CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
O Se trabaja en condiciones normales cuando la temperatura ambiente vara entre 5C y 30C. Si esta excede los lmites anteriores estamos en condiciones especiales de temperatura, debindose recurrir a prcticas 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 agua de amasado.
O La tecnologa del concreto basa sus pautas, en condiciones de temperatura de mezcla de alrededor de 20C.
CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
O Se define condiciones extremas de temperatura, a aquellas que estn por debajo o por encima de valores crticos, el concreto empieza a comportarse de manera que es necesario tener especial cuidado no solo en la dosificacin de la mezcla, sino en la preparacin, transporte, colocacin, curado, toma de testigos de prueba y almacenaje de materiales, incluyendo el tipo de encofrado y el tiempo de desencofrado.
CONCRETO EN CLIMA FRO
Definicin de Clima Fro O Se define el clima fro como un perodo donde por ms
de 3 das consecutivos, las siguientes condiciones existan:
O * La temperatura promedio del aire es menor de 5 C
* La temperatura del aire no es mayor de 10C en ms de la mitad de cualquier periodo de 24 horas.
O Para los fines de esta Norma ( EO-60) se considera como clima fro a aquel en que, en cualquier momento del vaciado, la temperatura ambiente pueda estar por debajo de 5 C.
CONCRETO EN CLIMAS FROS
O La exposicin del concreto a condiciones
climticas en las que la temperatura es
inferior al punto de congelacin del agua,
puede ser una fuente importante de
deterioro prematuro de las estructuras
expuestas, siempre y cuando el concreto no
tenga una adecuada capacidad para resistir
los efectos perjudiciales que en estas
condiciones se producen.
CONDICIONES DE RIESGO O Para que exista el riesgo de dao se requiere las
siguientes condiciones :
O 1.- Que el concreto contenga suficiente agua.
O 2.- Que la temperatura sea tan baja que provoque la congelacin del agua en el interior del concreto.
O 3.- La repeticin consecutiva del fenmeno, que se refiere al concreto que se congela y descongela varias veces, despus de lo cual recin se manifiesta el dao, salvo cuando se trate de concreto en curso de fraguar o recin fraguado, en estos casos una sola congelacin puede bastar para ocasionar dao irreversible.
O El contenido de agua necesario para que al
congelarse produzca dao en el concreto
endurecido, se define por un grado de
saturacin crtico, al cual se le asigna un
valor mnimo de 90 por ciento, pero
tambin se le considera riesgoso con valores
a partir de 80 por ciento.
Temperatura de Congelamiento
O En cuanto a la temperatura que ocasiona la
congelacin del agua del concreto, se supone
que debera ser cuando desciende a 0 C ,
pero a esta temperatura slo se congela el
agua superficial.
O El agua interna, que ocupa los poros de
diferentes tamaos del concreto, necesita para
congelarse una temperatura ms baja, en
funcin del tamao de los poros
Temperatura de Congelamiento
O Se considera que la condicin de riesgo por
descenso de la temperatura ambiental se
presenta cuando desciende al punto de
congelacin, 0C , y contina su descenso
hasta llegar a un nivel tan bajo que se
congele el agua en todos los poros del
concreto.
Temperatura de Congelamiento
O Cuando se trata del nmero de
veces que el concreto debe
someterse a congelacin para
sufrir dao, depende de la
resistencia que cada concreto
puede oponer contra los efectos
de la congelacin y el deshielo.
DETERIORO DEL CONCRETO
O Existen varias teoras para explicar el deterioro
que se produce en el concreto por efecto de la
congelacin.
O Es importante considerar que es un fenmeno
que se da tanto a nivel de la pasta de
cemento, como en los agregados de manera
independiente, como tambin en la
interaccin entre ambos
DETERIORO DEL CONCRETO
O El agua al congelarse aumenta aproximadamente 9 % de volumen, por eso, en los estudios iniciales de este fenmeno como causa de dao al concreto, se consider solamente que el deterioro se deba a la presin interna desarrollada en el interior de los poros saturados de agua, al convertirse ste en hielo.
MEDIOS PARA EVITAR DAOS O Generalmente se utilizan tres procedimientos para
proteger al concreto endurecido de los efectos dainos de la congelacin:
O 1.- Baja relacin agua/cemento.- es la utilizacin de una baja relacin agua/cemento en la elaboracin del concreto, con el fin de disminuir su permeabilidad intrnseca.
O 2.- Inclusin de aire.- es la creacin de un sistema de vacos en el interior del concreto endurecido, mediante la inclusin intencional de aire al elaborar el concreto, puede ser mediante el uso de un aditivo.
O 3.- Tratamiento superficial.- es la aplicacin de un tratamiento superficial a la estructura, con el fin de restringir la penetracin del agua externa hacia el interior del concreto.
REQUISITOS PARA CLIMA FRO
O Durante el proceso de colocacin, se tomarn las siguientes precauciones:
O (a) El concreto deber fabricarse con aire incorporado,
O (b) Deber tenerse en obra equipo adecuado para calentar el agua y/o el agregado, as como para proteger el concreto cuando la temperatura ambiente est por debajo de 5 C.
O NORMA E0-60
REQUISITOS PARA CLIMA FRO
O (c) En el caso de usar concretos de alta resistencia, el tiempo de proteccin no ser menor de 4 das.
O (d) Todos los materiales integrantes del concreto, as como las barras de refuerzo, material de relleno y suelo con el cual el concreto ha de estar en contacto debern estar libres de nieve, granizo y hielo.
O (e) Los materiales congelados, as como aquellos que tienen hielo, no debern ser empleados.
O NORMA E0-60
REQUISITOS PARA CLIMA FRO
O Cuando la temperatura del medio ambiente es menor
de 5 C, la temperatura del concreto ya colocado
deber ser mantenida sobre 10 C durante el perodo
de curado.
O Se tomarn precauciones para mantener al concreto
dentro de la temperatura requerida sin que se
produzcan daos debidos a la concentracin de calor.
No se utilizarn dispositivos de combustin durante las
primeras 24 horas, a menos que se tomen
precauciones para evitar la exposicin del concreto a
gases que contengan bixido de carbono.
O En la Tabla 4.1, una exposicin severa es cuando, en un
clima fro, el concreto puede estar en contacto casi
constante con la humedad antes de congelarse o cuando
se emplean sales descongelantes. Ejemplos de esto son
pavimentos, tableros de puentes, aceras,
estacionamientos, y tanques para agua. Una exposicin
moderada es cuando, en clima fro, el concreto est
expuesto ocasionalmente a humedad antes de congelarse
y cuando no se usen sales descongelantes. Ejemplos de
esto son algunos muros exteriores, vigas y losas que no
estn en contacto directo con el suelo.
O Los concretos expuestos a las condiciones especiales de exposicin sealadas en la Tabla 4.2 deben cumplir con las relaciones mximas agua-material cementante y con la resistencia mnima fc sealadas en sta. Adems, el concreto que va estar expuesto a productos qumicos descongelantes debe cumplir con las limitaciones que se indican ms adelante
O N EO-60
O Para concretos que van a estar expuestos a
productos qumicos descongelantes, el peso
mximo de las cenizas volantes, otras
puzolanas, microslice o las escorias
incluidas en el concreto, no debe exceder
los porcentajes respecto al peso total de
materiales cementantes dados en la Tabla
4.3.
O Los porcentajes mximos indicados incluyen:
O (a) Las cenizas volantes u otras puzolanas presentes en cementos adicionados tipo IP o I(PM), segn las NTP 334.082 334.090.
O (b) La escoria usada en la fabricacin de cementos adicionados tipo IS o I(SM), segn las NTP 334.082 334.090.
O (c) El humo de slice, segn la NTP 334.087, presente en cementos adicionados
O ** Las cenizas volantes u otras puzolanas y la microslice no deben constituir ms del 25% y 10%, respectivamente, del peso total de materiales cementantes.
Tabla 3.1 Temperaturas
recomendadas del concreto
La cada de temperatura aproximada para un tiempo de entrega de 1 hr. puede ser calculada usando las ecuaciones (1)-(3).
Para tambores mezcladores de tambor giratorio:
T = 0.25 (tr - ta) (1) Para tubos de descarga cubiertos:
T = 0.10 (tr - ta) (2) Para tubos de descarga descubiertos:
T = 0.20 (tr - ta) (3 )
O T = Cada de temperatura a ser esperada durante un tiempo de entrega de 1 hr., en F C. Este valor debe ser adicionado a tr para determinar la temperatura del concreto requerida en la planta en F C.
O Tr = Temperatura del concreto requerido en obra en F C.
O Ta = Temperatura ambiente del aire, en F C.
Perdida de temperatura durante la entrega
CONCRETOS EN CLIMAS CALIDOS
CLIMA CLIDO
O Se define clima caluroso a la combinacin de las siguientes condiciones que tiendan a deteriorar la calidad del concreto recin mezclado o del endurecido al acelerar la rapidez de hidratacin del cemento.
O
O a) Alta temperatura ambiental.
O b) Alta temperatura del concreto.
O c) Baja humedad relativa.
O d) Velocidad del viento.
O e) Radiacin solar.
Problemas potenciales en el Concreto recin mezclado
O a) Mayor avidez de agua.
O b) Mayor rapidez de perdida de revenimiento y la tendencia correspondiente a agregar agua en el sitio de la obra.
O c) Mayor rapidez de fraguado que implica una mayor dificultad con el manejo, compactacin y terminado.
O d) Mayor tendencia al agrietamiento.
O e) Mayor dificultad para controlar el contenido de aire incluido.
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
FRESCO A DIFERENTES
TEMPERATURAS
Fig 2 Resistencia a la Penetracin
O Fig 3 Resistencia relativa a una resistencia a 41C
O En el concreto, las variaciones de temperatura
producen cambios volumtricos que provocan
esfuerzos adicionales.
O Si los esfuerzos adicionales superan la resistencia en
traccin del concreto se produce la fisuracin.
O Los cambios trmicos en el concreto pueden ser por
dos motivos:
O El calor de hidratacin del cemento.
O Las condiciones ambientales.
O Los cambios trmicos producidos por el calor de hidratacin del cemento se ven con mayor intensidad en el denominado concreto masivo, que en trminos generales se refiere a las estructuras con relacin Volumen/rea superficial expuesta muy grande.
O Cuando se da el caso de estructuras de relacin Volumen/rea superficial pequea, los cambios trmicos se reflejan por el gradiente de temperatura entre caras opuestas, lo que por lo general induce flexiones y esfuerzos de traccin superficiales.
O Cuando mayor sea el gradiente trmico mayores sern los esfuerzos inducidos y la posibilidad de fisuracin.
Problemas potenciales relacionados con otros factores
O a) El uso de cementos con una mayor
rapidez de hidratacin.
O b) El uso de concretos de alta resistencia a
la compresin, que implica contenidos mas
altos de cemento.
O c) La necesidad econmica de trabajo
continuo en climas extremadamente
calurosos.
O
CONDICIONES DE RIESGO O Deterioro del concreto
O El concreto es un material incombustible, pero cuando es sometido a temperaturas que pasan el lmite ordinario de servicio, se afectan sus propiedades.
O El concreto luego de sufrir un calentamiento a elevadas temperaturas, puede conservar su apariencia, pero ya no tiene las mismas caractersticas y propiedades originales.
O En el calentamiento del concreto, sus componentes se dilatan en funcin de sus respectivos coeficientes de expansin trmica.
O Se ha observado que una elevacin en la temperatura
de curado acelera las reacciones qumicas de la
hidratacin, esto afecta benficamente la resistencia
temprana del concreto, sin efectos contrarios en la
resistencia posterior.
O Una temperatura ms alta durante la colocacin y el
fraguado, aunque incrementa la resistencia a muy
temprana edad, puede afectar adversamente la
resistencia a partir de aproximadamente los 7 das.
MEDIOS PARA EVITAR DAOS O En los diseos de mezcla se debe considerar lo siguiente:
O Emplear en lo posible cementos de bajo calor de hidratacin para el caso de estructuras masivas.
O Usar la menor cantidad de cemento compatible con la relacin agua/cemento necesaria por requerimientos estructurales o de durabilidad.
O Disear las mezclas para el menor asentamiento compatible con los requisitos de colocacin.
O Estimar previamente a los vaciados masivos las temperaturas a que llegar el concreto en funcin del tipo de cemento y la capacidad de eliminar calor, con objeto de prever su influencia en el tiempo de endurecimiento y riesgo potencial de fisuracin, as como la conveniencia de utilizar retardadores para que no existan discontinuidades en la colocacin y curado.
Temperatura de colocacin Humedad relativa en %
del concreto en C
__________________________________________________________
40,6 90
37,8 80
35,0 70
32,2 60
29,4 50
26,7 40
23,9 30
Tabla : Temperaturas de colocacin de concreto
O En los procesos constructivos se debe tener en cuenta lo siguiente:
O Control meticulosos de temperaturas antes, durante y despus de los vaciados masivos, para verificar la coincidencia del desarrollo de temperatura con lo previsto, y en caso contrario tomar las decisiones del caso, como enfriar agregados y/o el agua, modificar las secuencias de vaciado en base al tiempo real de inicio del endurecimiento, iniciar el curado hmedo superficial para controlar el secado y disipar el calor, adelantar desencofrados para incrementar el area de disipacin de calor, etc.
O Llevar una estadstica de los vaciados
masivos y sus condiciones particulares para
aprovechar esta informacin en casos
similares.
O Planificacin detallada de cada etapa de
produccin, transporte, colocacin y curado
del concreto masivo, la importancia de algn
imprevisto en estas operaciones puede
acarrear consecuencias ms graves que en
situaciones normales, desde el punto de
vista de la calidad y tambin del econmico.
O Para vaciados masivos se recomienda disponer de alguna reserva de aditivos retardadores de endurecimiento, si es que no ha sido considerado su empleo en el volumen total, para solucionar algn imprevisto que ocasione demoras en el suministro y colocacin del concreto, con los consiguientes efectos negativos en los fenmenos de cambios trmicos, al iniciarse el fraguado y el aumento de temperatura fuera de lo planificado.
O Verificar la limpieza de las juntas, antes, durante y despus de los vaciados.
Consideraciones para diseo Estructural
O En los diseos estructurales se debe considerar lo
siguiente:
O En los diseos se debe especificar el tipo de cemento a
utilizar en cada caso particular, con el fin de reducir el
calor de hidratacin si es que fuera necesario.
O Cuando se presume la posibilidad de cambios
volumtricos por temperatura, en los casos de estructuras
muy voluminosas, se debe analizar las relaciones
volumen/rea superficial, con el objeto de recomendar
las precauciones de curado o liberacin de calor si es que
fuera necesario.
Consideraciones para diseo Estructural
O Tener presente la informacin disponible sobre
registros de temperatura, humedad, viento,
etc. de la zona donde se ejecutar el proyecto,
con el fin de evaluar su trascendencia en los
cambios trmicos e incorporar este efecto
para utilizarlo en los diseos.
Consideraciones para diseo Estructural
O Considerar el tipo de rellenos laterales que se utilizan
para estructuras expuestas al ambiente, con el fin de
no introducir deformaciones por gradiente trmico
entre la cara expuesta y la cara aislada por el relleno,
en lo posible, es recomendable utilizar rellenos
granulares que son mejores conductores de
temperatura que los cohesivos y no crean gradiente
trmico importante.
REQUISITOS PARA CLIMA CLIDO Norma E0-60
O Para los fines de esta Norma se considera clima clido cualquier combinacin de alta temperatura ambiente, baja humedad relativa y alta velocidad del viento, que tienda a perjudicar la calidad del concreto fresco o endurecido.
O Durante el proceso de colocacin del concreto en climas clidos, deber darse adecuada atencin a la temperatura de los ingredientes, as como a los procesos de produccin, manejo, colocacin, proteccin y curado a fin de prevenir en el concreto, temperaturas excesivas que pudieran impedir alcanzar la resistencia requerida o el adecuado comportamiento del elemento estructural.
REQUISITOS PARA CLIMA CLIDO Norma E0-60
O A fin de evitar altas temperaturas en el concreto, prdidas de asentamiento, fragua instantnea o formacin de juntas, podrn enfriarse los ingredientes del concreto antes del mezclado o utilizar hielo, en forma de pequeos grnulos o escamas, como sustituto de parte del agua del mezclado.
O En climas clidos se debern tomar precauciones especiales en el curado para evitar la evaporacin del agua de la mezcla.
REQUERIMIENTOS DE AGUA
O El agua tiene un calor especfico del orden de cuatro o cinco veces el del cemento o de los agregados, la temperatura del agua de mezclado tiene el efecto ms pronunciado por unidad de peso sobre la temperatura del concreto.
O
O La temperatura del agua es ms fcil de controlar que la de los otros componentes, el agua fra reducir la temperatura de colocacin del concreto 4.5C. La cantidad de agua fra no deber exceder la que necesite la mezcla. En general, la disminucin de la temperatura de la mezcla entre 2.0 a 2.2C reducir la temperatura del agua del mezclado en aproximadamente 0.5C.
Efecto del Cemento
O La temperatura del concreto aumenta la rapidez de hidratacin del cemento.
O
O La seleccin de un tipo particular de cemento puede tener un efecto decisivo.
O El uso de un cemento Portland Tipo II de fraguado ms lento o de un cemento Tipo IP IS puede mejorar las caractersticas de trabajabilidad del concreto en climas calurosos.
ADITIVOS QUIMICOS
O Los aditivos retardantes que cumplen con los requisitos
de la norma ASTM C 494 tiene propiedades tanto de
reduccin del agua como de retraso de fraguado y se
usan ampliamente en condiciones de altas temperaturas.
O
O Los retardantes reductores de agua generalmente aumentan
la resistencia del concreto, se podrn usar, con los
ajustes adecuados a la mezcla para evitar la prdida de
resistencia que de otra manera podra producirse con las
altas temperaturas del concreto.
AGREGADOS
O Los agregados constituyen la fraccin principal del concreto ya que constituyen entre el 60 - 80% del volumen del concreto. El tamao, la forma y la granulometra del agregado son tres de los principales factores que afectan la cantidad de agua que se requiere para producir concreto.
O
O Los agregados gruesos chancados contribuyen a una mayor demanda de agua, pero se ha encontrado que imparten una mayor resistencia al agrietamiento que las gravas redondeadas.
Se deber garantizar el control satisfactorio de la produccin y la entrega. La planta de concreto y las
unidades de entrega del mismo debern estar en
buenas condiciones de servicio.
La suspensin intermitente de las entregas debidas a descomposturas del equipo puede resultar mucho
ms seria en climas calurosos que en temperaturas
moderadas. En las operaciones de colocacin del
concreto en climas calurosos los colados se pueden
programar en horas que no sean durante el da.
PRODUCCION Y ENTREGA
La temperatura del concreto de las dosificaciones usuales se puede reducir en 0.5
C si se reduce la temperatura de los
materiales en cualquiera de las siguientes
proporciones:
- Reduccin de 4 C en la temperatura del cemento.
- Reduccin de 2 C en la temperatura del agua.
- Reduccin de 1 C en la temperatura de los
agregados.
CONTROL DE TEMPERATURA
O La planeacin de los procedimientos para enfriar cantidades grandes de concreto mezclado necesita hacerse con mucha anticipacin a la colocacin e instalacin de equipo especializado.
Entre stos se puede mencionar el enfriamiento del agua de mezclado por medio de equipos enfriadores de agua o con la tecnologa de bombas de calor, o por mtodos como pueden ser sustitucin de una parte del agua de mezclado por hielo triturado o raspado, o enfriando la mezcla con nitrgeno lquido.
CONTROL DE TEMPERATURA
CONTROL DE TEMPERATURA
O La forma mas directa de mantener baja la temperatura del concreto
fresco, es regulando la temperatura de sus diversos componentes,
en funcin de su calor especfico, temperatura propia y cantidad a
ser usada. Para el clculo de la temperatura del concreto fresco se
pondr la siguiente frmula, para climas fros.
CONTROL DE TEMPERATURA
Fig 4 Temperatura obtenida de la combinacin de las Temperaturas del agregado y agua
CONTROL DE TEMPERATURA
O Para el control de la temperatura por medio de adicin de hielo en el
concreto seria de la siguiente forma:
O Al igual que en el caso de climas fros, es mucho mas fcil
controlar la temperatura del concreto controlando la del agua de
amasado. Un mtodo y de bajo costo, es utilizar escamas de
hielo en escamas o picado en agua. La Prtland Cement
Association proporciona la siguiente frmula, para cuando se usa
hielo:
CONTROL DE TEMPERATURA
O Si se quiere calcular el peso de hielo necesario para enfriar el
concreto, a una temperatura deseada se usa:
W =0.22(Tc - T) + 0.22Wa(Ta - T) + TWw(Ta - T) + Wwa(Twa - T)
80 + T
O Un cambio inadvertido de slo 0.5% en el contenido de agua de los agregados podra alterar el revenimiento en 1 a 2 pulgadas.
O O La experiencia de campo indica que el retraso
del fraguado del concreto se puede todava alargar ms si se dosifica por separado el aditivo retardante con una pequea parte del agua de mezclado despus de haber mezclado el concreto varios minutos. Estos aditivos, junto con los materiales cementantes y los dems ingredientes propuestos para el proyecto, deben ser evaluados en el campo para obtener las propiedades deseadas.
DOSIFICACIN DEL CONCRETO
A medida que pasa el tiempo se produce hidratacin del cemento, prdida de
revenimiento, desgaste de los agregados o,
eventualmente un aumento del contenido de
agua.; por lo tanto el perodo comprendido entre el
mezclado y la colocacin del concreto debe reducirse
al mnimo.
El despacho de camiones se deber coordinar con la rapidez de colocacin a fin de evitar retrasos. La
inclusin de un aditivo retardante del fraguado, o el
uso de concreto enfriado.
ENTREGA
Previo a la colocacin del concreto, el terreno natural y los encofrados deben humedecerse mediante regado
para enfriarlos y evitar que absorban agua de la mezcla.
La velocidad en la colocacin y vibrado es importante para reducir los efectos negativos de los climas
clidos.
COLOCACION DEL CONCRETO
Cuando se presenten demora en el vaciado es recomendable aplicar a la superficie un riego tipo
neblina, para evitar la formacin de juntas fras y
grietas. En caso de formacin de juntas fras se
recomienda humedecerlas con lechada de cemento,
antes de colocar el cemento fresco. Las grietas deben
ser rellenadas con lechada de cemento, mortero o
algn pegamento epxico.
COLOCACION DEL CONCRETO
COLOCACION DEL CONCRETO
O En el caso de vaciados masivos y de concretos
con alto contenido de cemento, los efectos
nocivos descritos anteriormente se magnifican,
por lo que se deber tomar precauciones
adicionales.
O Siempre ser preferible colocar el concreto en
horas de menor temperatura, o inclusive de
noche, si el tiempo lo permite y las condiciones
lo justifiquen.
Inicio del curado lo antes posible, tan pronto
haya endurecido lo suficiente como para que
la superficie no se dae.
Proteger las superficies expuestas, en especial losas y pavimentos, de la accin del
viento.
Si el curado hmedo no prosigue, se recomienda cubrir las superficies con
membranas de curado cuando la superficie
del concreto est an hmeda.
CURADO
.
El trmino del curado es preferible que sea hecho lentamente.
En superficies verticales usar membranas de curado. Si se usan mantas, estas deben
mantenerse en todo momento saturadas con
agua.
Tomar probetas adicionales, las mismas que deben ser curadas con los mismos mtodos
que la estructura principal.
CURADO
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