trabajo de concreto en climas frios

CONCRETO EN CLIMAS FRIOS- TECNOLOGÍA DEL CONCRETO II

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1.- INTRODUCCION

Los ingenieros civiles a demás de tener consideraciones especiales de diseño, por ser un país ubicado en al Cinturón de Fuego del Pacífico y en la que tenemos una actividad sísmica es continua. Sabemos que en el Perú tenemos ocho regiones, dentro de las que destacamos: Costa o Chala (0 @ 500 msnm); Yunga (500 @ 2300); Quechua (2300 @ 3500 msnm); Sumi (3500 @ 4000 msnm); Puna ( 4000 @ 4800) y Janca o Cordillera (4800 @ 6768 msnm) que es la altura del nevado Huascarán, a demás de los climas de selva que son: Omagua ( 80 @ 400 msnm) y Rupa Rupa (400 @ 1000 msnm). Estas diferencias de alturas sobre el nivel del mar, implica que las temperaturas varíen, que dan origen a los gradientes térmicos, entiéndase como gradiente térmico a la variación entre la menor y mayor temperatura registrada, por ejemplo si tenemos una temperatura máxima de 24 °C y una temperatura de 10 °C , entonces el gradiente térmico es de 14 °C. Este gradiente térmico para una misma región puede variar dependiendo de la estación en la que estemos, es decir para el verano, otoño, invierno y primavera.

En consecuencia tendremos que diseñar obras que tengan diferentes consideraciones de diseño, NO EXISTE una receta para solucionar los problemas y las necesidades en infraestructura, es decir, que cada proyecto dependiendo de su localización, al margen del diseño y los cálculos estructurales se tendrá analizar sobre el correcto procedimiento constructivo por que tendremos una interrogante:

¿Porque el concreto no desarrolla resistencia en tiempos de heladas? Este es uno de los problemas álgidos en la región Quechua, y con mayor agudeza en las estaciones de invierno (Mayo, Junio, Julio y Agosto), y la explicación que tenemos es que el concreto no desarrolla resistencia debido a que la velocidad de hidratación es lenta, se prolonga el tiempo de fraguado y en algunos casos hasta llega ha detenerse, las bajas temperaturas oscilan desde –8 ºC hasta 20 ºC en un periodo de 24 horas, y en las obras civiles trae consigo consecuencias a contracciones y extensiones en el concreto generando grietas, y si a esto le sumamos que se diseñan concretos de bajas resistencias (f´c= 175kg/cm2), el resultado a corto plazo es evidente: concretos deteriorados y fragmentados ya que estas causas no permiten que el concreto tenga una buena durabilidad.

Tal es así que en éste documento veremos todo lo relacionado a concreto en climas fríos, recomendaciones, diseño, incorporadores de aire y consideraciones generales.

2.- GENERALIDADES

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El desconocimiento de este efecto, y que muchos profesionales pasan por alto, pone en riesgo las obras que se ejecutan en zonas a más 3000 msnm, más aun muchas veces incurrimos en el error creando dar solución cuando “añadimos mas cemento a la mezcla” (solución errónea); esta desmerece los principios de tecnología del concreto.

Y es que la durabilidad del concreto, no es un concepto absoluto que dependa única y exclusivamente de un buen diseño de mezcla, sino que está en función del ambiente y de las condiciones de trabajo a las cuales lo sometamos.

En este sentido no existe un concreto "durable" por si mismo, ya que las características particulares a las que estará sometido harán que este pueda dejar de ser durable.

En el libro Tópicos de Tecnología del Concreto del Ing. Enrique Pasquel Carbajal hace mención a los factores que afectan la durabilidad del concreto y entre las que se clasifica en cinco grupos: I) Congelamiento y descongelamiento (tema que estamos tratando); II) Ambiente Químicamente agresivo; III) Abrasión; IV) Corrosión de metales en el concreto y V) Reacciones químicas de los agregados. A demás nos hace una explicación sobre el fenómeno que se produce por efecto de las bajas temperaturas tiene que ver con los componentes del concreto como son el cemento, agregados y el agua, indica:

El efecto sobre la pasta de cemento de nuestro concreto, existen dos teorías:

Primera Teoría "Presión Hidráulica": que considera, que dependiendo del grado de saturación de los poros capilares y poros de gel, de la velocidad de congelamiento y la permeabilidad de la pasta, al congelarse el agua en los poros , esta aumenta de volumen y ejerce presión sobre el agua aun en estado líquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente y estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la pasta, se produce el fisuramiento, y posteriormente el y en la presencia de humedad constante agrietamiento.

Segunda Teoría " Presión Osmótica": es igual que la anterior, pero esta supone que al congelarse el agua en los poros cambia la alcalinidad del agua aún en su estado líquido, por lo que tiende a dirigirse a las zonas congeladas de alcalinidad menor para entrar en solución, lo que genera una presión osmótica del agua líquida sobre el agua sólida ocasionando presiones internas en la estructura resistente de la pasta con consecuencias similares a la primera teoría.

El efecto en los agregados:

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"Existe evidencia de que por los tamaños mayores de los poros capilares se producen generalmente presiones hidráulicas y no osmóticas con esfuerzos similares a los que se presentan en la pasta de cemento, existiendo indicios de que el tamaño máximo tiene una influencia importante , estimándose que para cada tipo de material existe un tamaño máximo por debajo del cual se puede producir el congelamiento confinado dentro del concreto sin daño interno en los agregados. Por otro lado, cuando menor sea la capacidad del agregado para absorber agua, menor será el efecto del congelamiento interno de la misma."

La resistencia del concreto dependerá mucho del cuidado que se tenga durante su etapa de curado, si además de esta solución económica, pensamos en el uso de aditivos incorporadores de aire de ser el caso estaremos evitando que el concreto sufra la presión hidráulica que sufre durante su etapa inicial de vida, y los incorporadores de aire se basan en introducir en la mezcla una estructura adicional de vacíos No intercomunicados, que permitirán absorber los desplazamientos generados por el congelamiento eliminando las tensiones. Este fenómeno no sólo se presenta en el concreto recién vaciado, sino en aquellos elementos sometidos a humedad continua durante su vida útil, y la fatiga que se produce por el transcurrir del tiempo, también generarán daño a los elementos.

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3.- DESARROLLO DEL CONTENIDO TEMÁTICO

CONGELAMIENTO Y DESHIELO

constituye un agente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende hasta provocar el congelamiento del agua contenida en los poros capilares del concreto.

Este fenómeno, se da tanto a nivel de la pasta de cemento, como en los agregados de manera independiente, así como en la interacción de ambos por lo que su evaluación debe abordar cada uno de estos aspectos.

El efecto sobre la pasta de cemento de nuestro concreto, existen dos teorías:

Primera Teoría "Presión Hidráulica": que considera, que dependiendo del grado de saturación de los poros capilares y poros de gel, de la velocidad de congelamiento y la permeabilidad de la pasta, al congelarse el agua en los poros , esta aumenta de volumen y ejerce presión sobre el agua aun en estado líquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente y estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la pasta, se produce el fisuramiento, y posteriormente el y en la presencia de humedad constante agrietamiento.

Segunda Teoría " Presión Osmótica": es igual que la anterior, pero esta supone que al congelarse el agua en los poros cambia la alcalinidad del agua aún en su estado líquido, por lo que tiende a dirigirse a las zonas congeladas de alcalinidad menor para entrar en solución, lo que genera una presión osmótica del agua líquida sobre el agua sólida ocasionando presiones internas en la estructura resistente de la pasta con consecuencias similares a la primera teoría.

CLIMAS FRÍOS EN LAS CIUDADES DEL PERÚ

En el mapa de la figura se observa los climas fríos y frígidos, ubicados a lo largo de la Cordillera de los Andes en Perú. Las temperaturas inferiores a 10 °C son propias de ciudades como Abancay, Arequipa, Ayacucho, Cajamarca, Huancavelica, Huancayo y Huaráz.

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DEFINICION DE CLIMA FRIO

Se considera clima frío como un periodo donde por más de 03 días consecutivos existan las condiciones siguientes:

A.- La temperatura promedio del aire es menor a 5 ºC

B.- La temperatura del aire no es mayor de 10ºC en más de la mitad de cualquier periodo de 24 horas.

C.- La temperatura promedio del aire es el promedio entre la mas alta y la mas baja ocurrida durante el período desde media noche hasta media noche. El clima frío tal como es definido en este trabajo normalmente empieza en otoño y usualmente continua hasta la primavera.

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Grafico : Esquema típico de la estructura del concreto endurecido


TEMPERATURA DE CONGELACION DEL AGUA EN EL CONCRETO

Mientras que el agua pura se congela a 0ºC, en el concreto el agua es una solución de varias sales, por lo que su punto de congelación es más bajo, la temperatura a la cual se congela el agua es más baja mientras menor es el tamaño de los poros llenos de agua, la mayor parte del agua se congela en los poros capilares; por lo que no hay un único punto de congelación.

ACCION DEL CONGELAMIENTO DEL AGUA EN EL CONCRETO

A.- Cuando el agua se congela hay un incremento de volumen de aproximadamente 9% la cual ejerce presión interna desarrollada en el interior de los poros saturados de agua

B.- Al caer la temperatura del concreto la congelación se produce gradualmente , el aumento de volumen que se produce al comenzar la congelación del agua interna del concreto, impulsa el agua no congelada a través de la estructura porosa de la pasta de cemento no hidratada, cuyo flujo genera una presión hidráulica capaz de superar la resistencia a tensión de dicha pasta y provocarle agrietamiento.

C.- Existe la circunstancia del agua que ocupa los poros de la pasta endurecida es en realidad una solución acuosa de sales, y como el hielo se compone de agua prácticamente libre de sales, a medida que la solución de poro se congela hay un aumento de concentración de sales de la porción no congelada. De esta manera se origina una concentración diferencial de sales entre la solución concentrada que circunda el núcleo de hielo en los poros más grandes y la solución normal a un no congelada de los poros más chicos; y como consecuencia de ello, al tratar de igualarse la concentración de las soluciones en contacto, por un fenómeno de Osmosis, se crea una presión adicional que se opone al flujo hidráulico y también contribuye a elevar la presión de éste a un nivel dañino.

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BUEN COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO

FORMACION DEL AIRE INCORPORADO

Los incorporadores de aire al mezclarse con agua producen cavidades discretas de burbujas que se llegan a incorporar en la pasta de cemento. El componente principal es un agente activo de superficie que reduce la tensión de la superficie del agua para

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Entregar un concreto cuya temperatura sea lo suficientemente alta para controlar peligro de congelación

Incorporar aire para reducir el peligro de congelación

Acelerar el desarrollo de resistencias iniciales


facilitar la formación de burbujas y, subsecuentemente asegura su estabilidad. Estos agentes se concentran en las superficies aire/agua y tienen propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas que son los responsables de la dispersión y estabilidad de las burbujas de aire.

componente principal es un agente activo de superficie que reduce la tensión de la superficie del agua para facilitar la formación de burbujas y, subsecuentemente asegura su estabilidad. Estos agentes se concentran en las superficies aire/agua y tienen propiedades hidrofóbicas e hidrofílicas que son los responsables de la dispersión y estabilidad de las burbujas de aire.

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INCORPORACION DE AIRE

Si en una obra determinada se ha tomado la decisión de incorporar aire, ello puede hacerse de dos formas

Empleando un cemento portland con incorporador de aire. Este tipo de cemento no se fabrica en el Perú;

Adicionando un agente incorporador de aire cuando se prepara la mezcla de concreto.

INCORPORADOR DE AIREEs el aditivo para el cemento hidráulico; tanto para el concreto como para el mortero que provoca la incorporación de aire durante su mezclado, generalmente para aumentar su trabajabilidad y resistencia al congelamiento.

AGENTES INCORPORADORES DE AIREEl porcentaje de aire incorporado a la mezcla depende de una serie de variables, las cuales son más difíciles de controlar cuando el proceso de incorporación de aire es hecho en la mezcladora y no durante la fabricación del cemento. Entre dichos inconvenientes se puede mencionar:

El trabajo con un quinto ingrediente exige un mayor control y una super vigilancia más estricta.

Se incrementa la posibilidad de errores y se crea la necesidad de emplear dispositivos de medición adicionales.

Sin embargo, siempre que pueda ejercerse una adecuada supervisión, puede ser más conveniente añadir el agente incorporador de aire a la mezcladora dado que ello permite:

Controlar el porcentaje de aire incorporado dentro de márgenes más estrechos;

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Realizar ajustes para compensar todas las variables que puedan presentarse bajo condiciones de obra.

Independientemente del método de incorporación de aire empleado, las propiedades de los materiales, las proporciones de la mezcla, así como todos los aspectos referentes al proceso de puesta en obra, deberán ser mantenidos tan constantes como sea posible, de manera tal que el contenido de aire del concreto permanezca uniforme. Si bien el contenido de aire debe ser controlado durante todo el transcurso del trabajo, debe darse especial atención a los altos porcentajes de aditivo incorporador de aire requeridos en los concretos que contienen cementos portland puzolánicos, cenizas, aditivos minerales finamente divididos, microsílices, o adiciones colorantes. Un control permanente del contenido de aire de la mezcla, por cualquiera de los métodos normalizados, garantizará que se está adicionando el porcentaje de aditivo deseado.

TIPOS DE AGENTES DE INCORPORACION DE AIRE

En el presente trabajo nos interesamos en proteger al concreto del daño causado por congelación y deshielo alternados con el arrastre intencional de burbujas de aire en el concreto, por medio de un ingrediente adecuado. Este aire se debe distinguir del aire atrapado accidentalmente, que está en forma de grandes burbujas dejadas atrás durante la compactación del concreto fresco.Al mezclarse con agua, los ingredientes de arrastre de aire producen cavidades discretas de burbujas que se llegan a incorporar a la pasta de cemento. El componente esencial del ingrediente de arrastre es un agente activo de superficie que reduce la tensión de la superficie del agua para facilitar la formación de burbujas y subsecuentemente, asegura su estabilidad.

1.1 REQUISITOS ESCENCIALESLos requisitos esenciales de un agente incorporador de aire son:a) Que produzca rápidamente un sistema de espuma estable y finamente dividido, el cual posea características de alta superficie específica y factor de espaciamiento muy pequeño.b) Que la espuma no tenga efectos dañinos sobre el concreto.

Los aditivos incorporadores de aire deberán ensayarse previamente para certificar que cumplen con los requisitos establecidos en la Norma ASTM C 260. El cumplimiento de lo indicado en la Norma garantizará que el producto actúe como un aditivo incorporador de aire que pueda efectuar una mejora sustancial en la resistencia del

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concreto a los procesos de congelación y deshielo, sin que ninguna de las propiedades del concreto sea seriamente afectada.

1.2 FORMAS DE INCORPORAR AIRE

Existen tres formas principales de incorporar aire o celdas de gas a una masa de concreto:

Por la adición de elementos químicos, tales como polvo de aluminio o polvo de zinc, los cuales generan gases por reacción química con el cemento. Igualmente el peróxido de hidrógeno forma celdas de gas en el concreto.

Por medio de agentes de actividad superficial los cuales reducen la tensión superficial. Dentro de este grupo se encuentran los aditivos incorporadores de aire.

Por el empleo de agentes dispersantes, los cuales son compuestos químicos de actividad superficial que originan cambios electrostáticos que son impartidos a las partículas haciéndolas mutuamente repelentes y por lo tanto previniendo la coagulación. Estos agentes normalmente no son humedificantes o formadores de espuma.

A. ADICION DE ELEMENTOS QUIMICOSMuchos materiales son capaces de funcionar como aditivos incorporadores de aire. Algunos materiales, tales como el peróxido de hidrógeno y el polvo de aluminio, pueden ser empleados para incorporar burbujas de gas en la mezcla pero no son considerados aceptables como aditivos incorporadores de aire desde que ellos no necesariamente producen un sistema de burbujas el cual proporcione a la pasta resistencia adecuada a los procesos de congelación y deshielo. En el análisis de éste primer grupo conviene indicar que la incorporación de aire por medio de polvo de aluminio no es de uso práctico en trabajos de construcción dado que, a menos que la operación se efectúe bajo condiciones de estricto control, los resultados pueden ser muy variables.

B. ADICION DE INCORPORADORES DE AIREEl segundo grupo, el de los clasificados como aditivos incorporadores de aire, líquidos o en polvo, puede ser subdivido en:a) Sales de resinas naturales de la madera y sus jabones. El más conocido de

estos productos es la resina Vinsol.b) Grasas y aceites animales y vegetales, tales como el aceite de sebo y aceite

de oliva y sus ácidos grasos, tales como el acido esteárico y el ácido oleico y sus jabones.

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c) Agentes humedificantes tales como las sales alcalinas de compuestos orgánicos sulfonados o sulfatados. Los detergentes sintéticos caen dentro de esta clasificación.

d) Sales de ligno sulfonatos; sales de ácidos de petróleo; sales de materiales derivados de las proteínas; sales orgánicas de hidrocarburos sulfonados.

Todos los materiales mencionados son, generalmente, insolubles en agua y deberán ser químicamente procesados antes de poder ser empleados como aditivos. Si las resinas Vinsol son utilizadas sin un tratamiento previo, ellas pueden reaccionar químicamente con el cemento, por lo que, para evitar ello y al mismo tiempo hacerlas solubles en agua, son primeramente neutralizadas por la adición de hidróxido de sodio el cual las convierte en jabones.

C. AGENTES DISPERSANTESEl tercer grupo, el de los agentes dispersantes, más conocidos como reductores de agua-controladores de fragua, no interfiere en el proceso normal de hidratación y al mismo tiempo da lugar a la incorporación de un pequeño volumen de aire en el concreto. Con los porcentaje de aceite dispersante comúnmente empleados, la incorporación de aire puede estar dentro del 3% al 4%

D. ADITIVOS EN PARTICULASSe ha añadido al concreto partículas sólidas las cuales poseían una gran porosidad interna y tamaño adecuado, encontrándose que actuaban en forma similar a la de las burbujas de aire. Estos materiales fueron esferas de plástico huecas, ladrillos partidos, arcillas o esquistos expandidos, o esferas de determinadas tierras de diatomeas. En general, este tipo de materiales no ha sido empleado en forma importante. Las investigaciones han demostrado que cuando se usa partículas provenientes de materiales inorgánicos, el tamaño

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óptimo de las partículas deberá varias entre 250 y 850 um, la porosidad total de las partículas deberá ser de mínimo 30% en volumen, y la distribución por tamaños de los poros deberá estar en el rango de 0.05 a 3 um. La inclusión de este tipo de partículas en la proporción adecuada puede producir concretos con excelente resistencia a congelación y deshielo, de acuerdo a los resultados de laboratorio efectuados empleando la Norma ASTM C 666. Los aditivos incorporadores de aire en forma de partículas tienen la ventaja de una completa estabilidad del sistema de burbujas de aire. Cuando son añadidos al concreto fresco no se producen cambios en el contenido de aire debidos a modificaciones en el procedimiento o tiempo de mezclado; modificaciones en la temperatura, trabajabilidad o procedimiento de acabado; adición de otros aditivos tales como cenizas, u otros cementos tales como los de escorias finamente molidas; como sería el caso si se trabajase con aditivos convencionales incorporadores de aire

1.3 GRADO DE EFICIENCIAUn agente incorporador de aire será más eficiente cuando, dentro de la solución producida por hidratación inicial del cemento portland, mejor se comporte en los siguientes aspectos:

a) Desarrollo de una película de alta elasticidad en la interface aire-aguab) Reducción de la tensión superficial.c) Inhibición en la transmisión de aire a través de la interface aire-agua.d) Resistencia al adelgazamiento o deterioro de las burbujas en el tiempo.e) Capacidad de adherencia entre las burbujas de aire y las partículas de cementof) Actuar sin modificar en forma significativa las propiedades del mortero ó del

concreto

Si bien un adecuado comportamiento en los aspectos signados como (a), (d) y (e)es esencial para obtener resultados satisfactorios, la reducción en la tensión superficial puede variar dentro de límites amplios. En este punto es importante recordar los resultados de los estudios realizados por Backstrom, los cuales indican que el sistema de burbujas varía con la naturaleza del agente incorporador de aire, así como que el porcentaje requerido para incorporar un volumen constante de aire varía ampliamente con los diversos aditivos.

1.4 LIMITACIONESLa capacidad de incorporación de aire de los diferentes aditivos varía dependiendo de su composición y concentración. Este hecho, añadido a la influencia de otras variables sobre el contenido de aire, indica la necesidad que la cantidad de aditivo a ser

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empleada en cada caso sea establecida sobre la base de muestras de ensayo preparadas bajo las condiciones de operación en obra.Las recomendaciones de los fabricantes deben ser aceptadas con cautela y sólo deben tomarse como una guía. Determinados aditivos de aire tienen, o se dice que tienen, otros efectos tales como acción acelerante de fragua, acción dispersante o hidratante, etc. En algunos casos ellos han permitido reducciones significativas en el agua de la mezcla y han tenido un efecto menor sobre la resistencia del concreto que el producido por aditivos que son exclusivamente incorporadores de aire. Dicho efecto puede variar enormemente con diferentes clases de materiales por lo que todos los tipos de aditivos a los cuales se le atribuye virtudes supletorias a la incorporación de aire, deben utilizarse sobre la base de su comportamiento en ensayos de laboratorio realizados en condiciones similares a las que ha de tenerse en obra.

2. EFECTO DE LOS INCORPORADORES DE AIRE La incorporación de espacios vacios contiguos intencionalmente permiten que la

trayectoria del flujo de agua (presión hidráulica) a través de la pasta sea inferior a la distancia crítica (0.2mm), y de este modo no se alcance a generar presiones destructivas.

Las burbujas de aire incluido también restringen la presión osmótica, pues suministran una vía alterna para la migración del agua de la solución normal de los microporos (poros del gel) hacia la solución concentrada que rodea los núcleos de hielo en formación en los poros mayores, con lo cual se da oportunidad para que dicha agua se congele dentro de las burbujas sin crear presión en el seno de la pasta.

TRABAJABILIDAD DEL CONCRETO: La incorporación de aire a la mezcla mejora la trabajabilidad en forma tal que permite una reducción en los contenidos de agua y arena. Para que el concreto tenga una adecuada trabajabilidad las partículas de agregado deben estar espaciadas de tal manera que ellas pueden moverse con relativa facilidad durante los procesos de mezcla y colocación. En un concreto normal la trabajabilidad puede ser alcanzada por la inclusión de suficiente arena fina, cemento y agua, los cuales forman una pasta que separa las partículas de agregado grueso y permite que éstas puedan moverse con un mínimo de interferencia mutua. Empleando tales medios el espaciamiento de los sólidos se incrementa y la distancia necesaria para manipular el concreto fresco se reduce, con la consecuente reducción en el trabajo requerido.El concreto con aire incorporado ha demostrado ser considerablemente más plástico y trabajable que el concreto sin él. Igualmente, la mezcla es más

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homogénea. Se considera que la razón por la cual la trabajabilidad del concreto mejora al incorporar aire es doble: a) Las burbujas de aire, mantenidas esféricas por tensión superficial, actúan

como un agregado fino de muy baja fricción superficial y considerable elasticidad; y

b) Las diminutas burbujas esféricas actúan como un lubricante del agregado fino, mediante un efecto de cojinete. De esta manera, su tendencia a separar las partículas de arena reduce la interferencia de las mismas.

SEGREGACION Y EXUDACION DEL CONCRETOLa segregación y exudación del concreto son dos diferentes manifestaciones de pérdida de la homogeneidad obtenida durante los procesos de mezcla y colocación. La segregación implica separación del agregado grueso del mortero o separación de la pasta de cemento del agregado. La exudación es el flujo del agua de la mezcla, usualmente como un resultado dela sedimentación de los sólidos con la resultante aparición de una capa de aguas obre la superficie del concreto, o también como un resultado del drenaje lateral del agua o del desplazamiento de la misma hacia la parte inferior del concreto.La incorporación de aire a las mezclas de concreto reduce en forma notable la segregación y exudación, aceptándose como un criterio general que, aparentemente, las burbujas de aire mantienen las partículas sólidas en suspensión, de manera tal que la sedimentación se reduce y el agua no es expelida. En conclusión puede afirmarse que la segregación y exudación se reducen y quela reducción de la exudación, ayuda a prevenir la formación de bolsones de agua entre las partículas de agregado grueso y elementos embebidos, tales como el acero de refuerzo, y también aprevenir la acumulación de lechada o material débil en la superficie de una capa.

CAMBIOS DE VOLUMENEstudios realizados en el Laboratorio de Ensayo de Materiales de la Universidad Nacional de Ingeniería han determinado que, en la expansión de especímenes curados bajo agua, la incorporación de aire permite una reducción de la expansión de aproximadamente el 15% por cada 1% de aire.

RESISTENCIA A LA CONGELACIONEl cambio más importante que se obtiene por la incorporación de aire a la mezcla es un notable aumento en la durabilidad del concreto por incremento en la

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resistencia a la congelación del agua en aquellos casos en que está sometido a acciones intempéricas severas debidas a la acción de heladas y deshieloUn beneficio secundario, pero importante, es que el aire actúa como un lubricante en el interior de la masa de concreto, permitiendo una reducción en el volumen de agua que es necesaria para obtener una determinada resistencia.

FORMA DE ACCIONCuando el agua se congela tiende a expandir; si ella está encerrada esta expansión puede causar una presión interna lo suficientemente grande como para destruir aún los concretos más fuertes. Sin embargo, desde que el concreto puede tomar exitosamente procesos repetidos de congelación y deshielo se puede concluir algunas de las siguientes alternativas (a) el agua en el concreto no está necesariamente congelada aún cuando esté presente hielo sobre su superficie ó(b) que el hielo en el concreto es capaz de expandir debido a que todos los vacíos en el interior de la masa de concreto no están llenos de agua. Para que un concreto sea resistente a la congelación él deberá tener un bajo contenido de agua, de manera tal que nunca debería estar totalmente saturado. El deberá tener baja absorción y baja permeabilidad, de tal manera que de ninguna manera tome agua fácilmente. Además la pasta deberá tener una alta permeabilidad a fin que al congelarse el agua no se genere alta presión en el interior de sus poros. Este último requisito es incompatible con una baja permeabilidad total, pero si el concreto contiene pequeñas burbujas de aire exprofesamente incorporado, entonces la distancia a la que el agua es forzada a emigrar a los primeros espacios vacíos libres o burbujas de aire compensara por la baja permeabilidad de un mortero rico.

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MEDIOS PARA EVITAR EL DAÑO POR CONGELACIÓN

A.- Utilización de una baja relación agua/cemento, con el objeto de reducir su permeabilidad intrínseca.El incremento de la resistencia a procesos de congelación y deshielo refleja, generalmente, una reducción en el tamaño de las burbujas y en el factor de espaciamiento. Tal reducción puede ser obtenida, permaneciendo los otros factores constantes, por disminución en la relación agua-cemento, reducción que tiende a incrementar la proporción de agente incorporador de aire necesaria para producir un contenido de aire dado, pero al mismo tiempo tiende a disminuir el contenido de aire requerido para obtener máxima durabilidad.

EFECTOS DE LA RELACION AGUA-CEMENTOUn estudio de la distribución de burbujas en concretos de contenido de aire similar pero de diferentes relaciones agua-cemento, revela amplias diferencias en la distribución de burbujas por tamaños. Para concretos de relación agua-cemento del orden de 0.35 se tiene que aproximadamente el 75% de las burbujas son de50 micrones o menores en diámetro. En cambio sólo el 12% de las burbujas están en ese orden de magnitud en concretos con relación agua-cemento de 0.75 Los menores diámetros observados en las burbujas presentes en concretos cuya relación agua-cemento es de 0.35 á 0.55 está entre 7 y 8 micrones, mientras que en concretos cuya relación agua-cemento es del orden de 0.75 los menores diámetros están en el orden de 16 micrones. Se ha determinado cuantitativamente estos cambios en la distribución de partículas por tamaños, indicándose que cuando se incrementa la relación agua-cemento de 0.35 á 0.55, el número de burbujas por pulgada cúbica de concreto disminuye de cerca de 7 millones a aproximadamente 2.5 millones. En una relación agua-cemento de 0.75 el concreto sólo contiene aproximadamente 700mil burbujas por pulgada cúbica. Igualmente se ha establecido que las burbujas menores de 20 micrones en diámetro constituyen el 58% del total de burbujas en una relación agua-cemento de 0.35 y solamente el 9% del total de burbujas en una relación agua-cemento de0.75.Conclusión análoga ha sido que con una relación agua-cemento de 0.35 a 0.55,muchas de las burbujas son menores de 20 micrones en diámetro, en tanto que cuando se tiene una relación agua-cemento de 0.75, la mayoría de las burbujas están entre 20 y 40 micrones. Se ha tratado de determinar una correlación entre el factor de espaciamiento y la resistencia a la congelación. Se ha determinado que los concretos de baja relación agua-cemento poseen un factor de espaciamiento menor y son más resistentes a procesos de congelación.

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Tipo de elemento y condición de exposición Relación a/c máx.permisible

Concreto de peso normal, expuesto a congelación y deshielo, en condición húmeda:- En secciones delgadas (losas de puentes, barandales, guarniciones repisas, escalones y trabajos ornamentales); en secciones de menos de 25 mm de recubrimiento de concreto sobre el acero de refuerzo; y en todo concreto expuesto a sales descongelantes.- En cualquier otro elemento no considerado en el caso anterior.

0.45

0.50

B.- Inclusión intencional de aire en el concreto al elaborarlo.

Tamaño máximo del agregado

Contenido de Aire total recomendado en el concreto para nivel de exposición ( % )

( mm ) (pulg.) ACIModerado**

ACISevero***

1012.52025405075

3/8½¾11 ½23

6.05.55.04.54.54.03.5

7.57.06.06.05.55.04.5

** Clima frío donde el concreto se expondrá ocasionalmente a humedad antes del congelamiento, y donde no se usan sales descongelantes, ejm. Muros exteriores, vigas y losas que no estén en contacto con el suelo.*** Exposición exterior en clima frío en donde el concreto estará casi siempre en contacto con humedad antes del congelamiento, o donde se usen sales descongelantes ejm. Cubiertas de puentes, pavimentos , banquetas y tanques de agua

C.- En el concreto endurecido aplicación de un tratamiento superficial a la estructura, con el propósito de restringir la penetración del agua externa hacia el interior del concreto.

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RECOMENDACIONES DEL ACI 306 R-88 CONCRETO EN CLIMA FRIO

OBJETIVOS:

a) Prevenir daños en el concreto debido al congelamiento a edad temprana. Un ciclo de congelamiento causa daño si el concreto no ha alcanzado una resistencia de 35 kg/cm2 (3.5 MPa), a 10ºC la mayor parte de una mezcla de concreto bien proporcionada alcanza esta resistencia al segundo día.

b) Asegurar que el concreto desarrolle la resistencia requerida para un desencofrado seguro, el retiro seguro de los apuntalamientos y para una carga segura de la estructura durante y después de la construcción.

c) Mantener condiciones de curado que satisfagan un normal desarrollo de la resistencia sin usar demasiado calor y sin causar saturación crítica en el concreto en el final del periodo de protección.

d) Limitar los cambios rápidos de temperatura, antes de que haya desarrollado suficiente resistencia para resistir las fuerzas térmicas inducidas. Un rápido enfriamiento de las superficies de concreto o grandes diferencias de temperatura pueden causar agrietamientos.

e) Prever protección consecuentemente con la serviciabilidad proyectada de la estructura. La obtención de resistencias satisfactorias en testigos a los 28 días es irrelevante, si la estructura tiene esquinas dañadas por congelamiento, áreas

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deshidratadas y agrietamiento por sobrecalentamiento debido a una inadecuada protección, curado inapropiado, ejecución negligente.

TEMPERATURA DEL CONCRETO:

Las temperaturas mínimas de colocación recomendadas son: (Tabla 1)

< 300 300 - 900 900-1800 >1800

1 - 13ºC 10ºC 7ºC 5ºC

2 Sobre -1ºC 16ºC 13ºC 10ºC 7ºC3 -18 a -1ºC 18ºC 16ºC 13ºC 10ºC4 Debajo -18ºC 21ºC 18ºC 16ºC 13ºC

1 - 13ºC 10ºC 7ºC 5ºC

Temperatura mínima del concreto cuando es mezclado para la temperatura indicada en el aire

Caída gradual máxima permisible de temperatura en las primeras 24 hr. Despues de finalizar la protección

Linea TemperaturaTamaño de la sección, dimensión mínima (mm)

Temperatura mínima del concreto al vaciarse y mantenerse

DURACION DEL PERIODO DE PROTECCION REQUERIDO PARA PREVENIR DAÑOS POR CONGELAMIENTO A TEMPRANA EDAD EN CONCRETO CON AIRE ATRAPADO

Linea Exposición

Cemento tipo I o II

Cemento tipo III, o aditivo acelerante, o 60 kg/m3 de

cemento adicional

1 No expuesto 2 1

2 Expuesto 3 2

Periodo de protección a la temperatura indicada en la línea 1 de la Tabla 1. días

Linea 1 se refiere al concreto que esta expuesto a poco o ningún congelamiento en el servicio o durante la construcción, como el caso de fundaciones o subestructuras.

Linea 2 se refiere a concreto que estará expuesto a la intemperie en el servicio o durante la construcción.

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DURACION DEL PERIODO DE PROTECCION PARA CONCRETO COLOCADO EN CLIMA FRIO (Tabla 2)

Linea Categoría

Cemento tipo I o II

Cemento tipo III, o aditivo acelerante,

o 60 kg/m3 de cemento adicional

11.- Sin carga no expuesto

2 1

22.- Sin carga expuesto

3 2

33.- Carga parcial

6 4

44.- Carga completa

Periodo de protección a la temperatura indicada en la línea 1 de

la Tabla 1. Días

Basarse en resistencia in-situ

Línea 1 fundaciones o subestructuras.

Línea 2 pilares macizos y diques no tiene requerimientos de resistencia temprana.

Línea 3 expuestas a intemperie que pueden estar sujetas a pequeñas cargas a edad temprana.

Línea 4 incluye el concreto estructural que requiere soportes de construcción temporales para resistir con seguridad las cargas de construcción.

DURACION DE LA PROTECCION RECOMENDADA PARA UN PORCENTAJE DE LA RESISTENCIA PARA UN CURADO ESTANDAR DE 28 DIAS (Tabla 3)

I II III I II III50 6 9 3 4 6 365 11 14 5 8 10 1485 21 28 16 16 18 1295 29 35 16 23 24 20

Tipo de Cemento

A 10ºC

días

A 21ºC

días% de la resistencia

para un curado estandar de 28 días Tipo de Cemento

Concreto 20.7 a 34.4 MPa después de 28 días de curado

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RECOMENDACIONES EN OBRA

ALMACENAMIENTO DE MATERIALES El almacenamiento en silos o lugares cubiertos. Los agregados en sitios secos y a 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 partículas.

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

PREPARACIÓN DE LA MEZCLA

El A.C.I. recomienda valores de temperatura mínimas, de colocación de la mezcla, en función de la dimensión mínima del encofrado.

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 ó 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

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LA SECUENCIA DE INGRESO DE LOS MATERIALES PREVIAMENTE CALENTADOS A LA TOLVA

Cuando el agua es calentada, debe evitarse el contacto prematuro del agua caliente con 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, cemento y el resto del agua.

Cuando se calientan los agregados y el agua, se debe ingresar la grava, luego el cemento, la arena y por último el agua

En general, siempre es más 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 específico de 4 a 5 veces más calorías que cada Kg. de piedra o arena.

MÉTODOS PARA CALENTAR EL AGUA

Mediante calderos industriales, para luego ser transportado, mediante cañerías aisladas térmicamente hasta las tolvas de mezclado, o en obras más pequeñas, puede usarse baterías de calentadores domésticos, a gas o eléctricos. El agua no debe ser calentada a más de 70 ºC.

MÉTODOS PARA CALENTAR LOS AGREGADOS

Los métodos para calentar los agregados son, en general, más complicados, recomendándose lo siguiente:

o Chorros de vapor, el mismo que debe ser aplicado uniformemente en todo el acopio, para no tener variaciones en la temperatura, ni en el contenido de humedad.

o No usar hornos de secado o chorros de aire caliente, ya que producen secado excesivo de árido, aumentando su grado de absorción y disminuyendo la trabajabilidad de la mezcla.

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 en vehículos descubiertos, sobre todo en tramos largos.

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COLOCACIÓN DEL CONCRETO

En la colocación del concreto se debe seguir las siguientes recomendaciones:o Previo a la colocación sobre el terreno natural y/o en el interior de los

encofrados, debe observarse si hay presencia de hielo o si la temperatura de los mismos está bajo el punto de congelación

o A temperaturas menores de 10 ºC, debe calentarse el acero de refuerzo de diámetros de 1" o más y también los insertos metálicos, a temperaturas por encima del punto de congelación.

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

TEMPERATURA DE COLOCACIÓN DE CONCRETO EN TIEMPOS FRIOS

TEMPERATURAS DE MEZCLADO DEL CONCRETO EN TIEMPOS FRÍOS

TEMPERATURA AMBIENTE (°C)

TEMPERATURA MINIMA (°C)

Menor que -18 21Entre -18 y -1 18Mayor que -1 16

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ESPESOR DEL ELEMENTO (cm)

TEMPERATURA MINIMA (°c)

Menor que 30 13Entre 30-80 10

Mayor que 80 5


CURADO Y PROTECCIÓN DEL CONCRETO

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

b) Mantener la humedad del amasado

Se acepta que la fragua del concreto no se interrumpa cuando su temperatura está por encima de los 5 ºC. Para el control se debe usar termómetros en contacto con la parte interna del elemento.

Si la temperatura del agua se calienta a más de 65ºCse tendrá en cuenta:o Mezclar el agua con el agregado grueso e introducir el cemento.o Que el agua ingrese lentamente cuando el cemento y el agregado son

cargados.o No combinar el agua con el cementoo Evitar calentar agregados cuando sea suficiente hacerlo con el agua

AÑADIR ADITIVO DESPUES QUE TEMPERATURA DEL CONCRETO SE HA REDUCIDO

El agregado se calentará cuando tenga porciones congeladas, medianteo Inyección de chorros de vapor a tolvas o pilas de agregado.o Dificultades en asentamientos.

Ubicación de tolvas en lugares cerrados, y calentados artificialmente Temperatura del agregado no mayor de 66º

ENCOFRADO Y DESENCOFRADO Los plazos de desencofrado deben ser, hechos con criterio de resistencia antes

que tiempos mínimos Es importante la selección del material y del tipo de encofrado a usar, no

recomendándose el uso de encofrado metálico, ya que además de tener mayor capacidad de conducción del calor de la madera, los refuerzos que tiene las planchas disipan el calor con mayor rapidez al funcionar como radiadores

o El tipo y cantidad de cemento empleado.o El tipo y cantidad de acelerantes empleado.o El volumen de las secciones de concretoo El procedimiento de curado empleado y la efectividad del mismo.o El retiro de los encofrados y puntales no deberá comenzar hasta que el

conjunto sea lo suficientemente fuerte para soportar su propio peso además de la carga sobre impuesta

CONCLUSIONES PARA DISEÑO DE MEZCAS EN LAS ZONAS ALTAS EL PERU

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Se debe considerar siempre un incorporador de aire.

Utilizar la relación a/c indicada por los reglamentos vigentes.

De preferencia debe utilizarse un cemento que genere mayor calor de hidratación.

Debe tenerse en cuenta la utilización de aditivos acelerantes de fragua, evitar los que contienen cloruros.

En cuanto a los agregados:

Debe evitarse agregados absorventes, puesto que no tendrán un comportamiento óptimo dentro del concreto, de no ser así tomar las medidas correspondientes para poder obtener un mejor comportamiento en dicho concreto.

DISEÑOS DE MEZCLA

Los diseños de mezcla deben desarrollarse mediante mezclas de prueba en el lugar de la obra en las mismas condiciones en que estará la estructura a vaciar. Para concretos sometidos a procesos de congelamiento y deshielo, se deberá cumplir con los requisitos de relaciones agua/cemento máximas de tablas en las diversas normatividades según la zona , siendo para ello recomendable utilizar aditivos plastificante-reductores de agua.

Utilización de una baja relación agua/cemento, con el objeto de reducir su permeabilidad intrínseca.

Slump del concreto:

Un concreto con slump mas abajo que el normal (menos de 4”) es el particularmente deseable en clima frío para losas; la exudación se minimiza y el fraguado corre mas temprano. Durante el clima frío el agua exudada puede permanecer en la superficie en

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un período tal que interfiera con un acabado apropiado. Durante clima, las mezclas de concreto en clima frío se deberán proporcionar minimizando la exudación tanto como sea posible.

Materiales de concreto:

El uso de cementos de fraguado rápido puede mejorar las características de endurecimiento del concreto en clima frío. La hidratación del cemento causa un incremento de temperatura de 5 a 8 °C (10 a 15 °F) por 45 kg (100 lb) de cemento. El incremento en la temperatura del concreto debido a la hidratación del cemento es directamente proporcional a su contenido de cemento. El cemento Tipo III (altas resistencias tempranas) puede utilizarse para alcanzar rápidos tiempos de fraguado y altas resistencias tempranas. Las ventajas principales del cemento Tipo III ocurren durante los primeros siete días.Las cenizas volantes y otros materiales puzolánicos y escoria granulada se utilizan como reemplazos parciales del cemento Portland. Estos materiales pueden utilizarse con aditivos acelerantes para obtener el desempeño deseado del concreto para vaciados en climas fríos.Los requisitos para obtener buenos resultados en vaciados y curado del concreto en climas fríos son básicamente los mismos que los del concreto vaciado en otro tipo de climas.El concreto debe vaciarse en el lugar permanente y en capas para permitir la vibración adecuada; utilice rompevientos, cure y proteja de la pérdida de humedad y el congelamiento.

Otras Consideraciones: Congelado puede tener una pérdida de hasta 50% de resistencia a compresión

a 28 días.

Se congelará en estado plástico cuando la temperatura de la mezcla baje de -2 °C (29 °F) y se mantenga sin mover por el tiempo suficiente para la formación de hielo. Una vez que se haya formado el hielo, la hidratación normal no ocurrirá y el tiempo de fraguado del concreto se afectará seriamente.

Que esté protegido del congelamiento hasta que haya alcanzado la resistencia a compresión de por lo menos 3.5 MPa (500 psi) no se dañará por la exposición a un solo ciclo de congelamiento.

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PREPARACIÓN DE LA MEZCLA

Para lograr que el concreto tenga la temperatura adecuada es más económico y práctico calentar el agua y/o agregados no siendo recomendable ni económico calentar el cemento ni los aditivos. Calentar el agua es usualmente la mejor alternativa ya que tiene un calor específico 4 o 5 veces mayor que el de los agregados.

Para calentar el agua se utilizan normalmente calderos industriales hasta llegar a una temperatura máxima de 70º C. Para calentar los agregados se utiliza normalmente chorros de vapor , no siendo recomendable los hornos, aire caliente ni fuego directo. Si el agua o el agregado son calentados previamente deben mezclarse entre ellos antes de entrar en contacto con el cemento.

La temperatura del concreto al momento del mezclado está influenciada por la temperatura, calor específico y la cantidad de sus ingredientes. La temperatura aproximada del concreto puede calcularse siguiendo la siguiente ecuación:

T=0.22 (TaWa+TcWc )+TwWw+TwaWwa

0.22 (Wa+Wc )+Ww+WwaDonde:T= temperatura del concreto recién mezcladoTa= temperatura de los agregadosTc = temperatura del cemento Tw= temperatura del agua de mezcla añadidaTwa= temperatura del agua libre sobre los agregadosWa = peso de los agregados Wc= peso del cemento Ww= agua añadidaWwa= el agua libre sobre los agregados

La temperatura del concreto puede incrementarse 0.5 °C (1 °F) incrementando:• Temperatura del cemento 4 °C (8 °F)• Temperatura del agua 2 °C (4 °F)• Temperatura de los agregado 1 °C (2 °F)De todos los materiales para fabricar concreto, el agua es el más fácil y práctico de calentar. El peso de los agregados y el cemento en una mezcla típica para clima frío es mayor que el peso del agua. Sin embargo, el agua puede almacenar cinco veces más calor que el material sólido del mismo peso.

El agua de mezclado deberá estar disponible a una temperatura consistente, regulada y en cantidad suficiente para evitar fluctuaciones apreciables en la temperatura del concreto de tanda a tanda.

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Se ha reportado que un contacto prematuro de cantidades concentradas de cemento y agua muy caliente causa fraguado instantáneo y bolas de cemento.

Cuando el agua utilizada esta sobre los 80°C, puede ser necesario ajustar el orden en que los ingredientes son mezclados. Puede ser útil agregar el agua caliente y el agregado grueso delante del cemento y adicionar lentamente el agua mientras el cemento y agregados son cargados.

Calentamiento de los agregados: Cuando los agregados están libres de hielo y trozos de terrones, la temperatura deseada del concreto durante el mezclado puede normalmente obtenerse por calentamiento del agua de mezclado, pero cuando las temperaturas del aire están persistentemente debajo de –4°C es además normalmente necesario calentar los agregados. El calentamiento de los agregados a temperatura superiores a 15°C es raramente necesaria si el agua de mezclado es calentada a 60°C.

Si el agregado grueso se encuentra seco y libre de escarcha, hielo y terrones congelados, puede obtenerse una adecuada temperatura de concreto fresco solo incrementando la temperatura de la arena, que rara vez tiene que estar encima de 40°C si el agua de mezclado es calentado a 60°C.

Los métodos para calentar los agregados son, en general, más complicados, recomendándose lo siguiente:

➢ Chorros de vapor, el mismo que debe ser aplicado uniformemente en todo el acopio, para no tener variaciones en la temperatura, ni en el contenido de humedad.

➢ No usar hornos de secado o chorros de aire caliente, ya que producen secado excesivo de árido, aumentando su grado de absorción y disminuyendo la trabajabilidad de la mezcla.

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TRANSPORTE DE LA MEZCLA

Debe planificarse los procedimientos de producción de concreto, evitando grandes distancias de transporte, largas esperas en la colocación y largas canaletas de vertido de tal manera que se reduzcan las pérdidas de calor. La siguiente fórmula nos da una referencia de las pérdidas de calor o temperatura cuando se transporta la mezcla en un camión concretero :

Dt = 0.25(T – Ta)

Donde: Dt = Pérdida de calor o temp. ( ºC/ hora de espera)

T = Temperatura deseada en obra

Ta = Temperatura ambiente.

CURADO Y PROTECCIÓN DEL CONCRETO

El curado se define como el proceso para mantener la humedad y la temperatura del concreto recién colocado, durante algún período definido posterior a la colocación, vaciado o acabado, para asegurar la hidratación satisfactoria de los materiales cementantes y el endurecimiento y la adquisición de resistencia propios del concreto. En general el curado se debe mantener a 10º C por lo menos los 7 primeros días y por 10 días si se usa cementos IP, IPM o puzolánico.

Luego de la protección inicial durante las primeras 24 horas hasta lograr la resistencia mínima de 36 kg/cm2, es necesario prolongar la protección y curado el mayor tiempo posible siendo lo recomendable la protección y curado por 3 días para luego proseguir con el curado.

Cuando la temperatura del medio ambiente es menor de 5º C, la temperatura del concreto ya colocado deberá ser mantenida sobre 10º C durante el período de curado (mínimo de 6 días para secciones delgadas). Algunos autores recomiendan que si la temperatura está por encima de los 5º C es necesario la protección del concreto sólo las primeras 24 horas. Se tomarán precauciones para mantener al concreto dentro de la temperatura requerida sin que se produzcan daños debidos a la concentración de calor, tratándose de no utilizar dispositivos de combustión, durante las primeras 24 horas, a menos que se tomen precauciones para evitar la exposición del concreto a gases que contengan bióxido de carbono.

Es necesario llevar un registro de las temperaturas ambientales, del recinto y de la superficie del concreto. La caída de la temperatura del concreto en cualquier punto no debe exceder de 3º C por hora o 28º C por 24 horas En concretos de alta resistencia

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muchas normas especifican un mínimo de protección de 4 días a un mínimo de 10 º C. En general el método más recomendable de protección a temperaturas bajas es el aislamiento completo o encerramiento del concreto fresco, con calentadores o calefactores artificiales en el interior del recinto. Para el curado húmedo es necesario mantener la temperatura de tal manera que el agua no se congele ni sea tan baja que produzca un choque térmico con el concreto en pleno proceso de fraguado.

En el curado húmedo de superficies horizontales, siempre que la temperatura no sea muy baja , se recomienda utilizar capas de paja sobre capas de arena húmeda. En temperaturas demasiado bajas se pueden usar mantas térmicas dejando un espacio entre la superficie y el concreto para suministrar calor. Los curadores de membrana deben utilizarse si están precedidos por curados húmedos.

En condiciones extremas de climas fríos es fundamental e indispensable tomar muestras de testigos adicionales de control en obra para curarlas bajo las mismas condiciones de la estructura vaciada y así verificar la eficiencia de los métodos de protección y curado. Se considera satisfactorio el curado y protección, cuando la resistencia promedio de las probetas de obra son mayores o iguales al 85% de la resistencia de las probetas curadas en laboratorio.

ADICIÓN DE ADITIVO (CLORURO DE CALCIO) COMO UN ACELERADOR

El cloruro de calcio es un aditivo acelerador popular y ampliamente utilizado que reduce el tiempo de fraguado e incrementa la velocidad de desarrollo e la resistencia a temprana edad.

El cloruro de calcio y la mayoría de otros aditivos químicos agregados a la mezcla de concreto en cantidades permisibles, no reducirán el punto de congelamiento del agua del concreto en ningún grado significativo para evitar confianzas equivocadas en tal practica, y para evitar el uso de materiales perjudiciales en cualquier intento de bajar el punto de congelamiento del agua en el concreto mediante el uso del cloruro de calcio no debe ser permitido.

CONTROL DE LA CALIDAD

El control de calidad del concreto (materiales, producción, transporte, concreto fresco y colocación, y concreto endurecido), debe ser mucho más estricto que para condiciones normales. Se debe llevar un control por camión, consignando los datos de tiempo de carguío, tiempo de mezclado, tiempo de viaje, tiempo de espera, tiempo de vaciado, contenido de aire, asentamiento, temperatura ambiental, temperatura del concreto, agua añadida en planta, además de las características físicas de los agregados con controles de humedad cada hora , más aún si la arena es lavada.

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Se deben moldear testigos para ensayar a la resistencia a 1 día, 3 días, 7 días y 28 días, dejando de reserva para mayores edades, siendo fundamental tomar muestras adicionales para las probetas de obra.

Los procedimientos del moldeo y curado de las probetas (ASTM C31 y C39), indican que los testigos luego de moldeados deben permanecer a una temperatura entre 16-27º C, mientras que el curado en agua saturada con cal debe mantenerse a una temperatura de entre 21.5º C y 24.7º C. Las mediciones de temperatura seguirán lo indicado en la Norma ASTM C 1064.

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CONCLUSIONES

➢ La exposición del concreto a temperaturas por debajo del punto del agua suele ser fuente importante de deterioro prematuro de las estructuras expuestas, cuando el concreto no posee una adecuada capacidad para resistir los efectos perjudiciales que en estas condiciones se producen .

➢ El daño del concreto es consecuencia de las presiones que se origina por fenómenos relacionados con la congelación del agua que ocupa sus poros , de este modo para que exista daño se requiere que :

• El concreto contenga suficiente agua y que la temperatura sea suficientemente baja como para provocar congelación del agua en el interior del concreto, además a la repetición consecutiva del fenómeno debido a que el daño del concreto endurecido se manifiesta solamente después de que se congela y descongela varias veces, excepto que se trate de concreto en curso de fraguar o recién fraguado, en cuyo caso solo una sola congelación puede causar daño irreversible.

➢ Para proteger al concreto de los efectos de dañinos de la congelación es posible emplear lo siguiente:

• Utilizar una baja relación agua / cemento en la elaboración del concreto con el objeto de reducir su permeabilidad intrínseca.

• Inclusión de aire en el concreto al elaborarlo ya sea por medio de un aditivo o por otro medio adecuado, a fin de crear un sistema de vacíos en el interior del concreto endurecido.

• Aplicación de un tratamiento superficial a la estructura, con el propósito de restringir la penetración dela agua externa hacia el interior del concreto.

➢ El equipo y los materiales necesarios deben estar en obra antes que ocurra el clima frío, no después que el concreto sea colocado y las temperaturas empiecen a acercarse al punto de congelamiento.

➢ Cuando se prevean fuertes escarchas o heladas en obra toda la superficie del concreto debe estar protegida del congelamiento por lo menos las primeras 24 horas después de colocado.

➢ En las mezclas de concreto en clima frío se deberá minimizar la exudación tanto como sea posible, ya que el agua exudada puede permanecer en la superficie en un período tal que interfiera con un acabado apropiado.

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➢ La temperatura del concreto en el momento de su colocación debe mantenerse tan cerca de los valores mínimos recomendados como sea posible, no debiendo ser mayores que estos valores mínimos en mas de 11°C.

➢ Si aún no se ha iniciado el proceso de endurecimiento, y el concreto se congela, el agua de amasado aún 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.

➢ Si el endurecimiento se iniciara quedará suspendido hasta que el concreto se descongele, reiniciándose el proceso en el punto que quedó; habiendo una merma en la resistencia final, grado de compactación y adherencia.

➢ El almacenamiento de los agregados debe realizarse en sitios secos y a cubiertos de lluvias, nieve y vientos fuertes.

➢ Se debe calentar el agua antes que los agregados, debido a que el agua tiene un calor específico de 4 a 5 veces más calorías que cada Kg. de piedra o arena.

➢ El transporte de la mezcla debe realizarse de tal manera que la pérdida de temperatura sea mínima.

➢ El concreto recientemente colocado debe protegerse de secado a fin que pueda ocurrir una adecuada hidratación.

➢ No es probable que el concreto expuesto a clima frío se seque a una velocidad indeseable, sin embargo esto puede no ser verdad para el concreto que está siendo protegido de clima frío

➢ Durante clima muy frío siempre es necesario adicionarle humedad al aire calentado para mantenerlo húmedo.

➢ Mantener la temperatura de la mezcla, impidiendo la pérdida del calor de fragua o suministrándole calor adicional.

➢ Mantener la humedad del amasado.

➢ Se debe interrumpir la fragua del concreto cuando su temperatura está por bajo de los 5 ºC.

➢ El cloruro de calcio y la mayoría de otros aditivos químicos agregados a la mezcla de concreto en cantidades permisibles, no reducirán el punto de congelamiento del agua.

Lo expuesto sobre la forma en que diversos factores pueden influir en el contenido de aire del concreto no debe dejar la impresión que el mantenimiento del contenido de aire dentro de límites razonables es extremadamente difícil de

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obtener. En la práctica, muchos de los factores mencionados permanecen constantes dentro de una operación de mezclado determinada, no alterando por consiguiente el contenido de aire. Sin embargo se considera que es importante conocer todos los factores mencionados a fin que en el diseño de la mezcla se tengan presentes las fuentes potenciales de variación y se conozca cómo controlarlas cuando ellas se presentan.

La dosificación de los concretos con aire incorporado es similar a la de los concretos sin él. Se recomienda que el método de dosificación de los concretos con aire incorporado siga los procedimientos indicados por el Comité 211 del ACI. Estos procedimientos consideran la reducción en el agua y agregado fino permitida por la mejora en la trabajabilidad.

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RECOMENDACIONES

Deberemos escoger las horas mas apropiadas y donde la temperatura ambiente sea la más caliente.

Dosificar la mezcla con agregados de buena calidad, poco permeables. La relación de a/c no supere el 0,45 el exceso de agua en la mezcla traerá como

consecuencia que se produsca el fenómeno de congelamiento. Calentar agua de ser necesario, de tal manera que nuestra concreto en su

estado plástico alcance un mínimo de 13ºC Dependiendo del espesor de los elementos vaciados estos deberán permanecer

mayor tiempo encofrados, es decir no debemos desencofrar al día siguiente si es posible que las formas permanezcan 72 horas, en especial en columnas.

El curado debe ser controlado, evitando la perdida rápida de humedad podemos emplear plásticos de color negro que durante las horas de sol absorberán calor, para conservarlo en horas de la noche.

Durante la noche en el caso de losas, estas deben ser cubiertas con mantas, tierra, arena de tal manera que la superficie no esté expuesta a la temperatura ambiente.

Si empleamos acelerantes de fragua, debemos controlar el calor de hidratación del concreto, ya que los efectos por el exceso de calor son los mismos, es decir generan fisuramiento.

Planificación: Los planes para proteger de las heladas al concreto fresco y mantener las temperaturas sobre los valores mínimos recomendados deben ejecutarse antes que ocurran las temperaturas de congelamiento esperadas.

El equipo y los materiales necesarios deben estar en obra antes que ocurra el clima frío, no después que el concreto sea colocado y las temperaturas empiecen a acercarse al punto de congelamiento.

Es importante saber los aditivos nacionales que están a disposición cuando trabajamos en climas fríos. Aditivos en el mercado nacional.

o Air Mix 200o Entrampaireo FroBe – Sikao Micro Air

BIBLIOGRAFÍA:

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Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto.Colado del Concreto en Clima Cálido y Frío –BOLETIN TECNICO BASF THE CHEMICAL COMPANY

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