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Concreto en Climas Extremos

Concreto en Climas Extremos: En general se consideran condiciones extremas de temperatura para el concreto cuando la temperatura ambiental es inferior a 5º C y superior a los 28º C, en cuyo caso se debe tener especial cuidado en la selección de materiales, dosificación, preparación, transporte , curado, control de calidad, encofrado y desencofrado del concreto.

Según el ACI-306R (“Cold Weather Concreting”) se considera clima frío si la temperatura ambiental media por más de 3 días consecutivos es menor de 5ºC. Si la temperatura ambiental media se mantiene superior a 10ºC ya no se considera clima frío.

La N.T.E. E-060 (Perú) considera clima frío a aquel en que, en cualquier época del año la temperatura ambiente puede estar por debajo de 5 ºC. Cuando el concreto se congela el agua libre se convierte en hielo aumentando su volumen que en estado sólido rompe la débil adherencia entre las partículas del concreto, si aún no se ha iniciado el proceso de endurecimiento. Asimismo debido a las bajas temperaturas se produce una disminución de la actividad o reacción química, para el proceso de endurecimiento del concreto el cual puede llegar a disminuir notablemente.

Por todos estos motivos los ciclos de congelamiento y deshielo, pueden afectar gravemente la calidad final del concreto aún cuando se haya iniciado el proceso de endurecimiento. Los climas fríos y muy secos afectan el concreto originando el secado , principalmente de su superficie. La resistencia mínima para que no se produzcan reducciones significativas en la resistencia final del concreto debido al congelamiento es de 35 kg/cm2 (ACI o BS8110), por lo cual es fundamental la protección del concreto durante las primeras 24 horas hasta lograr esa resistencia mínima.

Índice

    Concreto en Climas Extremos

    La Norma E-060 (Perú), obliga a tener en obra un equipo adecuado para calentar el agua y/o agregados, así como para proteger el concreto durante la colocación del concreto y el subsiguiente período de fraguado cuando la temperatura ambiente es menor de 5º C.

    En general las medidas a adoptar en climas fríos se resumen en :

    1. Controlar la temperatura del concreto dentro de rangos permisibles durante la preparación, transporte, colocación y curado .
    2. Evitar que el concreto se congele hasta lograr su resistencia mínima.

    Materiales

    Los materiales (cemento, agregados, agua y aditivos) deben cumplir estrictamente lo establecido en las normas ASTM C150, ASTM C33, ASTM C 494) Los ensayos de calidad de los agregados deberán incluir el de Durabilidad (ASTM C88). El cemento se almacenará en silos debidamente aislados y protegidos, debiendo evitarse utilizar cementos con fraguado lento. Los agregados deberán estar protegidos de las lluvias, nieve o vientos y evitar su congelamiento , especialmente los agregados lavados.

    Diseño 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 la Tabla Nº 4.4.2 (E-060) , siendo para ello recomendable utilizar aditivos plastificante-reductores de
    agua.

    Debido a las restricciones en la relación a/c los consumos de cemento son usualmente mayores que para una clima en condiciones normales. Ejem. : El Contenido de Cemento para un f´c=210 kg/cm2 puede ser 180/0.50 = 360 kg/m3. El concreto debe fabricarse con aditivos incorporadores de aire, para permitir la expansión volumétrica del agua de la mezcla durante el congelamiento, teniendo en cuenta la disminución de resistencia por efecto del aire incorporado y el aumento de la trabajabilidad al mismo tiempo.Las dosificaciones usualmente van desde 0.1% al 0.6% en peso del cemento.

    Para concretos sometidos a ciclos de congelamiento y deshielo el contenido de aire total será el indicado en la Tabla Nº 4.4.1 (E-060) . Se pueden utilizar aditivos acelerantes de fragua , previo estudio de los tiempos de fragua inicial y final del concreto, para disminuir los tiempos de endurecimiento del concreto. Los aditivos con cloruros no se deben utilizar en el concreto pretensado. En general los aditivos deben haber sido probados al pie de obra antes de usarlos.

    Preparacion 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 fresco se puede determinar previamente en base a la temperatura de los materiales mediante la fórmula:

    Concreto en Climas Extremos

    Donde: Tcf = Temperatura del concreto fresco
    Ta = Temperatura de los agregados
    Pa = Peso seco de los agregados (Kg)
    Tc = Temperatura del cemento
    Pc = Peso del cemento.(Kg)
    Tw = Temperatura del agua
    Pw = Peso del agua

    Transprte 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

    Colocación del Concreto

    Los valores mínimos de temperatura de colocación de la mezcla en función de la temperatura ambiente y las dimensiones del elemento a vaciar se indican en la Tabla N º 1.4.1 del ACI 306-R y la Tabla 5.9.3 de E-060. Todos los materiales integrantes del concreto así como el acero de refuerzo, material de relleno, y suelo con el cual el concreto ha de estar en contacto, deberán estar libres de nieve, granizo o hielo, recomendando algunos autores mantener la zona a un mínimo de 2º C.

    Si la temperatura es menor de –10º C se recomienda calentarse el acero de refuerzo mayor de 1” y los insertos metálicos. En las juntas se puede calentar el concreto antiguo y picarlo profundamente. El espesor de las capas de concreto debe ser el mayor posible compatible con el proceso de compactación del concreto. La temperatura del concreto fresco no debe ser muy alta para evitar el choque térmico, no debiendo ser mayor en 6º C que la mínima especificada.

    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.

    La Norma E-060 indica que 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.

    Según la Norma E-060, 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.

    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 la Norma E-060 especifica 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

    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.

    Encofrado y Desencofrado

    Los plazos de desencofrado se deben determinar en base a requisitos de resistencia antes que tiempos mínimos, debiendo el proyectista indicar el % f´c a partir del cual se puede proceder al desencofrado. Para determinar estos plazos son determinantes los resultados de resistencia de la probetas de obra. Los encofrados de madera dan mejor resultado que los metálicos debido a que retienen mejor el calor, salvo que se forren con material aislante en la superficie exterior.

    Control de 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.

    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.

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