El hormigón no tiene calendario.

 Son las 7 de la mañana en una obra. La losa se vertió hace dos días, el siguiente equipo está esperando y todos se hacen la misma pregunta: ¿El hormigón es lo suficientemente resistente como para retirar el encofrado? Durante mucho tiempo, la respuesta sincera fue "probablemente". Las decisiones se basaban en reglas generales, experiencia y unas pocas muestras de prueba que se trituraban en algún laboratorio. Este artículo explica un método que hace que la respuesta sea mucho más fiable. Se llama método de madurez.

Analizaremos qué sucede realmente dentro del hormigón a medida que se endurece, por qué el calendario no es una buena guía, cómo funciona el método de madurez paso a paso, dónde está estandarizado, dónde resulta beneficioso y cuáles son sus límites.

Como la mayoría de las reacciones químicas, la hidratación depende en gran medida de la temperatura. El calor la acelera, el frío la ralentiza y, cuando hace suficiente frío, la reacción casi se detiene. Es similar al levado de la masa: en una cocina cálida está lista en una hora, en una bodega fría tarda mucho más, aunque sea la misma masa. Por eso, decir que el hormigón tiene tres días no aporta mucha información por sí solo. Tres días en un verano templado y tres días en un noviembre gélido producen hormigón muy diferente. El tiempo por sí solo no indica su resistencia. El tiempo combinado con la temperatura sí. En muchas obras, esto todavía se gestiona con tiempos de espera fijos, por ejemplo, «retirar la losa después de X días», a veces con un margen adicional en invierno. Estas reglas son sencillas, pero tienen un problema inherente. Para garantizar la seguridad en condiciones adversas, deben ser conservadoras, lo que significa que los equipos a menudo esperan más de lo necesario. Y si las condiciones son peores de lo que supone la regla, no son lo suficientemente conservadoras. 

El método de madurez registra la cantidad de calor que el hormigón ha recibido a lo largo del tiempo y utiliza ese total para estimar su resistencia. Una metáfora útil es la de una cuenta de ahorros. Cada hora, el hormigón "deposita" algo de calor en su cuenta. Una hora cálida supone un depósito grande, una hora fría uno pequeño, y una hora de congelación prácticamente no añade nada. El saldo acumulado se denomina madurez. La regla fundamental del método es sencilla: la misma mezcla de hormigón con el mismo balance tiene aproximadamente la misma resistencia , independientemente de si la alcanzó rápidamente con el calor o lentamente con el frío. Así pues, en lugar de preguntar "¿Qué edad tiene el hormigón?", se pregunta "¿Cuánto calor ha acumulado?". Esta pregunta tiene una respuesta cuantificable, ya que la temperatura es fácil de medir, de forma continua y sin dañar nada. 

Tradicionalmente, la resistencia se comprueba con pequeñas probetas (cubos o cilindros). Estas se fabrican con el mismo hormigón, se almacenan cerca o en un laboratorio y se prensan. Esto parece fiable, pero hay un inconveniente: una muestra pequeña no experimenta las mismas temperaturas que la estructura real. Imagínese una taza de té junto a una olla grande de sopa. Ambas empiezan igual de calientes, pero la taza se enfría mucho más rápido. El hormigón se comporta de la misma manera. Recuerde el calor que produce la hidratación: una pared o losa gruesa retiene ese calor mucho mejor que un pequeño cubo de prueba, que lo pierde casi de inmediato.

Como resultado:

•  En condiciones normales o cálidas, el elemento real suele ser más fuerte de lo que indica la muestra de prueba. Los equipos esperan más de lo necesario.

• En climas fríos, puede ocurrir lo contrario. Una muestra almacenada en un laboratorio climatizado parece estar en buen estado, mientras que la losa real sobre una plataforma expuesta resulta más débil de lo esperado. Ese es el caso de riesgo.

También existe un problema práctico. Hay que fabricar, almacenar, transportar y analizar muestras, y el resultado llega horas o días después. Para entonces, la decisión en obra a menudo ya se ha tomado. Además, una sola muestra representa una sola muestra de hormigón, no el borde de una losa expuesta al viento durante toda la noche. El método de madurez evita estos problemas porque mide la temperatura donde importa, dentro de la estructura, y proporciona el resultado de forma continua en lugar de esperar al día siguiente en el laboratorio.  

Paso 1: Enséñale al sistema tu mezcla.

Cada mezcla de concreto adquiere resistencia a su propio ritmo, dependiendo del tipo de cemento, la cantidad de agua, los aditivos y otros ingredientes. Por eso, el método comienza con una calibración inicial. En un laboratorio, se elaboran muestras de la mezcla exacta. Algunas se equipan con sensores de temperatura, mientras que otras se someten a pruebas de resistencia a diferentes edades. Para cada prueba, la resistencia se relaciona con el calor acumulado hasta ese momento. Juntos, estos pares forman una curva que conecta el "calor acumulado" con la "resistencia alcanzada" para esta mezcla específica. Se podría considerar como la tabla de conversión personal de la mezcla.

 

Paso 2: Tomar medidas en el lugar.

Antes del vertido, se fijan pequeños sensores de temperatura a la armadura en los puntos clave. Desde el momento en que se coloca el hormigón, registran su temperatura automáticamente, las 24 horas del día. Los sistemas modernos envían los datos de forma inalámbrica, por lo que nadie tiene que acercarse a un sensor con un lector o un cable.

 

Paso 3: Lea la intensidad.

El software suma el calor registrado por cada sensor y busca la intensidad correspondiente en la curva de calibración. El equipo en obra visualiza, en tiempo real, la intensidad estimada para cada punto de la estructura. Si se define un valor objetivo, por ejemplo, la intensidad necesaria para el impacto, el sistema también indica cuándo se ha alcanzado. 

 Para que esto quede más claro, así es como puede ser el proceso en un proyecto típico:

• Semanas antes: la mezcla se calibra en el laboratorio, idealmente con hormigón de la misma planta y con la misma receta que se entregará posteriormente.

• El día anterior al vertido: se fijan sensores al refuerzo en las posiciones acordadas, y cada sensor se vincula al elemento y a la mezcla calibrada en el software.

• Durante el vertido: los sensores comienzan a registrar datos en cuanto quedan rodeados de hormigón. Las primeras horas muestran la temperatura del hormigón fresco y la rapidez con la que empieza a calentarse.

• En los días siguientes, el responsable de la planta comprueba la intensidad estimada en un ordenador portátil o en el móvil, en lugar de esperar los resultados del laboratorio. El sensor que registra la temperatura más baja suele ser el que determina la intensidad.

• Momento de decisión: una vez que todos los sensores pertinentes indiquen la resistencia requerida y se hayan realizado las comprobaciones adicionales necesarias para los pasos críticos, se puede retirar el encofrado o comenzar con el siguiente paso.

• Posteriormente, se almacena el historial de temperatura y resistencia, que puede utilizarse como documentación del proyecto.   

En Estados Unidos, el método de madurez cuenta con su propia norma: ASTM C1074, «Práctica estándar para la estimación de la resistencia del hormigón mediante el método de madurez» , publicada por primera vez en 1987. Esta norma abarca todo el proceso paso a paso. Describe ambos métodos de cálculo (la suma simple y la edad equivalente), explica cómo calibrar una mezcla en el laboratorio y especifica las comprobaciones adicionales necesarias antes de pasos críticos como el desencofrado o el postensado. Por ello, la norma ASTM C1074 es la referencia en la que se basan numerosos proyectos y sistemas de sensores en todo el mundo.

En Europa, la norma de ejecución EN 13670 permite explícitamente estimar la resistencia in situ a partir de mediciones de temperatura. Sin embargo, no prescribe un procedimiento de calibración detallado como la norma ASTM C1074, por lo que los detalles prácticos quedan a criterio de las normas, directrices y especificaciones de cada proyecto a nivel nacional. 

No es necesario que hagas ningún cálculo, pero te resultará útil saber que existen tres enfoques comunes. Todos siguen la misma lógica y solo se diferencian en la importancia que le dan a las horas cálidas y frías.

La fórmula simple , conocida como método Nurse-Saul, se remonta a investigaciones de alrededor de 1950. Consiste en sumar la temperatura por encima de un límite inferior multiplicada por el tiempo. El límite inferior, denominado temperatura de referencia, es la temperatura por debajo de la cual se supone que el hormigón no adquiere resistencia alguna. Suele fijarse en torno a los 0 °C o determinarse en el laboratorio para una mezcla específica. El resultado se expresa en grados-hora o grados-día. El método considera el efecto de la temperatura como una línea recta: el doble de calor implica el doble de velocidad de fraguado. Esto es fácil de entender y funciona bien dentro de los rangos de temperatura normales, aproximadamente entre 0 °C y 40 °C, razón por la cual todavía se utiliza ampliamente, especialmente en Norteamérica.

El método de edad equivalente (Freiesleben Hansen y Pedersen, 1977) se basa en la ecuación de Arrhenius de la química y describe la reacción de forma más realista. Utiliza un valor denominado energía de activación, que describe la sensibilidad de un cemento a la temperatura. En lugar de grados-hora, el resultado se expresa como «este hormigón está ahora tan maduro como si se hubiera almacenado durante X días a 20 °C». Esto resulta más preciso cuando las temperaturas varían mucho o cuando el hormigón fragua en condiciones de calor o frío extremos. Tanto este método como el de Nurse-Saul se describen en la norma ASTM C1074.

El método de madurez ponderada se desarrolló en la década de 1970 y fue perfeccionado por de Vree. Se sitúa entre los otros dos: en lugar de un modelo de reacción general, utiliza un valor de sensibilidad específico para el cemento, el valor C, que suele estar entre 1,25 y 1,75. El valor C a menudo se puede obtener directamente del fabricante de cemento, lo que hace que el método sea práctico para el uso diario. Está estandarizado en los Países Bajos como NEN 5970 y se utiliza ampliamente en Europa, particularmente en sistemas que trabajan con datos de cemento precalibrados.

El método que se utilice importa menos que su uso consistente. La curva de calibración, el cálculo de madurez y los valores objetivo en el sitio deben basarse en el mismo método.

Los sistemas de Vemaventuri son compatibles con ambos métodos descritos en la norma ASTM C1074, Nurse-Saul y Arrhenius (edad equivalente), por lo que puede trabajar con el que requiera su proyecto o especificación.

Las cifras de este ejemplo son ilustrativas y simplificadas.

 

Digamos que la calibración muestra que una mezcla en particular alcanza la fuerza necesaria para el encendido una vez que ha acumulado 600 grados-hora, lo que significa, por ejemplo, 60 horas a 10 °C por encima del límite inferior.

• Una semana cálida: el hormigón se mantiene a unos 20 °C. Alcanza los 600 grados-hora después de aproximadamente 30 horas.

• Una semana fría: el hormigón solo alcanza unos 8 °C. Se necesitan aproximadamente 75 horas para obtener el mismo resultado. 
  
  

 

Misma mezcla, misma potencia objetivo, pero con una diferencia de casi dos días. Con una regla fija como "cosechar después de 48 horas", se esperaría un día más de lo necesario en la semana cálida y se cosecharía demasiado pronto en la fría. Con el monitoreo de madurez, el sensor indica cuándo se ha alcanzado el objetivo. 

 

En realidad, las temperaturas cambian constantemente: el hormigón se calienta al hidratarse, se enfría por la noche y vuelve a calentarse durante el día. Precisamente por eso, los sensores las registran de forma continua, normalmente cada pocos minutos, en lugar de basarse en un promedio. 

El método de madurez mide la temperatura en el punto donde se ubica el sensor. Por lo tanto, la pregunta más importante es: ¿qué puntos son relevantes para la decisión? Algunos principios pueden ayudar:

• Los puntos más fríos —bordes, esquinas y secciones delgadas— pierden calor más rápido que el centro de la losa. Las superficies superiores expuestas al viento y a las noches frías también son cruciales. Si el punto más frío ha alcanzado la resistencia térmica deseada, el resto del elemento generalmente también lo ha hecho.

• Los puntos críticos desde el punto de vista estructural: áreas que soportan la mayor carga al retirar el encofrado, como alrededor de los apoyos o las zonas de anclaje en elementos postensados. El ingeniero estructural sabe dónde se encuentran.

• El último tramo vertido: en vertidos largos, el hormigón colocado al final del día es varias horas más joven que el vertido por la mañana. Generalmente es mejor usar unos pocos sensores bien ubicados que muchos colocados al azar. El ingeniero responsable del proyecto debe acordar las ubicaciones con antelación. 

• Ciclos de encofrado y desmontaje: Saber el momento preciso para retirar, mover o subir el encofrado puede acortar cada ciclo. En proyectos de varias plantas, esto supone un ahorro considerable a lo largo de todo el cronograma, y ​​además se reduce la cantidad de encofrado que debe mantenerse en obra.

• Postensado y carga: Los tendones solo se pueden tensar una vez que el hormigón haya alcanzado una resistencia definida. Los datos medidos sustituyen la espera de los resultados de laboratorio y muestran la resistencia en las zonas de anclaje, donde realmente importa.

• Hormigonado en invierno: En clima frío, se puede comprobar si el hormigón está adquiriendo la resistencia necesaria y cuándo se pueden retirar las medidas de protección, como la calefacción o el aislamiento. Esto evita dos riesgos: retirar la protección demasiado pronto y pagar por la calefacción durante más tiempo del necesario.

• Hormigonado en verano: En épocas de calor, los mismos datos de temperatura indican si el hormigón se está calentando demasiado, lo que puede provocar grietas o reducir su calidad a largo plazo.

• Hormigón con bajo contenido de carbono: Muchos cementos más respetuosos con el medio ambiente y con menor contenido de clínker desarrollan su resistencia más lentamente al principio. Esto dificulta la planificación con reglas generales fijas, y es precisamente aquí donde el método de madurez resulta útil. Al poder observar el desarrollo real de la resistencia, es más fácil utilizar estas mezclas con confianza en lugar de evitarlas por el riesgo de retrasos en el cronograma.

• Documentación: Los datos registrados muestran lo que realmente sucedió en cada elemento. Esto resulta útil para el control de calidad, las transferencias de responsabilidades y cualquier duda que surja posteriormente. 

El método de madurez es eficaz, pero no hace milagros. Conviene conocer sus límites.

• Su eficacia depende de su calibración. Un termómetro no puede determinar si el hormigón suministrado coincide con la fórmula calibrada. Si la mezcla cambia o se añade agua en obra, la curva deja de ser precisa. Por lo tanto, en los pasos críticos, las normas exigen comprobaciones adicionales para confirmar que se ha suministrado el hormigón correcto. También es recomendable revisar la calibración cada vez que cambie el proveedor, el cemento o la fórmula.

• Se presupone un curado adecuado. La hidratación requiere agua. El hormigón que se seca demasiado pronto no adquiere la resistencia esperada, independientemente de la temperatura.
• Es ideal para decisiones en las primeras etapas. El hormigón que está muy caliente durante sus primeros días tiende a ganar resistencia rápidamente al principio, pero puede resultar ligeramente más débil posteriormente que el hormigón que se endurece más lentamente. Por eso, este método se utiliza principalmente para decisiones en los primeros días y semanas, no para predecir la resistencia final.

• No sustituye a las pruebas de conformidad. Siguen siendo necesarias las pruebas estándar que se utilizan para demostrar que el hormigón entregado cumple con la clase de resistencia especificada, normalmente a los 28 días. El método de madurez responde a una pregunta diferente: ¿cuál es la resistencia actual del hormigón en este elemento?

• La ubicación del sensor es importante. Un sensor solo conoce la temperatura en su propia posición. Si se instala en un lugar conveniente en lugar de donde es fundamental, el resultado puede ser engañoso.

Por lo tanto, este método no reemplaza todas las pruebas de laboratorio. Reemplaza las conjeturas sobre la pregunta más importante en el sitio: ¿Está listo ahora?