logra mediante pruebas de cilindros y vigas de flexión para generar un gráfico de madurez basado en la especificación estándar ASTM C1074. Este gráfico de madurez a menudo está disponible a través del proveedor de concreto premezclado. Estos datos de calibración se pueden importar fácilmente a la aplicación móvil SmartRock. El usuario simplemente escanea el área y obtiene la temperatura del concreto, y el gráfico de madurez correlaciona los valores de compresión y flexión.
Como la mayoría, necesitábamos pruebas de que estos sensores digitales SmartRock™ funcionan con cierto grado de precisión. Contratamos a dos laboratorios independientes con certificación CSA para que analizaran muestras representativas de lotes de concreto (tanto cilindros como vigas de flexión). Comparamos los resultados medidos de los sensores Giatec con las roturas de los cilindros y las vigas de concreto. ¡Los resultados fueron los esperados! Estaban dentro de un porcentaje marginal el uno del otro.
Aquí está la curva de calibración desarrollada por el laboratorio de pruebas independiente. Se correlaciona la madurez del concreto (el factor temperatura-tiempo) con su resistencia a la flexión para la mezcla que se utilizó en nuestro proyecto.
Para medir la resistencia a la flexión y a la compresión del concreto en la obra, empotramos sensores inalámbricos SmartRock en los paneles. También colocamos sensores SmartRock en los cilindros curados en obra para verificar la precisión del método de madurez del concreto. Estos sensores pueden etiquetarse fácilmente en la aplicación móvil y se les puede asignar la curva de calibración de madurez. El sensor mide la temperatura del concreto a lo largo del tiempo (y por lo tanto, la madurez del concreto) y calcula la resistencia del concreto en tiempo real. Aquí hay un ejemplo de lo que nuestro gerente de proyecto y superintendente de obra vieron en la aplicación móvil en campo. Estos datos nos ayudaron a tomar decisiones informadas sobre el izaje de los paneles y evitar retrasos inherentes a las pruebas de vigas y cilindros de concreto en el laboratorio.
¿Qué significa esto?
Los días de los cilindros de concreto y las vigas de flexión en el campo están contados.
Todos sabemos que los cilindros y las vigas de campo no reciben mucho cariño ni cuidados en el terreno. Se les da patadas, se dejan expuestos a la intemperie y, por lo general, carecen de la masa necesaria para protegerse de las temperaturas extremas. Sin esa masa, el frío afecta a estas delgadas muestras de hormigón como si fueran nuestros dedos sin guantes. El hormigón de masa de los paneles genera mucho calor, mientras que el cilindro de plástico está frío y solo dentro de la abertura de una ventana. Mediante los sensores SmartRock, confirmamos que la temperatura interna de los cilindros y las vigas es más baja que la del panel, incluso cuando ambos están cubiertos bajo la misma lona aislante (el primer día, por ejemplo, la viga estaba a 38,8 grados Fahrenheit mientras que el panel estaba a 67,2 grados Fahrenheit). Esto obviamente da como resultado un menor desarrollo de resistencia en el cilindro y la viga curados en el campo en comparación con la resistencia real del elemento estructural (por ejemplo, resistencia a la flexión el primer día: 189 psi en la viga, pero 372 psi en el panel). ¿Reflejan estas muestras de concreto de campo descuidadas la verdadera resistencia de nuestros paneles de concreto de gran masa moldeados en invierno? Nosotros decimos que “no”; y ahora hay una solución más fácil, más precisa y más económica a nuestra disposición.
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