Guía de apoyo al Ingeniero Diseñador

GUÍA DE APOYO AL INGENIERO DISEÑADOR

1ra EDICIÓN - SEPT.2020 1

INSTITUTO DEL CEMENTO Y DEL HORMIGÓN DE CHILE COMISIÓN DE CONSTRUCCION EN HORMIGÓN

GUIA DE APOYO AL INGENIERO DISEÑADOR Representantes Empresas Integrantes Comisión de Construcción que validó este Documento; Filiación

Representante

Filiación

Representante

Cementera

Sr. Arturo Holmgren

Docencia

Sr. Edgardo González

Cementera

Sr. Hernan Medina

Docencia

Sr. Federico Delfin

Construcción

Sr. Armando Quezada

ICH

Sr. Augusto Holmberg

Construcción

Sr. Carlos Fernandez

Inspección

Sr. Carlos Videla

Construcción

Sr. Jorge Montegu

Inspección

Sr. Enrique Bollmann

Construcción

Sr. Oscar Guarda

Inspección

Sr. Florián Silva

Consultoria

Sr. Bernhard Paul

Inspección

Sr. Jorge Bravo

Consultoria

Sr. Cristián Masana

Laboratorio

Sr. José M. Pascual

Consultoria

Sr. Patricio Tapia

MINVU

Sra. Susana Jara

Consultoria

Sr. Renato Vargas

Premezclados

Sr. Jorge Del Pozo

Consultoria

Sr. Yuri Tomicic

Premezclados

Sr. Sergio Vidal

1ra Edición –Final

1a Edición - Sept. 2020

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador INDICE

I.

Introducción

1

II.

Requisitos de Durabilidad del Hormigón (Sección 19.4).

3

III. Colocación del Hormigón en Elementos Esbeltos (Sección 26.5.2.f)

6

VI. Curado del Hormigón (Sección 26.5.3)

10

V.

17

Juntas en Elementos de Hormigón (Sección 25.5.6)

VI. Control de la Fisuración por Retracción Hidráulica y Térmica del Hormigón (Sección 25.5.6)

26

VII. Disposición de Refuerzos y Compactación (Sección 26.6.1.1)

39

VIII. Desmolde y Descimbre (Sección 26.11.2)

41

IX. Especificación de Laboratorios de Ensayo del Hormigón (Sección 26.12.1.6)

46

X.

47

Estimación de la Resistencia Real del Hormigón en Obra (Sección 26.12)

XI. Listado de Especificaciones Técnicas de ICH ANEXO 1:

51

Información complementaria.

ADJUNTO 1: Instalación de canalizaciones de servicios en elementos de hormigón armado.

Página i

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección I – Introducción.

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ICH – COMISIÓN DE CONSTRUCCION EN HORMIGÓN GUIA DE APOYO AL INGENIERO DISEÑADOR I.

Introducción.

El presente documento ha sido desarrollado por la Comisión de Construcción en Hormigón con el objetivo de entregar al ingeniero diseñador una guía que le sirva de apoyo en la especificación y diseño de un proyecto en hormigón armado.

Se hace notar que el documento en su conjunto, y cada sección en particular, no son una Especificación Técnica ni deben ser usados en reemplazo de éstas. Tampoco podrá(n) ser invocado(s) en contratos ni para la resolución de discrepancias técnicas.

Este documento contiene conocimiento que se encuentra diseminado en diversos textos de tecnología de hormigón y también recomendaciones de buena práctica. Como tal, su fin es orientar sobre los puntos esenciales desarrollados en cada punto y proporcionar una referencia general basada en documentos ACI que permita complementar lo ahí expuesto.

Las referencias a documentos del Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile pueden ser revisadas en el sitio web www.ich.cl.

Se aconseja que el ingeniero diseñador consulte las referencias listadas al final de cada sección previo a realizar la especificación o el diseño al que dicha sección se refiere.

La guía se ha organizado siguiendo la secuencia temática de la versión 2014 del código ACI 318. En el título de cada sección, entre paréntesis, se indica la sección correspondiente a dicho código. Al final de esta sección se indican las referencias que son transversales a todo el contenido de este documento.

Para un mejor entendimiento de esta guía, los términos siguientes se interpretan según se describe a continuación: - Concreto:

A lo largo de este documento el término concreto se usa como sinónimo de hormigón. Pueden presentarse indistintamente ambas denominaciones.

- Radier:

Por radier se entenderá a un sistema de losa apoyada sobre el terreno, ya sea directa o indirectamente sobre él, distinta de la losa elevada que requieren de un moldaje en su cara inferior para ser construidas.

- Ingeniero diseñador:

Corresponde al profesional ingeniero o empresa responsable del diseño estructural de una obra y a quien le corresponde establecer las especificaciones técnicas de la misma, de conformidad con lo estipulado en la norma NCh 3417.

- Ingeniero especialista:

Corresponde a un profesional o empresa, que puede o no ser el mismo ingeniero diseñador, cuya experticia radica en un tema

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección I – Introducción.

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específico de la obra, como por ejemplo, el sistema de moldaje.

- Resistencia real:

Cuando en este texto se haga referencia a resistencia real se debe entender que corresponde a la resistencia del hormigón colocado en un elemento estructural específico y medida en dicho elemento. Esta puede ser estimada por procedimientos no destructivos, como, por ejemplo, madurez o también medida mediante ensayos destructivos como la extracción de testigos, entre otros métodos. Ver sección X de esta guía.

En conformidad a la norma NCh 170:2016, la resistencia se debe estimar como resistencia cilíndrica e indicar la edad del ensayo.

Referencias transversales a todo el documento: - NCh 170:2016. Hormigón – Requisitos Generales.

- NCh 3417-2016. Estructuras – Requisitos para proyectos de cálculo estructural.

- ACI 318-2014. Building Code Requirements for Structural Concrete.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección II – Requisitos de durabilidad del hormigón.

II.

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Requisitos de Durabilidad del Hormigón (Sección 19.4).

Los requisitos que debe cumplir un hormigón para resistir la acción de agentes internos o externos que generan ataque al elemento estructural, como pueden ser la exposición a ciclos hielo - deshielo, ataque de sulfatos, cloruros y/o contacto con agua, están definidos en NCh170:2016. Esta nueva versión de la norma NCh170 clasifica los grados de exposición del hormigón frente a ataques externos de manera similar a ACI 318-14. Sin embargo, se cambia el uso de la razón agua-cemento, de difícil verificación práctica, por un requisito de penetración de agua o un contenido mínimo de cemento. De esta manera NCh170:2016 ya no considera a la razón agua cemento como un factor explícito a ser especificado por el ingeniero diseñador.

Esta versión de la norma mantiene aspectos prescriptivos, pero avanza en la especificación por desempeño. La medida de desempeño en durabilidad del hormigón incorporada en la norma NCh170:2016 corresponde a la profundidad de penetración de agua, medida de acuerdo a NCh 2262, la que se limita a 20 mm en ambientes muy agresivos y se acepta hasta 50 mm en ambientes moderados. También la norma NCh170:2016 fija como resistencia mínima del hormigón en ambientes muy agresivos el grado G35. En todo caso, la resistencia especificada debe ser mayor o igual a la correspondiente al grado G17 en hormigones estructurales. Todo esto se condice con la necesidad de mantener la impermeabilidad del hormigón de recubrimiento para lograr una adecuada protección del acero de refuerzo.

Lo principal de este nuevo enfoque es que le asigna al ingeniero diseñador la responsabilidad de definir los requerimientos de durabilidad en su especificación del hormigón. Este profesional debe definir la resistencia requerida, la clase de exposición y los requerimientos específicos de durabilidad. La o las “Clases de Exposición” a que quedará sometida la estructura pueden sustentarse en la experiencia o, en situaciones en las cuales no exista información previa del comportamiento de estructuras similares, en estudios del clima, de suelos u otros especiales, ajustados al lugar de emplazamiento y encargados a este fin. Antes de especificar se recomienda que el ingeniero diseñador revise el comentario 19.3.1 en ACI 318-14.

En caso de estar en presencia de un ambiente agresivo, el ingeniero diseñador tiene distintas alternativas para proteger los elementos estructurales, como son: -

Si el suelo es agresivo, su reemplazo en torno de los elementos estructurales comprometidos.

En exposición al ambiente exterior o el terreno, aumento del recubrimiento.

Reducción de la permeabilidad del hormigón, por ejemplo, mediante el empleo de aditivos impermeabilizantes o el uso de agentes de cristalización. Estos últimos normalmente son más efectivos en hormigones cuya resistencia esté entre los grados G17 y G30.

Impermeabilizaciones externas o recubrimientos superficiales, elementos previos de sacrificio, u otros.

Cada una de estas alternativas, y otras no mencionadas en esta sección, debe ser evaluada por el ingeniero diseñador, identificando sus límites de efectividad, ventajas y contraindicaciones, de modo de especificar la mejor solución para cada proyecto en particular.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección II – Requisitos de durabilidad del hormigón.

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En todo caso, la especificación de las diferentes propiedades del hormigón debe ser congruente con la resistencia especificada y se debe tener cuidado de especificar adecuadamente los parámetros que definen la durabilidad, ya que, por ejemplo, valores muy altos de la dosis mínima de cemento podrían traducirse en hormigones con altos contenidos de pasta, más susceptibles de fisurarse y por lo tanto el elemento estructural de hormigón puede ver disminuida su durabilidad.

Para el caso de estructuras en las cuales la durabilidad es una variable explicita de diseño, en el Anexo B de la norma NCh 170 se incluye la descripción de otros ensayos complementarios que permiten determinar los principales parámetros del hormigón asociados a su durabilidad.

Para este tipo de estructuras se deben especificar los “Requerimientos de Durabilidad” que, según el estado del arte y de la práctica, se deben exigir para que el hormigón sea capaz de resistir la clase de exposición previamente establecida, como por ejemplo valores admisibles en el ensayo de penetración del ión cloruro, ASTM C1202, u otros.

Un caso relevante de mencionar es la exposición en ambiente marino o a agua de mar, que presentan condiciones con alto contenido de iones cloruro. En esta situación, el diseño de las estructuras de hormigón armado debe considerar otras variables relevantes asociadas a la corrosión del acero de refuerzo inducida por las altas concentraciones de cloruros y, entre éstas, el espesor y la calidad del hormigón de recubrimiento, casos en los cuales es aconsejable el asesorarse por un ingeniero especialista en la materia. En estos casos, para un adecuado diseño por durabilidad se debe establecer la vida útil de la estructura, y luego verificar si las consideraciones del diseño permitirán cumplir con ese requerimiento. Para ello lo que se hace es determinar las propiedades de transporte de los iones de cloruro al interior del hormigón. En los últimos años se han desarrollado una serie de modelos predictivos, entre los que podemos mencionar el modelo “ERFC”, el modelo europeo “DURACRETE”, el modelo escandinavo “CLINCONC”, entre otros, pero para aplicarlos se requiere conocer una característica específica del hormigón de recubrimiento, que es el coeficiente de difusión aparente del ión cloruro en el hormigón, el que normalmente se determina mediante un ensayo de migración acelerada de cloruros. El procedimiento de ensayo que actualmente es más ampliamente usado es el establecido en la norma nórdica Nordtest Method NT Build 492 (Ver Anexo 1 con información adicional) Referencias: - NCh 2262-2009. Hormigón y mortero - Determinación de la permeabilidad al agua Método de la penetración de agua bajo presión.

- ET001-005. Especificación Técnica – Fisuras no Estructurales en Obras de Hormigón Armado. Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - ACI 201.2R-16 Guide to Durable Concrete - ACI 212.3R-10 Report on Chemical Admixtures for Concrete.

- ACI 222.3R-11 Guide to Design and Construction Practices to Mitigate Corrosion of Reinforcement in Concrete Structures.

- ACI 224R-01. Control of Cracking in Concrete Structures.

- ASTM C1202 Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration (RCPT).

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección II – Requisitos de durabilidad del hormigón.

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- Nordtest Method NT BUILD 492. Chloride Migration Coefficient from non-steady-state Migration Experiments.

- STAR 230-DUC. Performance Based Specifications and Control of Concrete Durability.

RILEM.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección III – Colocación del hormigón en elementos esbeltos.

III.

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Colocación del Hormigón en Elementos Esbeltos (Sección 26.5.2.f) La colocación del hormigón en estructuras esbeltas, y con alturas de caída relevantes (mayor de 2,5 m), se encuentra tratada en el documento desarrollado por ICH, Especificación Técnica ET 002-05 “Altura de Vaciado en Elementos de Hormigón Armado” el cual se recomienda consultar.

En general, el uso de mangas no sería necesario si la compactación del hormigón se puede completar en toda la sección antes que fragüe el material que ha rebotado en el moldaje o en el refuerzo, de modo de no afectar la homogeneidad del material, o si el hormigón se puede colocar entre las mallas de refuerzo sin generar pérdida de homogeneidad debida a segregación. Para ello es importante que el ingeniero diseñador considere un cierto orden de los ganchos de los estribos y las trabas en los muros de manera de permitir que el vibrador sea introducido en toda la altura del elemento y pueda inclinarse en el fondo para lograr una adecuada consolidación. Se hace notar que espaciamientos entre trabas inferiores a 200 mm dificultan esta labor.

Sin embargo, en caso que se especifique, o considere, el uso de mangas o tubos para colocar el concreto en este tipo de elementos, los siguientes puntos deben tenerse en consideración: I.

El tamaño máximo del árido no deberá exceder del mínimo entre 1/5 de la menor dimensión entre las caras de moldaje y 3/4 de la distancia libre mínima entre barras individuales de refuerzo. Adicionalmente, la Tabla A.5.2 de ACI211.1 hace recomendaciones un tanto más restrictivas en particular en relación con la distancia entre barras, tal que el tamaño máximo del árido no deberá exceder de 2/3 de la distancia mínima entre barras longitudinales. Esta última restricción equivale a que, dado un tamaño máximo de árido, las barras longitudinales deberán disponerse dejando un espacio libre mínimo entre ellas de 1,5 veces el tamaño máximo nominal del árido por condición de colocación del hormigón. Al usar tubos de descarga del hormigón, un tamaño máximo del árido recomendado para elementos reforzados es de 20 mm (3/4 pulgada)

II.

El diámetro mínimo del tubo de descarga se recomienda que sea de 8 veces el tamaño máximo del árido en el extremo superior, extendiéndose por una altura entre 2 a 3 m, y luego el diámetro del tubo se puede reducir a 6 veces el tamaño del árido, en la base del tubo, si la altura de éste excede los 3 m. Normalmente el diámetro varía entre 200 y 300 mm, situación que lo hace poco práctico para permitir su paso entre los refuerzos de una obra de construcción típica. En ACI 304R-09 no existe una limitación explícita entre el diámetro del tubo de descarga y la profundidad que pueda alcanzarse con éste.

III.

La distancia entre puntos de colocación del tubo, o entre tubos contiguos, no deberá exceder 2 (máximo 3) veces la altura del hormigonado, de modo de evitar que el hormigón se traslade horizontalmente grandes distancias, condición que dificulta la obtención de capas horizontales adecuadamente compactadas. No se recomienda que esta separación exceda de 1,5 m, siendo su rango típico entre 1 a 1,5 m, la cual se podrá ajustar según el tipo de elemento y la dosificación del hormigón empleado. Además, se debe poner especial cuidado en que el hormigón se vaya colocando en capas cuyos espesores no

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección III – Colocación del hormigón en elementos esbeltos.

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excedan del largo del vibrador usado en la faena, de tal forma que se logre vibrar efectivamente la interface con la capa inferior.

IV.

El flujo de concreto en el tubo debe ser constante, manteniendo siempre libre el extremo de la descarga, tanto para evitar bloqueos al interior del tubo, como para prevenir segregación. En hormigonados profundos, se recomienda iniciar con una primera capa de hormigón, de un espesor menor, que será consolidada con el equipo vibrador inclinado, la que servirá de apoyo a las sucesivas capas de hormigón.

V.

El tubo debe estar vertical y asegurado de modo que no se mueva horizontalmente durante el hormigonado y el hormigón se debe depositar verticalmente en capas cuyo espesor no exceda lo indicado en el punto (c) precedente. El tubo se debe alzar lentamente a medida que se completa el vaciado de una etapa para mantener el extremo de descarga libre por sobre el nivel de la última capa colocada, de modo de evitar que se coloque hormigón fresco bajo capas que han empezado a fraguar, lo cual puede causar una junta fría, sin adherencia entre capas horizontales de hormigón, segregación, huecos y fisuras.

El uso de tubos puede generar conos de deposición del hormigón, y si el vibrado no se realiza metódicamente, el material entre puntos de colocación puede quedar mal compactado, con los problemas que esto implica.

En general con la tecnología de hormigones actualmente disponible en el mercado, el uso de este tipo de implementos no debiera ser necesario.

Las Figuras III.1 y III.2 ilustran otras opciones sugeridas por el documento ACI 304R-19 para vaciar hormigón en elementos esbeltos.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección III – Colocación del hormigón en elementos esbeltos.

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Figura III.1: Colocación del concreto en un muro profundo o curvo, a través de una abertura en el moldaje.

ACI 304R. Usar buzones adosados y ventanas en los moldes de muros que permitan un flujo suave del hormigón en el molde. Se hace notar que el método de vaciado presentado en la Figura III.1 de la izquierda no se usa en Chile. Por su parte el mostrado a la derecha se ha usado con resultados satisfactorios al reparar nidos, posiblemente debido a la mayor docilidad que presentan los hormigones actualmente usados para tal propósito.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección III – Colocación del hormigón en elementos esbeltos.

Figura III.2:

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Colocación del hormigón en moldajes profundos y delgados. ACI 340R.

Otro método que resulta satisfactorio es la utilización buzones con tubos cortos para dirigir la caída en las pasadas existentes entre las barras. Estos buzones son permanentes durante la colocación y a distancias de no más de 2 metros entre ellos. De esta forma se consigue una caída sin tocar las armaduras y un traslado horizontal no mayor a 1 metro Cabe señalar que las figuras III.1 y III.2 o el método antes descrito son recomendaciones y, por tanto, una constructora puede usar métodos alternativos que le den resultados satisfactorios según lo descrito en la especificación ET002-005 de ICH. Referencias: - ET002-005. Especificación Técnica – Altura de Vaciado en Elementos de Hormigón Armado. Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile.

- Concrete Dumping Height Specification. Cristian Masana, Concrete International. February 2008.

- ACI 304R-09. Guide for Measuring, Mixing, Transporting and Placing Concrete.

- ACI 211.1-09. Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección IV – Curado del hormigón.

VI.

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Curado del Hormigón (Sección 26.5.3) El curado del hormigón es un proceso imprescindible en la secuencia de construcción de una obra ya que mejora la durabilidad, al favorecer el aumento de la impermeabilidad, y el desarrollo de las propiedades mecánicas del hormigón. Las figuras IV.1 a IV.3 ilustran, de manera esquemática, la importancia de aplicar un curado adecuado a todos los elementos de una obra.

La Figura IV.1 muestra el efecto del tiempo de curado en la evolución de resistencia en probetas a las que se les ha retirado el curado húmedo a los 3 días y a los 7 días y otras que se han mantenido continuamente en condición de curado. Esta figura enfatiza, al igual que muchas otras que se encuentran en la literatura técnica, la gran importancia de un adecuado curado en obra desde el punto de vista de las resistencias mecánicas.

Figura IV.1: Influencia de la humedad ambiental sobre la resistencia. ACI 308R. Adaptado de Kosmatka y Panarese, 1988.

Por su parte, la Figura IV.2 remarca lo anterior, ilustrando esquemáticamente el significativo impacto que tiene el tipo de curado y el porcentaje de adiciones en la durabilidad del hormigón, expresada en función de la impermeabilidad. De esta figura es posible concluir que la mejor opción para aumentar la durabilidad del hormigón es aplicar un buen sistema de curado, por el período apropiado a la condición de exposición del elemento. Utilizar cementos con adiciones es una buena alternativa siempre y cuando se aplique un buen curado. Vale recordar que el proceso de reducción de poros que produce la reacción puzolánica, se produce si y sólo si hay humedad suficiente para que los materiales suplementarios del cemento reaccionen con el hidróxido de calcio para formar compuestos que poseen propiedades cementicias.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección IV – Curado del hormigón.

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Figura IV.2: Influencia del tipo de curado, y del porcentaje de adiciones, en la durabilidad potencial del hormigón. Adaptado de “Durabilidad de Estructuras de Hormigón”, Guía de Diseño CEB, Boletín N° 12.

En resumen, aparte del requerimiento de resistencia mínima a compresión (potencial o real) para autorizar discontinuar el curado, sería altamente recomendable incluir y exigir en las especificaciones técnicas de una obra la ejecución de ensayos de impermeabilidad del hormigón, en aquellas situaciones en las que un constructor desee proponer sistemas de curado distintos a los que ha sancionado la práctica (Ver Sección II precedente).

Por último, la Figura IV.3 esquematiza la tasa de evaporación promedio a lo largo del año para las principales ciudades de Chile, notándose que ésta típicamente se ubica sobre el límite práctico aceptado de 0,5 kg/m2/h que marcaría el umbral a partir del cual aumenta el riesgo de aparición de fisuración por retracción plástica. Lo anterior muestra la importancia de aplicar un adecuado curado en toda la extensión del territorio nacional, durante todo el año.

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Figura IV.3: Tasa de evaporación del hormigón a lo largo de Chile. Cada barra representa un trimestre. Curso de Tecnología del Hormigón (Ing. Sergio Rojas). Dirección de Vialidad del M.O.P, 1975.

Establecida la importancia del curado del hormigón, se debe hacer notar que las exigencias de curado en una obra de hormigón están condicionadas, tanto por las características propias del material (grado del hormigón, razón agua-cemento, tipo de cemento, entre otras), como por el tipo de elemento, características geométricas de la sección, en términos de la relación volumen a superficie expuesta del elemento de hormigón, y las condiciones climáticas en las que la obra se emplaza.

Los requerimientos mínimos de curado, según NCh170:2016, son los siguientes: a) Iniciar el curado tan pronto como las operaciones de colocación del hormigón lo permitan y/o las condiciones ambientales lo hagan necesario. b) Mantener la humedad en la superficie del elemento por al menos 7 días si no se mide resistencia real del hormigón. Se debe verificar que la temperatura del hormigón colocado en obra no descienda de 5 °C durante ese período y que la temperatura promedio diaria no descienda de 10 °C en el mismo lapso de tiempo. c) Hasta alcanzar una resistencia mínima real, es decir medida en un elemento en terreno, de al menos un 70% de la resistencia especificada, lo que se puede constatar, por ejemplo, mediante la aplicación del concepto de madurez. De no poder determinar dicha resistencia real, ya sea directa o indirectamente, la exigencia para la resistencia potencial, obtenida de probetas bajo condiciones normalizadas, es de alcanzar un 85% de la resistencia especificada, en virtud de la incerteza de su verdadera representatividad de lo acontecido en el hormigón colocado en la estructura.

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Si el proyecto espera condiciones de exposición muy severas, ya sea durante la construcción o en la vida de servicio de la estructura, entonces el curado debe extenderse hasta lograr el 100% de la resistencia especificada o lograr el nivel de impermeabilidad especificado en el proyecto y medido en terreno por algún método apropiado. En otras palabras, para asegurar durabilidad en estas condiciones desfavorables es posible que el curado deba extenderse por más de 7 días para lograr los objetivos antes planteados. Lo mismo ocurre si durante el período de curado el elemento queda expuesto a condiciones adversas de baja temperatura o humedad.

Se recomienda que el ingeniero diseñador revise y conozca las secciones 13.1 Generalidades; 13.2 Métodos y plazos de curado, en las cuales se indican alternativas de métodos de curado y 13.3 Protección, de la norma NCh170:2016 al momento de realizar su especificación de protección y curado del hormigón en obra y tenga en consideración que el plazo de curado depende de la potencialidad de alcanzar la resistencia o durabilidad (impermeabilidad) deseadas.

Para especificar métodos y materiales de curado se puede recurrir al documento ACI 308.1 y/o NCh170:2016, sección 13.2.

Una forma práctica de verificar si el periodo de curado en obra es adecuado, consiste en mantener probetas en obra curadas de manera equivalente al curado que se hace de la estructura, tal como lo señala ACI 318-14, en las secciones 26.5.3.2 (d) y (e). El curado se considerará satisfactorio si la resistencia promedio de las probetas curadas en sitio, conforme a ASTM C31, es al menos un 85% de la resistencia obtenida de las probetas hermanas que se mantuvieron en un curado estándar, o si la resistencia promedio de las probetas curadas en sitio excede en no menos de 3,5 MPa la resistencia especificada a la edad de ensayo o de término del curado.

Alternativamente se puede evaluar la resistencia real del hormigón colocado en el elemento estructural por alguno de los métodos indicados en la sección X de esta guía como, por ejemplo, madurez.

Un claro síntoma de que el proceso de curado es insuficiente es la aparición de fisuras plásticas, particularmente en losas, las cuales son visibles dentro de las primeras 24 horas de colocado el hormigón.

Respecto de la influencia de distintas variables en el proceso de curado, se tiene: I.

Tipo de elemento: Las características del curado difieren principalmente entre losas y otros elementos debido a la mayor superficie expuesta, en relación al volumen del elemento estructural, que tienen las primeras. Esto es aún más crítico en radieres o losas apoyadas en el terreno, dado que la pérdida de humedad desde la masa de concreto ocurre tanto al ambiente como al terreno. Por tal motivo se recomienda tomar medidas para que ambas superficies se mantengan húmedas y pierdan humedad en forma uniforme para evitar alabeos.

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Elementos como muros, vigas, columnas o pilares, sufren de manera similar los efectos de la evaporación. Se recomienda humedecer (no saturar) las superficies interiores de los moldes y refuerzos previo al vaciado del hormigón y al retirar los moldes, aplicar alguno de los métodos de curado (membrana, láminas u otros) hasta alcanzar el tiempo de curado requerido para garantizar el logro de la resistencia y durabilidad especificadas en el diseño.

Respecto de este tipo de elementos, el Contratista deberá poner cuidado en aquellos elementos que están más expuestos al sol o viento, por su orientación dentro de la estructura, los que deberán contar con mayor protección.

Como nota adicional, respecto del moldaje, se debe señalar que, en el caso del uso de moldajes metálicos, el constructor debe considerar su alta conductividad térmica al momento de definir su plan de protección del hormigón.

II.

Resistencia del hormigón: La resistencia del hormigón también es un factor a considerar en la especificación de las exigencias de curado. En la práctica en Chile, concretos que presentan una mayor resistencia cilíndrica especificada han tendido a ser menos susceptibles a sufrir los efectos de un curado deficiente, respecto de otros expuestos similarmente, pero de menor grado. Se hace notar, sin embargo, que no existen experiencias de investigaciones a este respecto que permitan establecer un grado o valor de resistencia especificada límite.

III.

Condiciones climáticas. Influyen aspectos como la temperatura ambiente y del hormigón al momento de la colocación del hormigón, la humedad relativa del aire, velocidad del viento y radiación directa del sol. Estas variables determinan la diferencia de presión de vapor en la superficie del hormigón y la presión de vapor en el aire que lo circunda y esta diferencia de presiones se puede relacionar con las temperaturas en ambas masas de vapor, siendo la del agua en la superficie del hormigón típicamente aceptada como igual a la temperatura superficial del hormigón. Por lo tanto, controlar la temperatura superficial del hormigón colabora a disminuir la tasa de pérdida de humedad del mismo.

No hay un método preciso para estimar la inter-relación entre estas variables, sin embargo, la fórmula de Menzel (1954) y el nomograma de Bloom (1960) se consideran como un buen método para predecir cuándo se requiere adoptar un mayor cuidado en el curado del hormigón. No se debe considerar como un método para determinar la tasa de secado del hormigón. El nomograma citado relaciona temperatura ambiente, humedad relativa, temperatura superficial del hormigón y velocidad del viento. La norma NCh170:2016 establece como una condición de riesgo de fisuración del hormigón que la tasa de evaporación supere un valor por sobre 1 kg/m2/h. Se hace notar, sin embargo, que la experiencia práctica a nivel nacional indica que valores de la tasa de evaporación por sobre 0,5 kg/m2/h, durante o inmediatamente posterior a la colocación del hormigón, ya incrementan las probabilidades de aparición de fisuras por retracción plástica.

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Figura IV.4: Efecto de la temperatura del aire y del hormigón, la humedad relativa y la velocidad del viento sobre la evaporación en el hormigón. Adaptado de “Plastic Shrinkage Cracking and Evaporation Formulas”. Paul J. Uno. ACI Materials Journal / July-August 1998.

Cabe hacer notar que el riesgo de fisuración es mayor en el hormigón que aún no inicia su proceso de endurecimiento, es decir, durante las primeras horas posteriores al vaciado y terminación.

En relación a los procedimientos de curado, en sección 13.2.1 de NCh170:2016, se indican los que son viables de aplicar, recomendando el uso de agua nebulizada o lloviznas tenues de agua. Las membranas de curado son una alternativa que se pueden aplicar una vez que el hormigón tiene una resistencia suficiente para no dañarse durante la colocación. Dichas membranas deben poder ser aplicadas en superficies húmedas. Su uso debe restringirse a compuestos que certifiquen satisfacer ASTM C309 y ASTM C1315 y que además puedan colocarse antes que ocurra la pérdida de agua por exudación. Las ventajas del uso de aquellas que satisfacen ASTM C1315 es que siendo pigmentadas permiten detectar fácilmente zonas no cubiertas. Dentro de las desventajas es que pueden afectar la apariencia final de la superficie o incluso impedir la adherencia de los sustratos de Página 15

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección IV – Curado del hormigón.

terminación (pintura u otros). En este sentido, aquellos que satisfacen ASTM C1315 promueven la adherencia de sustratos de terminación (cerámicas u otros). Cabe indicar que la eficacia de estos sistemas depende de las condiciones de terreno y, en particular, de la textura de la superficie del elemento de hormigón. Elementos de superficies rugosas requerirán mayor cantidad del compuesto para lograr un curado efectivo. Es así como es recomendable evaluar si el método seleccionado es realmente efectivo para evitar fisuras plásticas. Un procedimiento que ha resultado ser exitoso para evaluar la efectividad de las membranas, es realizar el ensayo ASTM C309 sobre probetas extras a las que se les aplica la membrana inmediatamente después de fabricadas y se les exigen los mismos límites que las del ensayo ASTM C309. Si no cumplen estos límites se deberá redefinir el método de curado seleccionado hasta lograr cumplir lo exigido por ASTM C309.

La Tabla IV.2 muestra la máxima pérdida de agua admisible para una membrana de acuerdo a los requisitos del estándar ASTM C309 y del código ACI 350R, este último, para obras hidráulicas.

Tabla IV.2: Máxima pérdida de agua admisible por la membrana de curado.

Adaptado del Profesor Dan G. Zollinger. Universidad de Texas.

Pérdida admisible total de agua (kg/m2) Código o Estándar A 24 horas A 72 horas ASTM C309

No aplica

0,55

ACI 350R

No aplica

0,39

Referencias: - ACI 308.1-11. Specification for Curing Concrete.

- ACI 350-06. Code Requirements for Environmental Engineering Concrete Structures and Commentary.

- ASTM C309. Standard Specification for Liquid Membrane-Forming Compounds for Curing Concrete.

- ASTM C1315. Standard Specification for Liquid Membrane-Forming Compounds Having Special Properties for Curing and Sealing Concrete - Evaluación de la Aplicabilidad de Ensayos No Destructivos para el Control de Calidad del Hormigón. Hernán Ferreira J. Tesis para optar al grado de Magister en Ciencias de la Ingeniería. Pontificia Universidad Católica de Chile. Septiembre 2004.

- STAR 230-DUC. Performance Based Specifications and Control of Concrete Durability.

RILEM. - Menzel, C.A. “Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete”.

Portland Cement Association Annual Meeting, 1954.

- Bloem, D. “Plastic Cracking of Concrete”. Engineering Information, National Ready Mixed Concrete Association / National Sand and Gravel Association, July 1960.

- Zabaleta, H. Tecnología de la Construcción en Hormigón, Julio 2003.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección V – Juntas en elementos de hormigón.

V.

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Juntas en Elementos de Hormigón (Sección 25.5.6) Las juntas en elementos de hormigón cumplen distintos objetivos como son dar continuidad a ciclos constructivos, aliviar tensiones debidas a los procesos de fraguado del hormigón, aislar secciones de estructuras que se comportan de manera diferente en la vida de la estructura, entre otras.

ACI 318-14 define a las juntas como una parte integral del sistema estructural, que es común a la intersección de miembros estructurales (muros, vigas, losas o columnas) y cuya clasificación y función está dada por la forma en que la estructura ha sido idealizada en el momento de su diseño. Es por este motivo que el capítulo 26 entrega la responsabilidad primaria, en la definición, clasificación y localización de las juntas, al Ingeniero diseñador.

El reporte ACI 224.3R realiza la siguiente definición de las juntas: a) Juntas de construcción. Son aquellas requeridas por la secuencia constructiva y que permiten reiniciar el proceso de hormigonado luego de un periodo de tiempo. b) Juntas de contracción. Son aquellas que permiten aliviar las tensiones inducidas por los cambios de volumen en el hormigón, producidos por retracción hidráulica (ver Sección VI) y térmica (cambio en la temperatura interna del mismo, por su proceso de fraguado). El espaciamiento entre juntas debe ser tal que evite el agrietamiento por retracción, para lo cual se entregan algunas pautas generales más adelante en esta sección.

A este respecto, se debe hacer notar que el límite mínimo de cuantía de refuerzo establecido por ACI 318-14, sección 24.4, corresponde a un límite inferior en elementos sin restricciones al movimiento por retracción o temperatura, por lo que dicha cuantía puede no ser suficiente, muy particularmente en elementos delgados. c) Juntas de dilatación. Permiten aislar miembros estructurales que, por sus características de soporte, se comportan independientemente, pero que deben encontrarse por razones de funcionalidad o estética.

Idealmente las juntas de construcción, contracción y/o dilatación deben hacerse coincidir en un edificio. Además, las juntas deben ser rectas y cortar todo el edificio en un plano vertical.

La definición de la posición de las juntas es un proceso donde deben participar conjuntamente el constructor y el ingeniero diseñador, el primero definiendo las condicionantes logísticas y constructivas que la obra plantea y el segundo velando por la integridad estructural de la misma. En este sentido es deseable que los planos y documentos de diseño den criterios o definan zonas más favorables para la localización de las juntas o, equivalentemente, señalen aquellos puntos donde éstas no pueden ser realizadas.

El ingeniero diseñador debe definir si desea que el traspaso de carga en la unión sea total, esto es que haya continuidad flexural y de corte, o parcial. La transferencia de los esfuerzos flectores se logra dando continuidad al refuerzo con una longitud de anclaje suficiente a ambos lados de la junta para lograr el desarrollo de la capacidad de las barras. La transferencia de los esfuerzos de corte se puede lograr de diversas formas (llaves de corte, que presentan el riesgo de que se produzcan desconchamientos del hormigón, por lo que no son recomendadas, dowels, u otras) siendo la más práctica el uso del corte por fricción (shear

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friction), que permite la transferencia de esfuerzos a través de un plano conocido (en este caso, la junta). Respecto del mecanismo de corte por fricción, se hacen los siguientes alcances: a) Su aplicación y metodología de cálculo se encuentran definidos en el capítulo 22, sección 22.9 de ACI 318-14. b) Sólo si hay esfuerzos netos de tracción perpendiculares al plano de la junta, o si la resistencia al corte requerida excede del refuerzo proporcionado por flexión, se debe aumentar la cantidad de refuerzo. c) Es importante, para lograr el máximo provecho del refuerzo en la junta, que el ingeniero diseñador especifique el tratamiento en la junta. Como se trata de concreto colocado en distintos momentos, este tratamiento implica al menos cuidar la compacidad del primer concreto en la zona de la junta, limpiar la junta, dejarla libre de lechada e intencionalmente causar una rugosidad de al menos 6 mm (1/4 pulgada) y curar adecuadamente antes de la llegada del siguiente hormigón. Además, si se desea un comportamiento monolítico se deberá especificar algún promotor de adherencia y seguir estrictamente las instrucciones del fabricante en su aplicación para lograr que este producto sea eficaz. En caso de no realizar ningún tratamiento de la junta, o sea, sin siquiera generar la rugosidad antes indicada de 6 mm, entonces el coeficiente de fricción a través de ella se reduce a sólo µ = 0,6 y sólo el refuerzo se considera efectivo para cerrar la grieta. Finalmente, al especificar un tratamiento en la junta que genere una rugosidad de 6 mm, limpie la junta y elimine la lechada, el coeficiente de fricción será de µ = 1,0. Lo anterior se puede lograr con los siguientes métodos: i.- Para juntas verticales, el método más idóneo consiste en colocar en la junta una malla de alambre hexagonal, tipo Inchalam 1x21 (ver Figura V.1a). La rugosidad se logra por los áridos que sobresalen en la separación de los alambres de la malla. La malla debe amarrarse al refuerzo de modo que pueda resistir la presión del hormigón fresco (Covarrubias, 2011).

Por experiencia en proyectos ejecutados con este sistema se sabe que la malla soporta el empuje del hormigón fresco generado por un área de 60x60 cm, no obstante, se recomienda realizar una prueba a escala del sistema antes de ejecutarlo en la obra.

El hormigón, en la proximidad de la malla, debe vibrarse de modo que ésta debe quedar perdida en el hormigón (Ver Figura V.1b). Si esto no ocurriese, se debe picar la junta, asegurar que el hormigón tiene la resistencia requerida y está libre de material suelto y se ha logrado la rugosidad con la amplitud de 6 mm requerida.

Si lo que se busca es tener una junta de contracción, que alivie tensiones de retracción hidráulica y térmica, entonces se debe esperar que el hormigón logre cierta consistencia, verificar que la calidad y rugosidad del concreto en la junta sea la especificada y aplicar desmoldante en al menos el 50% del área del plano de la junta, evitando pintar la enfierradura. Si la malla queda visible, significa que el hormigón no alcanzó la

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compactación necesaria en esa zona y debe realizarse un tratamiento de la junta hasta alcanzar el hormigón compactado.

Figura V.1: a) Vista junta con malla. Lado izquierdo, preparación. b) Lado derecho vista del hormigón de primera etapa terminado correctamente. ii.- Para juntas en planos horizontales o levemente inclinados el método más idóneo es el tratamiento tradicional de juntas, que consiste en colocar un retardador de fraguado en la superficie mediante un rociador para que promueva la rugosidad (ejemplo Rugasol de Sika o similar – Ver Figura V.2).

Transcurridas al menos 12 horas luego de la colocación del hormigón, se retira el molde y se lava la lechada superficial, que no ha fraguado, con hidrolavadora. Este sistema permite lograr una rugosidad de entre 5 a 8 mm.

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Figura V.2: Vista del hormigón tratado con aditivo retardador y promotor de la rugosidad, según método (ii).

Notar que los métodos indicados no son excluyentes de otros que pueda proponer el constructor y que garanticen eliminar la lechada superficial y lograr una superficie rugosa y uniforme en la junta según se haya especificado en concordancia con ACI318-14 sección 26.5.6.2.

Respecto de la ubicación de juntas, ACI 224.3R distingue la situación de vigas y losas de la que corresponde a columnas y muros: I.

Vigas y Losas. Las recomendaciones ACI pueden revisarse tanto en ACI 224.3R sección 3.2.2.1 como en ACI 318-14, capítulo 26, sección 26.5.6.2. No obstante, estas recomendaciones pueden ser modificadas por el Ingeniero diseñador. Al respecto, constructivamente es más favorable establecer la junta al borde de los elementos resistentes y en el caso particular de losas esto puede hacerse al borde de la viga o muro como muestra la Figura V.3 si y sólo si lo autoriza el ingeniero diseñador.

Malla Inchalam 1x21 o equivalente

Viga o muro

Figura V.3: Posición contructivamente preferida para la ubicación de una junta en losa elevada Página 20

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O sea, la junta de la losa se materializa y descansa en el escalón producido por el recubrimiento del refuerzo de la viga o muro. En el caso de las vigas se puede proceder de la misma forma en el encuentro con otros elementos resistentes sólo si el cálculo ejecutado conforme a ACI 318-14, sección 22.9, ratifica que la resistencia al corte disponible en la zona satisface las demandas de corte que el análisis indica para dicha zona. De lo contrario el ingeniero diseñador deberá ubicar la junta en aquella posición donde dicho requisito sea satisfecho.

No usar juntas de hormigonado en vigas. Si hay vigas de altura considerable, se recomienda colocar el hormigón en toda la altura de la misma hasta el nivel inferior de la losa y luego hormigonar la losa en una operación adicional. En este caso se deberá verificar la transferencia de corte entre la viga y la losa en el plano de la unión y el ingeniero diseñador deberá verificar si requiere de algún tratamiento en la junta.

El tiempo que se debe esperar entre el hormigonado de un paño de losa y el avance en el siguiente contiguo a la junta debe ser tal que permita el endurecimiento inicial del hormigón, al punto de permitir la preparación de la junta. De todos modos este no deberá ser menor de 12 horas, no obstante dicho valor debe ser validado en función del tipo de mezcla, de los aditivos incorporados a ella y de las condiciones ambientales a que se encuentra expuesta la obra. Dicho plazo debe permitir la preparación de la junta sin que se provoquen daños a la terminación del hormigón ya colocado. Es posible permitir la reducción de este plazo, siempre que se cuente en obra con algún método que permita determinar que la resistencia del hormigón ya colocado es suficiente para iniciar la preparación de la junta. Uno de esos métodos puede ser el uso de medidores de madurez.

II.

Columnas y Muros. La práctica usual en construcción es dar avances piso a piso. De esta forma, las juntas de construcción horizontales en muros y columnas deben localizarse por debajo de las losas y vigas (de modo que éstas se hormigonen en conjunto, en la siguiente etapa). Un caso especial son aquellas columnas que por condiciones de transmisión de esfuerzos con las vigas y losas contiguas deben hormigonarse monolíticamente con éstas (ejemplo zonas con capiteles). En estos casos el hormigonado del elemento vertical se extiende hasta el nivel superior de la losa y, respecto de los elementos horizontales, la junta debe alejarse al menos una distancia de 600 mm desde la cara de las columnas o capiteles.

En el caso que el hormigón de las columnas tenga una resistencia especificada superior a la resistencia especificada para el hormigón de los elementos horizontales, se debe verificar: i.- La diferencia entre ambas resistencias especificadas no se recomienda que exceda de un 40% respecto de la menor de ellas. ii.- La secuencia de hormigonado a seguir consiste en hormigonar primero la columna expandiendo la colocación del hormigón de mayor grado una distancia de 600 mm desde la cara de las columnas y además la colocación del hormigón de menor grado

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se debe realizar con el otro hormigón aún plástico, vibrando adecuadamente la zona de interface para lograr una buena integración de ambos materiales como lo indica la Figura V.4. El tiempo que transcurra entre la colocación del hormigón de grado superior respecto del siguiente no podrá exceder de 2 horas. Referirse a ACI318-14, capítulo 15 para mayores antecedentes a este respecto. Lo anterior tiene por objetivo evitar el desarrollo de un plano débil en la interfase entre ambas calidades de hormigón. f'c-columna

Nivel superior losa

Interface a 600 mm cara columnas o capitel

f'c-vigas/losa Se hormigona luego de la zona achurada, estando dicho hormigón aún plástico

60 0 (TIP )

Area con hormigón f'c-columna Se hormigona primero

1.4*f'c-vigas/losa > f'c-columna > fc-vigas/losa

Figura V.4: Vaciado de hormigón en la unión losa – columna, al requerir monolitismo.

Respecto de la ubicación de las juntas verticales, la Figura V.5 entrega una guía a este respecto, como se muestra a continuación.

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Figura V.5: Descripción de la ubicación recomendada de juntas de contracción en muros. Figura 3.1 de ACI 224.3R. La distancia entre juntas de contracción es dependiente de la capacidad de avance de la cuadrilla de hormigonado, como también de las propiedades del concreto y finalmente de los esfuerzos en la estructura. Para lograr alivio de tensiones por retracción, se recomienda no exceder de 6 m en muros con aberturas frecuentes ó 7,5 m en muros continuos. En las esquinas y encuentros con bordes rígidos se deberá colocar una primera junta a no más de 3 ó 5 m desde la singularidad. Nunca colocar una junta en una esquina. Si el muro está sometido a esfuerzos de corte o flexión fuera de su plano, deben realizarse las mismas verificaciones que en el caso de las losas respecto de la capacidad de corte y flexión.

Por último, las juntas de dilatación deben ser contempladas en edificios de grandes longitudes para limitar los esfuerzos causados por variaciones volumétricas del concreto de origen térmico. El ancho de la separación en la junta debe ser tal que impida el contacto entre los segmentos del edificio, pudiendo variar desde 25 a 150 mm, siendo 50 mm una medida típica. Además, debe ser continua en toda su altura desde el nivel de la fundación. La materialización de esta aislación puede lograrse con moldaje perdido de poliestireno expandido, cuya especificación debe ser entregada por el ingeniero diseñador estructural del proyecto. El espaciamiento entre estas juntas no debiera ser mayor a 30 m, y se recomienda considerar juntas adicionales donde la estructura presente cambios bruscos en planta o en altura de modo de evitar concentraciones de tensiones.

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III.

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Radieres. El diseño de radieres no se encuentra regulado por ACI 318, sino que por ACI 360 “Guide to Design Slabs on Ground”. Los radieres están sometidos a gradientes de humedad entre la cara superior e inferior. Esto causa alabeo el cual puede ser controlado mediante la ubicación de juntas de contracción, el uso de barras de traspaso en las juntas y bordes de losa, o radier, engrosados. Las juntas deben proporcionarse al menos en puntos donde cambien las condiciones de apoyo de la losa. Además, la práctica considera juntas de contracción en los ejes de columnas, pero esto puede no ser suficiente. Se recomienda subdividir la losa en paños rectangulares (idealmente cuadrados) con una relación largo/ancho que no exceda de 1,25 y cuya mayor dimensión esté en el rango entre 24 y 36 veces el espesor de la losa. Formas irregulares deben evitarse y, de no poderse, esquinas re-entrantes deben reforzarse para prevenir agrietamiento al azar. La materialización de la junta se puede lograr realizando un corte de sierra en la cara superior de al menos ¼ del espesor del radier, usar inductores de la grieta, con un inserto inferior y otro superior que en conjunto afecten no menos de ¼ del espesor del radier, o usar alguna moldura que se introduzca no menos de ¼ del espesor del radier.

Un tema a evaluar en las juntas en radieres es la transmisión de esfuerzos verticales.

Formas para lograr la transmisión de esfuerzos hay varias como son, por la simple trabazón entre los áridos, juntas con llaves de corte moldeadas en el hormigón, y juntas con barras de traspaso. Se recomienda revisar la sección 5.2.4 de ACI 224.3R para ver los tipos de juntas y especificación de las mismas, no obstante, se destaca que en general las llaves de corte moldeadas en el hormigón no son recomendadas ya que son susceptibles a fallas.

Por último, están las juntas de dilatación en radieres. Estas se utilizan para permitir el libre movimiento horizontal entre los lados contiguos de la junta. Se debe contemplar su uso al presentarse alguna de las siguientes situaciones: - Diferencias relevantes en la capacidad de apoyo o rigidez del estrato soportante.

- En encuentros con columnas o muros - En los bordes de fundaciones de máquinas pesadas o vibratorias La Figura V.6 muestra una disposición típica de juntas en un radier, en la proximidad de una columna.

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Figura V.6: Dispocisión de juntas de aislación y contracción en radier. ACI 302.1R Es recomendable que las juntas de construcción se hagan coincidir con las juntas de contracción antes descritas.

Para el control del agrietamiento por contracción es necesario realizar hormigonados intercalados y, si esto no fuese posible, se recomienda realizar un cuidadoso diseño de la junta. También se debe considerar el diseño de la enfierradura con una cuantía de acero que permita controlar el ancho de grietas (esta cuantía no es menor y se estima del orden de 0,5% en el sentido longitudinal de la faja de hormigonado y de 0,1% en el sentido transversal).

También se puede reducir la temperatura del hormigón al momento de la colocación a 15 °C, lo que ha mostrado ser una efectiva medida para minimizar el agrietamieto, usar aditivos reductores de retracción, cementos expansivos o postensado, son ejemplos de otras alternativas efectivas.

Referencias: -

ACI 224.3R-13. Joints in Concrete Construction.

ACI 301.1R-04. Guide for Concrete Floor and Slab Construction.

ACI 360-10. Guide to Design Slabs on Ground.

Management of Cracks. Concrete International. July 2011, páginas 35 a 39. Juan Pablo Covarrubias.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección VI – Control de la fisuración por retracción del hormigón.

VI.

Control de la Fisuración por Retracción Hidráulica y Térmica del Hormigón (Sección 25.5.6) El agrietamiento de un elemento de hormigón armado, independiente de cargas, se produce debido a deformaciones volumétricas restringidas, que tienen su origen en el proceso de secado del hormigón y de las variaciones de temperatura debidas al calor de hidratación.

Múltiples son las variables que influyen en estas deformaciones y en la probabilidad de ocurrencia de la fisuración, tales como la ganancia de resistencia, la capacidad de deformación del hormigón (extensibilidad), el alivio de tensiones por creep y su relación con el módulo de elasticidad, y el grado de restricciones al movimiento, definida por la presencia de elementos adyacentes, y las condiciones de borde aportadas por el suelo, moldajes, e incluso la enfierradura que se utiliza como un medio para controlar la misma fisuración (Hughes, 1980). De estas deformaciones la más difícil de estimar es la retracción hidráulica.

Una formulación general que muestra el efecto de la acción de la retracción hidráulica y térmica restringida, causante de tensiones de tracción en el hormigón, es la mostrada en la ecuación 6.1: (6.1) Donde: • ∆εr(t) = deformación unitaria restringida total en el intervalo de tiempo t y (t + ∆t) • R = factor de restricción al movimiento ≤ 1; R = εr/(εth + εsh) (ver Figura VI.1).

• ∆εth(t) = retracción térmica de un elemento de hormigón en el intervalo de tiempo t y (t + ∆t) después del peak de temperatura de hidratación.

• ∆εsh(t) = retracción hidráulica de un elemento de hormigón en el intervalo de tiempo t y (t + ∆t).

• ∆εth(t) + ∆εsh(t) = retracción potencial total de un elemento equivalente de hormigón, sin restricción al movimiento, en el intervalo de tiempo t y (t + ∆t).

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Figura VI.1 Deformaciones volumétricas y restricción (Videla, 1989).

Las deformaciones que no se miden son las que inducen tensiones.

Por su parte, la fluencia lenta o creep ayuda a aliviar las tensiones inducidas por la retracción en un elemento restringido de deformarse, afectando el riesgo de agrietamiento del elemento de hormigón armado, como lo ilustra la Figura VI.2.

Figura VI.2:

Patrón esquemático del desarrollo de fisuras cuando las tensiones de tracción originadas por retracción se relajan por efecto de la fluencia lenta (Adaptado de Neville, 1996)

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El hormigón se agrietará cuando la tensión de tracción sea mayor que la resistencia a tracción fct(t) del hormigón en el instante t (Ver Figura VI.3), es decir: (6.2) o cuando las deformaciones restringidas inducidas durante período de enfriamiento y secado sean mayores que la capacidad de deformación a tracción del hormigón (6.3) Situación que esquemáticamente se puede apreciar en la Figura VI.3.

Figura VI.3

Distribución probable de tensiones y fuerzas en un elemento de hormigón armado restringido externamente, después del agrietamiento (Videla, 1989).

A partir de la Figura VI.3 y de la ecuación 6.2 es posible concluir que se requiere una cuantía mínima de acero, denominada cuantía crítica, para que el agrietamiento sea controlado, ya que al agrietarse el hormigón el acero debe absorber toda la carga que entrega la rotura del hormigón (Hughes, 1980).

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ρ crit =

f ct f ≈ ct f y + f sc fy

(

)

(6.4)

Para apreciar la magnitud de esta cuantía, por ejemplo, considerar un hormigón grado G30 con una resistencia a la tracción de 3 MPa, suponer que la fluencia lenta permite aliviar la tensión de retracción hasta 1,5 MPa al momento del agrietamiento, si el acero tiene un límite de fluencia de 420 MPa, la cuantía crítica sería de 0,0035; valor superior a las cuantías mininas especificadas en ACI 318-14 por retracción o temperatura. Al respecto, cabe destacar que el límite mínimo de cuantía de refuerzo establecido por ACI 318-14, sección 24.4, corresponde a un límite inferior de criterio estructural en elementos sin restricciones al movimiento por retracción o temperatura, por lo que, en elementos delgados, dicha cuantía no garantiza la obtención de anchos de fisuras controlados.

En este punto cabe mencionar que la Especificación de ICH ET001-05 “Fisuras no estructurales en obras de hormigón armado” propone controlar no sólo el ancho de la fisura individual, sino que también la razón de la suma de los anchos de fisura en la longitud del elemento inspeccionado, respecto de un ancho de fisura establecido por el proyecto en función de la condición de exposición de la obra. Además, la misma especificación incluye, por referencia, una tabla de valores admisibles de ancho de fisura en obras de hormigón armado basada en reglamentos de distinto origen. La Tabla VI.1 resume los valores correspondientes al documento ACI 224.

Tabla VI.1: Ancho máximo de fisura admisible por durabilidad y exposición.

Ancho máximo Condición exposición recomendado (mm) Aire seco

0,40

Aire húmedo

0,30

Químicos

0,20

Ciclos hielo-deshielo

0,15

Nota: Para lograr estanqueidad, el ancho máximo de fisura recomendado no debe exceder de 0,1 mm.

Respecto del fenómeno de desarrollo de la retracción y el agrietamiento, se puede notar que el tiempo desarrolla un doble papel: • La resistencia del hormigón aumenta con la edad, reduciendo el peligro de agrietamiento, pero por otro lado el módulo de elasticidad también aumenta, de modo que las tensiones inducidas por una deformación restringida son mayores.

• El alivio de tensiones por fluencia lenta es menor con la edad por lo que la tendencia al agrietamiento es mayor.

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Considerando lo señalado en las ecuaciones 6.3 y 6.4, se concluye que se podría disminuir el agrietamiento: • Modificando las propiedades del hormigón para reducir o eliminar cambios volumétricos potenciales (minimizar retracción térmica e hidráulica), o para aumentar la extensibilidad del hormigón, mediante una selección cuidados y control de los constituyentes del hormigón (Videla y Aguilar 1999; 2000).

• Seleccionando cuidadosamente y controlando los procedimientos colocación y curado - Usar medidas que permitan bajar la temperatura de los áridos y del cemento.

- Bajar temperatura del hormigón al momento de la colocación, al menor valor factible técnica y económicamente.

- Mantener el ambiente saturado el mayor tiempo posible (se hace notar que esta medida puede requerir aumentar las cuantías de acero para controlar el agrietamiento).

• Modificando las restricciones efectivas para reducir o eliminar las tensiones desarrolladas: - Proveer juntas de movimiento (contracción) - Secuencia de construcción.

- Minimizar gradientes por secado para reducir restricciones internas generadas por retracción diferencial.

- Diseñar hormigón pretensado - Aumentar la extensibilidad del hormigón usando fibras. a) Retracción hidráulica.

Los principales factores que determinan la retracción hidráulica del hormigón (ver Figura VI.4) son: • • • •

Características del hormigón y en particular la dosis de agua Condiciones ambientales Tiempo Condiciones geométricas y restricciones

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Figura VI.4: Principales factores que afectan la Retracción Hidráulica (Videla, 1996).

Dada la gran cantidad de factores que inciden en la magnitud y evolución de la retracción hidráulica, es importante especificar los parámetros de medición y control, y el tiempo de secado, ya que se pueden presentar desviaciones importantes según las dimensiones de las probetas que se utilicen, y el momento de medición. El error o falta de estas indicaciones pueden afectar la posibilidad de utilización de un determinado hormigón, el cual aun siendo apto, puede ser mal evaluado y rechazado afectando el costo, tiempo e iniciación del proyecto.

La medida de retracción por secado que se obtiene en un ensayo normalizado es principalmente cuantitativa y comparativa entre hormigones para evaluar su comportamiento, y no necesariamente debe ser tomada como una indicación de que será más propenso a la fisuración.

A partir de las ecuaciones 6.3 y 6.4, en conjunto con los resultados de investigaciones de este fenómeno, cuyas figuras se muestran en el Anexo 1 de este documento, se concluye que se podría disminuir la retracción hidráulica del hormigón (Videla y Aguilar, 1999; 2000): • Modificando las propiedades del hormigón para reducir o eliminar cambios volumétricos potenciales, a través de los constituyentes del hormigón: - Usar cementos con baja finura, bajo contenido de C3A y cal libre, es decir, cementos grado corriente. Sin embargo, resultados experimentales indican que a igual resistencia del hormigón, los hormigones fabricados con cementos de alta resistencia inicial o cementos Portland retraen menos (Videla y Gaedicke, 2004; Videla y Aguilar, 2006).

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- Usar cementos con adiciones, en particular, puzolanas.

- Usar áridos con alto módulo de elasticidad, los cuales disminuyen la retracción, pero también disminuyen la extensibilidad.

- Usar bajas dosis de agua (ver Figura C.VI.1).

- Usar aditivos reductores de retracción. Resultados experimentales indican son muy efectivos a temprana edad, pero la retracción hidráulica a largo plazo se aproxima a la de hormigones sin estos aditivos (Videla y Aguilar, 2001, 2005).

- Usar cementos expansivos.

Las restantes medidas antes indicadas para prevenir agrietamiento.

Notar que hormigones de alta resistencia, en el largo plazo, pueden presentar menor acortamiento de retracción debido a su menor permeabilidad y menor proporción de agua que en un hormigón normal, lo que ratifica que el contenido de agua es fundamental en el desarrollo de la retracción hidráulica. b) Retracción térmica Los principales factores que inciden en la retracción térmica del hormigón son: • Características del hormigón (coeficiente de dilatación térmica, calor de hidratación y dosis de cemento, temperatura de colocación del hormigón, propiedades térmicas: conductividad térmica, capacidad calorífica, calor específico, difusividad térmica).

• Condiciones ambientales (temperatura ambiente, velocidad del viento).

• Condiciones geométricas y restricciones (espesor sección, moldajes, procedimiento constructivo – pre y post enfriamiento, restricción externa por condiciones de borde e interna por gradientes térmicos).

• Edad y tiempo.

Para prevenir la ocurrencia de agrietamiento térmico (Videla, 1989) se podría: • Minimizar la retracción térmica potencial modificando las propiedades del hormigón - Usar cementos de bajo calor de hidratación (< 70 cal/gr a 7 días; todos los cementos chilenos cumplen, en especial los corrientes) y minimizar dosis de cemento para disminuir el peak de temperatura generada por el calor de hidratación.

- Usar cementos con bajo contenido de C3A, baja finura y cal libre, es decir, cementos grado corriente.

- Usar cementos con adiciones, en particular, puzolanas.

- Reemplazar parte del cemento por adiciones hidráulicamente activas (puzolanas, cenizas volantes, etc.)

- Seleccionar áridos con bajo coeficiente de expansión térmica, baja porosidad y bajo contenido de finos (áridos calizos).

- Usar áridos del mayor tamaño posible.

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- Minimizar dosis de cemento y de agua.

- Emplear aditivos plastificantes y superplastificantes para reducir dosis de agua y cemento e incorporadores de aire.

• Seleccionar y controlar procedimientos colocación y curado (Zabaleta, 2003).

- Aislar los moldajes de las temperaturas extremas y enfriar la enfierradura antes del hormigonado.

- Disminuir temperatura interna del hormigón  Reemplazar parte agua de amasado por hielo en escamas durante revoltura (potencialmente disminuye la temperatura inicial del hormigón en unos 7 °C)  Colocar el hormigón con la menor temperatura posible enfriando previamente áridos y agua de modo de disminuir un poco la temperatura de colocación del hormigón.  Enfriar hormigón en la betonera con nitrógeno líquido.  Refrigeración posterior del hormigón colocado por circulación agua fría a través de serpentines embebidos en su masa y ubicados entre 1,5 a 2,5 m de distancia (agua natural y fría bajan la temperatura máxima entre 3 y 10 °C, respectivamente) - Planificar el procedimiento de colocación  Programar la colocación del hormigón a última hora de la tarde o primera hora de la mañana, en particular en verano.  Usa capas delgadas  Planificar la disminución de espesores (limitar espesor de capas a 1,5 metros)  Planificar etapas de hormigonado  Aumentar plazos de espera entre etapas (escalón desfasado) - Para bajos contenidos de cemento  Usar moldajes de acero para disipar calor  Curado húmedo para disipar calor  Tuberías de enfriamiento embebidas - Para altos contenidos de cemento  Hormigonado continuo.  Aislar restricción externa.  Evitar enfriamiento, frazadas térmicas, arena sobre mantas de polietileno, etc.

• Reducir las restricciones efectivas para minimizar las tensiones desarrolladas: - Proveer juntas de movimiento (para expansión y contracción) - Secuencia de construcción.

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- Minimizar gradientes térmicos para reducir restricciones internas generadas por retracción diferencial, particularmente en hormigones masivos.

Harrison (1981) resume los principales factores que ayudan a prevenir la aparición de grietas por retracción térmica a temprana edad y sugiere las alternativas que se pueden utilizar diferenciando las mejores y peores alternativas (ver Tabla VI.2).

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Tabla VI.2: Factores que Ayudan a Prevenir o Controlar el Agrietamiento Térmico a Temprana Edad (Videla 1989, adaptado de Harrison, 1981).

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Si no fuese posible evitar el agrietamiento, el ingeniero diseñador deberá diseñar los elementos de la estructura de modo que controlen el agrietamiento, tomando alguna(s) de las medidas antes enunciadas.

Además de lo anterior, uno de los principales parámetros que afectan la magnitud de la retracción hidráulica es el denominado espesor efectivo o razón volumen/superficie. Para las probetas de ensayo el espesor efectivo es entre un 30% a 50% del que tiene un elemento típico de la construcción. Lo anterior significa que en el elemento se ha de considerar tan sólo el 30% o 50% de la retracción obtenida mediante ensayos normalizados de laboratorio. Por lo tanto, es imprescindible que el ingeniero diseñador complemente su análisis con lo indicado en ACI209, el cual indica los factores de permiten corregir los resultados por medio del espesor efectivo.

En definitiva, el fenómeno de la retracción es de carácter complejo y dependiente de múltiples variables. En el caso de enfrentarse a una obra en la cual la retracción sea relevante, se recomienda que el ingeniero diseñador busque apoyo en un especialista y que contemple que de requerirse la modelación del comportamiento de una mezcla específica se necesita planificar la realización de ensayos con bastante antelación, ya que el período de medición de mínimo es de 3 meses de secado, en condiciones normalizadas de laboratorio, para mejorar la estimación del hormigón evaluado, tal que los resultados sean representativos de su comportamiento a largo plazo y, por lo tanto, disminuya la incertidumbre de la estimación.

Referencias: - ET001-005. Especificación Técnica – Fisuras no estructurales en obras de hormigón armado. Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile.

- Hughes B. P. Limit State Theory for Reinforced Concrete Design, 3rd Edition Pitman Publishing Ltd., London, 1980.

- Videla, C. Early-age Thermal Cracking and Bond in Reinforced Concrete". Tesis para optar al grado de Doctor of Philosophy, School of Civil Engineering, The University of Birmingham, Inglaterra, 1989.

- ACI 209.1R-05, Report on Factors Affecting Shrinkage and Creep of Hardened Concrete, Reported by ACI Committee 209, American Concrete Institute, 2005.

- ACI 209R-92, Prediction of Creep, Shrinkage, and Temperature Effects in Concrete Structures, Reported by ACI Committee 209.

- Videla C. Tecnología del Hormigón, Apuntes de Clase, Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile, ,1996.

- Videla, C. Agrietamiento Térmico del Hormigón: sus Causas, Predicción y Prevención.

Revista Ingeniería de Construcción, Escuela de Ingeniería, P. Universidad Católica de Chile, N°1, 1986.

- Sakata, K., Tsubaki, T., Inoues, S. and Ayanot, T. Prediction Equations of Creep and Drying Shrinkage for Wide-Ranged Strength Concrete, Proceedings of 6th International RILEM Symposium (Concreep-6@MIT), 2001.

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- Videla, C., y Aguilar, C. An Updated Look at Drying Shrinkage of Portland and Blended Portland Cement Concretes. Magazine of Concrete Research, Thomas Telford Ltd. U.K., Vol. 58, N° 7, 2006.

- Videla, C. y Aguilar, C. Evaluación de la Efectividad de Procedimientos para la Reducción de la Retracción Hidráulica en Hormigones Fabricados con Cementos Portland Puzolánicos.

Revista Ingeniería de Construcción, Escuela de Ingeniería, P.U. Católica de Chile, Nº 20, 1999.

- Videla C. y Aguilar, C. Análisis del Impacto de los Parámetros de Dosificación en la Retracción Hidráulica de Hormigones. Revista Ingeniería de Construcción, Vol. 15, N° 2, 2000.

- Videla, C., y Aguilar, C. Effectiveness of shrinkage-reducing admixtures on portland pozzolan cement concretes - Retracción hidráulica de hormigones con cemento portland puzolánico y aditivos reductores de retracción. Revista Materiales de Construcción, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, Vol. 55, N° 278, 2005.

- Videla C. and Aguilar C. Effectiveness of Admixtures on the Reduction of Drying Shrinkage of Concrete. Creative Systems in Structural and Construction Engineering, Amarjit Singh editor, Section 14 Concrete Mixes, Balkema, Rotterdam, Netherlands, 2001.

- Videla, C., and Gaedicke, C. Modeling Portland Blast Furnace Slag Cement High Performance Concrete. ACI Materials Journal. V. 101, Nº 5, September-October 2004.

- Zabaleta, H. Tecnología de la Construcción en Hormigón, Julio 2003.

- Harrison, T. A. Early-Age Thermal Crack Control in Concrete. Construction industry Research and Information Association, CIRIA Report 91, London, 1977.

- ACI 209.2R-08. Guide for Modeling and Calculating Shrinkage and Creep in Hardened Concrete, Reported by ACI Committee 209. American Concrete Institute, 2008.

- Videla, C. Drying Shrinkage Updated Model for Hardened Chilean Concretes, American Concrete Institute Special Publication SP-246, Structural Implications of Shrinkage and Creep of Concrete, Gardner J and Chiorino (Ed.), Puerto Rico, October 2007.

- Videla, C. y Aguilar, C. Proposición de un Modelo de Predicción de Retracción Hidráulica por Secado de Hormigones Chilenos. Revista Ingeniería de Construcción, Vol. 20 - Nº2, 2005.

- Sakata, K. Prediction of Concrete Creep and Shrinkage, Proceedings of 5th International RILEM Symposium (Concreep5), Barcelona, Spain, 1993.

- Videla C., Covarrubias J.P., Masana C. Updating Concrete Drying-Shrinkage Prediction Models for Local Materials. ACI Materials Journal, vol. 101, Nº 3, 2004.

- Videla C., Covarrubias J.P., Masana C. Calibración de Modelos de Predicción de la Retracción Hidráulica a Hormigones Fabricados con Cementos Chilenos. Pontificia Universidad Católica de Chile, Revista de Ingeniería de Construcción, Volumen 16 – Nº1, Enero – Junio 2001.

- Videla, C. Estado Límite de Fisuración del Hormigón Armado por Retracción Hidráulica y Temperatura. Un Método Computacional de Diseño Basado en la Norma BS 5337., Revista Apuntes de Ingeniería, Escuela de Ingeniería, P. Universidad Católica de Chile, Nº 28, 1987.

- Videla, C. y Hughes, B.P. Análisis Teórico del Agrietamiento Térmico y por Retracción Hidráulica a Temprana Edad en Hormigón Armado. Revista Apuntes de Ingeniería, Escuela de Ingeniería, P. Universidad Católica de Chile, N°19, 1985.

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- Hughes, B. P. and Videla, C. Comparison of Early-age Crack Width Formulas for Reinforced Concrete". American Concrete Institute. Proceedings ACI Structural Journal, Vol. 85, Nº 2, 1988.

- Base, C. D. and Murray, M. H. A New Look at Shrinkage Cracking, Civil Engineering Transactions , The Institution of Engineers, Australia, Vol. CE 24, N°2 , 1982.

- Base, C. D. and Murray, M. H. Controlling Shrinkage Cracking in Restrained Reinforced Concrete, Proceedings 9th Conference Australian Road Research Board, Vol. 9, Part 4, Brisbane, Australia, 1978.

- Videla, C. Adherencia a Temprana Edad en Hormigón Armado: Comportamiento y Criterios de Diseño para Barras con Resaltes. Revista Apuntes de Ingeniería, Escuela de Ingeniería, P.U. Católica de Chile, N° 42, 1991.

- Hughes, B. P. and Videla, C. Design Criteria for Early-Age Bond Strength in Reinforced Concrete. Materials and Structures, Vol. 25, Nº152, 1992.

- ET 001-2004 Especificación Técnica Fisuras No Estructurales en Elementos de Hormigón Armado, Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile - Covarrubias, J. P. Management of Cracks. Concrete International. July 2011, páginas 35 a 39.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección VII – Disposición de refuerzos y compactación.

VII.

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Disposición de Refuerzos y Compactación (Sección 26.6.1.1) La dificultad de colocar hormigón en zonas muy congestionadas, ya sea por cuantías importantes de refuerzos o la existencia de insertos, como el caso de pedestales para estructuras metálicas, puede ser reducida si se toman algunos resguardos durante la etapa de diseño.

I.

Espaciamiento en función del tamaño máximo del árido: No obstante ACI 318 incluye recomendaciones de espaciamiento mínimo entre barras, se recomienda también dar una revisión a la recomendación contenida en Tabla A5.2 de ACI 211.1 en cuanto a la relación entre tamaño máximo y espaciamiento entre barras y que se puede resumir como sigue: Tabla VII.1: Tamaño máximo del árido y el espaciamiento efectivo entre refuerzos.

Tamaño máximo nominal del árido (mm) 20 25 40 Distancia mínima efectiva entre barras (mm) 25 35 60 Nota: El tamaño nominal 25 mm no es de uso común en las dosificaciones actuales de hormigones.

Esta tabla compatibiliza lo recomendado en la tabla A5.2 de ACI 211.1, extrapolada a los casos de tamaño máximo de ¾” (19 mm) típico en hormigón, con los requisitos establecidos en ACI 318 Sección 25.2.1. Se debe además revisar el criterio según el diámetro de la mayor barra considerada para cada elemento en particular.

También es importante, en elementos verticales como muros, que el ingeniero diseñador considere un cierto ordenamiento vertical de los ganchos de estribos y trabas de modo que éstas no impidan la inmersión del vibrador en toda la altura del elemento, para lo cual se señala que espaciamientos entre trabas inferiores a 200 mm pueden dificultar esta labor.

II.

Uso de pasadas en el refuerzo. Para lograr una compactación adecuada se debe disponer pasadas en el refuerzo que permitan el ingreso del vibrador. Se debe considerar que el diámetro mínimo de un vibrador interno es 20 a 40 mm, por lo tanto, el espacio entre barras para que este pueda ser desplazado a través de la masa de hormigón es de 27 a 55 mm. En el caso de zonas congestionadas una posible solución es la indicada en ACI 309R, capítulo 18, el cual recomienda dejar pasadas verticales en el refuerzo de 100 x 150 mm de sección espaciadas 600 mm entre sí o 1,5 veces el radio de acción del vibrador. Estas pasadas no podrán ubicarse a menos de 300 mm o 0,75 veces el radio de acción del vibrador respecto del moldaje.

Para facilitar la existencia de estas pasadas, una solución de diseño en losas de fundación fuertemente reforzadas, consiste en fijar como espaciamiento base una malla no inferior de150x150 mm y ubicar el refuerzo adicional (suples) que sean requeridos en una segunda o tercera capa. Al aplicar esta solución, la capacidad nominal a flexión de la sección debe ser calculada considerando la posición efectiva de las barras de refuerzo.

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III.

Zonas de alta congestión de refuerzos. En secciones de alta congestión de refuerzos en una estructura, como nudos de vigas y columnas, se recomienda el uso de empalmes y anclajes mecánicos. Además, es importante evitar, en lo posible, realizar empalmes en zonas donde se produce el encuentro de elementos estructurales, como por ejemplo, en la penetración de columnas en losas de fundación y respetar los criterios de disposición de empalmes señalados en ACI 318.

IV.

Instalaciones de servicios. Adicionalmente es necesaria una adecuada coordinación por parte de las diferentes especialidades que participan del proyecto, de manera de evitar que canalizaciones, u otros elementos que componen las instalaciones de servicios, crucen o aumenten la congestión en determinadas zonas del elemento estructural. Referirse al documento “Especificación General – Instalación de Canalizaciones de Servicios en Elementos de Hormigón Armado”. Ver Adjunto 1.

Es aconsejable destacar en los planos de diseño aquellas áreas que, durante el diseño, se prevean como potencialmente congestionadas de modo que el contratista preste atención a ellas y considere medidas de mitigación, como por ejemplo, cambio en los diseños de las mezclas. Se hace hincapié que toda modificación en la disposición de los refuerzos de una estructura debe ser consultada y autorizada por escrito por el ingeniero a cargo del diseño de la obra.

Referencias: - ACI 211.1-09. Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete.

- ACI 309R-05. Guide for Consolidation of Concrete.

- Especificación General – Instalación de Canalizaciones de Servicios en Elementos de Hormigón Armado. Instituto del Cemento y del Hormigón de Chile.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección VIII – Desmolde y descimbre.

VIII.

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Desmolde y Descimbre (Sección 26.11.2)

a) Respecto del desmolde de elementos verticales, entiéndase columnas, muros y caras laterales de vigas se puede señalar que ICH ha desarrollado la especificación técnica ET003-06 Tiempo de Desmolde de Elementos Verticales de Hormigón Armado, la cual fija los siguientes criterios: Tabla VIII.1: Criterios de ET003-06 para el desmolde de elementos verticales.

Condición Límite Por resistencia 2,0 MPa de resistencia real en obra bajo condiciones normales.

3,5 MPa de resistencia real en obra, cuando el hormigón pueda quedar expuesto a ciclos hielodeshielo o al haber sido vaciado en tiempo frío (ACI 306).

Prescriptiva (NCh170:2016) 12 horas totales con posterioridad al vaciado en las cuales la temperatura ambiente exceda de 10°C. Nota: La recomendación de ACI 347R-14 es equivalente a la contenida en la norma NCh 170 respecto del plazo de 12 horas con temperatura superior a 10°C con posterioridad al vaciado del hormigón como el tiempo mínimo que debe mantenerse el moldaje en elementos verticales o aquellos cuya inclinación de la vertical sea inferior de 30° (muros, columnas y lados de vigas).

El caso de columnas, muros y vigas, la preocupación debe centrarse en evitar que la superficie se seque o quede expuesta a ciclos alternados de secado y saturación para así prevenir la aparición de grietas superficiales, que afecten la apariencia o tengan el potencial de promover un deterioro en el recubrimiento que afecte al refuerzo. b) En elementos horizontales se deben considerar separadamente los procesos de desmolde y descimbre.

ACI318-14 en la sección 26.11.2 requiere que el procedimiento de remoción de moldajes y alzaprimas de elementos flexurales (vigas o losas) se encuentre definido y planificado previo al inicio de la faena. A este respecto ICH ha elaborado la especificación técnica ET008-13 “Tiempo de Desmolde de Elementos Horizontales de Hormigón Armado”. Otros documentos relevantes en la definición de alzaprimado y desalzaprimado de elementos horizontales corresponden a ACI 435R Control of Deflection in Concrete Structures y ACI 347.2R-05 Guide for Shoring/Reshoring of Concrete Multistory Buildings.

Los requisitos de comportamiento de un elemento en flexión deben ser estimados para el correcto funcionamiento de largo plazo. Los valores de deflexión están fuertemente condicionados por la elasticidad del hormigón al momento de desmolde, la resistencia del hormigón, el espesor del elemento, la existencia de armadura en compresión y las eventuales fisuras de retracción temprana en el elemento. Se ha verificado que elementos descimbrados a mayor edad pueden generar mayor deflexión en condiciones de sobrecarga, cuando presentan fisuras de temprana edad. Se debe considerar el efecto del moldaje y su tiempo de permanencia antes de descimbre respecto a su restricción al Página 41

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección VIII – Desmolde y descimbre.

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movimiento del hormigón en la generación de fisuras previo a la puesta en servicio del elemento.

Dentro de los principales factores a considerar para definir las condiciones de descimbre y puesta en servicio de un elemento, se tienen: - Resistencia del concreto al descimbrar. La resistencia del concreto al momento del descimbre deberá ser estimada para controlar las eventuales deflexiones que pueda sobrellevar el elemento. La resistencia sugerida para la puesta en servicio del elemento se indica en el documento ET008-13, según lo presentado en Tabla VIII.2.

Tabla VIII.2: Recomendaciones de ET008-13 para el descimbre de elementos horizontales Resistencia cilíndrica fc´ Observación Elemento Reapuntalamiento Real Especificada Losas Sin reapuntalar 0,75*fc´ (*) fc´ < 25 MPa Sobrecarga construcción menor a sobrecarga de 18 MPa fc´ ≥ 25 MPa diseño Con 13 MPa No aplica Sólo resiste peso propio reapuntalamiento 20 MPa No aplica Resiste peso propio y sobrecarga construcción. (*) Vigas Sin reapuntalar 0,75*fc´ No aplica a) L/H ≤ 10 b) Carga tributaria por peso de losa y viga sea menor a 1,4 veces la sobrecarga de diseño. c) Sólo tránsito de personas en la losa, o equivalentemente, sobrecarga menor a 75 kgf/m2.

Con 0,75*fc´ (*) No aplica Realzaprimar mínimo a los reapuntalamiento tercios de la luz.

Notas: El reapuntalamiento debe efectuarse dentro de dos horas posteriores al descimbre. En ningún caso el reapuntalamiento podrá dejarse para la jornada siguiente de trabajo. (*) De no poder medir, directa o indirectamente, la resistencia real, este requisito se hace equivalente a alcanzar una resistencia potencial de al menos un 85% de la resistencia especificada, en virtud de la incerteza de su verdadera representatividad de lo acontecido en el hormigón colocado en la estructura Para conocer la resistencia a temprana edad ACI recomienda usar algún método de ensayo no destructivo adecuadamente calibrado para el hormigón dispuesto en obra u opcionalmente usar probetas curadas en terreno. Por su parte NCh170:2016 señala que la estimación de la resistencia real debe realizarse preferentemente por el método de la madurez alcanzada por el hormigón. Ver la sección X de este documento a este respecto.

De no contarse con información confiable respecto de la resistencia en obra del hormigón, entonces NCh170:2016, en la Tabla 12, prescribe tiempos mínimos entre la colocación del concreto y el retiro de las cimbras.

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- Sobrecarga de construcción: El diseño del sistema de alzaprimado requiere la consideración de cargas gravitacionales y laterales como viento e impacto de equipos, por ejemplo. Respecto de la sobrecarga de construcción, ACI 347 recomienda las siguientes magnitudes de carga por unidad de superficie para dar cuenta del peso de trabajadores, pasarelas, herramientas de afinado o eventuales equipos móviles.

Tabla VIII.3: Sobrecargas de construcción, referenciales. ACI 347.

No incluye equipo Condición motorizado 2 Sobrecarga mínima (L) [kgf/m ] 250 Carga total mínima (D+L) [kgf/m2] 500

Incluye equipo motorizado 370 620

Cabe notar que en obra la magnitud de la sobrecarga es altamente variable, por lo que es buena práctica indicar en los planos de plantas, al pie de la figura, la sobrecarga de uso considerada en el diseño de modo que el contratista pueda compararse respecto de dicho valor. Respecto de la carga horizontal ACI 347 recomienda utilizar el valor mayor entre 150 kgf/m en el borde del sistema de alzaprimado o un 2% del total de la carga de peso propio impuesta en el sistema de alzaprimado. Por último, el diseño del sistema de alzaprimado debe dar debida consideración al llenado asimétrico de las cimbras u otras condiciones especiales que pudiesen presentarse durante las faenas.

- Flechas admisibles: No existe un valor predeterminado de flecha que debe ser satisfecha al momento del descimbre. Esto deberá ser trabajado conjuntamente entre el ingeniero proyectista, el arquitecto y el constructor en función de los materiales disponibles y técnicas a usar en la faena, como por ejemplo, el uso de contra-flechas.

No obstante lo anterior, se debe tener cuidado en lo siguiente: I.

El módulo de elasticidad del hormigón podría estimarse usando la formulación de ACI 318, pero teniendo en consideración que la experiencia nacional señala que el módulo elástico de hormigones preparados con áridos chilenos resulta ser inferior, para hormigones de densidad normal, respecto de la que se obtiene al aplicar las ecuaciones de ACI 318. Esta diferencia puede llegar a ser, aproximadamente, unos 3 a 6 GPa, o más, si no se considera la diferencia entre adoptar la resistencia especificada (f´c) o la resistencia media (fm) en los respectivos modelos predictores.

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Figura VIII.1: Comparación entre el módulo de elasticidad estimado según formulación ACI 318 y el obtenido a partir de ensayos de hormigones nacionales. (Adpatado ACI 318 y de Videla y Gaedicke, 2004).

Figura VIII.2: Relación entre el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión.

Comparación entre los resultados experimentales con las ecuaciones de los códigos ACI 363R, ACI318 y CEB. (Adaptado de Videla y Gaedicke, 2004).

II.

La causa principal de deflexiones excesivas no recuperables en losas se origina en cargas muy prematuras en hormigones aún débiles. Al respecto cabe señalar que diversos estudios muestran que las cargas de alzaprimado en edificios de varios pisos pueden llegar a exceder en dos veces el peso propio del hormigón (ACI 435R95). Ver sección 4-4 de ACI 347.2R Página 44

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III.

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Se debe considerar que los requisitos de espesor mínimo de losas señalados en ACI 318 no consideran la influencia de cargas a edades tempranas sobre la deformación de largo plazo. En otras palabras, dichos mínimos no garantizan evitar una deformación excesiva en elementos flexurales cargados a temprana edad.

- Secuencia de descimbre y reapuntalamiento. Se debe tener en consideración que ésta obedece principalmente a la madurez alcanzada por el hormigón, rigidez de las losas, rigidez de las alzaprimas y sobrecargas durante la construcción. El ingeniero especialista necesita conocer los valores de las variables indicadas a edad temprana para que pueda determinar la mejor secuencia de descimbre y reapuntalamiento en altura.

Dentro de los puntos a ser revisados por el ingeniero especialista está la cantidad de niveles en los que se comparte la carga de alzaprimado y controlar que las alzaprimas se encuentren alineadas verticalmente entre los distintos niveles. Si esto no ocurre se pueden causar esfuerzos para los cuales el elemento flexural (viga o losa) no ha sido diseñado. También debe considerar que, si hay pocos puntales ubicados cerca del centro del vano, los mayores esfuerzos causados por ellos en las losas inferiores pueden exceder los generados por la distribución uniforme de carga que posiblemente se asumió durante el diseño.

Métodos para estimar la distribución de cargas durante la construcción entre los distintos niveles y una discusión respecto de la influencia de la rigidez y condición de apoyo de los puntales puede revisarse en las secciones 3.4 a 3.6 de ACI 347.2R. Referencias: -

ET003-06. Tiempo de Desmolde de Elementos Verticales de Hormigón Armado. ICH. ET008-13. Tiempo de Desmolde de Elementos Horizontales de Hormigón Armado. ICH. ACI CSS.0-93. Concrete Fundamentals.

ACI 347.2R-05. Guide for Shoring/Reshoring of Concrete Multistory Buildings.

ACI 347.R-14. Guide to Formwork for Concrete.

ACI 435.8R-97. Observed Deflections of Reinforced Concrete Slab Systems, and Causes of Large Deflections.

ACI 435.R-03. Control of Deflection in Concrete Structures.

Formwork Removal Specification. Cristian Masana. Concrete International, June 2008.

Dimensional Tolerance Specification. Cristian Masana. Concrete International, June 2009.

Modeling Portland Blast Furnace Slag Cement High Performance Concrete, Videla, C & Gaedicke, C. ACI Materials Journal, September-October 2004 Tecnología del Hormigón, Apuntes de Clase, Escuela de Ingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile, Carlos Videla C. ,1996.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección IX – Especificación de laboratorios de ensayo del hormigón.

IX.

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Especificación de Laboratorios de Ensayo del Hormigón (Sección 26.12.1.6) La evaluación de la resistencia potencial de los hormigones utilizados en obra, junto a la correcta disposición de los refuerzos, es fundamental para garantizar el cumplimiento de las especificaciones del diseño y la funcionalidad, seguridad y durabilidad de la obra construida.

Para ello se recomienda que la especificación del muestreo a realizar en terreno sea definida mediante un acuerdo que involucre al ingeniero diseñador y el mandante, el cual se debe regir por los criterios establecidos en NCh 170:2016, capítulo 17 para el muestro y por ACI 318 sección 26.12, para la aceptación,y del cual luego se hagan parte el contratista y la inspección.

Para establecer un adecuado sistema de control de calidad del hormigón, se aconseja disponer de un laboratorio acreditado titular, que puede ser el ofrecido por el premezclador, uno de común acuerdo entre premezclador y contratista, u otro que sea aprobado por el mandante, pero acordado entre las partes interesadas, para que realice el muestreo y ensayo rutinario con la frecuencia especificada. Es importante realizar una evaluación previa de dicho laboratorio, conocer su experiencia y el alcance de su acreditación, antes de su contratación.

No obstante lo anterior, en ocasiones el mandante, o su inspección, puede desear disponer de un segundo laboratorio acreditado que sirva de contra muestra con ensayos a una menor frecuencia. En el caso de existir discrepancias de resultados entre los laboratorios acreditados que estén muestreando en la obra, y debido a que las diferencias pueden encontrarse en diferentes etapas del proceso de ensayo, aun cuando ambos realicen su trabajo dentro del marco normativo vigente, se recomienda: - Realizar un análisis comparativo entre ambos.

- Revisar las etapas del proceso de ensayo, desde la toma de muestra hasta la emisión de los resultados de ambos laboratorios.

- Ejecutar ensayos cruzados. Éstas, entre otras medidas, permitirían descubrir la causa de la diferencia, y producir las mejoras en los procesos de ensayo que eviten su recurrencia en el futuro.

Referencias: - NCh 2447-1999. Laboratorios y organizaciones que ejecutan calibraciones en terreno – Requisitos para la acreditación.

- NCh-ISO17025-2005. Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección X – Estimación de la resistencia real del hormigón en obra.

X.

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Estimación de la Resistencia Real del Hormigón en Obra (Sección 26.12) La estimación de propiedades mecánicas del hormigón en obra puede servir para distintos objetivos, como ayudar a la toma de decisiones en obra, detectar desviaciones, evaluar la resistencia de una edificación que ha sufrido daños durante un evento severo o a la que se le quiere cambiar su destino, entre otras.

Esta estimación se puede realizar mediante la ejecución de distintos ensayos normados. Es importante que el ingeniero diseñador se haga asesorar por especialistas al momento de especificar uno de estos ensayos, los cuales le ayuden a definir el ensayo más apropiado para el objetivo buscado.

Como se puede notar en las descripciones que siguen, no hay un único método simple y confiable de estimación. Cada uno de los ensayos requiere ser realizado con equipos debidamente calibrados y muchos de ellos necesitan de un trabajo previo en laboratorio que permita establecer correlaciones aceptables entre los resultados de ensayos en terreno y la resistencia del hormigón. De hecho, en algunos casos se requiere una caracterización precisa del hormigón (dosis y origen de cada material que lo compone, edad de ensayo), que está siendo colocado en obra para poder establecer una adecuada relación entre alguna propiedad medible en terreno (sea esta evolución de temperatura, rebote, extracción u otra) respecto de la resistencia a compresión del hormigón.

El documento ACI228.1R detalla 7 posibles ensayos. En esta sección se revisan aquellos que son más comunes en la práctica nacional. a) Testigos de Hormigón Endurecido – NCh1171 2012. Partes 1 y 2. Corresponde a un ensayo de carácter destructivo. Se trata de cilindros de diámetros típicos 100 a 150 mm y longitud variable. Los resultados de este ensayo son los únicos de entre los mencionados en esta sección que se consideran válidos como criterio de aceptación o rechazo de una obra o una parte de ella. Más aún, con la aplicación de criterios y experticia técnica, es factible evaluar las diferencias entre resistencias reales y potenciales mediante correcciones contempladas en las normas nacionales, lo cual ayuda a verificar las magnitudes de deterioros de las resistencias por las etapas de colocación, compactación y curado. b) Esclerómetro o Martillo Schmidt – ASTM C 805 / NCh1565-2009. El resultado de este ensayo está influenciado por muchos factores externos a la resistencia misma del hormigón. Si bien no es un buen predictor de la resistencia real del hormigón, su uso permite discernir entre zonas que requieren un mayor estudio posterior. c) Resistencia a penetración – ASTM C 803. La mecánica del ensayo es similar a la del método de rebote, pero en éste la influencia de la condición superficial del hormigón se reduce al tener mayor energía que provoca el ingreso de la probeta en la masa del hormigón. Aun así, sus resultados están fuertemente influenciados por la resistencia del árido presente en la masa de hormigón, por lo que las correlaciones deben establecerse sobre hormigones de prueba hechos con los mismos materiales que se desean evaluar en sitio.

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d) Velocidad de un pulso ultrasónico – ASTM C 597. Este ensayo se basa en los principios de propagación de ondas elásticas, según el cual la velocidad de un pulso en un medio es proporcional al módulo elástico de dicho medio. Dado que la ganancia de resistencia en el hormigón está ligada al aumento en su módulo elástico, es posible establecer que la velocidad del pulso puede ser un método de obtener una estimación de la resistencia del hormigón, aun cuando ambas propiedades no están directamente relacionadas. No obstante, la ganancia de resistencia a compresión y el módulo elástico no crecen de manera equivalente según madura el hormigón. A edades tempranas, el módulo elástico crece más rápidamente que la resistencia a compresión y lo opuesto ocurre a edades más tardías. Por tal motivo la relación entre la velocidad medida del pulso y la resistencia a compresión es no-linear, dificultando su aplicación práctica, e inclusive mientras mayor sea la edad del hormigón, el método puede hacerse más impreciso.

Otras fuentes de variación de los resultados de este ensayo están en la cantidad de agregado en la mezcla, el contenido de humedad del hormigón al momento del ensayo, la integridad de la masa de hormigón (grietas o vacíos) y la densidad de refuerzo en el elemento en estudio. En definitiva, se trata de un medio disponible para realizar mediciones en tanto todas las variables que influyen en la medición puedan ser debidamente estimadas y cuidadosas calibraciones para la mezcla de interés se hayan realizado previamente. e) Extracción – ASTM C 900. En obras nuevas, requiere de dejar un inserto, cuya descripción aparece en la misma especificación ASTM. Como desventaja se trata de un ensayo destructivo (extrae un cono de unos 30 mm de profundidad y unos 75 mm de diámetro), que tiene una variación inherente al hormigón de entre un 7% a 10% en sus resultados (aparte de la variación propia de la colocación del inserto y la preparación del ensayo) y cuyo mecanismo de falla aún es sujeto de debate. No obstante lo anterior, si se realiza una calibración adecuada respecto de un hormigón de las mismas características y hecho con los mismos materiales que el que se desea validar en terreno, logra buenas correlaciones entre la carga de extracción y la resistencia a compresión del hormigón. También existen variaciones en el mercado para aplicar este mismo concepto de ensayo a estructuras existentes, como sería el caso del CAPO-Test, que no requieren dejar insertos previamente en el hormigón, sino que utilizan golillas especiales que se expanden en la perforación para realizar la prueba de carga. Nuevamente es necesario establecer correlación entre resultados de este ensayo y el tipo de hormigón que se desea caracterizar. f) Madurez – ASTM C 1074. El método de madurez se basa en el hecho que la velocidad de hidratación de los materiales cementantes, asumiendo que hay suficiente humedad, está regulada por la temperatura a la que dichas reacciones ocurren dentro de la masa de hormigón. De esta forma, la resistencia de un hormigón, especialmente a edades tempranas de 7 o 14 días, quedará expresada en función de un “Índice de Madurez” que establece la relación entre temperatura, tiempo y el crecimiento de la resistencia para una determinada mezcla (con dosificación y materiales específicos para un hormigón dado).

Por tal motivo, su uso debe quedar definido antes del inicio de la obra, ya que sin los antecedentes previos de la mezcla y el establecimiento de la relación de ResistenciaMadurez de la misma, su implementación posterior es casi inviable.

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Si se dispone de varias probetas de un mismo hormigón, sometidas a diferentes temperaturas de curado, el historial de temperatura de cada una y sus resultados de ensayos pueden ser usados para definir la relación Madurez-Resistencia de esa mezcla en particular. Hay diversas formas de definir la función de madurez (referirse a ACI228.1R), pero todas incluyen la historia de temperatura en el tiempo relativa a una temperatura de referencia en la cual se asumen cesan las reacciones de hidratación (esta temperatura también es un dato que convencionalmente se establece igual a -10° C). El uso de este método requiere: - Conocer la relación Madurez-Resistencia de la mezcla en particular que se desea estudiar (esto es la curva de calibración obtenida en laboratorio) y definir la temperatura de cero reacción para dicha mezcla. NCh 170 considera que este valor puede asumirse cero sin alterar demasiado la exactitud de las mediciones. Para ello se sugiere realizar ensayos a edades de 1, 2, 3, 4, 7, 14 días que se compongan de dos probetas cada uno, una de ellas con el sensor de madurez, y tres a 28 días, para una serie de 15 probetas y medir la madurez al momento del ensayo.

- Mantener un monitoreo constante y sistemático de la temperatura del hormigón colocado para definir el “Índice de Madurez” del hormigón en obra, con una cantidad suficiente de sensores.

- Satisfacer los supuestos básicos de que existe suficiente humedad para hidratar los materiales cementantes (esto se logra mediante procedimientos adecuados de curado y hormigones cuya dosificación considera razones agua-cemento dentro de rangos de hormigones normales) y además que el hormigón en obra sea el mismo que se usó para definir la relación Madurez-Resistencia (esto se debe verificar mediante alguna prueba en obra).

- Dado que no hay medida directa de ninguna propiedad en terreno, fuera de la temperatura, es aconsejable realizar algún otro ensayo en terreno que permita corroborar que la resistencia real estimada por madurez efectivamente está siendo lograda.

- La relación “Madurez-Resistencia” debe validarse continuamente a lo largo del proyecto y en particular deberá re-calibrarse si variaciones en los materiales constituyentes (fuente o granulometría de los áridos, por ejemplo) lo demuestran necesario.

- Controlar la correlación madurez – resistencia, lo que se recomienda realizar mediante el ensayo de tres probetas extras en un control normal de 7 y 28 días, colocando sensor a 1 de ellas y ensayando las otras 2 probetas a una madurez cercana a la utilizada en el procedimiento de obra para ver si la resistencia de esta se encuentra dentro del rango ±10% con respecto a la curva previamente definida. Este control debiera ser cada 2 meses o eventualmente si la curva de ganancia de madurez dentro de las primeras 48 horas de en sensores contiguos, muestra variaciones importantes que no se puedan explicar por un factor de temperatura ambiental.

Por lo visto antes, el método de madurez parece presentar las mejores posibilidades de implementación en obra, cuidando de que se cumplan las caracterizaciones previas y propias para cada tipo en específico de hormigón y, además, considerando complementar sus resultados con algún otro ensayo directo en terreno. Actualmente se está estudiando una norma nacional para la implementar este ensayo.

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Finalmente, respecto del método de madurez, cabe enunciar algunas características de su aplicación en Chile: - Este procedimiento se usa para determinar resistencias tempranas, como por ejemplo, para definir el momento de tensado en losas.

- Requiere de un curado adecuado.

- Tiene algo más de 30 años de uso en el país, en diversas obras, como la Central Antuco y dovelas de viaducto del Metro de Santiago línea 4.

- Se entiende confiable en hormigones premezclados, ya que los factores del hormigón que más influencian la madurez son el cemento y la razón agua-cementantes, y ambos resultan ser bastante estables, en general, en hormigones industriales.

Para verificar la estabilidad y controlar la predicción hecha por el método se recomienda realizar ensayos ocasionales para determinar la resistencia que se logra en una determinada madurez y ésta no debe apartarse más o menos un 10% de la resistencia esperada con la curva original.

Referencias: - ACI 228.1R-03. In-Place Methods to Estimate Concrete Strength.

- ACI 228.2R-13. Report on Nondestructive Test Methods for Evaluation of Concrete in Structures.

- NCh1171/1-2012. Hormigón – Testigos de hormigón endurecido - Parte 1: Extracción y ensayo.

- NCh1171/2-2001. Hormigón – Testigos de hormigón endurecido - Parte 2: Evaluación de resultados de resistencia mecánica.

- NCh1565-2009. Hormigón – Determinación del Indice Esclerométrico.

- ASTM C597-09. Standard Test Method for Pulse Velocity Through Concrete - ASTM C803/C803M-03. Standard Test Method for Penetration Resistance of Hardened Concrete.

- ASTM C805/C805M-08. Standard Test Method for Rebound Number of Hardened Concrete.

- ASTM C873 / C873M-15. Standard Test Method for Compressive Strength of Concrete Cylinders Cast in Place in Cylindrical Molds.

- ASTM C900-06. Standard Test Method for Pullout Strength of Hardened Concrete.

- ASTM C1074-11. Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method.

- ASTM C1150-96. Standard Test Method for the Break-Off Number of Concrete.

Discontinuado en 2002.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Sección XI – Listado de Especificaciones Técnicas de ICH XI.

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Listado de Especificaciones Técnicas de ICH El instituto del Cemento y Hormigón de Chile, a través del trabajo de diversos comités técnicos ha desarrollado especificaciones técnicas que contienen aspectos prescriptivos y de desempeño. Estas especificaciones están disponibles para ser descargadas por la comunidad sin costo en el sitio http://ich.cl/Biblioteca.

A continuación, un listado de las Especificaciones Técnicas disponibles: - ET 001-05

FISURAS NO ESTRUCTURALES EN MUROS DE HORMIGÓN ARMADO

- ET 002-05

ALTURA DE VACIADO DEL HORMIGÓNEN ELEMENTOS VERTICALES

- ET 003-06

DESMOLDE DE ELEMENTOS VERTICALES DE HORMIGÓN ARMADO

- ET 004-06

TOLERANCIAS DIMENSIONALES EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO

- ET 005-07

CRITERIOS DE ACEPTACIÓN DE SUPERFICIES MOLDEADAS EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN

- ET 006-06

PREVENCION DE LA CORROSION DE ENFIERRADURAS EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN

- ET 007-06

PREVENCION DEL DETERIORO DEL HORMIGON POR ATAQUES EXTERNOS DE SULFATOS Y AGUAS PURAS Y ACIDAS EN OBRAS DE EDIFICACIÓN

- ET 008-13 TIEMPO DE DESMOLDE DE ELEMENTOS HORIZONTALES DE HORMIGÓN ARMADO

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ANEXO 1 INFORMACION COMPLEMENTARIA

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria C.II – Complemento a sección II Requisitos de Durabilidad.

A modo de referencia, en la tabla siguiente se ha establecido una correspondencia general entre los valores límites para el coeficiente de difusión (ensayo Nordtest Method NT Build 492), la corriente que pasa (ensayo ASTM C1202), y una guía de aplicabilidad a los tipos de ambientes de exposición a cloruro, definidos en la norma chilena NCh170:2016.

Tabla C.II.1: Tabla STAR 230 DUC de RILEM y ambientes de exposición NCh170:2016 (Comisión de Construcción de ICH) NT Build 492, Coef. de difusión (m2/s) <2 x 10-12 2 – 8 x 10-12 8 – 16 x 10-12 >16 x 10-12

ASTM C1202 (RCPT) Coulombs < 100 100 a 1000 1000 a 2000 2000 a 4000 > 4000

Ambiente de exposición, NCh170 C2-C C2-A, C2-B, C2-C C1, C2-A C0

Cabe destacar que los valores indicados en esta tabla corresponden a una guía general para orientar al ingeniero diseñador. En caso de ser necesaria la ejecución de estos ensayos para una obra en particular, se recomienda que su interpretación sea realizada en conjunto con un ingeniero especialista que atienda las características propias del proyecto y entienda las complejidades de interpretación de los resultados de los ensayos arriba mencionados u otros aplicables a este fin. Al respecto, y en particular para el caso del ensayo ASTM C1202, se recomienda referirse a la sección 3.4.1 de ACI 201. 2R

Anexo 1

1

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria C.IV – Complemento a sección IV Curado del Hormigón.

Respecto del período mínimo de curado y su relación con la ganancia de resistencia del hormigón en el tiempo, RILEM entrega la tabla siguiente, la cual se incluye como información adicional el ingeniero diseñador. En ésta se muestra, a modo meramente referencial, las duraciones mínimas del curado, conforme a esta norma, en función de la ganancia de resistencia del hormigón y la temperatura promedio en la superficie.

Tabla C.IV.1: Referencia de períodos mínimos de curado, para hormigones clase 4.

Tabla 3.14 del documento STAR 230-DUC de RILEM. Período mínimo de curado (días) Temperatura media Ganancia de resistencia R = fc(2)/fc(28) en la superficie del hormigón “t” (° C) Rápida Media Lenta R > 0,50 0,30 < R < 0,50 0,15 < R < 0,30 t > 25 1,5 2,5 3,5 15 < t < 25

2,0

4,0

7,0

10 < t < 15

2,5

7,0

12,0

5 < t < 10

3,5

9,0

18,0

NOTA: La ganancia de resistencia “R” se define como el cociente entre la resistencia media a compresión medida a 2 días de edad y la medida a 28 días de edad bajo las mismas condiciones de ensayo.

Como dato adicional, la norma europea BS EN 13670 establece clases de curado, de la 1 a la 4 y prescripciones de la duración mínima del período de curado. La clase 3, corresponde a la más usada en estructuras y exige un tiempo de curado tal que permita lograr al menos un 50% de la resistencia especificada en la superficie del hormigón.

Anexo 1

2

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

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C.VI. – Complemento a la sección VI Control de fisuración por retracción hidráulica y térmica.

Tal como se enunció en la Sección IV, hay diversos factores que condicionan el desarrollo de la retracción. Las siguientes figuras ilustran dichos factores.

Figura C.VI.1: Retracción hidráulica en función de la cantidad y calidad de la pasta (dosis de cemento y de agua y de la razón W/C) en hormigones secados por 450 días (Shoya, 1979).

Figura C.VI.2: Efecto de la proporción volumétrica del árido en la razón retracción hidráulica del hormigón/retracción hidráulica de la pasta de cemento (Pickett, 1956).

Anexo 1

3

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

1a Edición - Sept. 2020

Figura C.VI.3: Efecto de la Resistencia del Hormigón al Inicio del Secado y de la Dosis de Agua en la Retracción hidráulica última (Sakata et al., 2001)

Figura C.VI.4: Relación entre la retracción hidráulica y el tiempo para hormigones almacenados en diferentes humedades relativas (curados por 28 días) (Troxell et al., 1958).

Anexo 1

4

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

1a Edición - Sept. 2020

Figura C.VI.5: Evolución del Cociente de Retracción Hidráulica a la Edad t y Retracción Hidráulica Final (Función del Tiempo) Según Modelos de Predicción (ACI 209.2R-08).

Figura C.VI.6: Relación entre la Retracción Hidráulica Final y la Relación Volumen/Superficie (Hansen y Mattock, 1966).

Anexo 1

5

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

1a Edición - Sept. 2020

Figura C.VI.7: Calor de Hidratación Total de Cementos (normalmente 200 a 400 kJ por kg cemento, dependiendo de tipo de cemento y dosificación),

Figura C.VI.8: Efecto del tipo de cemento en el aumento adiabático de temperatura.

Anexo 1

6

1a Edición - Sept. 2020

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

Figura C.VI.9: Aumento de hormigón masivo (ACI 207.1R-96)

temperatura

en

el

Figura C.VI.10: Influencia del Tipo de Árido en el Coeficiente de Expansión Térmica del Hormigón (Mehta y Monteiro)

Anexo 1

7

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

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Figura C.VI.11: Influencia del contenido volumétrico del árido en el coeficiente de expansión térmica del hormigón.

Modelo de retracción.

Dada la importancia del control de la fisuración por retracción térmica e hidráulica en el comportamiento, servicio y durabilidad a corto y largo plazo de una obra de hormigón, es que diversas investigaciones han propuesto modelos para estimar la retracción hidráulica y la fluencia lenta en la etapa de diseño preliminar de una estructura. De hecho el documento ACI 209.2R-08 “Guide for Modeling and Calculating Shrinkage and Creep in Hardened Concrete” describe, analiza y compara estadísticamente los cuatro modelos más ampliamente utilizados en Estados Unidos y Europa, como son: • • • •

ACI 209R-92.

B3 de Bazant y Baweja.

CEB MC90-99 GL2000 de Gardner y Lockman

La bondad de estos modelos queda fuertemente influida, entre otras variables, por los materiales componentes del hormigón, el ciclo de curado, la condición ambiental servicio, entre otras. Para acotar la incertidumbre de los resultados, investigadores de la Pontificia Universidad Católica de Chile (Aguilar, Gaedicke, Masana y Videla), desarrollaron una metodología para definir o calibrar un modelo de predicción de la retracción hidráulica aplicable a la etapa de diseño de estructuras en Chile, así como también de un procedimiento para ajustar la predicción con resultados de ensayos a corto plazo del hormigón real que se utilizará en una determinada obra.

Anexo 1

8

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria El modelo VA (Videla-Aguilar) parte de la siguiente forma general:

 n  ε sh (t , t 0 ) = f (t , t 0 ) ×  ∏ K i  × ε sh ,∞  i =1 

(6.1)

donde, εsh(t,to) = retracción hidráulica estimada a la edad t días desde el inicio del secado a to días. f(t,to) = función que representa la evolución de la retracción hidráulica en el tiempo de secado.

Ki

= funciones (o submodelos) de corrección por las diferentes variables que influyen en la retracción hidráulica.

εsh,∞

= retracción hidráulica última.

El modelo propuesto que logró el mejor ajuste y validación a los datos experimentales se basa en la calibración de: • Función del tiempo hiperbólica (similar a la usada en ACI 209).

• Retracción última basada en el modelo de Sakata (1993) El modelo calibrado se presenta en la Ecuación (6.2), en tanto que la ecuación (6.3) presenta la forma general del modelo propuesto para ser utilizado en la fase de diseño de proyectos aplicable a la realidad nacional. Los factores de calibración del modelo pueden revisarse la Tabla C.VI.1 al final de este texto.

[ ( )]

   H .R.  ε shc (t , t 0 ) = a + 780 × 1 − exp  + b × ln(W ) + c × ln V S  100   

2

   t − t0  + 44 × ln(t 0 ) ×  e   V  d × + (t − t 0 ) S  

( )

f

(6.2)

(6.3) Por su parte la Figura C.VI.12 muestra la comparación entre los valores de retracción estimados con el modelo y los medidos mediante ensayo, lo que permite ilustrar la bondad del modelo.

Anexo 1

9

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Anexo 1: Información complementaria

Figura C.VI.12: Comparación de resultados estimados por el modelo propuesto y resultados experimentales.

Tabla C.VI.1: Factores de calibración de modelo VA2004 de predicción de retracción hidráulica.

Factores de Calibración

Hormigones considerados en a

b

c

d

e

f

Todos

-591.1

385.5

-49.64

1.997

0.976

0.913

Sin Aditivo

-593.0

379.1

-50.1

1.977

0.852

1.039

Sin Aditivo – Cemento P

-590.3

360.5

-51.6

1.989

0.926

0.919

Sin Aditivo – Cemento PP

-598.2

401.7

-48.1

1.978

0.865

0.994

Sin Aditivo – Cemento PPF

-590.4

375.2

-50.5

1.964

0.764

1.204

Con Aditivo o Adición

-590.0

389.2

-49.4

2.009

1.049

0.839

Con Aditivo WR – HWR

-589.8

399.6

-48.5

2.002

1.004

0.721

Con Aditivo E

-590.1

408.3

-47.5

2.032

1.185

0.681

Con Aditivo SR

-590.1

368.1

-51.5

2.002

1.008

1.034

Con Hielo

-590.2

370.9

-51.2

2.003

1.012

0.789

Con Yeso

-590.5

402.2

-47.2

2.008

1.048

0.970

análisis

Anexo 1

10

ADJUNTO 1 INSTALACIÓN DE CANALIZACIONES DE SERVICIOS EN ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO.

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A.

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ICH – COMISIONES DE CONSTRUCCION Y DE DISEÑO ESTRUCTURAL ESPECIFICACION GENERAL – INSTALACIÓN DE CANALIZACIONES DE SERVICIOS EN ELEMENTOS DE HORMIGON ARMADO Especificación

Comentario / Observación

-

Las disposiciones del ingeniero estructural encargado del diseño del proyecto, expresadas en sus especificaciones técnicas, planos de notas generales y/o planos de diseño, prevalecen sobre las disposiciones generales siguientes.

-

En ausencia de disposiciones específicas en el proyecto de ingeniería estructural de una obra, el profesional encargado del diseño y trazado de canalizaciones deberá ceñirse a las disposiciones generales siguientes.

-

El ingeniero estructural encargado del diseño del proyecto podrá autorizar la modificación de estas disposiciones, lo que deberá hacerse por escrito y quedar registrado en los documentos del proyecto.

- El profesional encargado del diseño y trazado de canalizaciones deberá referirse a los documentos del diseño estructural y/o coordinarse con el ingeniero estructural encargado del diseño del proyecto para efectos de definir trazados, dimensiones y ubicación de pasadas, que cumplan sus objetivos sin afectar significativamente el comportamiento de las estructuras.

I. General

II.- Losas macizas y muros.

-

-

En losas macizas, las instalaciones interiores de servicios, sean cañerías y/o canalizaciones eléctricas, con excepción de aquellas para calefacción radiante, deberán colocarse entre la capas inferior y superior de refuerzos y lo más próximas a la altura media de la sección transversal.

No se podrá realizar el trazado de canalizaciones embebidas en losas macizas cuyo espesor sea inferior de 100 mm.

La canalización de mayor diámetro (Dc) que será posible embeber dentro de una losa maciza de un espesor dado (e) será tal que la razón entre ambas magnitudes no exceda de 1/5.

- El recubrimiento mínimo efectivo para cualquier Adjunto 1

- Ver figura 1 al final del texto para ver dimensiones en una losa típica.

- Es relevante que el ingeniero 1

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A. canalización será equivalente al diámetro de la mayor canalización (Dc) más 10 mm, pero en ningún caso inferior a 40 mm. Tampoco necesita exceder de 75 mm.

- La distancia libre mínima entre canalizaciones embebidas en una losa maciza será el máximo valor entre 25 mm, 1,5 veces el tamaño máximo del árido (TM) especificado para el concreto que será vaciado en dicho elemento, y 2 veces el diámetro de la mayor canalización (Dc) dispuesta en la sección transversal de la losa maciza.

-

Las disposiciones anteriores también aplicarán a la colocación de canalizaciones embebidas en muros, con las siguientes restricciones adicionales: • No se podrán colocar canalizaciones embebidas a través de muros cuyo espesor sea inferior de 120 mm.

• No podrán disponerse canalizaciones, en ninguna orientación, a través de los elementos de borde o cabezal de un muro, en toda su altura. La longitud del elemento de borde o cabezal (Lr) es como mínimo 5 veces el espesor del muro, medida desde su extremo libre.

• Esta limitación aplica a toda canalización, independiente de su orientación, y en toda la altura del elemento.

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estructural a cargo del diseño del proyecto indique el tamaño máximo del árido (TM) del árido para definir el recubrimiento mínimo a las canalizaciones según se indica en la Figura 1.

- Los requisitos de espaciamiento libre obedecen a criterios de resistencia y constructibilidad.

- Ver Figura 2 al final del texto, para planta típica de muro.

- El ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto deberá indicar, mediante detalles típicos, o alguna notación distintiva en sus planos de diseño, aquellas zonas en los muros por las cuales no podrán pasar canalizaciones de servicios.

III.- Vigas y columnas

-

-

En otros elementos de concreto, sean estos vigas o columnas, el trazado de canalizaciones de servicios embebidas queda estrictamente prohibido a lo largo del eje longitudinal de dichos elementos y en cualquier punto de su sección transversal.

Adicionalmente se prohíbe el cruce de canalizaciones Adjunto 1

- El ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto podría permitir el paso de canalizaciones en el sentido longitudinal de las columnas siempre que esto no afecte en más de un 4% la sección transversal del elemento.

De autorizarse el paso de 2

ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A.

-

en cualquier orientación tratándose de la sección transversal de vigas en volado o en columnas.

En el caso de las vigas, se permite cruzar canalizaciones en sentido perpendicular a su eje longitudinal, ya sea para pasadas de canalizaciones y/o extracción de testigos, cumpliendo: • Que la relación entre el diámetro de la mayor perforación (Dc), o su altura (h), y la altura efectiva de la sección transversal de la viga (Hv) no exceda de 1/5.

• En el caso de pasadas rectangulares, la razón entre el ancho (a) y la altura (h) de la pasada no podrá exceder de 3/2.

•

En elevación, dichas perforaciones se deberán ubicar tan próximas a la altura media de la sección como sea posible. En ningún caso la distancia entre el borde inferior de la viga y punto más próximo de la pasada o perforación será menor de 200 mm.

•

En el sentido longitudinal de vigas continúas o simplemente apoyadas las pasadas deben quedar dentro del tercio central de la luz libre, con un espaciamiento libre entre los bordes de las pasadas que será equivalente al máximo valor entre 2 veces el diámetro o la altura de la perforación (Dc, h), y 200 mm.

•

La sumatoria de los largos de pasadas (Lpi) dentro del tercio central de un elemento no podrá exceder de L/6.

•

No se permite perforar, ni cruzar canalizaciones, a través de vigas en volado en cualquier punto de su longitud.

Adjunto 1

1a Edición - Sept. 2020

canalizaciones, el ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto deberá indicar en qué zona de la sección transversal se podrán colocarse las canalizaciones y que estás sólo podrán orientarse paralelas al eje longitudinal del elemento.

- Ver la Figura 3 al final del texto para una elevación típica de viga y la Figura 1 para espaciamientos mínimos.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A.

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IV.- Otros - Queda prohibido el uso de insertos de aluminio.

- No se permitirá que canalizaciones, u otros elementos embebidos, de cobre queden en contacto con las barras de refuerzo de acero. Adicionalmente en ambientes de exposición severa, la canalización de cobre deberá ser aislada eléctricamente, para evitar la corrosión por celda galvánica del refuerzo.

- La colocación de las canalizaciones se debe realizar de forma tal de no cortar, doblar o desplazar las barras de refuerzos desde la posición especificada en los documentos de diseño.

- El aluminio reacciona con los componentes del cemento causando expansiones en la masa del concreto que terminan por afectar su durabilidad.

- El cobre no reacciona adversamente con el concreto, sin embargo, en presencia de cloruros y/o humedad, u otros electrolitos, puede generar una pila galvánica que corroa las barras de refuerzo de acero. Por lo anterior, si se prevé una condición de exposición severa a cloruros y/o humedad se debe aislar eléctricamente la canalización con un recubrimiento adecuado.

V.- Zonas de ingreso y protegidas - Queda prohibido que las entradas de las canalizaciones a las oficinas o departamentos de consumo se realicen en los dinteles o en los vanos de puertas o pasadas, y se deben ubicar a una distancia mayor a 5 veces el espesor del muro medido desde borde de estos o del rasgo del vano. Esta prohibición aplica a canalizaciones en cualquier orientación y en toda la altura del muro.

- Ver Figura 4 al final del texto para un esquema de la zona de protección a los lados de dinteles.

- Dicha prohibición se extiende también a todo elemento que el ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto declare como estructuralmente relevante, ya sea en sus especificaciones técnicas, planos de notas generales o en los planos de diseño.

VI.- Incorporación al proyecto estructural - Para asegurar que las disposiciones anteriores sean cumplidas en obra, el ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto deberá incorporarlas en sus planos de notas generales y especificaciones técnicas, indicando claramente las áreas por él consideradas como estructuralmente relevantes o con alta densidad de refuerzos y por lo tanto no aptas para el paso de canalizaciones a través de las mismas.

Adjunto 1

- Si las zonas estructuralmente relevantes fuesen tales que la mera indicación en especificaciones técnicas o planos de notas generales no permitiese su clara identificación, el ingeniero estructural a cargo del diseño del proyecto deberá considerar incluir detalles típicos o indicaciones en sus planos de diseño usando una notación distintiva.

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A.

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Dc+10mm

s.min=max(2*Dc, 1.5*TM, 25 mm) s.min

Dc

<( e/ 5

e>100 mm

Dc+10mm

VII.- Figuras

)

Lr>=5*tw

tw>120 mm

FIGURA 1: Dimensiones de pasadas en losas.

FIGURA 2: Planta de intersección de muros

Adjunto 1

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ICH – Comisión de Construcción en Hormigón Guía de Apoyo al Ingeniero Diseñador Adjunto 1: Instalación de Canalizaciones de Servicio en Elementos de H.A.

L/3

L/3

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L/3 Lp.i

d a

Hv

Dc

h

Dc<=Hv/5 a<=1,5*h Lp.i<=(L/6) d.min=max(2*h, 200 mm)

200 min Las perforaciones deben colocarse tan proximas a la altura media de la seccion como sea posible

Dintel 5*tw

Zona protegida

tw

Zona protegida

FIGURA 3: Elevación viga continua tipo.

5*tw tw

FIGURA 4: Elevación de muros y dintel – Zonas de protección.

Adjunto 1

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