Download full-text PDF

Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados

Article (PDF Available) inInformes de la Construcción 68(541):e131 · February 2016with457 Reads
DOI: 10.3989/ic.14.105
Abstract
El presente artículo propone una metodología para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados. Para esto, se realiza un estudio de madurez de hormigones usados en este tipo de construcción. Con el fin de construir la curva de madurez en laboratorio se implementa la metodología descrita en la ASTM C1074, calculando la energía de activación por los tres métodos propuestos y midiendo el historial térmico de las mezclas a una temperatura controlada. Por último, se realiza la instrumentación en obra de una placa donde se estima la edad de descimbrado. Se ha observado que el tiempo de fraguado final no es un parámetro recomendable para descimbrar las placas, como lo recomiendan las productoras de hormigón en Colombia. La edad de descimbrado obtenida es mayor a la del tiempo de fraguado final, habiendo una diferencia de hasta 11 horas en el caso más crítico. This article proposes a methodology for estimating the striking time for reinforced concrete slab floors build with industrial systems. For this, a study of maturity of concrete used in such construction is performed. To make the maturity curve in the laboratory, the methodology described in ASTM C1074 is implemented by calculating the activation energy for the three proposed methods and measuring the thermal history of the concrete at a controlled temperature. Finally, a reinforced concrete slab floor is monitored and the striking time is estimated. It has been observed that the final setting time is not recommended for striking slabs floors, as recommended by the manufacturers of concrete in Colombia. Striking time obtained is higher than the final setting time, having a difference of up to 11 hours at the most critical case.
Recibido/Received: 21/08/2014
Aceptado/Accepted: 26/05/2015
Publicado on-line/Published on-line: 01/02/2016
Aplicación del método de la madurez para la estimación del
plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas
industrializados
Application of the maturity method for the estimation of shore removal
times in concrete oor slabs built with industrial systems
M. C. Castro-Garrido (*), M. C. López-Garzón (*), Y. A. Alvarado (*), J. O. Castaño (*), I. Gasch (**)
RESUMEN
El presente artículo propone una metodología para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sis-
temas industrializados. Para esto, se realiza un estudio de madurez de hormigones usados en este tipo de construcción. Con
el n de construir la curva de madurez en laboratorio se implementa la metodología descrita en la ASTM C1074, calculando
la energía de activación por los tres métodos propuestos y midiendo el historial térmico de las mezclas a una temperatura
controlada. Por último, se realiza la instrumentación en obra de una placa donde se estima la edad de descimbrado.
Se ha observado que el tiempo de fraguado nal no es un parámetro recomendable para descimbrar las placas, como lo
recomiendan las productoras de hormigón en Colombia. La edad de descimbrado obtenida es mayor a la del tiempo de
fraguado nal, habiendo una diferencia de hasta 11 horas en el caso más crítico.
Palabras clave: Madurez; descimbrado; energía de activación; hormigón; sistemas industrializados; tiempos de fraguado.
ABSTRACT
This article proposes a methodology for estimating the striking time for reinforced concrete slab oors build with in-
dustrial systems. For this, a study of maturity of concrete used in such construction is performed. To make the maturity
curve in the laboratory, the methodology described in ASTM C1074 is implemented by calculating the activation energy
for the three proposed methods and measuring the thermal history of the concrete at a controlled temperature. Finally,
a reinforced concrete slab oor is monitored and the striking time is estimated.
It has been observed that the nal setting time is not recommended for striking slabs oors, as recommended by the
manufacturers of concrete in Colombia. Striking time obtained is higher than the nal setting time, having a difference
of up to 11 hours at the most critical case.
Keywords: Maturity method; shoring removal; activation energy; concrete; industrial systems; setting time.
Cómo citar este artículo/Citation: Castro-Garrido, M. C., López-Garzón, M. C., Alvarado, Y. A., Castaño, J. O., Gasch, I. (2016).
Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados.
Informes de la Construcción, 68(541): e131, doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105.
Licencia / License: Salvo indicación contraria, todos los contenidos de la edición electrónica de Informes de la Construcción se
distribuyen bajo una licencia de uso y distribución Creative Commons Reconocimiento no Comercial 3.0. España (cc-by-nc).
(*) Ponticia Universidad Javeriana. Bogotá (Colombia).
(**) ICITECH - Universitat Politècnica de València (España).
Persona de contacto/Corresponding author: alvarado.y@javeriana.edu.co (Y. A. Alvarado)
Informes de la Construcción
Vol. 68, 541, e131
enero-marzo 2016
ISSN-L: 0020-0883
doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
2
M. C. Castro-Garrido, M. C. López-Garzón, Y. A. Alvarado, J. O. Castaño, I. Gasch
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
1. INTRODUCCIÓN
El sistema de construcción en hormigón industrializado, se
basa en un sistema estructural conformado únicamente por
muros y placas de hormigón (véase Figura 1). Este sistema se
utiliza con frecuencia en Colombia, ya que permite acelerar
los procesos constructivos de forma económica y práctica (1).
El empleo de dichos sistemas se basa en optimizar los tiem-
pos de uso del sistema de encofrado mediante el descimbrado
de la estructura en el menor tiempo posible. Esto se debe rea-
lizar teniendo en cuenta la edad en la que el hormigón alcanza
la resistencia para soportar las cargas que se generan durante
el proceso constructivo (2) (3). Este tipo de construcciones
resulta ampliamente usado en la construcción de viviendas
de interés social o prioritario, gracias a la mejora de plazos y
de economía.
El estudio de dichas cargas, generadas durante el proce-
so constructivo, ha sido abordado por diversos autores. En
1963, Grundy y Kabaila (4), propusieron un método simpli-
cado, que aún se emplea en la actualidad, para determinar
las cargas durante la construcción. Este método es de fácil
aplicación y está, en la mayoría de los casos, del lado de la
seguridad. Más recientemente, investigadores como Duan y
Chen (5), Fang et al. (6) y Calderón et al. (7) han desarrollado
modelos teóricos simplicados que permiten estimar las car-
gas entre los puntales y los forjados durante el proceso cons-
tructivo de una forma más precisa.
Por otro lado, la medición de la resistencia es importante
dado que determina los plazos del descimbrado, para este n,
se debe contar con equipos calibrados. Esto es factible en sis-
temas constructivos con hormigones convencionales; ya que
el tiempo de retiro del encofrado es aproximadamente a los
14 días y desapuntalamiento a los 28 días, por esta razón, los
cilindros tomados en obra pueden ser enviados al laboratorio
y de esta forma tener control sobre la resistencia.
Contrario a esto, en sistemas constructivos en los cuales se
utilizan hormigones industrializados, los tiempos de retiro
del encofrado no van más allá de las 24 horas incluso 12 ho-
ras, haciendo que el método para medir las resistencias sea
inviable; pues se debería contar con los equipos en la obra.
Por esta razón, la decisión de quitar dicho encofrado se hace
en base a la experiencia del constructor y a la cha técnica
del hormigón, la cual contiene los tiempos de fraguado nal,
que es la edad que recomiendan los productores de hormi-
gón para descimbrar (8). Esto ocurre debido a que las normas
técnicas no dan parámetros explícitos en cuanto a los plazos
para descimbrar la estructura (3).
Por lo anterior, surge la necesidad de implementar un mé-
todo, que con menor incertidumbre, permita a los construc-
tores tener herramientas técnicas para tomar decisiones en
cuanto al descimbrado y a la programación de las obras, te-
niendo en cuenta que la rotación del sistema de encofrado
se podría hacer de una forma más eciente. Esto se puede
lograr mediante la implementación del método de la madurez
(9), el cual se ha utilizado en las últimas décadas de forma
exitosa para la estimación de la resistencia in situ del hor-
migón, basándose en su comportamiento térmico (10). Este
método, tiene menor incertidumbre ya que la determinación
de la curva de madurez, para el hormigón que se utiliza, se
realiza en condiciones controladas de laboratorio, por lo que
en obra sólo es necesario medir el desarrollo de la tempera-
tura de la mezcla en el elemento. Esto hace que el uso de este
método resulte más able, dado que hay menos parámetros
que afecten los resultados; además es sencillo, porque no re-
quiere mucho tiempo ni personal especializado y resulta ser
económico ya que el equipo de medición de temperatura es
de fácil acceso para los constructores.
El objetivo principal del presente trabajo es, por tanto, deter-
minar tiempos de fraguado y resistencias a edades tempranas
de hormigones industrializados por medio del método de la
madurez con el n de conocer la edad de descimbrado.
2. PLANTEAMIENTO DEL MODELO
EXPERIMENTAL
Con el objeto de aplicar el método de la madurez para la
estimación de resistencias a edades tempranas, en hormi-
gones industrializados, se planteó un estudio experimental
en el que se realizaron pruebas de laboratorio y pruebas en
obra.
Para el presente estudio se utilizaron dos tipos de mezclas
de hormigones industrializados, una mezcla para muro y otra
para placa. Estos hormigones son:
• Outinord Muro Cemex – 28 MPa
• Outinord Placa Cemex – 21 MPa
En ambos casos se utilizaron dos tipos de aditivos: uno para
acelerar la resistencia a edades tempranas y otro que actúa
como reductor de agua, dándole alta manejabilidad al termi-
nado de las mezclas.
Figura 1. Sistema industrializado.
3
Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados
Application of the maturity method for the estimation of shore removal times in concrete oor slabs built with industrial systems
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
betas cilíndricas con el hormigón fabricado en la planta de
una de las principales productoras de hormigón en Colombia,
para una obra situada en Bogotá (Colombia), donde se cons-
truye con hormigones con la misma dosicación que los del
caso de estudio en el laboratorio.
Se elaboraron 7 probetas cilíndricas para cada mezcla. De las
cuales 6 fueron ensayadas a compresión a las edades de 1,
2 y 7 días. La probeta restante fue usada para determinar el
historial de temperaturas. Esto se hizo introduciendo un ter-
mopar en el centro de la probeta cilíndrica, el cual estaba co-
nectado a un sistema de adquisición de datos, que registraba
valores de temperatura cada 10 segundos (véase Figura 2a).
El registro de temperaturas se hizo por un periodo de 7 días
(véase Figura 2b).
3. RESULTADOS
A continuación se muestran los resultados obtenidos de los
diferentes ensayos efectuados.
3.1. Ensayos de tiempos de fraguado del hormigón
Los tiempos de fraguado para el hormigón se obtienen to-
mando mediciones en la cámara de curado a 23 °C y hume-
dad relativa del 100 %. Los resultados obtenidos, tanto por el
método gráco como por el método logarítmico, se muestran
en la Tabla 1.
Para los dos hormigones de estudio los valores de tiempos
de fraguado inicial y nal arrojados por los dos métodos son
similares. Por lo tanto, en este caso, se decidió usar los resul-
tados de tiempos de fraguado del método gráco.
2.1. Ensayos realizados
Para la caracterización de los hormigones empleados en obra
se realizaron:
• Ensayos en estado fresco
Ensayo de asentamiento (ASTM C143-12) (11)
Ensayo de tiempos de fraguado (ASTM C403-08) (12)
• Ensayos en estado endurecido
Ensayos de resistencia a compresión en probetas cilín-
dricas de hormigón (ASTM C39) (13)
Ensayo de tracción indirecta en probetas cilíndricas de
hormigón (ASTM C496-11) (14)
Ensayo de exión en probetas prismáticas de hormigón
(ASTM C78-10) (15)
Ensayo para la obtención del módulo de elasticidad en
probetas cilíndricas de hormigón (ASTM C469-10) (16)
2.2. Determinación de la energía de activación
y de la curva de madurez
Para aplicar el método de la madurez, planteado en la ASTM
C1074-11 (17), se desarrolló un procedimiento experimental
que se dividió en dos partes. La primera se reere a la de-
terminación de la energía de activación, donde se hicieron
ensayos de resistencia a compresión en probetas cúbicas de
mortero equivalente, según la norma ASTM C109 (18), y se
midieron los tiempos de fraguado de dichos morteros de
acuerdo a la norma ASTM C403-08 (12).
En la segunda parte del planteamiento experimental, se mi-
dió el historial de temperatura, bajo condiciones controladas,
en probetas cilíndricas de hormigón para construir la curva
de madurez. Estas probetas se elaboraron con el mismo hor-
migón usado para los ensayos de resistencia a compresión,
tracción y módulo.
2.3. Calibración del método de madurez
Buscando validar el método de la madurez implementado en
el laboratorio, se realizaron mediciones en hormigón puesto
en obra bajo condiciones no controladas. Se elaboraron pro-
Figura 2. (a) Probeta de concreto instrumentada. (b) Evolución térmica de cilindros curados en condiciones de obra durante 7 días.
Tabla 1. Tiempos de fraguado de hormigón.
Método
Gráco
Método
Logarítmico
Muro Fraguado Inicial (h) 3,67 3,65
Fraguado Final (h) 5,50 5,61
Placa Fraguado Inicial (h) 2,96 2,82
Fraguado Final (h) 4,56 4,65
4
M. C. Castro-Garrido, M. C. López-Garzón, Y. A. Alvarado, J. O. Castaño, I. Gasch
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
de activación seleccionada y la temperatura de referencia de
23 °C. Esta edad equivalente se calcula para cada intervalo de
temperatura.
t=
e
Q1
Ta
1
Ts
t [1]
Donde:
t: Edad equivalente
Q=E
R
[2]
Siendo:
E: Energía de activación (kJ/mol)
R: Constante universal de los gases (8,3144 J/K mol)
Ta: Media de la temperatura durante el intervalo Δt (K)
Ts: Temperatura de referencia (K)
Δt: Intervalo de tiempo (h)
A partir de las resistencias a compresión obtenidas (véase Ta-
blas 3 y 4) y la edad equivalente se construyeron las curvas de
madurez para los dos tipos de hormigón en estudio, siguien-
do el procedimiento descrito en el apartado 8 de la norma
ASTM C1074-11 (17). La relación que se obtuvo entre el índice
de madurez y la resistencia se puede expresar por medio de
las siguientes ecuaciones:
Para la placa:
fc
'
=10.608 LOG t
( )
1,1416 [3]
Para el muro:
f
c
'=13.674 LOG t
( )
1,5347 [4]
Donde
fc
: Resistencia a compresión (MPa)
t: Edad equivalente (horas)
3.2. Ensayos del hormigón en estado endurecido
A continuación se muestran los resultados obtenidos de los
ensayos practicados al hormigón en estado endurecido, con
el n de determinar la evolución de sus propiedades mecá-
nicas. En la Tabla 2 se pueden observar los resultados de los
ensayos realizados.
3.3. Determinación de la energía de activación
Siguiendo el procedimiento descrito en la ASTM C1074-11 (17)
se determinó el valor de la constante de velocidad (k) para
cada uno de los métodos propuestos por la norma, y a partir de
dicha constante se obtuvo el valor de la energía de activación
(19). En la Tabla 3 se muestran los resultados de energía de ac-
tivación para la placa y el muro para cada uno de los métodos.
En investigaciones anteriores acerca del tema, se ha de-
mostrado que la energía de activación es única para cada
mezcla de hormigón (20), sin embargo la ASTM C1074-
11 (17) sugiere un rango de valor de energía de activación
entre 40000 a 45000 J/mol para hormigones elaborados
con cemento tipo I sin aditivos y/o adiciones, para otras
condiciones se sugiere determinar el valor de Q experimen-
talmente.
En el caso de estudio, las energías de activación calculadas
para cada método están en un rango menor al propuesto por
la norma ASTM C1074-11 (17). Esto se debe a que este valor es
planteado para mezclas que no contienen aditivos ni adiciones.
Por lo tanto, estas energías de activación bajas indican que
el hormigón tendrá una edad equivalente mayor en menor
tiempo, comparada con una edad equivalente calculada con
una energía de activación mayor. Adicionalmente, una ener-
gía de activación baja indica que la velocidad de hidratación
se va a presentar en menor tiempo.
3.4. Determinación de la curva de madurez
Para determinar la edad equivalente, según la ecuación [1],
reejada en la norma ASTM C1074-11 (17), se usa la energía
Tabla 2. Resumen propiedades mecánicas. Placa y Muro.
Edad
Resistencia Compresión
(MPa) Resistencia Tracción
Indirecta (MPa) Resistencia Flexo
Tracción (MPa) Módulo de Elasticidad
(MPa)
Placa Muro Placa Muro Placa Muro Placa Muro
28 29,9 38,8 2,6 3,2 4,1 5,13 22208 25035
14 26,1 33,7 2,3 2,7 3,9 5,05 18561 23592
7 23,0 29,1 2,0 2,3 3,6 4,48 17406 21490
3 18,7 23,2 1,7 1,9 3,3 3,81 15601 15946
1 11,5 15,3 1,3 1,5 2,3 3,46 12845 15340
Tabla 3. Energía de activación.
Eplaca
(J/mol)
Emuro
(J/mol)
Método 1 38701,9 35254,7
Método 2 24811,0 32322,2
Método 3 31820,0 27529,0
Tabla 4. Resistencia a compresión de las probetas cilíndricas de obra.
Edad
(días)
Resistencia Placa
(MPa)
Resistencia Muro
(MPa)
719,6 26,6
214,7 20,5
1 10,6 14,8
5
Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados
Application of the maturity method for the estimation of shore removal times in concrete oor slabs built with industrial systems
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
4.1. Instrumentación del elemento de hormigón
La instrumentación para la medición de temperatura sobre
el elemento de hormigón se llevó a cabo en una obra situada
en Bogotá (Colombia) en la cual el hormigón es suministrado
por una de las principales productoras de hormigón en Co-
lombia y tiene el mismo diseño de mezcla que el hormigón
estudiado en el laboratorio.
Para la instrumentación de la placa se llegó antes de su vacia-
do, y se vericó que el asentamiento del hormigón estuviera
en los rangos de especicación. Una vez vibrado y enrasado
se procedió a la instrumentación en diferentes puntos y pro-
fundidades de la placa.
La instrumentación se realizó en siete puntos de la placa.
Ésta se llevó a cabo con dos instrumentos diferentes de ad-
quisición de datos de temperatura: un madurímetro y un da-
talogger, los cuales estaban conectados a termopares tipo K,
que a su vez estaban embebidos en el hormigón por medio de
un pitillo, que evita la pérdida del termopar (véase Figura 4).
Los equipos midieron la evolución de temperaturas por un
periodo de 20 horas aproximadamente, periodo en el cual se
considera que el hormigón adquiere la resistencia para reti-
rar el encofrado.
4.2. Determinación de la resistencia
de descimbrado
Según el método propuesto por Calavera se comparó si la
evolución de la placa (Tabla 5) presenta la misma evolución
que se muestra en Calavera (21).
En la Tabla 5 se observa que aparte de la evolución de resis-
tencia a compresión, la evolución de resistencia más crítica es
la resistencia a tracción indirecta. Por lo cual este método es
aplicable a este caso.
Calavera (9) propone que si la carga actuante sobre un forjado
al descimbrar es β∙P siendo P la carga total característica del
proyecto, (peso propio más cargas permanentes más sobrecar-
gas), el forjado podrá ser descimbrado cuando el hormigón del
propio forjado, presente una resistencia a tracción fct,j tal que:
fct,j
β
fct,28 [5]
3.5. Calibración del método de madurez
Los resultados de los ensayos de compresión realizados a las
probetas cilíndricas de obra se muestran en la Tabla 4.
Con los perles térmicos se calculó la edad equivalente para
cada una de las edades de ensayo. Esto se hizo con cada una
de las energías de activación y así ajustar la curva de madu-
rez. Posteriormente, se determinó la resistencia a compre-
sión con cada una de las energías de activación de la Tabla 3
y se comparó con la resistencia obtenida en laboratorio como
se muestra en la Figura 3.
Se escoge la energía de activación determinada por la cons-
taste de velocidad del primer método, debido a que éste es el
que arroja un error menor en cuanto a la resistencias a eda-
des tempranas (cercano al 8 %) las cuales son las más deter-
minantes en los sistemas industrializados. Además éste es el
único que tiene en cuenta los tiempos de fraguado, denien-
do una edad inicial de ensayo.
4. APLICACIÓN CASO DE ESTUDIO
A partir de los resultados obtenidos del estudio experimental,
se realizó un estudio en obra en el cual se pretendía determi-
nar en qué momento se debería retirar el encofrado de una
placa de 10 cm de espesor de hormigón, garantizando que
ésta sea capaz de soportar las cargas de construcción. Para
ello se instrumentó dicha placa para medir temperaturas di-
rectamente sobre el elemento.
Inicialmente se determinó de forma teórica la resistencia del
hormigón necesaria para el retiro del encofrado, de acuerdo
con el método propuesto por Calavera (9).
Posteriormente, se determinó la edad equivalente en el tiem-
po de la placa, con base a las temperaturas medidas directa-
mente sobre el elemento.
Por último, conociendo la edad equivalente correspondiente
al tiempo de fraguado nal del hormigón a una temperatu-
ra controlada, se vericó cuál era el tiempo de fraguado en
obra. Adicionalmente, usando la ecuación que viene dada por
la ASTM C1074-11 (17) se determinó la edad equivalente a la
cual se puede garantizar que el hormigón tiene la resistencia
para soportar la carga de construcción.
Figura 3. Resistencia calculada con la energía de activación. (a) Muro y (b) Placa.
6
M. C. Castro-Garrido, M. C. López-Garzón, Y. A. Alvarado, J. O. Castaño, I. Gasch
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
Siendo:
fct,j: Resistencia a tracción en un tiempo j (MPa)
fct,28: Resistencia a tracción de diseño (MPa)
β
=
DCFS1
'
+LCFS2
'
DFS1+LFS2
[6]
Donde
Dc: Cargas muertas en el proceso de construcción (kN)
D: Cargas muertas de diseño (kN)
Lc: Cargas vivas en el proceso de construcción (kN)
L: Cargas vivas de diseño (kN)
Fs: Factor de mayoración de diseño
F’s: Factor de mayoración para las cargas de construcción
En las Tablas 6 y 7 se presentan las cargas calculadas para el
caso de estudio. Éstas se evaluaron para la etapa de construc-
ción y de diseño.
En cuanto a los factores de mayoración, se tomó un factor de
mayoración de 1 para las Cargas de Construcción puesto que
ni en la NSR-10 y ni en la ACI 347-04 se consideran factores
de mayoración para este tipo de cargas.
Para las Cargas de Diseño, se adoptan los valores especi-
cados en la NSR-10 (22), sección B.2.4.2, siendo éstos de
1,6 para las Cargas Muertas y 1,2 para las Cargas Vivas.
Tabla 6. Evaluación de cargas de construcción.
Tipo de Carga Carga
(kN/m2)
Muertas
Encofrado 0,18
Hormigón 2,40
Total 2,58
Vivas
Trabajadores 0,88
Equipos 0,30
Materiales 0,10
Total 1,28
Tabla 7. Evaluación de cargas de diseño.
Tipo de Carga Carga
(kN/m2)
Muertas
Peso Propio 2,40
Baldosa cerámica 0,80
Pañete de Yeso 0,25
Total 3,45
Vivas
Uso Residencial 1,80
Total 1,80
Tabla 5. Relación de resistencias en función de la resistencia a compresión del hormigón.
Edad Resistencia Compresión
(% Evolución)
Resistencia Tracción
Indirecta
(% Evolución)
Resistencia Flexo
Tracción
(% Evolución)
Módulo de Elasticidad
(% Evolución)
28 100 100 100 100
14 87 87 94 84
7 77 75 89 78
3 63 64 80 70
1 38 51 56 58
Figura 4. Instrumentación placa edicio industrializado en Bogotá. (a) Placa y (b) Equipos de adquisición de datos y sensores.
7
Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados
Application of the maturity method for the estimation of shore removal times in concrete oor slabs built with industrial systems
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
f
=0,243 f
0,67 [9]
Relacionando las ecuaciones [7] y [9] se obtiene que la resis-
tencia de descimbrado para esta placa es de fc,j = 10,85 MPa
4.3. Determinación de la edad equivalente
del elemento
En la Figura 5 se muestra el perl térmico para cada uno de
los siete puntos instrumentados.
Con el historial de temperaturas de cada punto instrumen-
tado, se determinó para cada uno la evolución del índice de
madurez en el tiempo (véase en la Figura 6).
De la Figura 6 se concluye que instrumentando en dife-
rentes puntos del elemento y a diferentes profundidades,
existe variación considerable entre las edades equivalentes.
Los puntos instrumentados en la mitad de la profundidad
presentan una evolución de edad equivalente ligeramente
más rápida que los puntos instrumentados a otras profun-
didades.
Aplicando la ecuación [6] y sustituyendo en la ecuación [5],
se obtiene:
f
ct,j
0,643 f
ct,28 [7]
Puesto que la resistencia que se toma usualmente en obra es la
resistencia a compresión, se deseaba encontrar una relación en-
tre la resistencia a tracción y la resistencia a compresión, para el
tipo de hormigón en estudio. Esta relación se determina a partir
de los datos obtenidos en el laboratorio. Según Calavera (21) la
relación entre las resistencias a tracción y compresión tiene una
tendencia representada por la siguiente ecuación potencial:
fct
α
fc
b
[8]
Donde a y b son constantes.
Esta relación, para el hormigón objeto de estudio, se determi-
nó por medio del complemento de Microsoft Excel – Solver.
La condición de entrada fue minimizar el error.
La ecuación resultante que relaciona la resistencia a tracción
y la resistencia a compresión viene dada por la expresión:
Figura 5. Historial de temperatura para diferentes puntos en la placa
Figura 6. Comparación de Edades Equivalentes en los puntos instrumentados.
8
M. C. Castro-Garrido, M. C. López-Garzón, Y. A. Alvarado, J. O. Castaño, I. Gasch
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
base diez con la resistencia, y calibrada con los cilindros en
obra, se procedió a determinar la edad equivalente en la que
el hormigón llega a la resistencia de 10,85 MPa determinada
con el método de Calavera (9). Con esto se obtuvo una edad
equivalente de Te = 13,49 h.
Teniendo la edad equivalente que debe tener el hormigón
para llegar a la resistencia de descimbrado, se calculó, en
cada punto de la placa, la edad que ésta debía tener en con-
diciones no controladas para tener la misma resistencia de
descimbrado. Los resultados se muestran en la Tabla 9.
Los resultados obtenidos muestran que el punto más crítico
en cuanto al descimbrado es el centro de la placa a una pro-
fundidad de 2 cm.
Por último, se comparó el valor de la edad de tiempo de fra-
guado nal, con la edad de descimbrado calculada por el mé-
todo de Calavera (9). Se observó que en todos los puntos de la
placa, la edad de descimbrado es mayor a la del tiempo de fra-
guado nal, en el caso más crítico la diferencia es de 11 horas.
4.4. Determinación de tiempos de fraguado
Se determinaron los tiempos de fraguado para cada punto
instrumentado en la placa. Se determinó la edad equivalente
para los tiempos inicial y nal obtenidos en laboratorio, esto
se muestra en la Figura 7.
Con las edades equivalentes para cada punto medido en la
placa, se determinó en qué tiempo se presenta el índice de
madurez Te para el tiempo de fraguado inicial y nal. Los re-
sultados consolidados se muestran en la Tabla 8.
En la Tabla 8 se observa que el punto más crítico en cuanto
a tiempo de fraguado nal es el centro de la placa a 2 cm de
profundidad.
4.5. Determinación de edad de descimbrado
Se determinó la edad de descimbrado para cada punto me-
dido sobre el elemento. Conociendo la ecuación de madurez
obtenida en el laboratorio [3], que relaciona el logaritmo en
Figura 7. Determinación de edad equivalente para Tiempo de Fraguado inicial y nal en placa.
Tabla 8. Tiempos de fraguado inicial y final para cada punto del elemento.
Tiempos de Fraguado en placa
(horas)
Te (h) Borde Placa
h = 5cm Centro Placa
h = 8cm Centro Placa
h = 2cm Centro Placa
h = 5cm
Inicial 2,90 3,40 3,41 3,60 3,22
Final 4,57 5,26 5,28 5,60 5,00
Tabla 9. Edad de descimbrado para cada punto de la placa.
Edad Descimbrado Te (h) t (h)
Borde Placa h = 5cm 13,49 14,0
Centro Placa h = 8cm 13,49 15,5
Centro Placa h = 2cm 13,49 16,5
Centro Placa h = 5cm 13,49 14,0
9
Aplicación del método de la madurez para la estimación del plazo de descimbrado de forjados construidos con sistemas industrializados
Application of the maturity method for the estimation of shore removal times in concrete oor slabs built with industrial systems
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
La decisión de instrumentar a una profundidad de 5 cm
o 2 cm, representa una diferencia de dos horas y media en
cuanto a la edad de descimbrado. Lo cual es crítico en siste-
mas industrializados.
Se comparó el valor de la edad de tiempo de fraguado -
nal, con la edad de descimbrado calculada por el método
de Calavera (9) y se observó que en todos los puntos de la
placa, la edad de descimbrado es mayor a la del tiempo de
fraguado nal, en el caso más crítico la diferencia es de has-
ta 11 horas.
El tiempo de fraguado nal no es un parámetro recomen-
dable para descimbrar las placas, como lo recomiendan las
productoras de hormigón. Por lo anterior, es importante ve-
ricar la edad a la que las placas alcanzan la resistencia para
soportar las cargas de construcción.
5. CONCLUSIONES
La validación de la curva de madurez tanto para muro como
para placa fue exitosa, con respecto al cálculo de la resistencia
obtenida por el método de la madurez vs la resistencia deter-
minada por medio de ensayos de resistencia a compresión de
probetas cilíndricas en obra.
Una vez aplicado el método en la obra, se comprobó que a pesar
que la placa tiene un espesor relativamente pequeño (10 cm),
se presenta un diferencial térmico importante cuando la tem-
peratura es medida en diferentes profundidades de la placa.
En el centro de la sección de la placa se presentan mayores tem-
peraturas, lo cual representa una edad equivalente mayor. Por lo
tanto, se puede inferir que el punto más crítico para la medición
de la temperatura es en una profundidad de 2 cm, por lo cual se
recomienda instrumentar a esta profundidad al ser la más crítica.
REFERENCIAS
(1) Díaz, J.C., Bautista, L., Sánchez, A., Ruíz, D. (2004). Caracterización de mezclas de hormigón utilizadas en sistemas
industrializados de construcción de edicaciones. Revista de ingeniería, 19: 60-73.
(2) Alvarado, Y.A., Calderón, P.A., Pallarés, F.J., Pellicer, T. (2006, 3-5 de Agosto). Estimation of shore removal times in bi-
directional in situ concrete oor slabs applying the maturity method. En 10th East Asia-Pacic conference on structural
engineering and construction (pp. 55-60). Bangkok: Asian Institute of Technology.
(3) Alvarado, Y.A. (2009). Estudio experimental y numérico de la construcción de forjados hormigonados in situ mediante
procesos de cimbrado, clareado y descimbrado de plantas consecutivas (Tesis Doctoral). Valencia: Universidad Poli-
técnica de Valencia.
(4) Grundy, P., Kabaila, A. (1963). Construction loads on slabs with shored formwork in multistory buildings. ACI Journal
Proceedings, 60(12): 1729-1738.
(5) Duan, M.Z., Chen, W.F. (1995). Improved simplied method for slab and shore load analysis during construction. (Pro-
ject report CE-STR-95-24). West Lafayette Ind.: Purdue University.
(6) Fang, D-P., Geng, C-D., Zhu, H-Y., Liu, X-L. (2001). Floor load distribution in reinforced concrete buildings during
construction. ACI Structural Journal, 98(2): 149-156, doi: http://dx.doi.org/10.14359/10182.
(7) Calderón, P. A., Alvarado, Y.A., Adam, J. M. (2011). A new simplied procedure to estimate loads on slabs and sho-
ring during the construction of multistorey buildings. Engineering Structures, 33(5): 1565-1575, doi: http://dx.doi.
org/10.1016/j.engstruct.2011.01.027.
(8) Castelli, N. (2012). Metodología de control de calidad de hormigones en obra, mediante calorimetría semi-adiabática
de bajo costo (Proyecto de grado). Bogotá: Universidad de los Andes.
(9) Calavera, J., Fernández J. (1991). Cuaderno Nº 3: Criterios para el descimbrado de estructuras de hormigón. Madrid:
INTEMAC
(10) Lachemi, L., Hossain, K.M.A., Anagnostopoulos, C., Sabouni, A.R. (2007). Application of maturity method to slipforming
operations: Performance validation. Cement & Concrete Composites, 29(4): 290-299, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.
cemconcomp.2006.12.001.
(11) ASTM International. (2008). ASTM C143. Standard Test Method for Slump of Hydraulic-Cement Concrete. American
Society for Testing and Materials.
(12) ASTM International. (2008). ASTM C403. Standard Test Method for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetra-
tion Resistance. American Society for Testing and Materials.
(13) ASTM International. (2014). ASTM C39 Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Spe-
cimens. American Society for Testing and Materials.
(14) ASTM International. (2011). ASTM C496. Standard Test Method for Splitting Tensile Strength of Cylindrical Concrete
Specimens. American Society for Testing and Materials.
(15) ASTM International. (2010). ASTM C78-10. Standard Test Method for Flexural Strength of Concrete (Using Simple
Beam with Third-Point Loading). American Society for Testing and Materials.
(16) ASTM International. (2010). ASTM C469. Standard Test Method for Static Modulus of Elasticity and Poisson’s Ratio of
Concrete in Compression. American Society for Testing and Materials.
(17) ASTM International. (2011). ASTM C1074. Standard practice for estimating concrete strength by the maturity method.
American Society for Testing and Materials.
(18) ASTM International. (2013). ASTM C109. Standard Test Method for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mor-
tars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens). American Society for Testing and Materials.
(19) Castro-Garrido, M.C., López-Garzón, M.C. (2013). Aplicación del método de la madurez para la estimación de tiempos
de fraguado y resistencias de hormigones industrializados con el n de conocer la edad de descimbrado. (Proyecto de
grado). Bogotá: Ponticia Universidad Javeriana.
10
M. C. Castro-Garrido, M. C. López-Garzón, Y. A. Alvarado, J. O. Castaño, I. Gasch
Informes de la Construcción, Vol. 68, 541, e131, enero-marzo 2016. ISSN-L: 0020-0883. doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.105
(20) Carino N J. The Maturity Method: Theory and Application (1984). Cement, Concrete, and Aggregates, 6(2): 61-73, doi:
http://dx.doi.org/10.1520/CCA10358J
(21) Calavera, J. (2002). Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edicación. Madrid: INTEMAC.
(22) Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. (2010). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo
Resistente (NSR-10). República de Colombia.
* * *
Project
Improving and optimizing building construction processes cast on site in calculation and implementation stages
Article
Full-text available
December 2016 · Dyna (Medellin, Colombia)
    This paper evaluates the economic benefits of shorter construction times that can be attained by applying the New Simplified Procedure (NSP) in multi-storey buildings. The reference building was a multi-storey residential reinforced concrete framework structure with one- way slabs located in Bogotá, Colombia. The study was divided into different phases including the characterization of the... [Show full abstract]
    Article
    Full-text available
    December 2016 · Dyna (Medellin, Colombia)
      El presente artículo evalúa el beneficio económico de la aplicación del Nuevo Procedimiento Simplificado (NPS), reflejado en los plazos de construcción en edificaciones de entrepisos sucesivos. El edificio de referencia corresponde a un edificio residencial resuelto con pórticos y entrepisos en una dirección, de concreto reforzado ubicado en la ciudad de Bogotá. Las fases desarrolladas en... [Show full abstract]
      Article
      Full-text available
        This paper presents the results of tests carried out during the construction of a block of flats with reinforced concrete slab floors in Madrid, Spain, using the shoring, clearing and striking process. Loads on shores were recorded during the different construction stages of floor slabs 1 to 6. The experimental results were used to analyse load transmission between slabs and shores during the... [Show full abstract]
        Article
        Full-text available
          The aim of this paper is to define alternative construction processes for a building with reinforced concrete slab floors, thereby estimating which ones are most beneficial in terms of their execution time and cost. Three alternatives were proposed to solve the deadlines of the construction process: Shoring and Striking; Shoring, Clearing and Striking; and Shoring, Reshoring and Striking,... [Show full abstract]
          Discover more