Concreto en Condiciones Extremas de Temperatura Ok

CONCRETO EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA

ING. OMAR DUEÑAS ROSPIGLIOSI

IV CURSO DE ACTUALIZACION PARA

OBTENER EL TITULO PROFESIONAL

DE

INGENIERO CIVIL

UNJBG

CONCRETO EN CONDICIONES EXTREMAS DE TEMPERATURA

INTRODUCCION

Consideramos que se trabaja en condiciones normales cuando la temperatura ambiente varia entre 5ºC y 30ºC, y si esta excede los limites anteriores podemos decir que estamos en condiciones especiales de temperatura, debiéndose recurrir a practicas especiales para evitar que se produzcan variaciones en el concreto por los efectos de una baja o alta temperatura sobre la fragua del cemento y el agua de amasado.

La tecnología del concreto basa sus pautas en general en condiciones de temperatura de mezcla de alrededor de 20ºC por lo que se dan las recomendaciones a los ingenieros y/o técnicos responsables en la dosificación y manejo del concreto en obra, para tener un resultado deseado en calidad estructural, resistencia, durabilidad y acabado en condiciones especiales de temperatura.

DEFINICIONES

Se define como condiciones extremas de temperatura ambiental a las que están por debajo o por encima de valores críticos, y también cuando inciden en la mezcla combinaciones de temperatura ambiental, humedad relativa y velocidad del viento, por lo que se debe tener especial cuidado no sólo en el diseño de la mezcla sino en la preparación, transporte, colocación y curado de la misma, toma de testigos de prueba, almacenaje de materiales, incluyendo tipo de encofrado y el tiempo de desencofrado.

El ACI considera como tiempo frío: “Cuando la temperatura media diaria por más de tres días consecutivos es menor que 5ºC y si la temperatura sube por encima de los 10ºC por más de medio día ya no se considera tiempo frío”.

CONCRETO EN CLIMAS FRIOS

Si aún no se ha iniciado el proceso de endurecimiento y el concreto se congela, el agua de amasado aun libre se convierte en hielo y se detiene el proceso de endurecimiento, debido a que el aumento volumétrico del agua en estado sólido rompe la débil adherencia entre las partículas del concreto. Este aspecto es más grave en el caso de concreto reforzado, al romperse la adherencia con el acero.

Si el endurecimiento ha alcanzado a iniciarse este quedaría suspendido hasta que el concreto se descongele, reiniciándose el proceso en el punto en que se quedó; sin embargo habrá una merma en la resistencia final, grado de compactación y adherencia, tanto mayor como menor sea la edad a la que se inició el proceso.


Como se comprenderá el ciclo de congelamiento y deshielo puede tener efectos desastrosos en la calidad final del concreto, aún se haya iniciado el proceso de endurecimiento.

Lo importante es tener en claro que para lograr un óptimo resultado debemos cuidarnos de dos puntos saltantes:

Tener el control de la temperatura del concreto, manteniéndolo entre rangos previstos durante la preparación, transporte, colocación y curado.

Evitar que el concreto se congele, hasta que se logre el endurecimiento que evite la pérdida significativa de resistencia final, así como un deterioro en el acabado.


USO DEL CONCRETO

DOSIFICACIÓNCuando se estima que durante los días de colocación del concreto se produzcan temperaturas menores que el limite señalado anteriormente, es conveniente contar con mezclas de diseño alternativas, de tal manera que podamos proseguir los trabajos en forma normal.


En el diseño de las mezclas alternativas son aceptados los procedimientos para reducir tanto los tiempos de curado como de endurecimiento de la mezcla, pudiendo usarse alguno de los siguientes:

Mayores dosis de cemento, de alta resistencia o aceleradores de fragua.

Aditivos plastificantes para reducir la relación A/C

Aditivos incorporadores de aire cuando existen ciclos de hielo y deshielo.

El uso de Cloruros como aceleradores de fragua en proporciones menores al 2% dan resultados aceptables, ya que adicionalmente bajan el punto de congelación del agua, asegurando el endurecimiento del concreto.


ALMACENAMIENTO DE LOS MATERIALES

• La condición y la calidad de los materiales a ser usados en la preparación de la mezcla en tiempos fríos, son esencialmente importantes, por lo que se recomienda su almacenamiento de la sgte. manera:

• El cemento en silos o lugares cubiertos.• Los agregados en sitios secos y cubierto de lluvias, nieve y vientos

fuertes. En el caso de agregados que hayan sido lavados, especialmente arena , se recomienda el uso de mantas térmicas que retengan el calor del día, para evitar la formación de hielo entre las partículas.

• El agua deberá ser almacenada en estanques o depósitos cerrados, lo mas cerca posible al lugar de mezcla y tratando de evitar el mayor recorrido por tuberías.

PREPARACION DE LA MEZCLA

El ACI recomienda valores de temperatura mínimas de colocación de la mezcla, en función de la dimensión mínima del encofrado, tabla Nº2 por lo que la temperatura de los materiales en el momento de ingresar en el equipo de mezclado, es factor decisivo para que el concreto tenga la temperatura requerida en el momento de ser descargado.

Dependiendo del estado del cemento, agua y agregados así como el proceso de preparación del concreto, dependerá que para lograr la temperatura adecuada se tenga que calentar el agua o los áridos y en algunos casos ambos. No se acepta calentar el cemento o los aditivos.



La temperatura de los materiales al ingresar y la del concreto al salir de la mezcladora , no deben ser mayores que los valores dados en la tabla Nº1TABLA Nº 1

Tipo de cemento

Temperatura Máx. aceptada

Agua Agregados Concreto

Normal Pórtland o puzolánico

Alta resistencia

80

60

50

40

40

35


Es importante la secuencia de ingreso de los materiales , previamente calentados a la tolva de mezclado, recomendándose lo sgte.:

• Cuando el agua es calentada debe evitarse el contacto prematuro del agua caliente con el cemento, ya que esto puede producir un fraguado violento y la formación de grumos de cemento, por lo que deberá ingresarse junto con el agregado grueso, la mitad del agua de amasado, agregando posteriormente la arena, el cemento y el resto del agua.

CONCRETO EN CLIMAS FRIOS• Cuando se calientan los

agregados y el agua, se debe ingresar la grava, luego el cemento, la arena y por último el agua.

• El cemento no debe estar en contacto con agua o agregados a más de 60ºC

En general siempre es mas fácil y conveniente y en la mayoría de los casos más económico calentar el agua antes que los áridos debido a que el agua tiene un calor especifico de 4 a 5 veces mayor que la piedra y la arena, es decir que cada kg. de agua retiene de 4 a 5 veces más calorías que cada kg. de piedra o arena.


La sgte. fórmula da una estimación bastante exacta de la temperatura del concreto fresco, en función de las temperaturas de sus componentes:

T = 0.22(Ta.Pa + Tc.Pc)+ Ta.Ph + Tw.Pw 0.22(Pa + Pc)+ Ph + Pw

Donde:T = Temperatura del concreto frescoTa = Temperatura de los agregadosPa = Peso seco de los agregadosTc = Temperatura del cementoPc = Peso del cementoTw = Temperatura del aguaPw = Peso del aguaPh = Peso del agua en los agregados


TRANSPORTE DE LA MEZCLA

• El transporte de la mezcla debe ser hecho de tal manera que la pérdida de temperatura sea mínima, por lo que no se acepta la transferencia a otros transportes hasta llegar al lugar de descarga final. Se debe tener especial cuidado en el transporte de vehículos descubiertos, sobretodo en tramos largos.

Colocación del Concreto :En la colocación del concreto se deben seguir las sgtes. recomendaciones :

• Observar antes de la colocación si sobre el terreno natural y/o en el interior de los encofrados hay presencia de hielo o si la temperatura de los mismos está bajo el punto de congelación. En estos casos deberán calentarse a temperaturas de por lo menos 10ºC por debajo de la temperatura del concreto y como mínimo 2ºC.


• Calentar el acero de refuerzo de diámetros de 1” o más a temperaturas por encima del punto de congelación por temperaturas menores de -10ºC.

• En el caso de juntas de llenado, se debe calentar el concreto antiguo previo a la colocación del concreto nuevo.

• El espesor de las capas deberá ser el mayor posible, de acuerdo al equipo de vibración, con el fin de retener la mayor cantidad de temperatura.


TABLA Nº 2 Temperatura de colocación del concreto en tiempos fríos

Espesor del elemento (cm.)

Temperatura mínima (ºC)

Menor que 30

Entre 30-80

Mayor que 80

13

10

5


Es recomendable que la temperatura del concreto fresco no sea mayor de 6ºC de las temperaturas mínimas indicadas en la tabla Nº 2, porque no necesariamente una temperatura muy alta del concreto fresco da mayor protección en el tiempo, pues la pérdida de calor, intercambio térmico, es mayor mientras más alta sea la diferencia entre la temperatura del concreto y la del ambiente. Por otro lado la mayor temperatura implicará mayor cantidad de agua de amasado, menor control sobre las variaciones de resistencia final y aumento de la retracción de fragua.

De igual manera es posible realizar vaciados con temperaturas ambientes debajo del punto de congelación del agua, para lo cual es necesario mantener una temperatura mínima en la mezcla.


En la tabla Nº 3 se muestran las temperaturas mínimas recomendadas:TABLA Nº3

Temperatura de Mezclado del Concreto en tiempos fríos

temperatura ambiente(ºC)

Temperatura mínina (ºC)

Menor que -18

Entre -18 y -1

Mayor que -1

21

18

16


CURADO Y PROTECCION DEL CONCRETODeberá incidir en dos puntos muy especiales :

a) Mantener la temperatura de la mezcla, impidiendo la pérdida del calor de fragua o suministrándole calor adicional

b) Mantener la humedad de amasado.

No se interrumpe la fragua cuando su temperatura está por encima de los 5ºC, controlar que no baje de ese valor. Usar termómetros en contacto con la parte interna del elemento.


Existen varios procedimientos para mantener la temperatura de fragua siendo los más usados los siguientes:

• En superficies horizontales si la temperatura ambiente no es sumamente baja, se recomienda colocar una capa de arena húmeda sobre la cual se colocan capas de paja. Normalmente es suficiente este procedimiento para impedir la pérdida de calor de fragua.


• Si la temperatura es demasiado baja que pudiera producir el congelamiento del agua de curado, se recomienda colocar mantas impermeabilizantes, dejando un espacio libre entre la superficie del concreto y la manta, por donde se hace ingresar vapor de agua, aire caliente o se colocan calefactores estacionarios.

• En superficies verticales es común el uso de calefactores estacionarios. La evacuación de los gases de combustión deberá ser hecha siempre hacia el exterior, asimismo se deberá tener especial cuidado al aplicar calor seco porque puede causar la pérdida excesiva de humedad en las superficies del elemento.


• El concreto deberá seguir en las condiciones antes descritas hasta que tenga la resistencia mínima y deberán asegurarse que el congelamiento del concreto no produzca reducción significativa de su resistencia final.

• Es recomendable cuando se prevé condiciones extremas de temperatura, la toma de testigos adicionales de control los cuales deberán ser curados en las mismas condiciones que el elemento principal.


DURABILIDAD EN EL CONCRETOCuando las bajas temperaturas no llegan a producir heladas, entre 10 y 0 °C el comportamiento del concreto fresco se diferencia del que presenta entre 20 y 30 °C.En un clima frío la trabajabilidad se incrementa, el fraguado final se retarda y la generación de resistencia de compresión se difiere considerablemente.

En el caso de producirse heladas durante la puesta en obra, de congelarse el concreto antes de fraguar se incrementa el volumen total y se retrasa el endurecimiento.Es también posible que no llegue a obtener resistencia. Si la congelación ocurre a edad temprana, la expansión causa la fractura del concreto.

Si el concreto alcanza resistencia previa, puede superar la acción de las heladas, dependiendo del número de ciclos de congelación, de la permeabilidad y del régimen de lluvias.

EL CASO PERUANOLos climas fríos y frígidos, ubicados a lo largo de la Cordillera de los Andes en Perú donde las temperaturas son inferiores a 10 °C son propias de ciudades como Abancay, Arequipa, Ayacucho, Cajamarca, Huancavelica, Huancayo y Huaráz.

Las ciudades donde la temperatura descienden a 0°C son Cerro de Pasco, Cuzco y Puno.

En alturas comprendidas entre los 1,500 y 3,500 m.s.n.m las temperaturas son bajas y excepcionalmente se producen heladas, generalmente entre noviembre y marzo.

Los inviernos son secos y sin lluvias.

DURABILIDAD EN EL CONCRETO

Por encima de los 3,500 nm.s.n.m. las heladas se producen durante los meses de mayo, junio, julio, agosto y septiembre.

En esta zona llueve con gran intensidad en los meses de verano. En zonas elevadas el clima es frío con ciclos de heladas y seco con precipitaciones de lluvia, granizo y nieve.

En las partes más altas, a 4 800 m.s.n.m. el clima es glacial permanentemente inferior a los 0° llegando en los casos extremos de 25°C bajo 0.


De acuerdo a esta descripción los climas fríos corresponden a las zonas de menor desarrollo relativo, donde el concreto se emplea eventualmente en contadas obras de infraestructura hidráulica y en muy pequeña proporción en obras de edificación.

Para los departamentos como Pasco, Cuzco y Puno, el consumo per cápita de cemento, es inferior al promedio del Perú de 148 k/hab, tanto en el porcentaje de consumo de cemento sobre el total nacional y el porcentaje de vivienda de concreto sobre el total en esos departamentos.


DE LAS REGIONES FRIAS

En las zonas con temperaturas entre 10 y 0°C, existe un comportamiento particular del concreto fresco, para lograr un mismo asentamiento ,se requiere de menor cantidad de agua que la usual para un mismo concreto entre los 20 y 30 °C. También el fraguado inicial se retarda y el fraguado final se posterga a manera significativa

En cuanto a las resistencias mecánicas se obtienen resultados diminutos en las primeras edades, si bien la recuperación es notable a los 90 días, alcanzando la que corresponde a un curado normalizado.


El Comité Europeo de Normalización en la norma ENV 206 define las siguientes condiciones óptimas:

Clases de exposición al entorno.

Clase y tipo de concreto, armado, no armado o pretensado para los cuales establece:

• El uso de agregados apropiados,• Dosaje de cemento mínimo,• Relación agua-cemento mínima,• Incorporación de aire según la dimensión del

agregado• Espaciamiento de burbujas de aire a 0.02

milímetros.


Las prescripciones del Código de Concreto Estructural del ACI, establecen los siguientes requisitos para el concreto en clima frío:

Relación agua-cemento inferior a 0.45Resistencia mínima del concreto 315 k/cm2


HELADAS

La experiencia informa que los concretos bien dosificados y construidos, que han adquirido, suficiente resistencia antes del proceso de hielo/deshielo, presentan adecuada durabilidad. Este comportamiento es más favorable en estructuras verticales que en las horizontales. La resistencia a las heladas depende entre otros que el concreto adquiera previamente una resistencia de 75 k por cm2; que el concreto no esté en estado de saturación de agua y de la estructura interna del concreto.


Por otra parte se han efectuado diversos análisis termodinámicos para explicar el fenómeno. En breve síntesis la acción de la helada en el concreto causa la transformación en hielo del agua contenida en el interior y la presión que éste ejerce en el agua restante, lo que produce un estado de microfisuración interna. Los sucesivos ciclos de deshielo, humedificación del concreto y nuevas heladas tienen el efecto de ampliar y propagar las fisuras y el agrietamiento. En los casos que la presión es superior a la resistencia de tracción del concreto se produce la rotura.


Sin embargo, este problema es complejo e interviene la dimensión y disposición de las obras, su exposición al sol y la lluvia, el número e intensidad de los ciclos hielo y deshielo, el grado de saturación en el momento de la acción de las heladas, etc.


Las normas canadienses además de las prescripciones enumeradas por el ACI coinciden con la norma europea, en el factor de espaciamiento del aire inferior igual a 0.23.

La Asociación de Cementos Portland de los EE.UU. recomienda lo siguiente:

• Contenido mínimo de cemento 335 k por m3• Relación agua-cemento de 0.45. en caso de requerirse adicional

mente protección ante la corrosión de barras de acero 0.40.• Incorporación de aire de 6 a 8 % según el agregado.


CONCRETO EN CLIMAS CALIDOS

El Comité ACI 305 define clima caluroso

como “Cualquier combinación de

altas temperaturas ambientales,

altas temperaturas del concreto,

baja humedad relativa, radiación

solar y velocidad del viento”. Los

efectos de las temperaturas altas,

radiación solar y baja humedad relativa

del concreto son más pronunciados con

el incremento en la velocidad del viento

(ver Figura 1) y pueden llevar a la

rápida evaporación de humedad, la

causa principal del agrietamiento por

retracciones plásticas en el concreto.

Vaciado El informe acerca del “Vaciado del concreto en climas cálidos” del ACI 305-91

plantea que “el concreto puede producirse en clima cálido sin límites

máximos en las temperaturas de vaciado y tendrá un desempeño

satisfactorio si se observan las precauciones apropiadas de proporción,

producción, entrega, vaciado y curado. Como parte de estas precauciones, se

deberá poner un esfuerzo especial para mantener la temperatura del

concreto tan baja como sea práctico.”


Los problemas potenciales del clima

caluroso pueden ocurrir en cualquier

momento del año en climas tropicales

o áridos y ocurren generalmente

durante el verano en otros climas.

Los problemas asociados con el

concreto recién mezclado vaciado

durante climas calurosos incluyen el

incremento de:

Demanda de agua

Velocidad de pérdida de asentamiento


Tendencia a remezclar

Velocidad de fraguado

Dificultad en el manejo

vaciado, compactación y

acabado

Presencia de

agrietamiento por

retracciones en estado

plástico

Necesidad de curado

temprano


El clima cálido puede incrementar lo

siguiente en el concreto endurecido:

Retracción por secado y agrietamiento

térmico diferencial

Permeabilidad y reducir:

Resistencia compresión y a flexión

Durabilidad

Permeabilidad

Uniformidad de la apariencia superficial


Curado Curar es mantener un contenido de humedad

y temperatura satisfactorios en el concreto

durante sus etapas tempranas para el

desarrollo de las propiedades deseadas (ver

figura 5). El periodo de curado mínimo

recomendado es de 7 días. El curado

inadecuado puede causar agrietamiento por

retracciones plásticas y afectar el desarrollo

de resistencias y durabilidad.

Fuente: PCA, “Diseño y Control de las Mezclas

de Concreto.”


Los métodos de curado incluyen:

Curado por humedad (inmersión, rociado continuo y

ligera pulverización)

Cubiertas mojadas (arpillera mojada, etc.)

Papel impermeable y láminas de plástico – hojas

blancas de curado

Membranas de curado


Soluciones La resistencia, durabilidad y otras propiedades

deseables del concreto pueden obtenerse en

climas cálido por medio del uso de las

siguientes técnicas:

Uso de ingredientes fríos para el concreto

Evitar el mezclado prolongado de los materiales

para el concreto

Protección de materiales y equipo contra el

calor

Buena planeación (planear los vaciados en

climas cálidos)

Técnicas de ensayo apropiadas. (ASTM C-31)


Productos Misceláneos

El uso de un reductor de evaporación mejorará la calidad del concreto. Esta película monomolecular:

Reduce la evaporación de la humedad superficial Reduce el encostramiento y las grietas por retracción

plástica Aumenta la superficie de trabajo de cada acabador Reduce los costos de acabado totales No es un compuesto de curado para concreto


Resumen

Las dificultades con el clima cálido son causadas

principalmente por las altas temperaturas del

concreto y la evaporación rápida del agua del

concreto. Estas condiciones afectan negativamente la

calidad del concreto ya que se acelera la velocidad de

fraguado, se reduce la resistencia y pueden ocurrir

agrietamientos en el estado plástico o endurecido.


El curado es más crítico y la inclusión

de aire es más difícil de alcanzar en

climas cálidos, los especímenes para

ensayo de resistencia en obra se

afecta de la misma manera que el

concreto colocado. Si se siguen todas

las precauciones y recomendaciones

del ACI, se logrará un vaciado de

concreto exitoso en climas cálidos.


CÓMO vaciar concreto en clima cálido?

La clave para un vaciado (colado) de concreto exitoso en clima cálido es:

Un reconocimiento de los factores que afectan el concreto, y

La planificación para minimizar sus efectos


Utilice las recomendaciones locales, ya probadas para ajustar las proporciones del concreto, tales como el empleo de aditivos reductores de agua y aditivos retardantes. Modifique la mezcla para reducir el calor generado por la hidratación del cemento, por ejemplo mediante el uso de un cemento Tipo II de moderado calor de hidratación conforme con ASTM y la utilización de puzolanas y escorias que pueden reducir los problemas potenciales con un concreto de alta temperatura. Es esencial adelantar el tiempo y la programación para evitar demoras en la entrega, el vaciado y el acabado.


Los camiones mezcladores deben poder descargar inmediatamente y debe estar disponible el personal adecuado para colocar y manipular el concreto. Cuando sea posible, las entregas deben programarse evitando la parte más cálido del día. El comprador puede descartar los límites sobre la temperatura máxima del concreto si la consistencia del concreto es adecuada para el vaciado y no se requiere una excesiva adición de agua.


En el caso de condiciones extremas de temperatura o con concreto masivo, la temperatura del concreto puede reducirse utilizando agua previamente enfriada o hielo como parte del agua de la mezcla. El productor de concreto utiliza otras medidas, tales como la aspersión de agua y la colocación a la sombra de los agregados antes del mezclado, para ayudar a bajar la temperatura del concreto.


Si se predicen fuertes vientos y baja humedad relativa, pueden ser necesarias barreras contra el viento, pantallas contra el sol, aspersión de agua (niebla), o retardantes de evaporación, para evitar la fisuración por retracción plástica en las losas.Siga estas reglas para la colocación de concreto en clima cálido

Modifique las mezclas de concreto apropiadamente. Retardantes, cementos de moderado calor de hidratación, materiales puzolánicos, cenizas y otras soluciones comprobadas localmente pueden utilizarse. Reduzca el contenido de cemento de la mezcla tanto como sea posible, cuando pueda asegurar que la resistencia del concreto será alcanzada.


Tenga una adecuada mano de obra lista para vaciar (colar), darle acabado y curar el concreto.

Limite la adición de agua hecha en la obra directamente. Agregue agua únicamente a la llegada a la obra únicamente para ajustar el asentamiento. La adición de agua no debe pasar de entre 2 y 2 1/5 galones por yd3 (10 a 12 litros/m3). La adición de agua al concreto después de 1.5 horas de haberse producido debe evitarse.

Las losas de concreto no deben vaciarse directamente sobre láminas de polietileno o otras barreras de vapor. Cubra la barrera con un mínimo de 4 pulgadas (100 mm) de una capa de material granular compactable de base.


En días secos y/o cálidos, cuando las condiciones sean propicias para un agrietamiento por retracción plástica, humedezca la base, moldajes (formaletas) y el refuerzo, pero no agregue demasiada agua para que no se inunde.

Empiece las operaciones de acabado final tan pronto como el brillo del agua halla dejado la superficie del concreto. Empiece el curado tan pronto la operación de acabado concluya.


Continúe el curado por lo menos por tres días; cubra el concreto con una manta húmeda o una lámina de plástico para prevenir la evaporación; o utilice un compuesto curador de membrana, o realice el curado con agua .

Utilizar un compuesto curador de membrana pigmentado de color blanco ayudará a verificar el cubrimiento que se está dando con el mismo y relejará el calor de la superficie de concreto.


Proteja los cilindros de prueba en el sitio de trabajo bajo sombra previniendo la evaporación. Los sitios de curado en obra con hielo o refrigeración deben ser utilizados para mantener la temperatura requerida entre 60° a 80°F (17 a 27°C) de curado inicial de los cilindros.

No utilice aditivos acelerantes a menos que en la práctica común se pueda evitar el agrietamiento por retracción.


GRACIAS. . .

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