La necesidad de infraestructura adecuada y de otras estructuras que permitan la continuidad de la productividad minera han generado que sea cada vez más frecuente la aplicación del vaciado masivo de concreto. En este informe conoceremos detalles de su elaboración, así como de su aplicación en proyectos mineros.
Llamamos vaciado masivo de concreto a la colocación de gran volumen de concreto en una obra determina con especificaciones particulares. El American Concrete Institute (ACI) en 3 de sus comités lo define de las siguientes maneras:
ACI 116 – Terminología del cemento y del hormigón: “cualquier elemento de grandes dimensiones que genere que se tomen medidas preventivas para contrarrestar la generación de calor interior debido a la hidratación de cemento causando cambios volumétricos y con esto, fisuras o grietas”.
ACI 211.1R-91 – Standard practice for selecting proportions for normal, heavyweight and mass concrete: “muchos elementos estructurales de grandes dimensiones pueden ser lo suficientemente masivos como para que se tome en cuenta la generación de calor, particularmente cuando las dimensiones mínimas de la sección transversal de un elemento estructural se aproximan o exceden de 2 a 3 pies (0.61 a 0.91m) o cuando se utilizan contenidos de cemento por encima de 600 lb/yd3 (356 kg/m3)”.
ACI 301-16 – Specifications for Structural Concrete: el concreto masivo es el “volumen de concreto estructural en el que la combinación de las dimensiones del elemento a vaciar, las condiciones de contorno, las características del concreto y las condiciones ambientales pueden provocar esfuerzos térmicos indeseables, agrietamiento, reacciones químicas nocivas o reducción de resistencia a largo plazo como resultado de la elevada temperatura del concreto debido al calor de la hidratación”.
En base a estas definiciones de la American Concrete Institute, el Ing. Pablo Peña en Recomendaciones técnicas para vaciados de concreto masivo (2020, p.5) indica que el criterio para considerar un vaciado de concreto como masivo “es el riesgo a la fisuración por cambios volumétricos originados por el calor generado o debido a la propia hidratación del cemento (comportamiento térmico), el espesor de la sección mínima del elemento a vaciar, la cantidad y el tipo de cemento (calor de hidratación) a utilizar en la dosificación de la mezcla”.
Y es que, particularmente, el concreto que será colocado de manera masiva tiene un manejo especial para evitar daños causados por el calor interno o por un posible gradiente de temperatura excesiva. Es sabido que la característica que distingue al concreto masivo de otros tipos de concreto es su comportamiento térmico. Por lo cual, el aumento o disminución de la temperatura en la masa de concreto puede generar complicaciones en la obra.
Elaboración del concreto para vaciado masivo
Para elaborar un correcto concreto que pueda ser vaciado adecuadamente de manera masiva se deberá, en primer lugar, elegir los materiales adecuados que lo compondrán: agregados, agua, cemento, adiciones y aditivos.
Agregados: en una mezcla de concreto, ocupan aproximadamente el 60 % de su volumen y el 75 % de su peso. Tienen una fuerte repercusión en las propiedades del concreto fresco y endurecido. En el caso del concreto masivo, la temperatura del agregado tiene una influencia primordial.
Agua: el agua de amasado debe ser refrigerada para obtener temperaturas hasta de 4 °C. Incluso, Fernando Gastañaudi, superintendente de Gestión de Calidad de Cementos Pacasmayo, comenta que, en la costa peruana, sobre todo en zonas donde predominan los climas cálidos, se puede considerar reemplazar parte del agua de mezcla por hielo, con la finalidad de bajar la temperatura del concreto fresco. Tanto el agua como el hielo deben cumplir con la NTP 400.037 o ASTM C33.
Cemento: este material es el único que genera reacción exotérmica cuando reacciona con el agua. Por ello, el representante de Cementos Pacasmayo indica que se debe considerar el empleo de cementos de moderado calor de hidratación: MH, MS (MH), conforme a la NTP 334.082.
Por su parte, el Ing. Peña señala que tanto el cemento como las adiciones deben ser lo menos exotérmico posible sin dejar de ser compatibles con los requerimientos de resistencia del concreto. Además, señala que es recomendable utilizar cementos de bajo o moderado calor de hidratación conforme a la norma ASTM C150/NTP 334.009 (Cementos Portland), la norma ASTM C595/NTP 334.090 (Cementos Portland Adicionados), la norma ASTM C1157/NTP 334.082 (Cementos Portland Performance) o Cemento Portland con cenizas volantes clase F o cemento con escorias (p.7).
Adiciones: son utilizadas para reducir las cuantías de cemento en la mezcla, con el fin de tener un mayor control de la temperatura, ya que no tienen una reacción inicial exotérmica.
Aditivos: según Gastañaudi, en este tipo de concreto se suelen usar aditivos reductores de agua y retardantes conformes a la NTP 334.088, con el fin de disminuir el agua y el cemento, así como de mantener bajo control el tiempo de fraguado, que puede acelerarse por el efecto masa.
Es muy importante tener en cuenta que la reacción química entre el agua y el cemento es exotérmica, por lo que la temperatura en el concreto aumentará y si este es masivo no se disipará rápidamente. Por ello, para lograr realizar un correcto vaciado masivo de concreto, sugiere monitorear y mantener bajo control el gradiente térmico entre el interior y la superficie del elemento masivo.
Aplicación en proyectos mineros
El desarrollo de proyectos mineros requiere de la construcción de la infraestructura adecuada que garantice el incremento de la productividad de esta industria. Para ello, el concreto se ha convertido en un material fundamental que permite que las actividades en este sector se realicen de la mejor manera posible, ya que con este elemento se construyen estructuras, se sostienen túneles y hasta se logran extender pavimentos.
Para ello, en muchos casos se requiere de la aplicación masiva de concreto. El vocero de Cementos Pacasmayo, subraya que es muy importante tener en cuenta que la reacción química entre el agua y el cemento es exotérmica, por lo que la temperatura en el concreto aumentará y si este es masivo no se disipará rápidamente. Por ello, para lograr realizar un correcto vaciado masivo de concreto, sugiere monitorear y mantener bajo control el gradiente térmico entre el interior y la superficie del elemento masivo.
“El ACI 301M indica que la temperatura del concreto después de colocado no debe exceder los 70 °C y la diferencia de temperatura máxima entre el centro y la superficie de colocación no debe exceder los 19 °C”, refiere.
Asimismo, anota que se debe considerar que un elemento masivo tendrá un cambio de volumen, asociado al aumento y disminución de la temperatura en la masa de concreto, lo cual ocasionará deformaciones y esfuerzos significativos “que en algunos casos puede causar la pérdida de estabilidad e integridad de las estructuras, por grietas en las cuales adicionalmente se tendrá filtraciones que pueden ser perjudiciales en un proyecto minero”.
En tal sentido, Gastañaudi asegura que es vital tener en cuenta las especificaciones para la elección de los materiales para su elaboración y las consideraciones para su correcta colocación. Sobre esto último, explica que se realiza mediante cualquier método conocido en la industria de la construcción. Empero, resalta que es importante que en los elementos grandes se asegure la frescura de la capa donde se colocará la siguiente, lo cual se logra a través de una serie de capas horizontales escalonadas.
“La colocación del concreto en cada capa se extiende a lo ancho del elemento y se va exponiendo solamente pequeñas áreas de concreto a la vez”, refiere. La siguiente imagen ilustra el orden de las capas.
Asimismo, el equipo y el método utilizados para colocar el concreto masivo deben evitar la separación de agregado grueso del concreto. Si se presentan aglomeraciones o bolas de concreto, húmedas en la superficie, pero secas en su interior, estas se deben romper e integrar o desechar antes de colocar el concreto.
De igual manera, es esencial llevar el registro detallado de la temperatura de mezclado, de salida, de llegada, de colocación y el récord de evolución durante los primeros 3 días.
El superintendente de Gestión de Calidad de Cementos Pacasmayo agrega que es relevante que quien se encargue de la producción del concreto para elementos masivos tenga dominio de los procesos químicos del concreto, así como de su intensidad y cinética, que generalmente son controladas por composición y finura del cemento, uso de adiciones minerales, cantidad y calidad de pasta en el concreto, uso de aditivos químicos y tratamientos térmicos.
Retos
De acuerdo con Gastañaudi, en proyectos mineros, como la mayoría de estos se desarrollan en la sierra peruana, el clima frío puede favorecer inicialmente la obra. Esto debido a que la temperatura de los materiales con los que se prepara el concreto siempre será baja y en muy pocos casos se requerirá calentarlos para un vaciado masivo. Sin embargo, el factor frío también puede generar situaciones adversas.
“Este mismo clima frío puede ser perjudicial, porque incrementará el gradiente térmico entre la superficie y el interior de un elemento vaciado. El principal reto será encontrar ese equilibrio, mediante la protección de un elemento vaciado en sus primeras horas y días de edad”, puntualiza
