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.


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


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.


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


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


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.


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.


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.



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.


Fig 4 Temperatura obtenida de la combinacin de las Temperaturas del agregado y agua


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:


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.



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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Concreto en Climas Especiales