¿Qué estamos controlando? ¿La pérdida de trabajabilidad del hormigón o su tiempo de fraguado inicial?

Por Carlos A. Milanesi, Secretario del Subcomité de Hormigones y sus Aplicaciones del IRAM  (cam@cavellaneda.com.ar)

 

Poco tiempo atrás, un productor (P) de hormigón elaborado, de una pequeña ciudad del interior del país, mantenía conmigo (M) el diálogo que transcribo a continuación, el que he “editado” en aras de respetar la brevedad que exige un Newsletter:

P: Necesito presupuestar un hormigón H-21 para una obra que se ubica a 70 km de distancia de la planta. Como el tiempo de transporte estimado es de 90 minutos (límite máximo que establece el CIRSOC 201), el Inspector teme que el tiempo de fraguado del hormigón sea superado.

M: Para una determinada clase de hormigón (en este caso, H-21), el tiempo de fraguado inicial (TFI) depende de varios factores, entre los que se destacan el tipo de cemento, el tipo y dosis del aditivo fluidificante y la temperatura del hormigón. Para determinarlo con precisión habría que tomar una muestra de ese hormigón y ensayarla según la IRAM 1662 (1). Sin embargo, si tuviera que dar un valor aproximado, diría que, para una temperatura entre 20 °C y 25 °C, ese valor podría ubicarse en el orden de 4 a 6 horas.

P: Qué alivio! Entonces, podré presupuestar el mismo H-21 que utilizo habitualmente, sin necesidad de tener que emplear un aditivo retardador de fraguado.

 

Como surge claramente de este diálogo, si bien al productor le inquietaba que el tiempo de transporte pudiera exceder el TFI del hormigón (lo cual, es absolutamente comprensible), no le preocupaba cómo resolver el aumento de consistencia que, inevitablemente, experimentaría la mezcla luego de 1,5 hora de agitación. Poniéndolo en blanco sobre negro, este productor entendía que, dado que el valor estimado del TFI del hormigón “excedía” holgadamente el tiempo de transporte esperado, no era necesario modificar su fórmula habitual, lo que hacía que él pudiera competir, en mejores condiciones, con otros productores de la zona que se ubican a menor distancia de la obra.

En mi opinión, este error de interpretación, en el que incurrían tanto el productor como el Inspector de la obra, obedece a la lectura incompleta y superficial de los textos normativo y reglamentario, que, en ocasiones, resultan algo confusos. No obstante, como esta consulta es repetida, me animé a compartirla con Uds., pensando especialmente en los estudiantes y jóvenes profesionales que recién se inician en este métier.

El CIRSOC 201-2005 (2), en el primer párrafo del artículo 5.4.2.4, establece que la descarga total del camión motohormigonero se debe producir antes de que el hormigón alcance su tiempo de fraguado inicial. Más adelante, en el art. 5.4.2.6, establece que, si este valor no se determina, la descarga del mixer debe completarse antes de los 90 minutos o 300 giros del tambor, contados a partir del momento en que el agua se pone en contacto con el cemento. El reglamento requiere, además, que en tiempo caluroso o en condiciones que favorezcan el endurecimiento del hormigón, el tiempo de transporte se limite a 60 min. Hasta aquí, todo parecería indicar que, mientras el tiempo total transcurrido hasta completar la descarga de mixer no supere el TFI del hormigón, no habría por qué preocuparse.

La norma IRAM 1666 parte I (3), en su art. 4.2.1.5, establece la misma limitación (90 minutos o 300 giros), aclarando que el usuario dispone de 30 min para completar la descarga, lo que deja 60 min para el transporte del hormigón.

Entre la norma IRAM 1666 y el CIRSOC 201, sin embargo, existe una diferencia conceptual importante. Mientras el reglamento trata este tema como un aspecto más del proceso de transporte del hormigón (artículo 5.4.2), la norma IRAM lo hace bajo el título Consistencia (artículo 4.2.1). En resumen, ¿qué es lo que estamos controlando con estas disposiciones? ¿el tiempo de fraguado del hormigón o el aumento de consistencia de la mezcla?

Durante el transporte, el hormigón experimenta un aumento de consistencia (4) que es necesario corregir cuando las propiedades de la mezcla (asentamiento, extendido, etc.) se ubican fuera del rango requerido por el proyecto.

El aumento de la consistencia del hormigón (pérdida de asentamiento) se produce por diferentes motivos, cada uno de los cuales posee un grado de participación que dependerá de cada caso particular:

  1. Absorción de agua por parte de los agregados (en caso de que éstos estén secos)
  2. Evaporación de agua
  3. Avance de la hidratación del cemento
  4. Consumo o degradación del aditivo en el tiempo
  5. Aumento en el contenido de arena y finos (en caso de emplear agregados con un alto valor de desgaste)

Más allá de los inconvenientes que un aumento importante de la consistencia, per se, puede provocar en la estructura (formación de nidos de abeja, juntas frías, etc.), los estudios (5) demuestran que, si la compactación del hormigón empleado en el moldeo de las probetas es completa, la resistencia a compresión del material no se ve afectada (figura 1). Este hecho se atribuye, principalmente, a la reducción de la relación agua/cemento que se produce por la absorción de agua por parte de los agregados y a la evaporación parcial del agua de mezclado.

 

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Figura 1. Variación de la resistencia del hormigón en función de la pérdida de asentamiento de la mezcla (adaptado de Kirca et al., en Cement and Concrete Research, Refer. 5)

 

El incremento de la consistencia del hormigón puede ser compensado mediante el agregado de agua, de un aditivo superfluidificante, o combinando ambos recursos (agua + aditivo).

Si la incorporación de agua no es tenida en cuenta al momento de la dosificación de la mezcla, la relación agua/cemento del hormigón será mayor a la teórica y, por ende, la resistencia obtenida será menor a la esperada.

Volviendo al ejemplo planteado al comienzo de esta nota, si se supone que la pérdida de asentamiento adicional que experimentará la mezcla (al icrementarse el tiempo de transporte en unos 60 min) es del orden de 5 cm (6), el incremento en la demanda de agua del hormigón podría rondar los 10 l/m3, lo que requeriría elevar el contenido de cemento de la dosificación en unos 20 kg/m3 para evitar una reducción en la resistencia (hecho que no había tenido en cuenta el productor de hormigón de esta historia).

Por ello, el CIRSOC 201 (art. 5.4.2.7) aclara que la cantidad de agua a agregar debe ser parte del agua total que corresponde a la dosificación de la mezcla y debe existir, además, un acuerdo entre el productor de hormigón y los responsables de la obra, acerca de la metodología para su medición, incorporación y control en obra.

En 2013, la norma ASTM C94 (7) exigía que la descarga del hormigón se completara dentro de los 90 min, o antes de que el tambor haya girado 300 revoluciones (lo que ocurriera primero), después de la introducción de agua. En 2014, esta norma eliminó el segundo límite (300 revoluciones) y hoy mantiene sólo el primero (90 min).

Este límite de los “90 min” ha existido dentro de la ASTM C94 durante más de 80 años, desde que apareció por primera vez en 1935. Se cree que un informe de Klieger (8), realizado a partir de experiencias de laboratorio, empleando cementos y aditivos que difieren significativamente de los actuales, es el origen de los datos que intentan validar este valor predeterminado.

La norma IRAM 1666 se encuentra actualmente en revisión dentro del Subcomité de Hormigones y sus Aplicaciones del IRAM. Si bien no ha salido aún a discusión pública, existe un consenso general con relación a que la descarga del hormigón debe completarse dentro de los 120 min, a contar desde el contacto del agua de mezclado con el material cementicio. El esquema de norma agrega que, cuando se utilicen aditivos que controlan la hidratación del cemento o prolongan el tiempo de fraguado, se pueden superar los límites de tiempo establecidos en el párrafo anterior, en función a la dosis y el efecto del aditivo a utilizar.

En los últimos años ha habido numerosos avances en el diseño de mezclas de hormigón, en la tecnología de los aditivos y cementos, así como en la comprensión de las interacciones de la química del cemento. En la actualidad, por ejemplo, existen sistemas desarrollados para ajustar el contenido de agua y/o aditivo del hormigón, en tránsito, en función de la consistencia de la mezcla y su temperatura (9). De esta manera, el valor del límite de tiempo puede basarse en “mediciones” en tiempo real de la mezcla fresca, que tengan en cuenta la condiciones de operación existentes al momento del transporte (variación de la temperatura ambiente, velocidad y número de giros del tambor, etc.).

Todo esto, seguramente, permitirá el progreso de la industria y el mejoramiento de la calidad del hormigón entregado. Lo más probable es que, en poco tiempo, la discusión del límite de los “90 minutos” quede en la más profunda obsolescencia, así como la actualidad de este artículo.

 

Referencias

  1. IRAM, Hormigones y Morteros – Determinación del tiempo de fraguado – Método de resistencia a la penetración, IRAM 1662, Junio 1995
  2. INTI-CIRSOC, Reglamento Argentino de Estructuras de Hormigón, CIRSOC 201, Julio 2005
  3. IRAM, Hormigón de cemento pórtland – Hormigón elaborado – Requisitos, inspección y recepción y métodos de ensayo, IRAM 1666 Parte I, Diciembre 1986
  4. Mehta, P.K., Monteiro, P.J.M, Concrete: Microstructure, properties and materials, The McGraw-Hill Companies, Inc., 2006
  5. Kirca, Ö., Turanli, L., Erdoğan, T.Y., «Effects of retempering on consistency and compressive strength of concrete subjected to prolonged mixing», Cement and Concrete Research, Vol. 32, 2002, 441-445
  6. Obla, K.H., Improving concrete quality, CRC Press, Taylor and Francis Group, NRMCA, 2015
  7. ASTM C94/C94M−17, Standard Specification for Ready-Mixed Concrete, Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04-02 (astm.org)
  8. Klieger, P., Effect of Mixing and Curing Temperature on Concrete Strength, ACI Journal, June 1958
  9. https://gcpat.com/en/solutions/products/verifi-transit-concrete-management
¿Qué estamos controlando? ¿La pérdida de trabajabilidad del hormigón o su tiempo de fraguado inicial?