Detalles de la Norma Chilena 170 Referidos a Di seño
La nueva Norma Chilena 170 de Hormigones se encuentra al final de su es tudio. Por esto se requiere algún VºBº de los diseñadores en los puntos que se d etallan a continuación. Estos puntos se exponen con los antecedentes existentes en ACI, en investigación, en pr áctica constructiva y con comentarios del suscrito. Todo lo expuesto a continuación se ha discutido con varios ex presidentes del Comité ACI 318, quienes lo han encontrado bien. Los puntos que requieren opinión de los diseñadores son los que tienen influencia en la fisuración del hormigón como son las juntas de contracción y el curado, y en los tiempos de desmolde, especialmente de elementos en flexión. Un aspecto que indica ACI en varios de sus documentos es que el hormigón siempre se fisura. Esto obliga a aplicar soluciones diferentes a que si se considera que el hormigón podría no fisurarse. Cada uno de los puntos de tratará en forma y en secciones independientes en este documento. Se adjuntan los documentos de respaldo:
DATO: La nueva norma chilena NCh 170 clasifica los hormigones por la resistencia cilíndrica y s e denominan con una G. Esto significa que las resistencias de especificación deben ser aproximadamente 50 kg/cm2 menores a lo que estamos acostumbrados con resistencias cúbicas de la norma anterior y denominados con H.
1. Juntas de Hormigonado (Solución para fisuración y mejor comportamiento estructural)
A este respecto se enviaron en Mayo los documentos respectivos, los que se r epiten o se resumen aquí. ACI indica en todos los documentos correspondientes que el hormigón siempre se fis ura. 1.1. ACI indica que existen 3 tipos de juntas: 1.1.1. Juntas de Construcción . Estas juntas son las correspondientes a las etapas diarias de construcción, en que se coloca un hormigón nuevo contra uno antiguo, se utiliza el factor de roce (11.7.4.3). ACI 318 indica que estas juntas deben tene r una rugosidad con una amplitud de 6 mm (11.7.9). No se indica como obligatoria la colocación de puente de adherencia, pero lo indica como alternativa. 1.1.2.Juntas de Contracción . ACI 224 “Fisuración del Hormigón” indica que es necesario generar juntas de contracción, de alivio de tensiones, para localizar las fisuras en lugares conocidos. ACI indica que estas juntas son similares a las de construcción, y qu e su distancia debe ser menor a 7,6 metros. La PCA indica que esta distancia deb ería ser menor a 6,1 metros. Estas juntas deberían estar indicadas en el proy ecto de diseño. En elementos masivos, las juntas deberían estar entre 12 y 18 metros de distancia. 1.1.3.Juntas de Expansión . Son las necesarias para separar completamente las estructuras. 1.2. Las juntas deben cumplir con una suficiente resistencia al corte. ACI indica que el único aporte del hormigón en elementos en flexión, además de su resistencia a compresión, es la resistencia al corte. Esta resistencia al corte se consigue con la rugosidad de la j unta y su amplitud debe ser de 6 mm. No requiere nada más. 1.3. Si el hormigón cumple con la resistencia al corte, la junta puede ser en cualquier ubicación, y permite que el corte en elementos en flexión sea al borde de vigas o muros. 1.4. Estas juntas permiten ubicar las fisuras en lugares menos visibles estéticamente y evitar costos de posventa. 1.5. Las juntas de contracción en elementos masivos permiten alivio de tensiones, tanto por efectos térmicos, lo que disminuye el efecto de altas temperaturas del hormigón, y de retracción hidráulica. Estas juntas también permiten ubicar las fisuras en lugares distanciados de los elementos estructurales con mayor esfuerzo. 1.6. Estas juntas de contracción en hormigones masivos permiten una mucha mejor programación de los hormigones y poder realizar faenas en j ornadas de tiempo normal, lo que mejora la calidad de colocación de los hormigones y disminuye problemas de abastecimiento de hormigones.
COMENTARIO 1.1: El corte de hormigonado en los bordes de viga o m uro generan un importante ahorro de moldajes, al no necesitarse los moldajes para soportar el tercio de losa al cortar en el tercio de la luz. COMENTARIO 1.2: La experiencia del suscrito es que las losas mantenidas en volado, al cortarlas al tercio de la luz, generalmente se fisuran pegado a la viga o muro. La razón de esto es que al colocar el hormigón fresco en el resto de la losa, se producen pequeñas deformaciones del moldaje que son resistidas por la losa en v olado con aún baja resistencia del hormigón. COMENTARIO 1.3: Al no tener losa en volado, se evitan las alzaprimas externas a la losa completa hormigonada, lo que permite un movimiento de moldes mucho más expedito. I ncluso se pueden utilizar moldes sin desarmarlos completamente, soportados en ruedas y trasladados mediante ellas. Esto mejora sustancialmente los rendimientos constructivos. COMENTARIO 1.4: Cuando ACI habla de j untas de contracción, propone eliminar toda l a armadura que pase por ella o la mitad en caso de necesidad estructural. La experiencia en Chile ha sido manteniendo toda la armadura continua, y co n buenos resultados. Esta experiencia chilena no altera en nada el diseño estructural, si se mantiene la resistencia al corte como indica ACI.
ACI 224 indica que las juntas deben tener la rugosidad especificada por ACI 318 de amplitud de 6 mm y que deben construirse de modo de evitar adherencia. Estas juntas se comportan como las fisuras. El uso de malla de alambre con abertura de 25 mm (1”) permite obtener la rugosidad con la amplitud especificada. Esto hace que no sea necesario el tratamiento de las juntas ver ticales y que deban pintarse con desmoldante para generar la superficie sin adherencia. Esta ha sido una importante innovación al proceso constructivo. El uso de esta malla se ha hecho habitual en la construcción con muy buenos r esultados. Obras de edificación en altura, en que las losas se cortaron al borde de la losa con esta malla, no presentaron problemas en el terremoto. En minería se está utilizando esta metodología para generar cortes verticales en fundaciones masivas. Como ejemplo se puede indicar que Codelco lo ha autorizado en la fundación del molino de Ministro Hales, lo mismo que Fluor en Caserones. Se está utilizando en losas gruesas de fundación bajo la napa, para generar las fisuras en lugares programados y poder sellarlas con cordón bentonítico.
PROPOSICION PARA NORMA NCh 170
10.5 Juntas de hormigonado 1 0 . 5 . 1 Se entiende por junta de hormigonado, a la unión que se debe realizar durante el hormigonado para mantener la resistencia al corte de dos secciones contiguas cuando se diseña
una junta de contracción para aliviar tensiones de retracción o se ha producido una interrupción que supera el período plástico del hormigón. 1 0 . 5 . 2 El proyecto debe establecer la ubicación de las juntas de hormigonado, tanto de construcción como de contracción. Cualquier modificación en obra y/o juntas no programadas debe ser autorizada por el proyectista. 10.5.3 Cualquier interrupción no prevista del hormigonado debe ser tratada como junta de hormigonado, y se debe proceder como en 10.5.2. 10.5.4 En la preparación y ejecución de la junta de hormigonado se deben adoptar procedimientos que aseguren la resistencia al corte del hormigón, exigida por ACI 318. 10.5.5 La rugosidad de la junta debe ten er una amplitud de 6 mm., tanto las juntas de construcción como las de contracción. 10.5.6 Las juntas de hormigonado no requieren adherencia entre el hormigón antiguo y el nuevo. Estas juntas se pueden utilizar como juntas de contracción para ubicar las fisuras principales. En este caso deben ser sin a dherencia para generar alivio de tensiones. 10.5.7 En elementos en flexión, las juntas verticales pueden ubicarse en cualquier ubicación, prefiriéndose los bordes de muros o vigas. 10.5.8 En elementos verticales, las juntas horizontales deben ubicarse bajo fondo de viga o de losa. 10.5.9 Las distancias entre juntas de contracción, para administrar fisuras, no deben exceder 7,6 metros en elementos no masivos ni 18 metros en elementos masivos. Esta puede quedar para los diseñadores
2. Curado del Hormigón (Solución para mejorar ancho de fisuras)
Antiguamente, cuando la retracción de los hormigones era del orden de 400 a 600 micrones (0,4 a 0,6 mm por metro), con un curado largo en el tiempo se lograba evitar que las tensiones de retracción fueran superiores a la resis tencia del hormigón y se podía evitar la fisuración. Los hormigones de esa época eran de menor r esistencia y rigidez y mayor creep, lo que ayudaba a esto. Los hormigones actuales tienen retracciones superiores a 1.000 micrones (1 mm por metro) y más cercanas a los 1.200 micrones. Además se es tán utilizando en diseño estructural hormigones de bastante más resistencia y rigidez y menor cr eep. Esto hace que por largo que s ea el tiempo que se cure, el hormigón siempre se fisurará. En estas condiciones con fisuración, es recomendable diseñar la posición de las fisuras en la estructura y tratar de tener fisuras de menor espesor. El posicionamiento de las fisuras se logra con las juntas de contracción. Respecto al curado, un mayor tiempo de curado aumenta el espesor de las fisuras y las separa entre sí. La razón de esto es que el curado solo retarda la retracción. En condiciones de curado prolongado, la fisura se produce con una mayor resistencia del hormigón. La resistencia del hormigón e s siempre creciente en el tiempo. Al producirse la fisura, dado que las tensiones serán siempre mayores a la resistencia del hormigón, la tensión interna baj a a cero y se genera una fuerza equivalente a la tensión de resistencia del hormigón al momento de fisurarse multiplicada por el área del elemento fisurado. Al ser el ár ea constante, a mayor resistencia del hormigón al momento de fisurarse, mayor será la fuerza generada y mayor será el grueso de la fisura. La ecuación es la siguiente:
F = σ x A
Siendo: σ la resistencia del hormigón al momento de producirse la fisura A el área de la fisura en el elemento Otro aspecto importante de los hormigones modernos es que son más impermeables que los antiguos. Esto hace que el recubrimiento sea capaz de prot eger la pérdida de humedad del hormigón en el núcleo, que es el estructural. Ensayos con testigos de hormigones de muros no curados han mostrado que no existe pérdida de resistencia en el hormigón entre las armaduras. ACI 308 discute sobre la forma y tiempo de curado. En general dice “Curing should be continued until the required concrete properties have developed or until there is a reasonable assurance that the desired concrete properties will be achieved after the curing measures have been terminated and the concrete is exposed to the natural environment. Otro párrafo indica que los efectos de curado no penetran tras el recubrimiento y dice: Cather (1992) defined the curing-affected zone as that portion of the concrete most influenced by curing measures. This zone “
extends from the surface to a depth varying from approximately 5 to 20 mm (1/4 to 3/4 in.), depending on the characteristics of the concrete mixture, such as w/cm and permeability and the ambient conditions.
COMENTARIO 3.1: Con estos antecedentes, es conveniente curar lo menos posible, para generar una fisuración más delgada. COMENTARIO 3.2: Lo recomendable sería no curar hormigones de resistencia cilíndrica mayor a 250 kg/cm2 (actual H30), dado que muestran una impermeabilidad suficiente al momento del retiro de los moldes. Esto se ha estado haciendo en la mayoría d e las obras con buenos resultados. COMENTARIO 3.3: En elementos horizontales, siempre debe curarse la superficie expuesta. COMENTARIO 3.4: Elementos que requieren durabilidad por ataques externos, como clorur os, sulfatos y otros, deben curarse hasta obtener el 100 % de su resistencia de diseño. Este curado permite asegurar que el espesor total del recubrimiento cumple con las condiciones de impermeabilidad necesarias para soportar los ataques al hormigón o la armadura.
PROPOSICION PARA NORMA NCh 170
1. Elementos verticales con hormigones H30 o superior no requieren curado luego d e retirados los moldes 2. Elementos con hormigón de resistencia inferior a H30 deberán curarse por 3 días. 3. Elementos con hormigones de cualquier resistencia, expuestos a aguas con cloruros, sulfatos o sometidos a ataques químicos externos deberán curarse hasta que el hormigón alcance su resistencia de diseño. 4. Las superficies superiores de elementos horizontales, como losas, se deberán curar hasta que el hormigón alcance el 75% de su resiste ncia de diseño. 5. Las losas de pavimento se curarán hasta que el hormigón alcance la r esistencia de diseño.
3. Desmolde de Elementos en Flexión (Solución para mejorar comportamiento y procedimientos constructivos)
El ICH realizó una investigación al respecto, la que mostró que con una resistencia cúbica de 120 kg/cm2 la deformación era muy similar a las deformaciones con desmolde con la r esistencia de diseño del hormigón. Se adjunta documento al respecto. Lo más interesante de esta investigación fue que los elementos desmoldados antes mostraron menor deformación en el largo plazo. Esto muestra que lo conveniente es desmoldar lo antes posible. Se propone una resistencia cilíndrica del hormigón de 120 kg/cm2 (equivalente a 150 kg/cm2 cúbica) con re-apuntalamiento. COMENTARIO 2.1: Esta resistencia es la correspondiente a má s del 75% de una losa con hormigón de resistencia cúbica de 200 kg/cm2, aceptable para diseño de hormigón armado) El procedimiento para ejecutar este desmolde temprano es medir resistencia del hormigón en la estructura (mediante madurez u otro método). También se deben evitar carg as de construcción antes del re-alzaprimado. Esto se puede conseguir mediante el uso de frazadas, las que aceleran la resistencia y permiten señalar a la ITO que la losa no puede ser cargada. Esta frazada se r etira una vez alcanzada la resistencia delo hormigón, ejecutado el desmolde y colocado el re-alzaprimado. COMENTARIO 2.2: Esta forma de procedimiento es m ás segura que la actual, donde no se controla la carga de construcción y el desmolde se realiza con ella sobre la losa. La importancia de solicitar esta resistencia es que con hormigones H30 y frazadas, la resistencia de 120 kg/cm2 cilíndrica se obtiene antes de 48 hrs. Esto significa mantener los moldajes por dos noches y un día. Con esta rapidez, la secuenci a constructiva no se altera al retardar por sól o un día la colocación de carga de construcción sobre la losa. En caso de colocar elementos de construcción sobre la losa, sin control, la resistencia a compresión propuesta es de 150 kg/cm2 cilíndrica (200 kg/cm2 cúbica), mayor que 75% de un actual H 25. El re-alzaprimado debe realizarse siempre, para minimizar la deformación de creep. Este debe mantenerse al menos hasta que el hormigón alcance el 75% d e la resistencia de diseño. En caso de construcción en altura, el re -alzaprimado se mantiene en los pisos necesarios para soportar la carga del hormigón fresco de la losa superior. COMENTARIO 2.3: Este procedimiento permite ahorrar más de un 30% de cantidad de moldaje necesario en la faena, con su correspondiente reducción de costos. También permite acelerar el sistema constructivo. COMENTARIO 2.4: Este procedimiento de desmolde, con e stas resistencias, se ha utilizado y se está utilizando sin ningún problema de deformaciones excesivas. La primera vez q ue se ejecutó fue en losas de subterráneo de un edificio habitacional. Las deformaciones medidas con el retiro total de moldes al alcanzar el hormigón los 120 kg/cm2 de resistencia cilíndrica, fueron de no más de 3 mm
en losas de 6,8 x 7,3 metros. Los tiempos de obtención de la resistencia del hormigón fueron entre 24 y 32 horas en verano (en Santiago) y entre 30 y 48 horas en invierno. Esto permitió establecer un ritmo con retiro de moldes a primera hora del día sub siguiente al de hormigonado. En este caso no se utilizó frazadas, lo que permitiría una mayor resistencia temprana. COMENTARIO 2.5: ACI indica que si no se realiza re-alzaprimado, las alzaprimas se deben soltar y volver a tensar para que los elementos en flexión trabajen con su deformación elástica, en conjunto con los superiores. COMENTARIO 2.6: Las deformaciones medidas debidas al proceso constructivo, con este procedimiento, hacen innecesaria la contra-flecha, a menos que el diseño establezca deformaciones grandes, por bajo espesor de las losas.
PROPOSICION PARA NORMA NCh 170
1. El desmolde de moldes verticales se ejecutará a las 12 horas 2. El desmolde de losas y vigas se podrá realizar cuando el hormigón en la estructura alcance una resistencia cilíndrica de 120 kg/cm2 (150 kg/cm2 cúbica) si se encuentra sometida sólo a su peso propio. 3. Para ejecutar el punto 1. la losa no podrá tener ningún elemento de construcción sobre ella. 4. Una vez retirada la totalidad de los moldes, se procederá a colocar alzaprimas para evitar deformaciones. El re-alzaprimado debe realizarse en la misma jornada del retiro de los moldes. 5. Las losas se protegerán con frazadas hasta el momento de desmolde. Una vez realizado el re-alzaprimado se sacarán las frazadas y la losa se podrá cargar. 6. En caso que la losa tenga elementos de construcción sobre ella o cualquier sobre carga, el retiro de moldes se hará con una resistencia cilíndrica del hormigón de 160 kg/cm2 (200 kg/cm2 cúbica) 7. El ingeniero calculista podrá indicar otros plazos para desmolde.
8. Otros a.
Aceptación del hormigón por resistencia (ACI 318 y ACI 214R)
Existe un problema en la forma de aceptación de los hormigones. La Norma Chilena NCh 1998 acepta dos formas de evaluar los hormigones. ACI 318 utiliza una sola , que es la del promedio móvil. Sin embargo ACI indica dos condiciones para aceptar los hormigones y no sólo el promedio móvil. Estas condiciones son: 1. El hormigón debe cumplir con una resistencia media que ACI 318 denomina f cr en 5.3.2. Una vez determinada la dosificación para alcanzar esta resistencia media, no se puede cambiar y basado en este valor inicial se acep ta el hormigón en base al promedio móvil. 2. El hormigón debe cumplir con las condiciones de promedio móvil de tres muestras y ninguna bajo cierta resistencia 5.6.3. En Chile estamos utilizando el promedio móvil sin tener en consideración la resistencia media del hormigón. La consideración de la resistencia media hace que el promedio móvil sea equivalente a la resistencia característica total de las muestras de la obra. ACI 318 basa su criterio en el concepto en que la obra cuenta con una dosificación inicial, que no se puede cambiar. Esta dosificación se establece por la resistencia media, determinada con los factores que indica ACI.
b. Efecto de aditivos Los aditivos modernos están generando una retracción autógena (en estado plástico) muy alta. Esto está produciendo problemas importantes de fisuración en las estructuras. Estas fisuras se caracterizan porque las fisuras se cortan a 120 º. Esta forma de fisuración corresponde a una masa que tiene tensiones similares en todas direcciones. ACI indica que el hormigón debe diseñarse sólo con agua hasta obtener cono 5 cm y luego , a esta dosificación, agregar los aditivos requeridos. En Chile esto no se está cumpliendo. Esto hace que la relación agua aditivo sea tal que genera hormigones que segregan internamente, pegajosos, difíciles de platachar, que dejan huecos grandes superficiales y muchos huecos superficiales chicos. Esta relación agua a aditivo también genera una mayor re tracción en la vida inicial del hormigón. Las siguientes fotos muestran una superficie con aditivos, las dos primeras y sin aditivos, la inferior, en una misma obra, sin alterar el proceso de colocación. Ambos hormigones tienen igual cono.
Se acompaña artículo en CI donde se dice que la retracción autógena puede llegar a 200 micrones (0,2 mm por metro), cuando el hormigón aún no tiene resistencia para soportar las tensiones generadas. Este problema lo generan la finura del cemento y la acción de los aditivos. En Chile los cementos son muy finos. Esto ha llevado a especificar que el hormigón, g uardado en una carretilla a la sombra y cubierto, no pierda más de 3 cm de cono en 1 hora, como control del exceso de dosis y efecto de los aditivos.
PROPOSICION PARA NORMA NCh 170
El hormigón deberá mantener la trabajabilidad por 1 hora, con una pérdida de cono máxima de 3 cm, dejado en una carretilla a la s ombra y cubierta.
JUAN PABLO COVARRUBIAS Ing. Civil PUC, MSc, PhD, FACI
