Nota

Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco - Facultad de Ingeniería - Sede Comodoro Rivadavia

26 de Octubre de 2009 |

Predicen temperatura del hormigón a través de modelos matemáticos

Los ingenieros Ricardo Das Neves Guerreiro y Oscar Miura son los primeros en estudiar las propiedades térmicas de los materiales característicos de la región de Comodoro Rivadavia empleados en la ejecución de obras civiles. El trabajo constó de tres etapas: se instrumentó una obra de hormigón macizo para medir los cambios en la temperatura, luego se determinaron experimentalmente las propiedades térmicas de los agregados y del cemento, y por último se construyó un modelo matemático basado en elementos finitos, y de sus resultados se determinaron la bondad de las predicciones y la importancia relativa de los factores que participaron. El proyecto deja abierta la posibilidad de efectuar una futura investigación acerca del estudio de la distribución de tensiones térmicas y el análisis de los riesgos de fisuración.

Esta es la estructura compleja donde se desarrolló la experiencia de los modelos matemáticos.

En las estructuras de hormigón masivo las diferencias entre la temperatura de su interior con las de las caras exteriores suelen ocasionar fisuras que dependen del espesor y del calor generado durante la hidratación del cemento. Las fisuras provocadas por estas diferencias en las temperaturas fueron el motivo para que los ingenieros Oscar Miura y Ricardo Das Neves Guerreiro trabajaran con modelos matemáticos.

Este innovador método les permitió llevar adelante el “Estudio y predicción de la evolución de temperatura en una estructura de hormigón masivo en la zona de Comodoro Rivadavia”, que forma parte de un proyecto iniciado en el Laboratorio de Investigaciones de Suelos, Hormigones y Asfaltos, de la UNPSJB.

Los profesionales trabajaron en las propiedades y características de los componentes de la mezcla. Si bien este método puede emplearse en todas las estructuras de hormigón, resulta principalmente útil en aquellas cuyos espesores son importantes. Los materiales estudiados son los característicos de la región.

El hormigón masivo es un material poroso con propiedades particulares que vuelven su análisis bastante dificultoso. La ventaja de los modelos matemáticos es que permiten hacer frente tanto a las formas complejas de las estructuras de hormigón como a las variaciones producidas por el paso del tiempo y a las exposiciones ambientales.

La metodología de trabajo constó de tres etapas. En la primera, se instrumentó una obra de hormigón macizo para medir los cambios en la temperatura. En la segunda, se determinaron experimentalmente las propiedades térmicas de los agregados y del cemento a partir de ensayos y en la tercera etapa, se construyó un modelo matemático basado en elementos finitos, y de sus resultados se determinaron la bondad de las predicciones y la importancia relativa de los factores que participaron.

Miura y Das Neves Guerreiro establecieron los valores para el calor específico de los agregados y la conductividad del hormigón. Este aspecto del estudio es relevante ya que no existían registros previos de que estas propiedades hayan sido validadas experimentalmente. Lo mismo sucede con el calor de hidratación del cemento puzzolánico, para el que es muy difícil encontrar referencias. En cuanto a las propiedades térmicas de los hormigones para esta zona, tampoco se hallaron registros de investigaciones referidas al tema.

Para predecir la evolución de la temperatura, fue necesario obtener datos acerca del calor específico del hormigón, de sus componentes y de la variación temporal de la liberación del calor y su magnitud final. También se analizó la conductividad del hormigón y del suelo de fundación y la radiación solar. Se estudiaron las variaciones de las propiedades térmicas del hormigón durante la hidratación como consecuencia de los cambios químicos y físicos que se producen. De este modo, logró predecirse con adecuada precisión la evolución de la temperatura.

“Esto resulta muy conveniente, -relató a InfoUniversidades Das Neves Guerreiro- porque desde un punto de vista práctico, incorporar este fenómeno físico al modelo requiere la utilización de herramientas informáticas específicas, o un trabajo importante de adaptación de los programas generales de elementos finitos. Entonces, no resultaría adecuado para las aplicaciones ingenieriles” y aclaró que “esta aseveración no debe generalizarse, en particular para casos de piezas de mayor superficie específica”. Existen herramientas más sencillas, como las basadas en fórmulas o gráficos, pero sólo son útiles para predecir la temperatura máxima que se genera en el centro de la pieza y no permiten predecir el gradiente de temperatura.

Norma Escalante
Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco

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