Agrietamiento Térmico en Hormigones Masivos
Modelo CTK-Concrete Temperature&Cracking RisK©
El "Manual para la Especificación de Hormigón Masivo Estructural" del ICH (2019) señala en el comentario C1 que usualmente se considera como Hormigón Masivo aquellos elementos estructurales de hormigón cuya dimensión menor sea espesor > 0,8m y con dosis de cemento cem > 360 kg/m3 (especialmente si es grado alta resistencia) o grado de resistencia a compresión f´c > = G35, requieren una evaluación para determinar si deben ser considerados como hormigón masivo.
Este Manual cubre los requisitos que debe cumplir el hormigón masivo estructural en relación a su composición y a las medidas que se deben adoptar, a fin de prevenir la ocurrencia de los fenómenos asociados a las elevadas temperaturas y gradientes térmicos propios de la construcción con hormigón masivo. Este documento no considera los efectos de las restricciones externas a los cambios volumétricos por efectos de la temperatura en el elemento masivo estructural, particularmente en la etapa de enfriamiento, los que deben ser evaluados por el Ingeniero diseñador.
Este Modelo entrega una herramienta simple de estimación del desarrollo esperado de temperaturas en una sección, lo cual permite verificar el cumplimiento de la normativa en cuanto a la obtención de la Temperatura máxima Tmax por efecto del calor de hidratación del cemento, y de los diferenciales de temperatura esperados entre el núcleo y la superficie. Adicionalmente, mediante un análisis del desarrollo de las propiedades mecánicas y la consideración del Grado de Restricción externo, es posible estimar el desarrollo de tensiones de tracción en el elemento, estimando así el Riesgo de Agrietamiento a Temprana Edad.
La estimación en forma previa de estos efectos permite tanto al Ingeniero diseñador como al Constructor prever adecuadamente el desarrollo de la obra.
Figura 1: Períodos de alto Riesgo de Agrietamiento a Temprana Edad.
Por lo general los diseños en hormigón armado no consideran directamente los fenómenos que ocurren a Temprana Edad, esto es, desde el momento en que el cemento es mezclado con agua y se da inicio al proceso de fraguado y posterior endurecimiento del hormigón, hasta una edad de 7 días.
Para la consideración del efecto de la hidratación a Temprana Edad se utilizan modelos de elementos finitos FEM basados en las propiedades termo, químicas y mecánicas del hormigón, los cuales deben ser capaces de simular el efecto químico de la hidratación del cemento (desarrollo de calor), los procesos térmicos de enfriamiento / calentamiento que ocurre en el hormigón al encontrarse en un ambiente con distinta temperatura, las propiedades de conductividad de calor y las condiciones existentes en la superficie del hormigón, las cuales afectarán el desarrollo de temperatura del elemento de hormigón.
El desarrollo de las propiedades mecánicas y resistentes, junto a la restricción externa que afecta al elemento, influirán en el nivel de desarrollo de las tensiones internas, tanto de compresión en una primera fase, como posteriormente de tracción. Simultáneamente, debido a la propiedades visco-elásticas del hormigón, ocurre una Relajación de las tensiones generadas.
El Modelo CTK de Agrietamiento Térmico para el Hormigón, es un modelo simple y uniaxial (1D), para la estimación del desarrollo de Temperaturas y Tensiones a Temprana Edad en el Hormigón.
Figura 2: Diferencial de Temperatura esperado en la sección hasta la edad de 7 días.
La principal problemática que se presenta para la determinación de las tensiones en elementos de hormigón a Temprana Edad, debido a cambios volumétricos, radica en la imposibilidad de conocer en forma precisa el desarrollo de las distintas propiedades del hormigón, anteriormente mencionadas. Conceptualmente, la siguiente ecuación contiene la totalidad de los efectos ya indicados, mediante los cuales a través del uso de tablas o gráficos que resuman experiencias anteriores, o mejor aún, a partir de ensayos en laboratorio y/o modelos, es posible realizar una estimación. La siguiente ecuación presenta la relación entre los distintos componentes:
Dónde:
Cuando las Tensiones de Tracción sobrepasan el desarrollo de la Resistencia a la Tracción del hormigón, ocurre el Agrietamiento en el hormigón: la grieta traspasa completamente la sección de lado a lado.
Acceda a ejemplos de resultados obtenidos con el Modelo CTK.
