Cuando se prepara un concreto y se vierte en el lugar de trabajo, se produce una reacción exotérmica y la temperatura comienza a aumentar, la cual debe controlarse para tener un producto de alta calidad (proceso de curado). La madurez del concreto es un indicativo que representa el progreso del fraguado y se basa en una ecuación que toma en cuenta la evolución de la temperatura del concreto en el tiempo y la ganancia en su resistencia. El método se basa en la norma ASTM C1074, que proporciona dos funciones de madurez: 1) la función de Nurse-Saul; y 2) la función de Arrhenius. En este caso, hablaremos de 1) Nurse-Saul.

En el método de Nurse-Saul, hay una relación lineal entre la madurez y la temperatura en tiempo real, por lo que, midiendo los cambios de temperatura a través del tiempo, podemos saber la madurez y su relación con la ganancia en resistencia. La suposición subyacente es que la resistencia desarrollada por el concreto es una función lineal de la temperatura de hidratación, la siguiente ecuación muestra la relación entre la madurez y el historial de la temperatura de hidratación:

M(t)=Σ[(T_a-T₀)xΔt]

donde M(t) es el índice de madurez al tiempo t; T_a es la temperatura promedio durante el intervalo de tiempo Δt; T₀ es la temperatura de referencia. La ASTM C1074 proporciona un procedimiento estándar para encontrar la temperatura de referencia para una mezcla específica. Sin embargo, muchos estudios sugieren que una estimación práctica de ésta es entre 0 °C y -10 °C, que es la temperatura a la cual la hidratación de la pasta cementosa se detiene y, por tanto, cesa el desarrollo de la resistencia del concreto. Aquí, por simplicidad del uso de la ecuación 1, tomamos la temperatura de referencia igual a 0°C.

Entonces el problema se reduce a tomar lecturas de la temperatura a través del tiempo a partir de que el concreto se vierte. Sin embargo, falta la relación con la resistencia a la compresión, por lo que se debe desarrollar la curva madurez-resistencia. Esta curva representa la relación entre el índice de madurez y la resistencia a la compresión para una mezcla específica de concreto. Para esto, especímenes cilíndricos de concreto deben ser moldeados apropiadamente, y después almacenados en condiciones semi adiabáticas de curado. Un cierto número de cilindros de concreto (i.e. al menos dos especímenes de concreto) se deben equipar con los sensores de temperatura para monitorear el historial de la temperatura de hidratación. La resistencia a la compresión del concreto entonces se mide a 1, 3, 7, 14 y 28 días.

El índice de madurez se calcula al tiempo que se hacen las pruebas de resistencia, usando la Ecuación 1. Estos datos se grafican y entonces se ajusta la mejor curva para los datos de resistencia respecto de los datos de índice de madurez. Aquí es importante notar que la mezcla de concreto a probar sea la misma que será usada en el proyecto de construcción. Cualquier desviación del diseño de mezcla original (tal como la proporción agua-cemento, contenido de cemento, etc.) reduce la precisión del método de madurez para estimar la resistencia a la compresión.

Una vez que se desarrolla la curva madurez–resistencia, se puede usar para estimar la resistencia del concreto en el lugar usando el historial de la temperatura de hidratación. Así, el historial de temperatura de los elementos de concreto debe grabarse después de verterlo usando sensores en los lugares que son generalmente críticos en términos de condiciones de exposición, curado y requerimiento estructural. Pruebas de rutina de control de calidad deben hacerse para asegurar la precisión de la curva de madurez–resistencia, pues estos controles minimizan cualquier error en la estimación de la resistencia en el lugar, debido a las limitaciones inherentes del método de medición de madurez del concreto.

Algunas de las limitaciones importantes de este método son las siguientes:

• El concreto en el sitio no es representativo del concreto usado para desarrollar la calibración en el laboratorio. Esto debido a cambios en los materiales, la razón agua-cemento, contenido de aire, método de proceso por lote, etc.
• El concreto en el sitio no se coloca, consolida, cura, etc., apropiadamente.
• Temperaturas muy altas a edades tempranas pueden provocar estimaciones inadecuadas de la resistencia a edades posteriores;
• El uso de una temperatura de referencia (para la función de Nurse-Saul) que no es representativa de la mezcla de concreto puede resultar en una incorrecta estimación de la resistencia.

Se han desarrollado diversos dispositivos medidores de madurez que pueden medir la temperatura de hidratación del concreto en tiempo real, la mayoría incluyen un sensor de temperatura embebido en los elementos de concreto que se conecta por cable al analizador de datos. Alternativamente, una simple termocupla se puede embeber en el concreto para monitorear la temperatura conectándola también a un analizador de datos. Los datos se extraen y se usan para calcular el índice de madurez y para estimar la resistencia del concreto a partir de la curva de madurez.

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Nota original: https://www.giatecscientific.com/education/concrete-maturity-in-situ-compressive-strength/