capit14 colado en clima frio

8/18/2019 Capit14 Colado en Clima Frio

1/20

Capítulo 14

Colado en Clima Frío

El concreto se puede colocar (colar) de manera segura, sindaños debidos a la congelación, durante los meses deinvierno, en climas fríos, si se toman ciertas precauciones.El ACI comité 306 define clima frío como el periodo en quedurante más de 3 días sucesivos el promedio de la tempe-

ratura del aire sea menor de 4°C (40°F) y permanece bajo10°C (50°F) durante más de la mitad de cualquier periodode 24 horas. Bajo estas circunstancias, todos los materialesy equipos necesarios para la protección y el curado ade-cuados deben estar disponibles y listos para el uso antesdel inicio de la colocación (colado) del concreto. Se puedenrecobrar las prácticas normales de colocación cuando latemperatura ambiente sea mayor que 10°C (50°F) por másde medio día.

Durante el clima frío, la mezcla de concreto y su tem-peratura se deben adaptar a los procedimientos construc-tivos y a las condiciones del clima. Se deben hacerpreparativos para proteger el concreto. Los recintos,rompevientos, calentadores (calefactores) portátiles, cim-

bras (encofrados) aisladas y mantas deben estar listos paramantener la tempe-ratura del concreto(Fig. 14-1).

Las cimbras (encofrado), el acero de refuerzo y losaccesorios que se vayan a insertar deben estar libres denieve e hielo en el momento que se coloque el concreto.Deben estar disponibles termómetros e instalaciones dealmacenamiento de cilindros de prueba para verificar si

estas precauciones son adecuadas.

EFECTO DE LA CONGELACIÓN DELCONCRETO FRESCO

El concreto desarrolla muy poca resistencia a bajas tem-peraturas. Por lo tanto, el concreto fresco se debe protegercontra los efectos perjudiciales de la congelación (Fig.14-2) hasta que su grado de saturación se haya reducidosuficientemente por el proceso de hidratación. Elmomento en que se logra esta reducción correspondeaproximadamente al tiempo necesario para que el con-

creto desarrolle una resistencia de 35 kg/cm2 o 3.5 MPa(500 lb/pulg2) (Powers 1962). Esto ocurre durante lasprimeras 24 horas después del colado, bajo temperaturasnormales y relaciones agua-cemento menores que 0.60.Reducciones significativas de la resistencia última, hastacerca de 50%, pueden ocurrir si el concreto se congela

pocas horas despuésdel colado o antes quese desarrolle una re-sistencia de 35 kg/cm2

o 3.5 MPa (500 lb/pulg2) (McNeese 1952).El concreto que se va aexponer a productosdescongelantes debedesarrollar una resist-encia de 290 kg/cm2

o 28 MPa (4,000 lb/pulg2) antes de losciclos repetidos decongelación y deshielo(Klieger 1957).

Fig. 14-1. El clima frío no es un obstáculo para la construcción en concreto, cuando se hacen laspreparaciones adecuadas para construir protecciones y equipos aisladores. (IMG12272,IMG12271)

285


2/20

Se puede restaurar la resistencia del concreto que se hayacongelado a edad temprana sólo una vez, aproximándosea la resistencia normal, a través del curado adecuado pos-terior. Sin embargo, este concreto no va a ser tan resistentea las intemperies, ni va a ser tan estanco como un concretoque no se haya congelado. El periodo crítico, después delcual el concreto no se daña seriamente por uno o dos ciclosde congelación, depende de los ingredientes del concretoy de las condiciones de mezclado, colocación, curado yposterior secado. Por ejemplo, el concreto con aireincluido (incorporado) es menos susceptible a los dañoscausados por la congelación a edades tempranas que elconcreto sin aire incluido. Para más información, consulteel capítulo 8 “Concreto con Aire Incluido”.

DESARROLLO DE RESISTENCIA ABAJAS TEMPERATURAS

La temperatura afecta la velocidad de hidratación del

cemento – bajas temperaturas retardan la hidratación y,consecuentemente, retardan el endurecimiento y el desa-rrollo de la resistencia del concreto.

Si el concreto se congela y se mantiene congelado a unatemperatura mayor que -10°C (14°F), va a desarrollar resis-tencia lentamente. Abajo de esta temperatura, la hidratacióndel cemento y el desarrollo de la resistencia se paralizan.Las figuras 14-3 y 14-4 muestran el efecto de las bajastemperaturas sobre el tiempo de fraguado y sobre el reve-nimiento (asentamiento), respectivamente. Las figuras 14-5y 14-6 enseñan la resistencia a compresión a lo largo deltiempo, con relación a la temperatura de colado y curado.Observe que en la figura 14-6 los concretos colados y

curados a 4°C (40°F) y a 13°C (55°F) presentaron resis-tencias más bajas en la primera semana, pero después de 28

286

Diseño y Control de Mezclas de Concreto ◆ EB201

Fig. 14-2. Vista en primer plano de las impresiones del hieloen la pasta congelada de concreto fresco. Las formacionesde cristal de hielo ocurren a medida que el concreto noendurecido se congela. Sin embargo, esto no ocurre en elconcreto adecuadamente endurecido. La rotura de la pastapor congelación puede reducir el desarrollo de la resis-tencia y aumentar la porosidad. (IMG12273)

0 10 20 30 40

32 52 72 92200

150

100

50

0

P o r c e n t a j e d e l f r a g u a d o

f i n a l a 2 3 O C

( 7 3 O F )

Temperatura de colocación,OF

Cemento A Cemento B

Proporciones de la mezclamantenidas constantes

Temperatura de colocación,OC

0 10 20 30 40

32 52 72 92200

150

100

50

0

P o r c e n t a j e d e l f r a g u a d o

f i n a l a 2 3

O C

( 7 3 O F )

Temperatura de colocación,OF

Cemento A Cemento B

Proporciones de la mezclamantenidas constantes

Temperatura de colocación, OC

Fig. 14-3. Características de inicio de fraguado (superior) yfinal de fraguado (inferior) en función de la temperatura decolocación. (Burg 1996).

0 10 20 30 40

32 52 72 92250

150

200

100

50

0

P o r c e n t a j e e n r e l a c i ó n a l r

e v e n i m i e n t o a 2 3 o C

( 7 3 o F )

Temperatura de colocación, oF

Temperatura de colocación, oC

Cemento A Cemento B

Proporciones de lamezcla mantenidasconstantes

Fig. 14-4. Características del revenimiento en función de latemperatura de colocación (Burg 1996).


3/20

140

120

100

80

60

40

20

01 3 7 28 90 365

Edad del ensayo, días

R e s i s t e n c i a a c o m p r e s i ó n , p o r c e n t a j e e n r e

l a c i ó n a l

c o n c r e t o c u r a d o p o r 2 8 d í a s a 2 3 o C

2 3 o C

( 7 3 o F )

4 o C

( 4 0

o F )

1 3 o C

( 5 5

o F )

Datos de la mezcla:Relación agua-cemento = 0.43Contenido de aire: 4 a 5%Cemento: ASTM Tipo I, 310 kg/m3 (517 lb/yd3)

Curado:Las temperaturas que se enseñanson las temperaturas para lacolocación y el curado húmedo delos especímenes en los primeros28 días. Después de esto, todos sesometieron al curado húmedoa 23oC (73oF).

Fig. 14-6. Efecto de las bajas temperaturas sobre laresistencia a compresión en varias edades. Observe que enesta mezcla producida con el cemento tipo I ASTM, la mejortemperatura para la resistencia a largo tiempo (1 año) fue13°C (55°F) (Klieger 1958).

400

300

6

5

4

3

2

1

0

200

100

01 3 7 28 90 365


R e s i s t e n c i a a c o

m p r e s i ó n ,

k g / c m 2

R e s i s t e n c i a a c o m p r e s i ó n ,

1 0 0 0 l b / p u l g 2

2 3 o C

( 7 3 o F )

2 3 o C

( 7 3 o F )

- 4 o C ( 2

5 o F )

1 0 0 %

H R

5 0 %

H R

1 0 0 %

H R

5 0 % H R

Relación agua-cemento = 0.43Contenido de aire: 4 a 5%Cemento: ASTM Tipo I, 310 kg/m3 (517 lb/yd3)

Fig. 14-5. Efecto de la temperatura sobre el desarrollo de laresistencia del concreto. El concreto de la curva inferior se

colocó a 4°C (40°F) y se almacenó inmediatamente en uncuarto de curado a -4°C (25°F). Ambos concretos recibieronel curado húmedo con 100% de humedad relativa por 28días, seguidos de curado con humedad relativa de 50%.

500

400

300

200

100

01 3 7 28

Datos de la mezcla:Relación agua-cemento = 0.43, cemento tipo I ASTM = 0.45, cemento tipo III ASTMContenido de aire: 4 a 5%Contenido de cemento 310 kg/m3 (517 lb/yd3)

R e s i s t e n c i a a c o m p r e s i ó n ,

k g / c m 2

R e s i s t e n c i a a

c o m p r e s i ó n ,

1 0 0 0 l b / p u l g 2

7

6

5

4

3

2

1

Tipo III, mezclado y curado a 23OC (73OF)Tipo I, mezclado y curado a 23OC (73OF)Tipo III, mezclado y curado a 4OC (40OF)Tipo I, mezclado y curado a 4OC (40OF)


Fig. 14-7. Comparación entre las resistencias tempranas demezclas de concreto con los cementos I y III ASTM curadosa 4°C (40°F) y a 23°C (73°F) (Klieger 1958).

días, cuando los especimenes (probetas) se curaron a 23°C(73°F), sus resistencias crecieron más rápidamente que elconcreto colado y curado a 23°C (73°F) y con un año susresistencias se presentaron un poco mayores.

Se pueden lograr altas resistencias iniciales con el usode cemento de alta resistencia inicial, como se puedeobservar en la figura 14-7. Las principales ventajas se pre-sentan en los primeros 7 días. A una temperatura decurado de 4°C (40°F), las ventajas del cemento de altaresistencia inicial son más marcadas y persisten por mástiempo que en altas temperaturas.

CALOR DE HIDRATACIÓN

El concreto genera calor durante su endurecimiento comoconsecuencia del proceso químico a través del cual elcemento reacciona con el agua para formar una pastaendurecida y estable. El calor generado se llama calor dehidratación y su cantidad y tasa de liberación varían conel tipo de cemento. Además de esto, las dimensiones del

elemento de concreto, la temperatura ambiente, la tem-peratura inicial del concreto, la relación agua-cemento, losaditivos y la composición, finura y cantidad del materialcementante también afectan el calor de hidratación.

El calor de hidratación es muy útil durante el climafrío, pues contribuye para que se logre una temperaturaadecuada de curado, generalmente sin que sean nece-sarias otras fuentes temporarias de calor, principalmenteen elementos de concreto masivo.

El concreto se debe entregar en una temperatura ade-cuada y se debe tener en cuenta la temperatura de las cim-

bras (encofrados), acero de refuerzo, terreno u otroconcreto sobre el cual se colará el concreto. No se debe

colar el concreto sobre un concreto o terreno congelados.

287

Capítulo 14 ◆ Colado en Clima Frío


4/20

3. Aceleradores químicos

Se pueden emplear pequeñas cantidades de acele-radores, tales como cloruro de calcio (con una dosismáxima de 2% por masa de cemento portland), para ace-lerar el fraguado y el desarrollo de la resistencia tempranadel concreto en clima frío. No se deben usar los acele-radores que contienen cloruro donde exista un potencialpara la corrosión, tal como en elementos de concreto quecontienen acero de refuerzo o donde se vayan a usarinsertos de aluminio o acero galvanizado. No se reco-miendan los cloruros para concretos expuestos a suelos oaguas que contengan sulfatos o para concretos suscepti-

bles a la reacción álcali-agregado.No se deben emplear los aceleradores como sustitutos

del curado adecuado o de la protección en contra de lacongelación. Los aditivos aceleradores, especialmente di-señados, permiten que se coloque el concreto a tempera-turas menores que -7°C (20°F). El objetivo de estosaditivos es reducir el tiempo de fraguado inicial y final,pero no acelerarán, necesariamente, el desarrollo deresistencia. La cubierta del concreto para mantener la

humedad afuera y para retener el calor de hidratación aúnes necesaria. Además, nunca se deben utilizar las solu-ciones anticongelantes tradicionales, tales como losusados en automóviles. La cantidad de estos materialesnecesaria para bajar apreciablemente el punto de con-gelación es tan grande que la resistencia y otraspropiedades pueden ser seriamente afectadas.

Como el objetivo del uso de mezclas especialesdurante la colocación de concreto en clima frío, es lareducción del tiempo de fraguado, una relación agua-cemento baja y un bajo revenimiento (asentamiento) sonparticularmente deseables, especialmente en superficiesplanas, pues las mezclas de concreto con revenimiento

alto normalmente tienen un fraguado más lento. Además,se minimiza la evaporación, permitiendo que el acabadose realice mucho más rápidamente (Fig. 14-9).

La figura 14-8 muestra la instalación de una lonasobre un pedestal (base de fundación) de concretodespués de la colocación del concreto. Normalmente sonnecesarias lonas y mantas aisladoras para retener el calorde hidratación de manera más eficiente y conservar el con-creto lo más caliente posible. Las lecturas de la tempe-ratura del concreto con el termómetro indicarán si lacubierta es adecuada o no. El calor liberado durante la

hidratación va a compensar, hasta un grado considerable,la pérdida de calor durante el colado, acabado y opera-ciones de curado temprano. Amedida que la liberación decalor de hidratación disminuye, la necesidad de cubiertapara el concreto se vuelve más importante.

MEZCLAS ESPECIALES DE CONCRETO

En la construcción durante el invierno, es deseableobtener alta resistencia en edades tempranas para reducirel periodo de tiempo durante el cual se requiere una pro-tección temporaria. El costo adicional del concreto de alta

resistencia normalmente se compensa por la posibilidadde reutilización de las cimbras (encofrados) y puntalesmás rápidamente, ahorro con la disminución del tiempode calefacción temporal, fraguado más rápido que permiteque se empiece el acabado más temprano y pronto uso dela estructura. El concreto de alta resistencia inicial sepuede obtener con el uso de uno o la combinación devarios de los siguientes puntos:

1. Cemento de alta resistencia inicial2. Cemento portland adicional (60 a 120 kg/m3 o 100 a

200 lb/yd3)

288


Fig. 14-8. El concreto está siendo cubierto con yute pararetener el calor de hidratación. (IMG15125)

Fig. 14-9. El acabado de esta superficie del concreto sepuede realizar con el uso de rompeviento, hay calorsuficiente bajo la losa y el concreto tiene bajorevenimiento. (IMG12278)


5/20

400

300

200

100

00 10 20 30 40 50 60

Curado normalmente(nunca se congeló)

Congelación seca

Congelación húmeda

P o r c e n t a j e d e l a r e s i s t e n c i a e n r e

l a c i ó n a l o s 7 d í a s

Número de ciclos de congelación-deshielo

Fig. 14-10. Efecto de la congelación-deshielo sobre laresistencia del concreto que no contiene aire incluido(curado por 7 días antes de la primera congelación)(Powers 1956).

Fig. 14-11. Ejemplo de un piso de concreto que se saturócon lluvia, nieve o agua y después se congeló, mostrandola necesidad de la incorporación de aire. (IMG12353)

Espesor de la sección, mm (pulg.)Menos que 300 a 900 900 a 1800 Más de

Línea Condición 300 (12) (12 a 36) (36 a 72) 1800 (72)

1 Temperatura mínima del con- Mayor que -1°C (30°F) 16°C (60°F) 13°C (55°F) 10°C (50°F) 7°C (45°F)

2 creto fresco cuando es mezclado -18°C a -1°C (0°F a 30°F) 18°C (65°F) 16°C (60°F) 13°C (55°F) 10°C (50°F)

3 durante el clima indicado Menor que -18°C (0°F) 21°C (70°F) 18°C (65°F) 16°C (60°F) 13°C (55°F)

4 Temperatura mínima del concreto al colocarlo y13°C (55°F) 10°C (50°F) 7°C (45°F) 5°C (40°F)

para mantenerlo**

Tabla 14-1. Temperatura Recomendada de Concreto para la Construcción en Clima Frío – Concreto con AireIncluido*

* Adaptado de la Tabla 3.1 del ACI 306R-88.** Las temperaturas de colado listadas se usan en concreto de peso normal. Se pueden usar temperaturas más bajas para el concreto ligero si

se justifican mediante ensayos. Para la duración recomendada de la temperatura de la línea 4, consulte la Tabla 14-3.

CONCRETO CON AIRE INCLUIDO

El aire incluido (incorporado) es particularmente deseableen cualquier concreto colado durante climas fríos. Los

concretos sin aire incluido pueden sufrir pérdida deresistencia y daños internos y de superficie, como resul-tado de la congelación-deshielo (Fig. 14-10). El aireincluido proporciona la capacidad de absorber tensionesdebidas a la formación del hielo en el concreto. Consulte elcapítulo 8 “Concreto con Aire Incluido”.

La incorporación de aire se debe usar siempre en cons-trucciones durante los meses de congelación, con excep-ción al concreto producido bajo tejado, donde no haya

lluvia, nieve o agua de otras fuentes que puedan saturar el

concreto y donde no haya posibilidad de congelación.La probabilidad que el agua sature un piso de con-

creto es muy alta. La figura 14-11 presenta las condiciones,durante el invierno, del último piso de un edificio deapartamentos. La nieve cayó sobre la cubierta superior.Cuando se usaron los calefactores debajo de la cubiertapara calentarla, la nieve se derritió y el agua se escurrió, através de las aberturas en el piso, hacia un nivel que noestaba siendo calentado. El concreto saturado de agua secongeló, causando pérdida de resistencia, principalmenteen la superficie de la losa. Esto también pudo resultar enmayor deflexión de la losa y una superficie menosresistente al desgaste.

TEMPERATURA DEL CONCRETO

Temperatura del Concreto al Mezclarse

La temperatura del concreto durante el mezclado no debeser menor que las líneas 1, 2 o 3 de la Tabla 14-1, para losrespectivos espesores de sección. Observe que serecomiendan temperaturas de concreto más bajas para el

289



6/20

pero promueve variaciones de la humedad del agregado,resultando en un control irregular del agua de mezcla.

En pequeñas obras, los agregados se pueden calentaralmacenándolos sobre tuberías de acero para alcantarillas,en las cuales se prende fuego. Se debe tener cuidado parano abrasar el agregado.

Temperatura del Agua de Mezcla. De todos los ingre-

dientes usados para la producción del concreto, el agua esel que más fácilmente se calienta. La masa de losagregados y cemento en el concreto es mucho mayor quela masa del agua, sin embargo, el agua puede almacenarcinco veces más calor que el cemento y el agregado con lamisma masa. Para el cemento y los agregados, el calorespecífico promedio (o sea, unidades de calor necesariaspara aumentar la temperatura en 1°C (1°F) por kg (lb) dematerial) se puede asumir como 0.925 kJ (0.22 Btu), siendoque el del agua es 4.187 kJ (1.0 Btu).

La figura 14-12 enseña el efecto de la temperatura delos materiales sobre la temperatura del concreto fresco. Elgráfico se basa en la ecuación:

T =

DondeT = temperatura del concreto fresco en °C (°F)

0.22( )

0.22( )

T M T M T M T M

M M M Ma a c c w w wa wa

a c w wa

+ + +

+ + +

concreto masivo porque el calor generado durante lahidratación se disipa más lentamente en secciones másgruesas. También observe que, en temperaturas ambientesmás bajas, se pierde más calor del concreto durante eltransporte y la colocación y, por lo tanto, las temperaturasde mezclado recomendadas son más altas en climas fríos.

Hay poca ventaja en usar el concreto fresco a una tem-peratura mucho mayor que 21°C (70°F). Las temperaturas

más elevadas del concreto no garantizan una proteccióncontra la congelación proporcionalmente más largaporque la tasa de pérdida de calor es mayor. Además, lastemperaturas altas del concreto no son deseables, puesaumentan la contracción (retracción) térmica después delendurecimiento, requieren más agua de mezcla para elmismo revenimiento (asentamiento) y contribuyen parauna posible fisuración por contracción plástica (causadapor pérdida rápida de humedad a través de evaporación).Por lo tanto, la temperatura del concreto durante su colo-cación no debe superar más que 5°C (10°F) las tempera-turas mínimas recomendadas en la Tabla 14-1.

Temperatura del Agregado. La temperatura de los agre-gados varía con el clima y el tipo de almacenamiento. Losagregados normalmente contienen terrones congelados ehielo cuando la temperatura está por debajo de la con-gelación. Los agregados congelados deben ser desconge-lados para evitar bolsones de agregados después dedosificar, mezclar y colocar el concreto. Si el derretimientoocurre en la mezcladora, se deben evitar contenidos deagua excesivamente altos y el efecto conjunto delenfriamiento debidos al derretimiento del hielo.

Cuando las temperaturas son mayores que la de con-gelación, raramente se hace necesario el calentamiento delos agregados y la temperatura deseada del concreto sepuede obtener con el calentamiento del agua de mezcla.Cuando las temperaturas son menores que la de con-gelación, además del calentamiento del agua, normalmentesólo los agregados finos se necesitan calentar para producirun concreto con las temperaturas requeridas, siempre queel agregado grueso esté libre de terrones congelados.

Los tres métodos más comunes de calentamiento deagregados son: (1) almacenamiento en cubos o tolva depesaje, calentados por espirales de vapor o vapor directo;(2) almacenamiento en silos calentados por aire caliente oespiral de vapor y (3) amontonamiento de agregados enpilas sobre losas o tuberías calentadas. Apesar que la cale-

facción del agregado almacenado en cubos o tolvas es elmétodo más comúnmente usado, el volumen de agregadoque se puede calentar normalmente es limitado y rápida-mente consumido durante la producción del concreto. Lacirculación de vapor a través de tuberías sobre las cualeslos agregados están amontonados es un método recomen-dado para el calentamiento de los agregados. Las pilas sepueden cubrir con lonas para retener y distribuir el calory prevenir la formación de hielo. El vapor vivo se puedeinyectar directamente en la pila de agregados, preferible-mente a presiones de 500 a 900 kPa (75 a 125 lb/pulg2),

290


78

70

62

54

46

38

30

0 4 8 12 16 20 24

T e m p e r a t u r a d e l a g u a d e m e z c l a ,

o C

T e m p e r a t u r a d e l a g u a d e m e z c l a ,

o F

Promedio ponderado de la temperaturade los agregados y del cemento, oC

Promedio ponderado de la temperaturade los agregados y del cemento, oF

40 50 60 70180

160

140

120

100

80

8oC(46oF)

12oC(54oF)

16oC(61oF)

20oC(68oF)

24oC(75oF)

Temperatura del concreto

Datos de la mezcla: Agregado = 1360 kg (3000 lb)Humedad del agregado = 27 kg (60 lb)

Agua de mezcla adicionada = 108 kg (240 lb)Cemento Portland = 256 kg (564 lb)

Fig. 14-12. Temperatura necesaria del agua de mezcla paraproducir un concreto calentado con la temperaturarequerida. Las temperaturas se basan en la mezcla pre-sentada pero son razonablemente precisas para otrasmezclas típicas.


7/20

Tamaño de la sección, dimensión mínima, mm (pulg.)

Menos que 300 a 900 900 a 1800 Más de

300 (12) (12 a 36) (36 a 72) 1800 (72)

28°C (50°F) 22°C (40°F) 17°C (30°F) 11°C (20°F)

Tabla 14-2. Caídas Máximas de TemperaturaPermitidas Durante las Primeras 24 Horas despuésdel Fin del Periodo de Protección*

Fig. 14-13. Termómetro del bolsillo bimetálico con sensormetálico apropiado para verificar la temperatura delconcreto fresco. (IMG12352)

* Adaptado de la Tabla 5.5 del ACI 306R-88.

T a, T

c, T

w y T wa = temperatura en °C (°F) de los agre-

gados, cemento, agua de mezcla y humedad libre en los

agregados, respectivamente. Generalmente T a

= T wa

.

Ma, M

c, M

wy M

wa= masa en kg (lb) de los agregados,

cemento, agua de mezcla y humedad libre en los agre-

gados, respectivamente.

Si el promedio ponderado de la temperatura de los

agregados y cemento es mayor que 0°C (32°F), se puedeseleccionar, de la figura 14-12, la temperatura adecuada

para el agua de mezcla, para la obtención de la tempe-

ratura requerida del concreto. El rango de las tempera-

turas del concreto en el gráfico corresponde a los valores

recomendados de las líneas 1, 2 y 3 de la Tabla 14-1.

Para evitar la posibilidad del fraguado rápido o

relámpago del concreto, cuando el agua o los agregados se

calientan a una temperatura mayor que 38°C (100°F),debe

combinárselos con agua antes de la adición del cemento.

Si se sigue esta secuencia de carga en el mezclado, se

pueden usar temperaturas de agua hasta el punto de ebu-

llición, siempre que los agregados estén suficientementefríos para reducir la temperatura final de la mezcla para

menos de 38°C (100°F).

Se deben evitar las fluctuaciones en la temperatura

del agua de una bachada a la otra. La temperatura del

agua de mezcla se puede ajustar con la mezcla de agua

caliente y agua fría.

Temperatura del Concreto al Colarse yMantenerse

Después del mezclado, siempre hay alguna pérdida de

temperatura mientras el camión se está dirigiendo para laobra o está esperando para descargarse. Se debería colar el

concreto en las cimbras (encofrados) antes que su tempe-

ratura bajara para la temperatura de la línea 4 de la Tabla

14-1. Aquella temperatura se debería mantener durante

todo el periodo de protección presentado en el capítulo 12

“Periodo y Temperatura de Curado”.

Enfriamiento Después del Periodo deProtección

El ACI comité 306 requiere que la fuente de calor y la

cubierta de protección se remuevan lentamente cerca del

fin del periodo de curado, para evitar el agrietamiento

del concreto, resultante de cambios repentinos de la tem-

peratura. La caída máxima permitida de la temperatura,

durante las primeras 24 horas después del fin de la pro-

tección, se presenta en la Tabla 14-2. La caída de tempe-

ratura se aplica a la temperatura de la superficie. Observe

que las tasas de enfriamiento para la superficie del con-

creto masivo (secciones de gran espesor) son menores que

elementos delgados.

ENSAYOS DE CONTROL

Los termómetros son necesarios para la verificación de latemperatura del concreto en la entrega, colado y manu-tención. Un termómetro de bolsillo barato se presenta enla figura 14-13.

Después que el concreto se haya endurecido, las tem-peraturas se pueden verificar con termómetros de super-ficie especiales o con un termómetro común que semantiene cubierto con cubierta aislante. Una manera sen-cilla de verificar la temperatura bajo la superficie del con-creto se presenta en la figura 14-14. En vez de llenarse conun fluido el vacío presentado en la figura 14-14, se lopuede llenar con un material aislante, excepción del áreacerca del bulbo.

Los cilindros para ensayo de concreto se deben man-tener a una temperatura entre 16°C (60°F) y 27°C (80°F) enla obra por 48 horas, hasta que sean llevados para el labo-ratorio para el curado (ASTM C 31, AASHTO T 23, IRAM1524, Nch1017, NMX C 160, NTP 339.033). En mezclas deconcreto con resistencia igual o mayor que 410 kg/cm2 o

40 MPa (6,000 lb/pulg2), la temperatura inicial de curadodebe estar entre 20°C y 26°C (68°F y 78°F). Durante esteperiodo, los cilindros se deben mantener en una caja decurado y se deben cubrir con una bolsa plástica imper-meable o con una chapa no absorbente y no reactiva. Latemperatura en la caja debe ser controlada con precisión

291



8/20

Además de los cilindros curados en laboratorio, en elclima frío, es útil curar algunos cilindros en las condicionesde campo. Algunas veces es difícil encontrarse el lugaradecuado para el curado en la obra. Las diferencias de larelación área-volumen entre los cilindros y la estructura, enconjunto con diferencias en la masa, dificultan las correla-ciones entre las resistencias de los cilindros curados en elcampo y de la estructura. Un lugar preferible es en una cajaen la losa de piso o muro, cubierta con aislamiento térmico.Cuando se los coloca sobre un borde de la cimbra(encofrado), poco debajo de un piso suspendido calentado,las posibles temperaturas elevadas no duplicarán elpromedio de temperatura en la losa, ni la temperatura más

baja en la parte superior de la losa. Los cilindros curados encondiciones de campo son más indicativos de la resistenciareal del concreto que los cilindros curados en laboratorio.Se debe tener un cuidado especial para proteger loscilindros contra el congelamiento, pues su pequeña masapuede generar calor insuficiente para su protección.

Los cilindros desmoldados después de 24 horas se

deben envolver ajustadamente en bolsas de plástico o elcurado en laboratorio debe empezar inmediatamente.Cuando se recogen los cilindros para su entrega en el la-

boratorio, se los deben mantener a una temperatura de16°C (60°F) a 27°C (80°F) hasta que sean colocados en lasala de curado en el laboratorio.

Los cilindros colados en el lugar (ASTM C 873, Nch1171, NMX C 236) y los métodos de ensayos no destruc-tivos discutidos en el Capítulo 16, bien como las técnicasde madurez, discutidas más adelantes en este capítulo,son útiles para el control de la resistencia del concreto enla estructura.

COLOCACIÓN AL NIVEL DEL TERRENO

El colado (colocación) al nivel del terreno, durante el climafrío, envuelve cierto esfuerzo y gastos adicionales, peromuchos contratistas reconocen que son medidas que sepagan por si mismas. En el invierno, el sitio donde seubica la estructura puede estar congelado en vez de sercenagoso. El concreto proverá algún, si no todo, el calorque sería necesario para el curado adecuado. La tempe-ratura interna del concreto debe ser controlada. Las mantaspara aislamiento o los recintos sencillos pueden ser fácil-mente provistos. Los terraplenes están congelados yrequieren menos ademe (escora). Con un buen iniciodurante los meses de invierno, la construcción llega arribadel terreno antes que empiece el clima más caluroso.

El colado del concreto a nivel del terreno envuelvediferentes procedimientos de aquéllos usados en losniveles más elevados: (1) el terreno debe estar desconge-lado antes de la colocación del concreto; (2) la hidratacióndel cemento proporcionará parte del calor de curado; (3) laconstrucción de los recintos es mucho más sencilla y la uti-lización de mantas aisladoras puede ser suficiente; (4) enel caso de losas de piso, si el área está encerrada, serequiere un calentador con ventilación y (5) los calenta-

por un termostato (Fig.14-15). Cuando los cilindros sealmacenan externamente, en cajas de curado aisladas, esmenos probable que se muevan por la vibración, que sidejados en el piso del remolque. Si se los deja en elremolque, donde la calefacción se puede apagar durantela noche, fin de semana o feriado, los cilindros no van aestar a las temperaturas de curado prescritas, durante elperiodo crítico.

292


Fig. 14-15. Caja aislada de curado con termostato para cu-rado de cilindros. El calor se provee por capas eléctricas decaucho colocadas en el fondo. Una gran variedad dediseños es posible para cajas de curado. (IMG12268)

Termómetro

Envoltorio obturador

Agua o alcohol

Agujero perforado opreformado

Superficie del concreto

Fig. 14-14. Esbozo para la medición de las temperaturas delconcreto, bajo la superficie, con un termómetro de vidrio.


9/20

dores hidrónicos se pueden usar para descongelar las sub-rasantes, empleando mantas aisladoras o para calentar

recintos sin preocuparse por la carbonatación. Para más

información sobre calefactores hidrónicos, consulte

“Calentadores”, más adelante en este capítulo.

Una vez colados, se deben rellenar las zanjas de los

cimientos, lo más pronto posible, con relleno desconge-

lado. Nunca se debe colocar el concreto sobre una subra-sante congelada, ni se deben rellenar las zanjas con relleno

congelado, pues cuando se descongelen, podrá ocurrir

hundimiento irregular, causando agrietamientos.

El ACI comité 306 especifica que no se debe colar el

concreto sobre cualquier superficie que pudiera bajar la

temperatura del concreto para temperaturas inferiores a

las presentadas en la línea 4 de la Tabla 14-1. Además, las

temperaturas de colocación del concreto no deben exceder

a estos valores mínimos en más de 11°C (20°F) para

reducir la pérdida de humedad y el desarrollo potencial

de grietas por contracción plástica.

Cuando la subrasante está congelada hasta una pro-fundidad de 80 mm (3 pulg.), se puede descongelar lasuperficie a través de: (1) vapor; (2) esparcimiento de unacapa de arena, grava u otro material granular caliente,donde lo permitan las elevaciones de la rasante; (3) remo-ción y reemplazo con relleno descongelado; (4) protecciónde la subrasante, por algunos días, con mantas aisladoras

o (5) el uso de calentadores hidrónicos bajo mantas ais-ladoras puede descongelar el terreno congelado a una tasade 0.3 m (1 pie) en 24 horas, hasta una profundidad de 3 m(10 pies) (Grochoski 2000). El colado de concreto en losasde piso y cimientos expuestos se debe retrasar hasta que elterreno se haya descongelado y calentado suficientementepara asegurar que no se van a congelar nuevamentedurante el periodo de protección y curado.

Las losas se pueden colar al nivel del terreno a tem-peraturas ambientes tan bajas como 2°C (35°F), siempreque la temperatura mínima del concreto, durante la colo-cación, no sea menor que la presentada en la línea 4 de laTabla 14-1. La temperatura de la superficie no necesita ser

293


Protección contra la congelación temprana Para resistencia de decimbrado seguro

Concreto Concreto de alta Concreto Concreto de altaconvencional** resistencia a edad convencional** resistencia a edad

días temprana,† días días temprana,† días

Sin carga, sin exposición‡Curado húmedo favorable 2 1 2 1

Sin carga, expuesto, peroposteriormente tiene 3 2

curado húmedo favorableCarga parcial, expuesto

3 26 4

Totalmente cargado, expuesto Consulte la tabla abajo

Tabla 14-3.A. Duración Recomendada de la Temperatura del Concreto con Aire Incluido, en Clima Frío*

Porcentaje requerido de laDías a 10°C (50°F) Días a 21°C (70°F)

resistencia a los 28 días Tipo de cemento portland Tipo de cemento portland

con curado estándar I or GU II or MS III or HE I or GU II or MS III or HE

50 6 9 3 4 6 3

65 11 14 5 8 10 4

85 21 28 16 16 18 12

95 29 35 26 23 24 20

Tabla 14-3.B. Duración Recomendada de la Temperatura del Concreto con Aire Incluido, Totalmente Cargado y Expuesto

* Adaptado de la Tabla 5.1 del ACI 306. El clima frío se define como aquél cuyo promedio de temperatura diaria es menor que 4°C (40°F) por3 días sucesivos, con excepción si ocurren temperaturas mayores que 10°C (50°F) por más de 12 horas en cualquier día. En este caso, el con-creto no se debe considerar en clima de invierno y se deben emplear las prácticas de curado normal. Para las temperaturas recomendadaspara el concreto, consulte la Tabla 14-1. Para los concretos que no tengan aire incluido, el ACI comité 306 declara que la duración de la pro-tección del concreto debe ser el doble de los días presentados en la Tabla A.

La parte B fue adaptada de la Tabla 6.8 del ACI 306R-88. Los valores presentados son aproximaciones y varían de acuerdo con el espesordel elemento, las proporciones de mezcla, etc. Se proponen representar las edades en las cuales se pueden remover las cimbras. Para las tem-peraturas recomendadas del concreto, consulte la Tabla 14-1.

** Producido con los cementos portland ASTM tipos I, II, GU o MS.† Producido con cemento portland ASTM tipos III o HE, o con acelerador, o con 60 kg/m3 (100 lb/yd3) de cemento adicional.‡ “expuesto” significa sujeto a congelación-deshielo.


10/20

294


0 12 24 0 12 24 0 12 24

6005004003002001000

50

40

30

20

10

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

R = 0 .3 5 ( 2 ) R = 0 .3 5 ( 2 )

R = 0 .3 5 ( 2 ) R = 0 .7 0 ( 4 )

R = 0

. 7 0 ( 4 )

R =

0 . 7 0 ( 4 )

R = 1 . 0 6 ( 6 )

R = 1 . 0 6 ( 6 )

R = 1 . 0 6 ( 6 )

R = 1 . 4 1 ( 8 )

R = 1 . 4 1 ( 8 )

R = 1 . 4 1 ( 8 )

Contenido de cemento237 kg/m3

(400 lb/yd3)


(500 lb/yd3)


(600 lb/yd3)

10

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

Espesor del muro o de la losa, pulg.

Espesor del muro o de la losa, mm

T e m p e r a t u r a a m b i e n t e m í n i m a ,

o C

T e m p e r a t u r a a m b i e n t e m í n i m a ,

o F

6005004003002001000 6005004003002001000

Fig. 14-16. Resistencia térmica (R) de aislamiento requerida para mantener la temperatura de la superficie del concreto delos muros y losas arriba el nivel del terreno a 10°C (50°F) o superior, por 7 días. Temperatura de colocación del concreto:10°C (50°F). Velocidad máxima del viento: 24 km/h (15 mph). Observe que para mantener una cierta temperatura mínima,por un periodo más largo, se necesita de más aislamiento o mayor valor de R (adaptado de ACI 306).

mayor que el punto de congelación más que algunos

grados, pero, preferiblemente, tampoco debe exceder más

que 5°C (10°F) la temperatura mínima de colocación. La

duración del curado no debe ser inferior al descrito en el

capítulo 12, conforme la clasificación de exposición.

Muchos contratistas, que trabajan en regiones de climas

muy fríos, eligen retrasar la colocación del concreto hasta

la primavera, para evitar las imperfecciones que puedenocurrir en concretos colados en áreas externas durante el

otoño y el invierno. En estas regiones, en la primavera, las

temperaturas son más favorables para la hidratación del

cemento, ayudando a desarrollar más resistencia, además

de promover suficiente secado, mejorando la resistencia a

los daños causados por congelación-deshielo.

COLOCACIÓN ARRIBA DEL NIVEL DELTERRENO

El trabajo por arriba del nivel del terreno, en clima frío,

normalmente involucra varios enfoques diferentes encomparación al colado al nivel del terreno:

1. No hay necesidad de cambiarse la mezcla de concretopara generar más calor, porque se pueden usar calen-tadores portátiles para calentar las caras inferiores delosas de piso y techo (azotea). Sin embargo, hay ven-tajas al tener una mezcla que produce alta resistenciaen edades tempranas. Por ejemplo, la calefacción arti-ficial se puede interrumpir más tempranamente (con-sulte la Tabla 14-3) y las cimbras (encofrados) sepueden reutilizar más rápidamente.

2. Se deben construir recintos para retener el calordebajo de la losa de piso y de techo.

3. Calentadores portátiles, usados para la calefacción delas caras inferiores del concreto cimbrado (encofrado)pueden ser unidades de calefacción de flama (llama)directa (sin ventilación).Antes de la colocación del concreto, se deben encender

los calentadores bajo la losa cimbrada para precalentar lascimbras (encofrado) y derretir la nieve o el hielo remanenteen la parte superior. Los requisitos de temperatura para lassuperficies en contacto con el concreto fresco son los

mismos presentados en la sección anterior “Colocación alnivel del terreno”. Los refuerzos de acero a temperaturas


11/20

Tabla 14-4. Valores de Aislamiento de Varios MaterialesResistencia térmica, R , para

espesor de material de

10 mm (1 pulg.),* (m2 · k)/WMaterial Densidad kg/m3 (lb/pies3) ([°F · hr · ft2)] / Btu)

Tableros y losas

Poliuretano expandido 24 (1.5) 0.438 (6.25)Poliestireno expandido, superficie extrudida suave 29 a 56 (1.8 a 3.5) 0.347 (5.0)Poliestireno expandido, superficie extrudida de celdas cortadas 29 (1.8) 0.277 (4.0)Fibras de vidrios, enlace orgánico 64 a 144 (4 a 9) 0.277 (4.0)Poliestireno expandido, rebordes moldeados 16 (1) 0.247 (3.85)Fibra mineral con aglomerante de resina 240 (15) 0.239 (3.45)Lámina de fibra mineral, con fieltro húmedo 256 a 272 (16 a 17) 0.204 (2.94)Revestimiento de lámina de fibra vegetal 288 (18) 0.182 (2.64)Vidrio celular 136 (8.5) 0.201 (2.86)Cartón de papel laminado 480 (30) 0.139 (2.00)Lámina de partículas (baja densidad) 590 (37) 0.128 (1.85)Madera contrachapada 545 (34) 0.087 (1.24)

Relleno suelto

Fibra de madera, maderas suaves 32 a 56 (2.0 a 3.5) 0.231 (3.33)Perlita expandida 80 a 128 (5.0 a 8.0) 0.187 (2.70)Vermiculita exfoliada 64 a 96 (4.0 a 6.0) 0.157 (2.27)Vermiculita exfoliada 112 a 131 (7.0 a 8.2) 0.148 (2.13)Aserrín o virutas 128 a 240 (8.0 a 15.0) 0.154 (2.22)

Resistencia térmica, R , para

el espesor de material,*Material Espesor mm (pulg.) (m2 · k)/W ([°F · hr· ft2)] / Btu)

Manta de fibra mineral, cimbras fibrosas (roca, escoria o vidrio) 50 a 70 (2 a 2.75) 1.23 (7)5 a 32 kg/m3 (0.3 a 2 lb/pies3) 75 a 85 (3 a 3.5) 1.90 (11)

90 a 165 (5.5 a 6.5) 3.34 (19)

Relleno suelto de fibra mineral (roca, escoria o vidrio) 95 a 125 (3.75 a 5) 1.90 (11)10 a 32 kg/m3 (0.6 a 2 lb/pies3) 165 a 220 (6.5 a 8.75) 3.34 (19)

190 a 250 (7.5 a 10) 3.87 (22)260 a 350 (10.25 a 13.75) 5.28 (30)

* Valores de ASHRAE Manual de Fundamentos, Sociedad Americana de los Ingenieros de Calefacción, refrigeración y aire acondicionado,(ASHRAE Handbook of Fundamentals, American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc.), Nueva Cork, 1977y 1981.

Los valores de R son recíprocos de los valores de U (conductividad).

peraturas iguales o mayores que 10°C (50°F). Para man-tener de la temperatura por un tiempo más largo, se hacenecesario más aislamiento. El ACI 306 presenta gráficos ytablas adicionales para losas colocadas al nivel del terrenoa temperatura de 2°C (35°F). Se puede seleccionar el ais-lamiento basado en el valor del R, proporcionado por losfabricantes o usando la información de la Tabla 14-4.

Cuando el desarrollo de la resistencia no está determi-nado, se puede hacer una estimación conservadora, si seda durante el tiempo de la Tabla 14-3, la protección ade-cuada, a las temperaturas recomendadas. Sin embargo, lacantidad real de aislamiento y la duración del periodo deprotección se debe determinar a través de la temperaturadel concreto controlada en la obra y la resistencia deseada.La relación entre temperatura de curado, tiempo de curadoy resistencia a compresión se puede establecer a través depruebas de laboratorio de una determinada mezcla de con-

menores que el punto de congelación pueden presentarcongelamiento local, disminuyendo su adherencia con elconcreto. El ACI comité 306 sugiere que las barras derefuerzo con área de sección transversal de cerca de 650mm2 (1 pulg2) deben tener una temperatura de, por lomenos, -12°C (10°F) inmediatamente antes de ser envueltaspor concreto a una temperatura de, por lo menos, 13°C

(55°F). Se hacen necesarios cuidados y estudios adicionalesantes que se hagan recomendaciones definitivas. Consulteel ACI comité 306 para información adicional.

Cuando se termine el acabado de la losa, se debencolocar, sobre la parte superior, mantas aisladoras u otromaterial aislante para garantizar las temperaturas ade-cuadas de curado. Se puede estimar, a través de la figura14-16, el valor de aislamiento (R) necesario para mantenerpor siete días de la temperatura de la superficie del con-creto de muros y losas, arriba del nivel del terreno a tem-

295



12/20

creto usada en la obra (consulte el “Concepto de Madurez”discutido más adelante en este capítulo). El ACI 306declara que el concreto con 35 kg/cm2 o 3.5 MPa (500lb/pulg2) normalmente tiene resistencia suficiente pararesistir a los daños tempranos de congelamiento. Si el con-creto va a estar en la condición saturada cuando se congele,debe tener adecuado contenido de aire incluido y desa-rrollar una resistencia a compresión de 290 kg/cm2 o28 MPa (4,000 lb/pulg2).

Esquinas y bordes son particularmente vulnerablesdurante el clima frío. Como resultado, el espesor del ais-lamiento en estas áreas, especialmente en columnas, debeser cerca de tres veces mayor que el espesor requeridopara mantener el mismo concreto en muros o losas. Porotro lado, si la temperatura del ambiente aumenta muchomás que la temperatura asumida en la selección del valorde aislamiento, la temperatura del concreto se puedevolver excesiva. Esto aumenta la probabilidad de choquetérmico y de agrietamiento cuando se remueven las cim-

bras (encofrados). En consecuencia, las lecturas de tem-

peratura del concreto aislado se deben tomar en intervalosregulares y no deben discrepar de la temperatura del aireambiente más que los valores presentados por el ACI 306.Además de esto, las temperaturas del concreto aislado nodeben superar mucho los 27°C (80°F). En el caso de unaumento súbito de la temperatura, a 35°C (95°F), puedeser necesaria la remoción de parte del aislamiento o aflojarla cimbra. La diferencia máxima entre la temperaturainterna del concreto y la temperatura de la superficie nodebe ser mayor que 20°C (35°F), para minimizar lafisuración. Se debe consultar la predicción del clima y sedeben tomar las precauciones adecuadas para los cambiosde temperatura esperados.

No se deben colar columnas y muros sobre cimientoscon temperaturas bajo 0°C (32°F), porque el enfriamientode la parte inferior de la columna o muro va a retardar eldesarrollo de la resistencia. No se debe colocar el concretosobre cualquier superficie que pueda disminuir la tempe-ratura del concreto recién colado bajo las temperaturasmínimas de la línea 4 de la Tabla 14-1.

RECINTOS

Recintos con calefacción son muy eficientes para protegerel concreto, pero son probablemente los más dispendiosos

(Fig. 14-17). Los recintos pueden ser de madera, de lona ode polietileno (Fig. 14-18). También están disponibles losrecintos prefabricados de plástico rígido. Los recintosplásticos, que admiten el pasaje de la luz del día, son losmás populares, pero la calefacción temporal en estosrecintos puede ser costosa.

Al construirse un recinto bajo un tablero, se puedeextender su estructura o marcos hasta arriba del tableropara que sirvan de rompeviento. Normalmente, unaaltura de 2.00 m (6 pies) va a proteger el concreto y los tra-

bajadores contra vientos penetrantes que disminuyen la

296


Fig. 14-18. (superior) Los recintos de lona con calefacciónmantienen una temperatura adecuada para el curado yprotección apropiados durante el invierno prolongado ysevero. (inferior) Las hojas de plástico de polietileno, quepermiten el paso de la luz, se usan para cerrar la estructuradel edificio. La temperatura en el interior se mantiene a10°C (50°F) a través de calefactores de espacio. (IMG12205,IMG12204)

Fig. 14-17. Aún en el invierno, se puede construiruna piscina externa si se usa una protección calentada.(IMG12269)


13/20

temperatura y aumentan excesivamente la evaporación.Los rompevientos pueden ser más altos o más bajos,dependiendo de las velocidades del viento, las tempe-raturas ambientes, la humedad relativa y la temperaturade colocación del concreto esperadas.

Los recintos se pueden fabricar para que se muevan junto con las cimbras (encofrados) volantes, aunque nor-malmente, deben ser removidos para que el viento no

interfiera con el manejo de las cimbras hacia su posición.De la misma manera, los recintos se pueden construir enpaneles largos, tales como cimbras (encofrados) con losrompevientos incluidos (Fig. 14-1).

MATERIALES AISLANTES

El calor y la humedad se pueden retener en el concreto conlas mantas aisladoras comercialmente disponibles (Fig. 14-19). La eficiencia del aislamiento se puede determinar conla colocación de un termómetro debajo de éste y en con-tacto con el concreto. Si la temperatura baja para menos

que el mínimo requerido en la línea 4 de la Tabla 14-1, sedebe aplicar un material aislante suplementario o unmaterial con un valor de R mayor. Las esquinas y los

bordes son más vulnerables a la congelación. En vista deesto, las temperaturas en estas áreas se deben verificar confrecuencia.

Los valores de la resistencia térmica (R) para los mate-riales de aislamiento comunes se presentan en la Tabla 14-4. Para que se logre una mayor eficiencia del materialaislante, se lo debe mantener seco y en contacto con el con-creto o la cimbra.

297


Fig. 14-19. Pila de cubiertas de aislamiento. Estas cubiertasatrapan el calor y la temperatura en el concreto, propor-cionando un curado adecuado. (IMG12270)

Fig. 14-20. Las cimbras de concreto aislado (ECA o CCA-cimbras de concreto aislado) permiten la colocación delconcreto durante el clima frío. (IMG5003)

Los pavimentos de concreto se pueden proteger delclima frío esparciéndose sobre la superficie 300 mm (1 pie)o más de paja o heno secos. Se deben usar lona, láminas depolietileno o papel impermeable como cubierta protectorasobre la paja o el heno, para que el aislamiento sea más efi-ciente y para prevenir que estos materiales vuelen con elviento. La paja y el heno se deben mantener secos para

que su valor de aislamiento no disminuya considerable-mente.Las cimbras (encofrados) aislantes permanentes se

volvieron populares en la construcción en clima frío en losaños 90 (Fig. 14-20). Las cimbras construidas para el usorepetido se pueden aislar económicamente con mantascomercialmente disponibles o con materiales fibrosos ais-lantes. El aislamiento debe tener un revestimiento duro aprueba de agua para resistir a las solicitaciones del manejoy de la exposición a las intemperies. El aislamiento rígidotambién se puede usar (Fig. 14-21).

Las mantas aisladoras para la construcción se pro-ducen con fibras de vidrio, esponja de hule, espuma depoliuretano de celdas abiertas, espuma de vinilo, lanamineral o fibras de celulosa. Las cubiertas externas se pro-ducen con lona, polietileno tejido u otras telas duras quevan a resistir al manejo brusco. El valor de R para lasmantas aisladoras típicas es cerca de 1.2 m2 · °C/W, paraun espesor de 50 a 70 mm, 7 (°F · hr · pies2)/Btu, perocomo los valores de R no se marcan en las mantas, su efi-ciencia se debe verificar con un termómetro. Si es nece-sario, se las pueden usar en dos o tres capas para lograr elaislamiento deseado.


14/20

CALENTADORES

En la construcción de concreto en clima frío, se puedenemplear tres tipos de calentadores o calefactores: flamadirecta, flama indirecta y sistemas hidrónicos (Figs. 14-22 a14-25). Los calefactores de flama indirecta poseen venti-lación para remover los productos de la combustión.Donde se vaya a proveer calor a la parte superior del con-creto fresco, como por ejemplo en una losa de piso, serequieren calentadores con ventilación. El dióxido de car-

bono (CO2) en el tubo de salida se debe transportar haciaafuera y se debe prevenir su reacción con el concreto fresco

(Fig. 14-23). Las unidades de flama directa se pueden uti-lizar para calentar los recintos encerrados debajo del con-creto colocado en losas de piso y techo (Fig. 14-24).

Los sistemas hidrónicos transfieren calor a través dela circulación de una solución de glicol/agua en un sis-tema encerrado de tuberías y mangueras (véase Fig. 14-25). Estos sistemas transfieren calor más eficientementeque los sistemas de aire forzado, sin los efectos negativosde los gases de escape y del secado del concreto pormovimiento del aire. El calor específico de la soluciónglicol/agua es más que seis veces mayor que el del aire.

298


Fig. 14-21. Como la temperatura del aire estaba abajo de-23°C (-10°F), se colocó el concreto en esta cimbra aisladade columna, fabricada con madera contrachapada de altadensidad de 19 mm (3 ⁄ 4 pulg.) de espesor en su interior, conpoliestireno rígido de 25 mm (1 pulg.) de espesor en elcentro y, por fuera, madera contrachapada áspera de13 mm (1 ⁄ 2 pulg.) de espesor. Valor de R: 1.0 m2 · °C/W(5.6 [°F · hr · ft2] / Btu). (IMG12274)

Aire,CO,CO2,

Aire,CO,CO2,

Suministrode aire

FlamaVentilador

Aire

Aire

FlamaVentilador

Aire

Aire

b) Calentador de flama indirecta

a) Calentador de flama directa

Suministrode aire

Sólo airecalentado

limpio

Chimenea de ventilación

Recinto

Fig. 14-22. Dos tipos de calefactores de aire.

Fig. 14-23. Calefactor de flama indirecta. Observe la tuberíade ventilación que transporta los gases de combustiónpara fuera del recinto. (IMG12275)


15/20

Como resultado, los calefactores hidrónicos puedenproveer una gran cantidad de calor, con diferenciales detemperatura entre la manguera y el concreto iguales omenores que 5°C (10°F). El agrietamiento y el alabeoinducidos por las diferencias de temperatura a lo largo delelemento de concreto, el peligro del calentamiento exce-sivo y los daños al desarrollo de resistencia a lo largo deltiempo son casi totalmente eliminados.

Las aplicaciones más comunes de los sistemashidrónicos incluyen descongelamiento y precalefacción delas subrasantes. También se los puede utilizar para curarlosas elevadas y sobre el terreno, muros, cimentaciones ycolumnas. Normalmente, las mangueras de calefacciónhidrónicas se las pone o se las cuelga adyacente a la estruc-tura y se las cubre con mantas aisladoras y, algunas veces,con hojas de plástico. Generalmente, no se hacen nece-sarios los recintos temporales. Los sistemas hidrónicos seusan en áreas mucho mayores que serían funcionales paralos recintos. Si se hace necesario el recinto calentado paraotro trabajo, se pueden sacrificar las mangueras hidrónicas

(se las deja debajo de una losa sobre el terreno) para trans-formar la losa en un calefactor radiante para la estructuraconstruida arriba (Grochoski 2000)

Cualquier calentador que queme combustible fósilproduce dióxido de carbono (CO2), el cual reacciona con elhidróxido de calcio en la superficie del concreto frescopara formar una capa frágil de carbonato de calcio, queinterfiere en la hidratación del cemento (Kauer y Freeman1955). El resultado es una superficie débil, gredosa que seva a espolvorear bajo la acción del tránsito. La profun-didad y el grado de la carbonatación dependen de la con-centración del CO2, temperatura de curado, humedad,porosidad del concreto, periodo de exposición y métodode curado. Por lo tanto, no se deben utilizar los calefac-tores de flama directa para la calefacción inmediatamentedespués de las operaciones de colado, sino se debeesperar, por lo menos, 24 horas. Además, el uso deequipos de construcción movidos a gasolina también selos debe restringir en los recintos durante este periodo. Sise usan calefactores sin ventilación, el curado húmedoinmediato o el uso de un compuesto de curado mini-mizarán la carbonatación.

El monóxido de carbono (CO), otro producto de lacombustión, normalmente no es un problema, a menosque el calentador utilice aire recirculante. Una exposición

por cuatro horas a 200 partes por millón de CO producirádolores de cabeza y náuseas. Tres horas de exposición a600 ppm puede ser fatal. Los requisitos estándar deseguridad norteamericanos para aparatos temporales yportátiles de calefacción de ambientes empleados en laindustria de la construcción (ANSI A10.10) limitan lasconcentraciones de CO a 50 ppm, en el nivel de res-piración de los trabajadores. La norma también establecereglas de seguridad para la ventilación y la estabilidad,operación, alimentación de combustible y manutención delos calentadores.

299


Fig. 14-24. Calefactor de flama directa instalado fuera delrecinto, así abasteciéndose de aire puro. (IMG12206)

Fig. 14-25. Sistema hidrónico mostrando mangueras (su-perior) dejadas sobre el suelo para descongelar la subra-sante y (inferior) para calentar las cimbras mientras sebombea el concreto fresco. (IMG12349, IMG12348)


16/20

DURACIÓN DE LA CALEFACCIÓN

Después del colado del concreto, se lo debe proteger y con-servar en la temperatura recomendada en la línea 4 de laTabla 14-1. Estas temperaturas de curado se deben man-tener hasta que se haya desarrollado resistencia suficientepara resistir a la exposición a bajas temperaturas, al medioambiente previsto y a las cargas de construcción y de ser-

vicio. El periodo de protección necesario para que se logreesta resistencia dependerá del tipo de cemento, existencia ono de aditivos aceleradores y de las cargas que soportará.Los periodos mínimos de protección se presentan en laTabla 14-3. La duración de la calefacción del concretoestructural, que se requiere para soportar la carga de ser-vicio total antes que se remuevan las cimbras (encofrados)y puntales, se debe basar en la adecuación de la resistenciaa compresión del concreto en la estructura y no en unperiodo de tiempo arbitrario. Si no hay datos disponibles,se debe hacer una estimación conservadora del periodo detiempo de calefacción y protección a través de la Tabla 14-3.

CURADO HÚMEDO

El desarrollo de la resistencia se paraliza cuando lahumedad necesaria para el curado no está disponible. Elconcreto retenido en las cimbras (encofrados) o cubiertocon aislamiento raramente pierde humedad suficientepara perjudicar el curado, cuando está entre una temper-atura de 4°C a 15°C (40°F a 55°F). Sin embargo, se hacennecesarias medidas para que se establezca un curadohúmedo y se compense el secado resultante de las bajashumedades durante el invierno o debido a los calefactores

utilizados en los recintos.La disipación de vapor directamente dentro delrecinto, alrededor del concreto, es un método excelente decurado porque da ambos calor y humedad. El vapor esespecialmente práctico en climas extremamente fríos,pues la humedad que se suministra compensa el secadorápido que ocurre cuando el aire muy frío se calienta.

Los compuestos líquidos formadores de membrana sepueden utilizar para el curado temprano de las superficiesde concreto en los recintos con calefacción.

TÉRMINO DEL PERIODO DE

CALEFACCIÓNSe debe evitar el rápido enfriamiento del concreto al finaldel periodo de calefacción. El enfriamiento repentino de lasuperficie de concreto, mientras que el interior aún estécálido puede causar agrietamiento térmico, especialmenteen concreto masivo, tales como columnas de puentes,estribos, presas y elementos estructurales de gran vo-lumen, y por lo tanto, el enfriamiento debe ser gradual. Ladiferencia segura de temperatura entre el muro de concretoy el aire ambiente se puede obtener en el ACI 306R-88. La

La salamandra es un calefactor de combustióneconómico, sin ventilador que descarga sus productos decombustión en el aire circundante, siendo que la calefac-ción se logra por la radiación de su revestimientometálico. Las salamandras usan coque, aceite, madera opropano líquido y son un tipo de calefactor de flamadirecta. La primera desventaja de las salamandras es la

temperatura elevada de su revestimiento metálico, consti-tuyendo un riesgo de incendio. Las salamandras se debenposicionar de tal forma que no calienten sobremanera lascimbras o los materiales del recinto. Cuando son colo-cadas sobre las losas de piso, debe estar a un nivel elevadopara evitar abrasamiento del concreto.

Algunos calentadores queman más de un tipo decombustible. Los valores aproximados de calor de loscombustibles son los siguientes:

No. 1 combustóleo 37,700 kJ/L (135,000Btu/gal)Queroseno (keroseno) 37,400 kJ/L (134,000Btu/gal)Gasolina 35,725 kJ/L (128,000Btu/gal)

Gas de propanolíquido 25,500 kJ/L (91,500Btu/gal)

Gas natural 37,200 kJ/m3 (1,000Btu/pies3)

La capacidad de un calentador portátil es, normal-mente, el contenido de calor del combustible consumidopor hora. Una estimación aproximada es que se requierecerca de 134,000 kJ para desarrollar un aumento de tem-peratura de 10°C (20°F) por cada 100 m3 de aire (36,000Btu por cada 10,000 pies3).

También se puede utilizar electricidad para el curadodel concreto en el invierno. Un método es emplear mantaseléctricas grandes equipadas con termostatos. Además, las

mantas se pueden utilizar para descongelar las subra-santes o los cimientos de concreto.

Otro método es el uso de alambres de resistencia eléc-trica que se cuelan dentro del concreto. La corriente que seprovee es menor de 50 voltios y se requiere de 7.0 a 23.5MJ (1.5 a 5 kilowatios-hora) de electricidad por metrocúbico (yarda cúbica) de concreto, dependiendo de las cir-cunstancias. Este método ha sido empleado en Montreal,Québec, durante muchos años. Donde se usen los alam-

bres de resistencia eléctrica, se deben incluir aislamientodurante el periodo de fraguado inicial. Si se retira el ais-lamiento antes del periodo recomendado, se debe cubrir el

concreto con una cubierta impermeable y la corriente debecontinuar por el periodo de tiempo requerido.El vapor consiste en otra fuente de calor para el

colado en el invierno. Se puede conducir el vapor vivo odirecto por medio de una tubería hacia dentro del recintoo se lo puede proveer a través de unidades radiantes.

Al elegirse una fuente de calor, se debe tener encuenta que el propio concreto suministra calor durante lahidratación del cemento y este calor frecuentemente essuficiente para las necesidades de curado, si se lo retieneen el concreto, a través de aislamiento.

300



17/20

caída uniforme máxima en la temperatura en las primeras24 horas después del fin del periodo de protección nodebe superar los valores de la Tabla 14-2. El enfriamientogradual se puede obtener con la disminución de la cale-facción o simplemente cerrando el calor y permitiendoque el recinto enfríe hasta la temperatura ambienteexterna.

REMOCIÓN DE LAS CIMBRAS YREAPUNTALAMIENTO

Una buena práctica durante el clima frío es dejar las cimbras (encofrados) en el lugar el mayor tiempo posible,pues, dentro de los recintos con calefacción, sirve para dis-tribuir el calor más uniformemente y ayuda a prevenir elsecado y el calentamiento excesivo.

Si las temperaturas de curado presentadas en la línea4 de la Tabla 14-1 se mantienen, se puede utilizar la Tabla14-3 para determinar el periodo mínimo en días que sedebe dejar el soporte vertical de las cimbras. Antes que se

remuevan los puntales y las cimbras, se deben hacerpruebas en el concreto estructural totalmente cargadopara determinar si las resistencias del concreto en laestructura son adecuadas, al revés de esperar un periodode tiempo arbitrario. La verificación de las resistencias enla estructura se hace usando uno de los siguientesmétodos: (1) cilindros curados en la obra (ASTM C 31,AASHTO T 23, IRAM 1524, Nch1017, NMX C 160, NTP339.033); (2) ensayos de penetración (ASTM C 803, NMXC 301); (3) cilindros colados en el lugar (ASTM C 873, Nch1171, NMX C 236); (4) ensayos de arrancamiento (ASTM C900) o (5) ensayos de madurez (ASTM C 1074). Muchas deestas pruebas son métodos indirectos de evaluación de laresistencia a compresión y requieren una correlaciónanticipadamente, con cilindros estándar antes que se hagaestimación de la resistencia del concreto en la estructura.

Si las resistencias en la estructura no se documentan,la Tabla 14-3B lista periodos de tiempo conservadores paraque se logren varios porcentajes de la resistencia a los 28días obtenidas con curado húmedo. El ingeniero respon-sable por los diseños y las especificaciones del proyecto,

junto con el contratista de cimbras (encofrados), debendeterminar cual es el porcentaje requerido de la resistenciade diseño (consulte ACI comité 306). Las cimbras lateralesse pueden remover anteriormente a los apuntalamientos y

a la obra falsa temporal (ACI comité 347).

CONCEPTO DE MADUREZ

El concepto de madurez se basa en el principio de que eldesarrollo de la resistencia en el concreto es función deltiempo de curado y de la temperatura. Conforme el ACI306R-88 y la ASTM C 1074, se puede usar el concepto demadurez para la evaluación del desarrollo de la resistenciacuando las temperaturas de curado prescritas no se hayanmantenido durante el tiempo requerido o cuando las tem-

301


peraturas de curado hayan fluctuado. El concepto se

puede expresar por la ecuación:

Métrica: M = ∑ (C + 10) ∆t

Unidades en pulgadas-libras: M = ∑ (F – 14) ∆t

Siendo: M = factor de madurez

∑ = sumatoria

C = temperatura del concreto en grados Celsius

F = temperatura del concreto en grados Fahrenheit

∆t = duración del curado a la temperatura C (F), nor-

malmente en horas

La ecuación se basa en la premisa de que el concreto

desarrolla resistencia (esto es, el cemento continua

hidratándose) a una temperatura mayor que -10°C (14°F).

Antes del inicio de la construcción, se establece una

curva de calibración, enseñando la relación de la

resistencia a compresión y el factor de madurez para una

serie de cilindros de prueba (de un concreto con propor-

ciones de mezclas específicas) curados en laboratorio yensayados a resistencia a compresión en edades sucesivas.

El concepto de madurez no es preciso y tiene algunas

limitaciones, pero es útil para la evaluación del curado del

concreto y para estimar la resistencia en relación al tiempo

y a la temperatura. Se asume que todos los otros factores

que afectan la resistencia del concreto se hayan controlado

adecuadamente. Teniéndose en cuenta tales limitaciones,

el concepto de madurez ha ganado gran aceptación para

representar la resistencia a compresión del concreto para

la remoción del apuntalamiento o para la abertura del

pavimento para el tráfico, pero no es un sustituto del con-

trol de calidad y de las prácticas adecuadas de colado(Malhotra 1974 y ACI comité 347).

Las siguientes informaciones deben estar disponibles

para el control del desarrollo de la resistencia del concreto

en la estructura, a través del concepto de madurez:

1. La relación entre resistencia y madurez del concreto

usado en la estructura. Los resultados de los ensayos

de resistencia a compresión en varias edades en una

serie de cilindros producidos con un concreto similar

al usado en la estructura, sirven para determinar la

curva de relación entre la resistencia y el factor de

madurez. Estos cilindros se curan en el laboratorio a

una temperatura de 23°C ± 2°C (73°F ± 3°F).2. Registro de la temperatura del concreto en la obra a lo

largo del tiempo. Las lecturas de la temperatura se

obtienen con la colocación en el concreto de termis-

tores o termopares en diversas profundidades. El

lugar en el cual se obtienen los valores más bajos pro-

porciona las lecturas de temperatura que se van a usar

en la computación (Fig. 14-26).

Consulte el ACI 306R-88 para ejemplos de cálculos,

usando el concepto de madurez.


18/20

REFERENCIAS

ACI Committee 306, Cold-Weather Concreting (Colado enClima Frío), ACI 306R-88, reaprobado en 1997, AmericanConcrete Institute, Farmington Hills, Michigan, 1997, 23páginas.

ACI Committee 347, Guide to Formwork for Concrete (Guía

de las Cimbras para Concreto), ACI 347R-94, reaprobado en1999, American Concrete Institute, Farmington Hills,Michigan, 1999, 34 páginas.

Brewer, Harold W., General Relation of Heat Flow Factors tothe Unit Weight of Concrete (Relación General entre los Fac-tores de Flujo de Calor y la Masa Unitaria del Concreto), Devel-opment Department Bulletin DX114, Portland CementAssociation, http://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdf , 1967.

Burg, Ronald G., The Influence of Casting and CuringTemperature on the Properties of Fresh and Hardened Concrete(La Influencia de la Temperatura de Colocación y de Curadosobre las Propiedades del Concreto Fresco y Endurecido), Re-search and Development Bulletin RD113, Portland CementAssociation, 1996, 20 páginas.

Copeland, L. E.; Kantro, D. L.; y Verbeck, George,Chemistry of Hydration of Portland Cement (Química de la

Hidratación del Cemento Portland), Research DepartmentBulletin RX153, Portland Cement Association, http://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdf , 1960.

Grochoski, Chet, “Cold-Weather Concreting with Hy-dronic Heaters (Colado en Clima Frío con CalentadoresHidrónicos),” Concrete International, American Concrete

Institute, Farmington Hills, Michigan, Abril 2000, páginas51 a 55.

Kauer, J. A. y Freeman, R. L., “Effect of Carbon Dioxide onFresh Concrete (Efecto del Dióxido de Carbono sobre elConcreto Fresco),” Journal of the American Concrete InstituteProceedings, vol. 52, Diciembre 1955, páginas 447 a 454.Discusión: Diciembre 1955, Parte II, páginas 1299 a 1304,American Concrete Institute, Farmington Hills, Michigan.

Klieger, Paul, Curing Requirements for Scale Resistance of Concrete (Requisitos de Curado para la Resistencia al Descas-caramiento del Concreto), Research Department BulletinRX082, Portland Cement Association, http://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdf , 1957.

Klieger, Paul, Effect of Mixing and Curing Temperature onConcrete Strength (Efecto de las Temperaturas de Mezclado yCurado sobre la Resistencia del Concreto), Research De-partment Bulletin RX103, Portland Cement Association,http://www.portcement.org/pdf_files/RX103.pdf , 1958.

302


Fig. 14-26. (superior) Registrador automático de tempera-tura. (inferior) Termopares y cable. (IMG12276, IMG12277)

http://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX103.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX103.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX103.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX082.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/RX153.pdfhttp://www.portcement.org/pdf_files/DX114.pdf


19/20


20/20

Design and Control of Concrete Mixtures ◆ EB001

capit14 colado en clima frio

Documents