Oportunidades y Aplicación del Concepto de la Madurez en Pavimentos de Concreto

Oportunidades y Aplicación del Concepto de la Madurez en Pavimentos de Concreto Opportunities and Application of Maturity Concept in Concrete Pavements MauricioSalgado11,JacquesBornand2 1: Instituto del Cemento y del Concreto de Chile – ICH. Santiago, Chile 2: Universidad de Chile – Departamento de Ingeniería Civil. Santiago, Chile *msalgado@ich.cl

Resumen En el presente trabajo se explican los fundamentos y la en forma cómo puede aplicarse el concepto de la madurez del concreto en pavimentos, a partir de la experiencia y resultados obtenidos en el uso y la práctica en proyectos de pavimentación en Chile. El documento explica los procedimientos a realizar para determinar las relaciones entre resistencia y madurez de un concreto, la forma como se monitorea en terreno la evolución de la madurez y por ende la forma como se estima la respectiva resistencia.

Se exponen los resultados obtenidos en una experiencia de monitoreo de la resistencia a través del método de madurez en un proyecto de pavimentación urbana en la ciudad de Santiago. Se analizaron los tiempos en que se alcanzaba la resistencia especificada para los concretos del proyecto, medidos a través del método de madurez. Además, como forma de validación del método, se realizaron comparativos de resistencias con ensayos de testigos extraídos de los pavimentos instrumentados.

Se pudo evidenciar que el concreto alcanzaba la resistencia especificada en un tiempo menor a una semana.

En efecto, para un contratista la resistencia se alcanzaba, en promedio, al quinto día, mientras que para el segundo contratista, la resistencia se alcanzaba al tercer día.

En la comparación de resistencias con el ensayo de testigos de concreto, el cual correspondía al método de control establecido en el proyecto, se pudieron observar diferencias promedio entre un 10% a un 20% entre los métodos, con diferencias de resistencia entre 3MPa a 5MPa. Esta diferencia se disminuye al considerar factores de minoración normalmente usados en la evaluación de resistencia a través de testigos.

Palabras clave: Pavimentos de concreto, Madurez del concreto, Índice de madurez, Rápida apertura al tránsito.

Abstract This paper explains the fundamentals and how the concept of maturity in concrete pavements can be applied, based on the experience and results obtained in the use and practice in Chilean Pavements Projects. The document explains the procedures to be carried out to determine the relationships between strengths and maturity of a concrete, the way in which the evolution of maturity is monitored in the field and therefore the way in which the respective strength is estimated.

The results of monitoring strength of pavements, through Maturity Method, in a project located in Santiago are exposed. The times in which the specified strength was reached, were analyzed. In addition, as a way to validate the method, strengths obtained by Maturity Method were compared with strength obtained with core tests.

It was possible to prove that the concrete reached the specified strength in less than a week. In effect, for one of the contractors the resistance was reached, on average, on the fifth day, while for the second contractor, the resistance was reached on the third day.

The strengths obtained by maturity method, compared to the core tests, were observed, in average, differences of 10% to 20%. The strength differences are in a range between 3MPa and 5Mpa, difference that is reduced when typical reduction factors are used due to the extraction and testing of the cores.

Keywords: Concrete Pavements, Concrete Maturity, Maturity Index, Early Road Opening.

1

INTRODUCCIÓN

Desde hace muchos años en la construcción de obras de concreto se ha utilizado el concepto de la madurez como un medio alternativo para estimar directamente en la obra, de manera bastante aproximada, la resistencia que un concreto puede tener en un determinado momento, sin tener que esperar el resultado de un ensayo de laboratorio. Además, conociendo la directa relación entre resistencia y madurez, es posible implementar algunos procedimientos que favorezcan el agilizar que un concreto alcance determinada madurez, lo cual se traduciría en la disminución de tiempos para alcanzar una resistencia especificada.

En razón de lo anterior, desde hace algún tiempo se ha detectado que al aplicar este concepto dentro del contexto de los pavimentos de concreto aparecen ventajas que motivan su aplicación, tales como agilizar la apertura al tránsito, y surgen oportunidades en cuanto a mejorar el estándar de calidad de construcción y los controles de recepción.

En el presente trabajo se explican los fundamentos y la forma en cómo puede aplicarse el concepto de la madurez del concreto en pavimentos, a partir de la experiencia y resultados obtenidos en el uso y la práctica en proyectos de pavimentación en Chile. El documento explica los procedimientos a realizar para determinar las relaciones entre resistencia y madurez de un concreto, la forma como se monitorea en terreno la evolución de la madurez y por ende la forma como se estima la respectiva resistencia.

Se exponen los resultados obtenidos en una experiencia de monitoreo de la resistencia a través del método de madurez en un proyecto de pavimentación urbana en la ciudad de Santiago. Se analizaron los tiempos en que se alcanzaba la resistencia especificada para los concretos del proyecto, medidos a través del método de madurez. Además, como forma de validación del método, se realizaron comparativos de resistencias con ensayos de testigos extraídos de los pavimentos instrumentados.

2 2.1 2.1.1

ANTECEDENTES Método de Madurez Concepto de Madurez del Concreto

La resistencia de un determinado concreto, que ha sido correctamente colocado, vibrado y curado, está directamente relacionada con la edad y la temperatura que ha experimentado el concreto en ese tiempo (Saul 1951).El Método de madurez reconoce el efecto combinado del tiempo y la temperatura en el desarrollo de la resistencia de las mezclas de concreto y entrega una base procedimental para estimar in situ la resistencia del concreto colocado, al monitorear la temperatura de éste en el tiempo.

La Madurez es una función que considera el efecto combinado del historial de temperatura experimentado por el concreto, en conjunto con la edad de éste. El método de madurez asume que dos muestras de un mismo diseño de concreto que poseen una misma madurez, tendrán también la misma resistencia, aún cuando hayan sido sometidas a distintas temperaturas en su proceso de curado. Lo anterior se expone gráficamente en la Figura 1 (Nelson 2003), en la cual se puede observar que el alcanzar una misma madurez, en el que caso de bajas temperatura toma más tiempo que en el caso de temperaturas mayores. En este caso M1=M2 y, de acuerdo al principio que asume este método, en ese instante las dos muestras poseen la misma resistencia, aún cuando hayan sido sometidas a temperaturas de curado distintas en el tiempo.

Figura 1. Concepto de Madurez (Nelson, 2003)

2.1.2

FunciĂłn de Madurez

Los efectos de la edad y la temperatura en la resistencia de un concreto son cuantificados a travĂŠs de una funciĂłn de madurez, la cual es un indicativo de cuĂĄnta resistencia ha desarrollado el concreto (Carino, 2004). Existen dos funciones comĂşnmente usadas para estos efectos, Nurse-Saul y Arrhenius, las cuales se describen a continuaciĂłn.

La funciĂłn de madurez de Nurse-Saul fue desarrollada en 1951 y se basa en una sumatoria acumulada del producto de la temperatura y el tiempo: đ?‘€=

(1)

( đ?‘‡ − đ?‘‡ ) đ?‘Ľ ∆đ?‘Ą

Donde: M Ta T0 ď „t

= = = =

Madurez – Factor tiempo temperatura a la edad t Temperatura promedio durante el intervalo de tiempo ď „t Temperatura Datum Intervalo de Tiempo

La temperatura Datum es la temperatura a la cual el concreto deja de ganar resistencia, por lo cual los periodos en que el concreto se encuentre bajo esta temperatura no aportarån a la ganancia de resistencia. Valores de referencia de temperatura Datum van entre -10°C a 0°C, siendo este último un valor considerado como conservador.

La madurez tambiĂŠn puede ser determinada por el mĂŠtodo de Arrhenius, el cual considera la no linealidad de la tasa de hidrataciĂłn del cemento, por lo cual muchas veces se considera un mĂŠtodo mĂĄs preciso en la estimaciĂłn de la resistencia. En este caso se calcula un Ă­ndice de madurez en tĂŠrminos de una edad equivalente, que representa la duraciĂłn equivalente del curado a la temperatura de referencia, que darĂ­a como resultado el mismo valor de madurez que el periodo de curado y temperaturas reales registradas.

La ecuaciĂłn de la edad equivalente se expone a continuaciĂłn: đ?‘Ą =

đ??¸ 1 1 đ?‘’đ?‘Ľđ?‘? – ( ) − đ?‘… 273 + đ?‘‡ 273 + đ?‘‡

∆đ?‘Ą

Donde: te E R Ta Tr ď „t

= = = = = =

Edad equivalente a la temperatura de referencia de curado EnergĂ­a de activaciĂłn, J/mol Constante universal de los gases, J/mol K Temperatura promedio durante el intervalo de tiempo ď „t, °C Temperatura de referencia, °C Intervalo de Tiempo

( 2)

Si bien es conocido que la ecuación de Arrhenius puede ser más precisa en la representación de la función de tiempo-temperatura (Carino 2004), la ecuación de Nurse-Saul ha sido ampliamente utilizada en la estimación de resistencia del concreto, con favorables resultados, y posee la ventaja de ser bastante más simple de utilizar e interpretar que la ecuación de edad equivalente de Arrhenius. La ecuación planteada por Nurse-Saul es la que mayormente se ha considerado en las experiencias del cálculo de la madurez para estimar resistencia in situ del concreto, logrando la precisión suficiente para estos efectos prácticos. En el caso del uso de madurez en obras de pavimentación chilenas, se ha utilizado exitosamente la ecuación de Nurse-Saul y es la que se utilizó en el proyecto en estudio en este trabajo.

2.1.3

Estimación de la resistencia de un concreto

Para realizar estimaciones de la resistencia in situ de un concreto es necesario primero calibrar una curva de Madurez - Resistencia del concreto que se utilizará. Para confeccionar esta curva normalmente se toma una muestra consistente en varias probetas destinadas a ser ensayas para evaluar la resistencia del concreto, mientras que en forma paralela se monitorea la temperatura en el tiempo para calcular la madurez de ese concreto. Con los datos de resistencia a ciertas edades de interés y los datos de madurez calculados, es posible establecer una curva característica de Madurez versus Resistencia para ese concreto en particular.

Una vez obtenida la curva característica del concreto, es posible monitorear in situ la temperatura, y con ésta calcular la madurez, de un elemento de concreto en la obra, pudiendo correlacionar la madurez de ese elemento con una resistencia de la curva característica ya establecida.

Figura 2. Procedimientos para estimar la resistencia por madurez. (http://www.maturitycentral.com)

2.2

Aplicación del concepto de madurez del concreto en pavimentos

La aplicación del concepto de la madurez en construcción no es nueva, dado que ha sido empleado en múltiples tipos de obras en donde se requiere tomar decisiones con base en la evolución de la resistencia del concreto antes de los 28 días, periodo de tiempo en el cual usualmente se estima que se alcanza la resistencia especificada.

En este sentido, ante la necesidad de poder contar con un mecanismo que permita verificar si un pavimento se encuentra en condiciones aptas para habilitar la circulación de vehículos sobre el mismo antes de los 28 días, agilizando con ello procesos administrativos y facilitando el rendimiento y avance del contratista, pero sobretodo disminuyendo el impacto por los cierres y desvíos por la construcción (o rehabilitación) de un pavimento de concreto que afectan a los usuarios (y vecinos), la aplicación del concepto de madurez surge como una herramienta interesante en gestión, monitoreo y recepción de obras de pavimentación en concreto.

Por lo tanto, un pavimento de concreto podría ser entregado al tránsito cuando las juntas del tramo estén totalmente selladas (si es que se especificó sellarlas), la superficie se encuentre limpia y la resistencia estimada por el método de madurez (curva característica) sea igual o superior al 75% de la resistencia especificada.

Es muy importante aclarar que monitorear por sí mismo la madurez no implica que siempre se pueda o deba abrir al tránsito un pavimento de concreto, lo que si se pretende es fomentar la aplicación de buenas prácticas constructivas que garanticen (o incluso agilicen) el desarrollo de la resistencia del concreto.

También, resulta pertinente mencionar que el uso del concepto de la madurez en pavimentos está dirigido a ser aplicado principalmente en concretos para pavimentos diseñados para desarrollar la resistencia a los 28 días y sobre los cuales sabiendo que con un adecuado manejo durante su colocación y curado podrían alcanzar la suficiente resistencia necesaria para abrir al tránsito en forma anticipada.

Por lo tanto, sabiendo las ventajas que conlleva el agilizar la apertura al tránsito se podría pensar que el uso del concepto de la madurez en pavimentos es en realidad un incentivo para el empleo de tecnologías y procesos que mejoren la colocación, terminación y las condiciones de curado del concreto, así como el uso de técnicas que faciliten y propicien acelerar la madurez del concreto, como por ejemplo mediante el uso de mantas térmicas húmedas.

2.3

Experiencia de aplicación del concepto de madurez en pavimentos interurbanos en Chile

El Ministerio de Obras Públicas de Chile (MOP) y específicamente la Dirección de Vialidad a través del Laboratorio Nacional de Vialidad (LNV), detectó en el uso del concepto de la madurez una oportunidad que le permitiría agilizar la apertura al tránsito en los contratos de pavimentación con concreto. Por ello a partir del año 2012 se comenzó a utilizar el procedimiento definido para tal fin a partir de la entrada en vigencia del Instructivo de Nuevas Tecnologías y Especificaciones Técnicas (Ord 9371, 10 de Mayo de 2012) de pavimentos de concreto, el cual en el Anexo 3 definía el método de medición de la madurez aplicable a este tipo de pavimentos. Mencionado instructivo desarrollado por el LNV contando con el aporte y colaboración de profesionales y estamentos del medio local, participes de la Comisión de Pavimentos de Concreto del Instituto del Cemento y del concreto de Chile (ICH) y quienes continúan trabajando para que conceptos y tecnologías, como la madurez entre otras, sean parte de la práctica común, la normativa vigente, las especificaciones técnicas de los contratos e incluso el Manual de Carreteras de Chile.

A la fecha son múltiples los contratos de pavimentación con concreto del MOP en donde la madurez se ha empleado con resultados satisfactorios, reduciendo significativamente los tiempos de apertura (varios días) respecto a lo que históricamente era lo usual. Adicionalmente, además de ir perfeccionando el uso del concepto y ampliando la experiencia que respalda su uso, se han abierto posibilidades a futuro para ampliar el uso de la madurez, como por ejemplo servir para definir con mayor objetividad los momentos oportunos para efectuar el corte en las juntas o eventualmente reemplazar la toma de testigos. También, pensar en el uso de la madurez como parámetro de alerta temprana sobre el desarrollo de un proceso constructivo sin tener que esperar a los 28 días.

La curva Madurez – Resistencia del concreto puede determinarse a partir de probetas tanto para ensayos a compresión como de flexotracción, la decisión de cual tipo de probeta a emplear dependerá del tipo de resistencia con que se especifique y facilitar con ello las comparaciones. Actualmente, en Chile el MOP especifica resistencia a la flexotracción y por ello la curva Madurez – Resistencia del concreto que se utiliza en contratos de la Dirección Vialidad se confecciona a partir del estudio de probetas prismáticas para ensayos a flexotracción. En este sentido, si se considera que la recepción es por resultados a compresión cilíndrica puede resultar más conveniente confeccionar la curva de Madurez – Resistencia del concreto mediante este tipo de probetas, las cuales además pueden conducir a resultados más confiables en el uso de la tecnología.

Un hecho determinante que ha facilitado la introducción del concepto de la madurez en los contratos de pavimentación en concreto realizados por el MOP en Chile, es que dada la magnitud y extensión de los mismos se dan condiciones técnicas y administrativas que favorece contar con los tiempos que permiten

poder confeccionar la curva de Madurez – Resistencia del concreto con la suficiente anticipación previa al inicio de los trabajos de colocación. Además, dado que el suministro del concreto de mencionados contratos tendrá el mismo origen (planta y/o proveedor), usualmente dedicado en exclusiva al proyecto, y cuya dosificación del concreto ha sido visada para ser aplicada durante la ejecución del contrato, es posible asumir con ello que la curva de Madurez – Resistencia del concreto seguirá siendo válida mientras se mantengan las uniformes las condiciones y características de los materiales y dosificación del concreto.

Hoy en día producto de la experiencia lograda en Chile a nivel del MOP, se han logrado definir algunas recomendaciones de orden práctico que contribuyen a una mejor aplicación del concepto y un perfeccionamiento de los procedimientos definidos para tal fin, entre algunas de las recomendaciones que se podría citar se encuentran las siguientes:  El Contratista deberá colocar un sensor para medir madurez en el concreto vaciado por el último camión de cada una de las jornadas de pavimentación.  Los sensores deberán ubicarse al menos 20 cm alejados del borde, en la mitad del espesor de la losa y alejado de cualquier barra o pasador de acero.  El Contratista deberá informar y registrar la ubicación de cada uno de los sensores de madurez (kilómetro y carril).  Para determinar la curva Madurez – Resistencia del concreto, se deberán moldear 11 probetas, las que serán curadas según lo indica la normativa vigente para el manejo de probetas en el laboratorio.

Se colocará un sensor para medir madurez en una de las probetas, el cual debe ubicarse al centro de la probeta de control (teniendo presente que la probeta que contenga el sensor no será ensayada).

Las 10 probetas restantes se ensayarán en laboratorio a las siguientes edades: 2, 3, 5, 7 y 14 días (dos probetas por cada edad de ensaye y se calcula el promedio de ellas). Se deberá medir y registrar la madurez de la probeta de control cada vez que se realice el ensaye de flexotracción (mediciones simultáneas). El Contratista deberá confeccionar una banda de trabajo específica para la madurez con una tolerancia de ±10% en resistencia respecto de la curva original.  El Contratista deberá verificar la curva de madurez - resistencia cada 5.000 m3 de concreto producido.

Para esto deberá determinar la madurez y resistencia según procedimiento antes indicado. Los puntos de madurez versus resistencia deben caer dentro de la tolerancia del ±10% con respecto a la curva original. Si los valores se salen de la tolerancia indicada, el Contratista deberá realizar una nueva curva de madurez – resistencia.

2.4

Potencial de aplicación en proyectos de pavimentación urbana

El problema de la rápida apertura al tránsito en obras de pavimentación en contextos urbanos es mucho más crítico que en carreteras debido a la obviamente mayor afectación que producen en los vecinos y usuarios los cierres y desvíos provocados por este tipo de trabajos. En tal sentido, dada la afortunada experiencia desarrollada en pavimentos interurbanos por parte del MOP, han motivado al Instituto del Cemento y del Concreto de Chile (ICH) a plantear a entes ejecutores de obras de pavimentación urbana en Chile (los denominados Serviu´s) dependientes del Ministerio de Vivienda y Urbanismo (Minvu), el considerar el uso del concepto de la madurez en el caso de obras que involucren pavimentos de concreto.

Aunque parece obvia y evidente la aplicación del concepto a partir de lo explicado anteriormente, la realidad es que su implementación dentro de un contexto urbano es algo diferente e implica algunas consideraciones que diferencian la forma en que sería posible su aplicación. Además, existen algunos aspectos que debían ser estudiados y analizados, los cuales con base en los resultados que en síntesis se entregan dentro del presente documento son la base que permite sugerir la posibilidad de aplicación en vías urbanas en Chile o en casos donde se presenten restricciones y condiciones similares.

Lo primero que hay que entender tiene que ver por comprender los aspectos que diferencian una obra urbana de una interurbana y que por ende inciden directamente en la posibilidad de implementar la madurez en un contexto urbano. En este orden de ideas, si el proyecto de pavimentación en cuestión por su extensión y magnitud no permite contar con el tiempo previo a su ejecución para confeccionar una curva de Madurez – Resistencia del concreto por parte del contratista, parecería improbable la implementación del concepto. Sin embargo, si el suministro del concreto es conocido, en cuanto a su origen y proveniencia, la posibilidad de que el proveedor de dicho concreto cuente con la respectiva curva

con anterioridad y el contratista solamente se responsabilice por la instalación y monitoreo del sensor de temperatura con la intención de c la resistencia, o mejor deducir el momento en que se alcanzará la resistencia mínima necesaria para abrir al tránsito a partir de la curva proporcionada por el proveedor de concreto abre una posibilidad perfectamente factible para introducir y aplicar el concepto en vías urbanas.

3

Estudio de la Experiencia de Aplicación de la Madurez en un Contexto Urbano

Conscientes que el número de variables y consideraciones que pudieran afectar de una u otra forma la posibilidad de aplicación de la madurez en un contexto urbano tal y como se plantea. De común acuerdo el Instituto del Cemento y del Concreto de Chile (ICH) y el Serviu Metropolitano, coordinadamente con los contratistas encargadas de la pavimentación con concreto de un proyecto del Serviu en la Región Metropolitana de Santiago, cuyo objeto consistía en la Pavimentación del Corredor Vicuña Mackenna sus respectivas empresas proveedoras de concreto premezclado y el Instituto de Investigación, Desarrollo e Investigación de Estructuras y Materiales (IDIEM) de la Universidad de Chile quien se encargaría de los ensayos de laboratorio, desarrollaron una experiencia práctica que tenía por objeto corroborar la hipótesis según la cual es posible la implementación del método de la madurez para agilizar la apertura al tránsito, verificando la incidencia y sensibilidad que podrían tener determinados aspectos que caracterizaban y condicionaban una obra de pavimentación de carácter urbano.

Para el estudio se acordó trabajar con dos contratistas independientes que tuvieran además un suministro de concreto de proveedores y plantas de premezclado diferentes, de modo que se pudiera verificar si los resultados que cada contratista obtuviera eran consistentes en el tiempo respecto de quien les suministraba el concreto.

3.1

Metodología aplicada para los análisis

Para efectuar el estudio y análisis mencionado fue necesario establecer un plan de actividades que permitiera trabajar en forma conjunta sin interrumpir el proceso normal de trabajo dado que se buscaba que la experiencia respondiera a las condiciones reales que se encontrarían en terreno en trabajos de este tipo. Las labores desarrolladas fueron por consiguiente las siguientes:  Caracterización de hormigones: Esta actividad tenía por objeto obtener las respectivas curvas de Madurez – Resistencia de cada proveedor de concreto, de cada uno de los dos contratistas involucrados en la experiencia.  Instrumentación In Situ: Esta actividad tenía por objeto monitorear la resistencia que desarrollaban los concretos colocados en diferentes lugares, construidos por supuesto en diferentes días, de cada uno de los tramos a cargo de los dos contratistas participantes de la experiencia.  Evaluación de la resistencia a través de la madurez: A partir de los datos relevados in-situ se obtenían las respectivas resistencias deducidas de las curvas de madurez con miras a verificar la coherencia y consistencia de los resultados obtenidos en los diferentes lugares monitoreados en cada uno de los lugares monitoreados pertenecientes a cada uno de los dos tramos a cargo de los dos contratistas que participaban de la experiencia  Evaluación de la resistencia a través de testigos: Con el fin de corroborar la consistencia de las deducciones de resistencia a partir de las curvas de madurez se extrajeron y ensayaron testigos que permitieron verificar y validar la consistencia del método aplicado dentro del contexto urbano.

3.2

Caracterización de hormigones

Para confeccionar la curva característica de Madurez - Resistencia, se tomó una muestra de concreto de cada uno de los proveedores de concreto del proyecto. Cada muestra estuvo compuesta por 19 probetas cilíndricas: 18 probetas se ensayaron para evaluar su resistencia a la compresión a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 14 y 28 días (2 por edad), 1 probeta fue instrumentada con un sensor para monitorear su temperatura en el tiempo y así calcular su madurez. Finalmente, la curva de caracterización se realizó con los resultados obtenidos hasta 7 días, lo cual permite trazar una mejor curva de tendencia en el periodo de generación de resistencia de relevancia para los efectos prácticos que se buscan, como la apertura al tránsito temprana de los pavimentos. En la Figura 3 pueden observarse las curvas de Madurez - Resistencia obtenidas para los dos proveedores de concreto. Para interpolar entre puntos se trazó una línea de

tendencia tipo logarítmica, así establecer una ecuación característica de cada concreto, que facilitara su uso e interpretación.

(a) Curva M-R, Contratista 1. (b) Curva M-R, Contratista 2.

Figura 3. Curvas de Madurez versus Resistencia para los dos proveedores de concreto del proyecto.

Para la realización de las curvas de caracterización y las posteriores instrumentaciones in situ se utilizó una Temperatura Datum igual a 0⁰C, la cual es comúnmente utilizada y ha demostrado buenos resultados para la estimación de la resistencia del concreto en obras de pavimentación en Chile.

3.3

Instrumentación in situ

Una vez obtenidas las curvas de caracterización de los concretos, de cada uno de los dos contratistas involucrados en el proyecto. Se procedió a realizar instrumentaciones in situ con sensores autógenos, capaces de monitorear la temperatura del concreto colocado en los pavimentos y realizar el cálculo de la madurez, con esto fue posible monitorear en tiempo real la resistencia del concreto a través de la correlación obtenida en la etapa previa. En el caso del contratista 1 se instrumentaron 5 sectores de interés, mientras que con el contratista 2 se instrumentaron 6 sectores de interés.

3.4

Evaluación de resistencia a través de madurez

La madurez monitoreada en tiempo real permite, a través de la curva característica de cada concreto, evaluar la resistencia in situ del concreto. En el caso del proyecto en estudio, la resistencia del pavimento es controlada a través de la extracción de testigos de concreto, evaluando así la resistencia a compresión del concreto colocado. Para el proyecto la resistencia especificada es de 34MPa de resistencia a la compresión, medido en probetas cilíndricas normales (15x30cm). De acuerdo a las curvas de Madurez – Resistencia encontradas para cada concreto, se estableció una madurez objetivo de acuerdo a la resistencia mencionada. En el caso del contratista 1, para alcanzar una resistencia de 34MPa se debía alcanzar una madurez de 2.019⁰Cxh, mientras que en el caso del contratista 2, para esa misma resistencia se debía alcanzar una madurez de 1.512⁰Cxh. Ver Figura 4.

(a) Madurez Objetivo Contratista 1. (b) Madurez Objetivo Contratista 2.

Figura 4. Madurez objetivo para alcanzar 34Mpa para cada contratista.

En el caso del contratista 1, la resistencia especificada se alcanza con una mayor madurez que en el caso del contratista 2, lo cual obedece a que el concreto utilizado por este último es de una generación más rápida de resistencia que el concreto del contratista 1.

3.5

Evaluación de resistencia a través de testigos

Con el objetivo de analizar la resistencia estimada a través del método de madurez con respecto a la resistencia obtenida del ensayo de testigos, que era método habitual de control del proyecto. En los puntos instrumentados se extrajeron testigos a distintas edades para analizar las diferencias que se obtienen entre el método de madurez y la evaluación directa a través de testigos.

Para cada punto instrumentado se extrajeron dos testigos, el promedio del ensayo de los testigos se comparó con la resistencia obtenida por madurez. Los testigos extraídos fueron de diámetro de 4 pulgadas y los resultados fueron corregidos de acuerdos a factores típicos para ser expresados en probeta cilíndrica normal (15x30cm).

En algunos sectores instrumentados se extrajeron testigos en más de una oportunidad para evaluar en distintos grados de resistencia con los resultados del monitoreo por madurez. Por lo anterior se obtuvieron una cantidad mayor de datos a comparar que el número de sectores instrumentados.

4

RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados del seguimiento de la madurez del concreto en los sectores instrumentados.

4.1

Monitoreo de la Madurez en los concretos de pavimentos

Figura 5. CONTRATISTA 1 – Instrumentaciones y seguimientos de la madurez.

En ambos casos, Figura 5 y 6, se pueden observar las oscilaciones de temperatura a las cuales está sometido el pavimento. Se pueden observar temperaturas máximas entre 25⁰C y 30⁰C. Cabe destacar que las mediciones se realizaron durante el mes de agosto (época de invierno en Chile), en donde las temperaturas mínimas fluctúan entre 0⁰C a 5⁰C y las temperaturas máximas entre 15⁰C a 20⁰C en promedio. En las Figuras 5 y 6 también es posible observar que los valores de madurez objetivo (Contratista 1 = 2.019 °C*h y Contratista 2 = 1.512 °C*h) entre el tercer y quinto día lo cual daría lugar a una apertura al tránsito considerablemente más rápida que lo habitual, aun considerando el hecho según el cual el concreto empleado por el contratista 1 es mucho más lento en el desarrollo de la resistencia en edades tempranas.

Figura 6. CONTRATISTA 2 – Instrumentaciones y seguimientos de la madurez.

4.2

Tiempos medidos para alcanzar resistencia objetivo

A continuación se exponen, de acuerdo a los registros de madurez de cada instrumentación, los tiempos en que se alcanzó la resistencia objetivo (34 MPa) en cada caso. Ver Tabla 1.

Tabla 1. Tiempos en se alcanzó la resistencia objetivo en los sectores instrumentados.

Tiempo en que se alcanza resistencia objetivo Instrumentación Contratista 1 Contratista 2 horas días horas días 1 122 5.1 78 3.3 2 119 5.0 76 3.2 3 152 6.3 82 3.4 4 134 5.6 68 2.8 5 128 5.3 72 3.0 6 88 3.7 Promedio 131 5.5 77 3.2

Es importante destacar que, en este caso, se consideró la resistencia objetivo como la resistencia final especificada en el proyecto. En este contexto, se puede observar que ambos contratistas alcanzan la resistencia final solicitada en el proyecto antes que se cumpla una semana después de la pavimentación.

En efecto, se puede observar que el contratista 1, en promedio alcanza la resistencia al quinto día, mientras que el contratista 2 la alcanza al tercer día.

A modo de ejemplo, si se realizara el ejercicio de tiempos de apertura al tránsito, considerando como requisito un 75% de la resistencia final. El contratista 1 podría haber dado, en promedio, apertura al tercer día, mientras que el contratista 2, podría haber dado al tránsito al segundo día.

4.3

Evaluación comparativa con testigos de concreto

A continuación se presenta un comparativo entre las resistencias obtenidas a través del método de madurez con respecto a la resistencia obtenida en los testigos extraídos. En el caso del contratista 1, se obtuvieron diferenciales relativas de un 20%, en promedio, entre los métodos, con diferencias de resistencias de 5MPa, en promedio. Para el contratista 2 las diferencias fueron más bajas, se pueden observar diferencias relativas del orden de un 10%, con diferencias de resistencia de 3MPa, en promedio.

MADUREZ TESTIGOS (MPa) (MPa)

(M-T) / M

(M-T) / T

(M-T) (MPa)

25.4

19.5

23%

30%

5.9

27.7

21.6

22%

28%

6.1

30.5

24.4

20%

25%

6.1

33.8

29.5

13%

15%

4.3

35.9

32.1

11%

12%

3.8

39.2

35.2

10%

11%

4.0

Figura 7. CONTRATISTA 1 - Comparativo de resistencias obtenidas por el método de madurez y las obtenidas en el ensayo de testigos.

MADUREZ TESTIGOS (MPa) (MPa)

(M-T) / M

(M-T) / T

M-T (MPa)

27.0

21.9

19%

23%

5.1

31.2

26.3

16%

18%

4.8

33.6

30.5

9%

10%

3.1

35.1

33.0

6%

6%

2.1

35.4

32.9

7%

7%

2.5

37.4

34.9

6%

7%

2.4

40.8

38.9

5%

5%

1.8

42.5

41.4

3%

3%

1.1

Figura 8. CONTRATISTA 2 - Comparativo de resistencias obtenidas por el método de madurez y las obtenidas en el ensayo de testigos.

En las Figuras 7 y 8 también se expone un comparativo de la resistencia evaluada con madurez con respecto a la resistencia de los testigos, con un factor de minoración de un 85%, que normalmente se utiliza en la evaluación de resistencia a través de testigos, para considerar los efectos de la extracción, preparación y ensayos de éstos. Al evaluar comparativamente en este caso, se puede observar que la diferencia entre los dos métodos disminuye considerablemente.

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo a la experiencia sobre el uso del método de Madurez para evaluar la resistencia in situ de los concretos de pavimentos en Chile, se concluye que:  Es posible utilizar el método de madurez en pavimentos para la estimación in situ de la resistencia del concreto, el cual permite una estimación de la resistencia con la suficiente precisión para tomar decisiones en etapas tempranas, como la apertura al tránsito lo más pronto posible, sin esperar resultados de laboratorio.  El método de madurez promueve la utilización de técnicas y procedimientos que generen la obtención de una madurez del concreto en un menor tiempo, como mejoras en las temperaturas y cuidados en el curado.  Dados los resultados obtenidos se concluye que es posible el uso de la madurez en un contexto urbano como una herramienta que contribuya a la rápida apertura al tránsito tal y como sucede en los pavimentos interurbanos, teniendo si en cuenta las consideraciones y aspectos descritos en el presente documento.  Es recomendable el uso de un factor de seguridad en la estimación de la resistencia a través de madurez. Este factor debe ser estudiado en cada caso, sin embargo, factores de ajuste de la resistencia obtenida por madurez que van entre un 10% a un 20% han sido utilizados con resultados exitosos y son concordantes con los resultados obtenidos en el presente estudio.  Dada la consistencia en los resultados obtenidos a partir de la implementación del concepto de madurez en pavimentos, en términos de los niveles de resistencia alcanzados a determinadas edades, se podría considerar emplear el monitorear la madurez como una herramienta para otros propósitos que incluso podrían llegar a constituirse en un mecanismo de verificación de resistencia no detructivo para la recepción de obras de pavimentación donde los tiempos son críticos.

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AGRADECIMIENTOS

Agradecimientos al Centro de Investigación, Desarrollo e Innovación de Estructuras y Materiales, IDIEM, de la Universidad de Chile, por su apoyo en la toma de muestras, ensayos de probetas y testigos de concreto necesarios para la realización de este estudio.

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REFERENCIAS

Carino, N. J. “Chapter 5: The Maturity Method.” Handbook on Nondestructive Testing of Concrete, 2nd ed.

CRC Press LLC, Boca Raton, FL, 2004.

Saul, A. G. A.. “Principles Underlying the Steam Curing of Concrete at Atmospheric Pressure.” Magazine of Concrete Research, vol. 2, no. 6. Thomas Telford Publishing, London, 1951.

Nelson, P. K.. Handbook of Nondestructive and Innovative Testing Equipment for Concrete. Final Report.

Federal Highway Administration, Washington, DC, 2003.

Federal Highway Administration, U.S. Department of Transportation, Concrete Pavement Technology Program – CPTP, Techbrief: Maturity Testing for Concrete Pavement Applications, 2005.

American Society for testing and Material: ASTM, ASTM 1074: 2011: Standard Practice for Estimating Concrete Strength by the Maturity Method, 2011.

Instituto Nacional de Normalización: INN, Proyecto de Norma Chilena NCh3565: Concreto – Estimación de la Resistencia Mecánica – Método de la Madurez, 2018.