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NUEVO RÉCORD: EL VACIADO DE CONCRETO MASIVO MÁS GRANDE DE COLOMBIA La ampliación de la refinería de Cartagena es uno de los proyectos de infraestructura industrial más grandes que actualmente se desarrollan en Colombia. Gracias al trabajo coordinado y a la claridad de procesos logramos imponer un nuevo récord: el vaciado masivo de concreto más grande del país. El proyecto busca convertir la refinería en una de las más modernas de su categoría en América Latina, duplicando su capacidad actual, para llevarla de 80.000 barriles de crudo/día a 165.000 barriles/día. La futura refinería permitirá la integración con la industria petroquímica y ofrecerá una canasta de productos competitivos en los mercados premium, cumpliendo con los más altos estándares ambientales nacionales e internacionales. A principios de agosto de 2010 comenzamos a suministrar el concreto. Nuestro primer desafío: colocar 3.300 m3 de concreto en 22.5 horas continuas de trabajo. ¿El resultado? El vaciado de concreto masivo más grande del que se tenga noticia en Colombia, hecho en una sola jornada. La estructura se trata de una cimentación de 24 m de ancho por 57 m de largo con un espesor de 2.40 m de altura, que servirá de cimiento del edificio de la unidad de coquización retardada de la nueva refinería.

¡El concreto está que arde!

Según la ACI 207.1 concreto masivo es cualquier volumen de hormigón de grandes dimensiones, suficiente para exigir que se adopten medidas para hacer frente al calor de hidratación del cemento y cambiar el volumen empleado para minimizar el agrietamiento. La baja conductibilidad térmica del concreto no genera dificultades en el vaciado de concretos no masivos, pues la mayor parte del calor de hidratación generado en su masa se disipa rápidamente, por lo que no se generan diferenciales significativos entre la temperatura interior y la exterior, pero en grandes volúmenes el calor generado por el calor de hidratación se disipa muy lentamente lo quegenera elevadas temperaturas en la masa de concreto. Y las altas temperaturas en el concreto producen un significativo diferencial entre la temperatura interior y la del ambiente, lo que a su vez provoca un cambio de volumen diferencial y por lo tanto restricciones internas que resultan en deformaciones y tensiones de tracción en la masa del concreto que pueden causar fisuración del elemento estructural. Para la colocación de concretos masivos se debe desarrollar un plan para asegurar que el concreto en obra no alcance una temperatura interna mayor a los 160º F (71ºC) durante las primeras 36 horas desde su colocación. Hay que cuidar también que durante el periodo de disipación de calor el diferencial entre el núcleo interno y la superficie del concreto no supere los 35º F (1.6ºC). A continuación se detalla el tiempo en que se pueden estabilizar térmicamente distintos puntos dentro de un elemento estructural:

¿De qué depende el comportamiento térmico dentro de un elemento estructural? Básicamente de los siguientes aspectos:    

Temperatura inicial (de colocación) del concreto. Volumen del elemento (dimensiones): disipación de calor. Condiciones ambientales y protección del concreto en el elemento. Curado del concreto. Y entonces, ¿por qué hay que tomar medidas especiales con los concretos masivos? Si tuviera que definirlo en una frase, esta sería: control de las temperaturas máximas del concreto. Por lo siguiente:

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La durabilidad a largo plazo de ciertos concretos puede verse comprometida si la temperatura máxima durante las primeras horas posteriores al vaciado excede el rango de 150 a 165º F (de 65.5 a 73.8º C). El mecanismo primario causante del daño es la deformación retardada de “ettringite”. Este fenómeno puede causar expansión interna y agrietamiento del concreto y no ser evidente hasta varios años luego del vaciado. Tiempo de enfriamiento (proceso constructivo). Minimización de la posibilidad de agrietamiento causado por la expansión térmica y posterior encogimiento al enfriarse. Temperaturas sobre 190º F (87,7º C) pueden causar reducción en la resistencia del concreto. Estar alerta sobre el posible diferencial de temperatura máximo entre la porción más caliente del elemento y la superficie minimiza la probabilidad de agrietamiento térmico, generado por la diferencia en contracción entre puntos en la masa que se encuentran a diferentes temperaturas. Esta diferencia causa esfuerzos de tensión que pueden exceder la capacidad de tensión del concreto.

El entendimiento de los principios básicos de la tecnología del concreto referentes al calor de hidratación y los gradientes térmicos que se generan en el interior de una gran masa de concreto y las pruebas de laboratorio, permitieron llegar a dos acuerdos básicos con la Chicago Bridge and Iron Company -CB&I-, empresa a cargo de la ampliación de la refinería. 1. Controlar la temperatura del concreto sustituyendo el agua de la mezcla con un porcentaje de hielo en el diseño del concreto utilizado. 2. El pre-enfriamiento de los agregados, utilizando aspersores con agua fría controlando que en ningún momento se excediera la relación A/C contratada. Todos estos controles se realizaron siguiendo los parámetros expuestos en la normativa ACI 207.1, logrando cumplir con el requerimiento de temperatura establecido en las especificaciones del concreto puesto en obra: 28 ± 2°C. Dado el éxito de esta operación, CB&I nos ha encomendado realizar tres vaciado masivos más, lo cual nos plantea el reto de mejorar esta hazaña de ingeniería colocando con éxito los 300.000 m3 de concreto que hacen falta concluir la ampliación de la refinería.

Datos clave: En la colocación del concreto, se utilizaron 2 plantas de concreto con 2 líneas de producción cada una, 5 autobombas, trabajando tres de manera simultánea y quedando dos de soporte. Se requirió la mano de obra de 180 personas. Se utilizaron 37 mezcladoras (mixer) para trasladar el concreto desde las plantas hasta las autobombas, 198 toneladas de hielo, 1007.5 toneladas de acero. Concreto utilizado: 3.300 m3 concreto plástico relación A/C 0,5 con sustitución del80 % del agua por hielo para controlar temperatura de la mezcla.

Monitoreo de Resistencias: Resistencias 3 Días: 87% Resistencias 7 Días: 100% Rata de vaciado: 146.6 m3/hora. Si te interesa saber más sobre temperatura y concreto en grandes obras, te invito a leer el artículo sobre manejo térmico del concreto en la megaobra Porce III. Curado de la estructura: curador químico más inundación con agua durante 7 días.

http://blog.360gradosenconcreto.com/temperatura-del-concretoensayo-de-calidad/ OTRO) http://blog.360gradosenconcreto.com/que-hacer-cuando-se-necesita-vaciar-el-concreto-enclima-calido/

¿QUÉ HACER CUANDO SE NECESITA VACIAR EL CONCRETO EN CLIMA CÁLIDO? Colocar concreto en clima cálido se puede definir como un período de alta temperatura en el cual se necesita tomar suficientes precauciones especiales para asegurar una apropiada manipulación en el vaciado, acabado y curado del concreto. Los problemas de vaciado en clima cálido están asociados los siguientes factores: temperatura ambiente, temperatura del concreto, humedad relativa, velocidad del viento y radiación solar. Estas condiciones pueden producir una tasa de evaporación de la humedad superficial del concreto. Una situación que produce desagradables consecuencias cuando no se adoptan las precauciones de colocación en clima cálido, es la relacionada con las fisuras que aparecen a las pocas horas de haberse colocado el concreto. Este fenómeno, equivocadamente relacionado de manera exclusiva con la temperatura del concreto, es provocado por la combinación de los factores antes mencionados y afectan al concreto de dos formas importantes: 

Un elevado ritmo de evaporación puede inducir a una temprana fisuración por contracción plástica o por contracción de secado.

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El ritmo de evaporación puede también eliminar el agua de la superficie necesaria para la hidratación del material cementante, cuando dicha tasa de evaporación excede la capacidad que el concreto tiene para entregar agua. Todo esto nos lleva a que la temperatura del concreto es una variable importante que se tiene que controlar sin olvidar que dentro de los procesos constructivos de un pavimento u otra estructura, es importante controlar las variables de velocidad del viento, humedad relativa y la temperatura ambiente. De acuerdo con lo anterior y observando la importancia de controlar las variables de colocación y las recomendaciones de vaciado en clima cálido hacemos referencia a la norma ACI 305, norma que dice cómo estimar la tasa de evaporación basada en todos los factores principales que contribuyen a las fisuras en estado plástico. Aplicamos el siguiente ejemplo:

Es importante que a la hora de planificar proyectos en el clima cálido se tengan en cuenta todos los factores que afectan la tasa de evaporación debido a los efectos potenciales sobre la mezcla recién colocada. Las altas temperaturas por si solas causan un incremento de la demanda de agua, lo cual eleva la relación agua/cemento resultando en una más baja resistencia. Las temperaturas más altas tienden a acelerar la pérdida de asentamiento, afectado la manejabilidad del concreto y de esta manera hacen que el concreto genere un fraguado más rápido.

Buenas prácticas de vaciado de concreto en clima cálido 

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Conocer y monitorear regularmente los reportes de temperatura del aire, exposición solar, humedad relativa, velocidad del viento ayuda a determinar la tasa de evaporación estimada para tomar las medidas preventivas necesarias. Realizar los vaciados de concreto cuando las temperaturas sean las más favorables. Utilizar una mezcla de concreto con un asentamiento adecuado que permita una colocación rápida y un buen acabado. Revisar las especificaciones con el diseñador de la estructura para garantizar que estén acordes en la buenas prácticas de colocación y protección del concreto. Determinar el plazo para el logro de la máxima temperatura del concreto en la estructura. Reducir las distancias de transporte, acarreo y colocación. Utilizar la mayor cantidad de personas posible durante la colocación y compactación del concreto. Proteger el concreto contra la pérdida de humedad durante la colocación y el curado. Controlar los procesos de colocación, protección y curado según el requerimiento o comportamientos térmicos esperados durante el periodo especificado por el diseñador de la estructura. Posterior a la colocación del concreto se debe continuar con la protección del concreto de altas temperaturas, los rayos del sol, baja humedad y los vientos que puede superficialmente secarlo. Procedimiento de curado con agua para asegurar el desarrollo adecuado de las resistencias y minimizar las fisuras por secado. Protección contra el sol y el viento como parte del tratamiento del curado. Posterior al fraguado final del concreto es necesario humedecer la superficie sin que el agua se acumule. Es importante que en la noche se proteja al concreto de las bajas temperaturas para evitar fisuramiento por el diferencial de temperatura. En el caso de condiciones extremas de temperatura o concretos masivos, la temperatura de concreto se puede reducir utilizando agua fría o hielo como parte del agua de mezcla, además el proveedor de concreto debe utilizar otras medidas adicionales tales como la aspersión de agua en los agregados, la colocación de los agregados bajo sombra para tratar de bajar la temperatura del concreto en clima ya extremos.

En los concretos masivos, definidos como cualquier volumen de concreto con dimensiones lo suficientemente grandes para que se tomen medidas que controlen la generación de calor de hidratación del cemento y su cambio en volumen, es importante controlar el comportamiento térmico vigilando que los gradientes térmicos producidos en el interior de la masa de los concretos no generen cambios volumétricos drásticos que generen una contracción elevada que origine agrietamientos que comprometan la estabilidad estructural. Los controles de temperatura en los elementos masivos no solo se deben garantizar en climas cálidos, siendo este caso el más crítico, sino en climas con altos gradiente de temperatura (día/noche).

Sugerencia para el éxito de vaciado en clima cálido   

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Comunicación estrecha entre el dueño, diseñador, contratista y empresa productora de concreto. Contar con la logística de colocación del concreto y procesos de curado en obra. Monitoro y análisis de temperatura en el elemento, utilizando temocuplas que ayudan a medir la temperatura real en los puntos requeridos por el diseñador. (Este control de temperatura se aplica para estructuras masivas) Realizar un balance entre temperatura y resistencias. Planear la hora de vaciado de concreto, preferiblemente en horas del día donde la temperatura sea menor.