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CAPTULO 15

,.ATAQUE POR CONGELACION

1.RESUMEN

concreto,que absorbe fcilmente el agua, ser vulnerable daos si sta se congela dentro de su sistema de poros, cr ementando su volumen en 9% y generando:;eterminadas presiones. Si los esfuerzos producidos por:s;as presiones internas exceden la resistencia a la tensin:ela pasta o el agregado, generan agrietamiento y deterioro:e la pasta, en un proceso que puede, por ciclos sucesivos,-::> narse daino por renovacin del medio agresivo,:...diendo llegarse a la destruccin parcial o total del:c1creto.

=:control de dichos esfuerzos se logra creando en la mezclasoacios en los cuales el agua pueda congelarse y;:._mentar de volumen sin causar daos. El control del-ecanismo que conlleva a daos por congelacin en el::1creto puede lograrse mediante la reducc in en el.2.""lao y nmero de los poros capilares, la-:>er merabilidad, la reduccin en el contenido de agua, o :>resencia de adiciones formadoras de gel.

=.- este Captulo se presenta lo que se conoce acerca del- canismo de congelacin y deshielo del concreto , es:Edr, el desarrollo de la estructura de poros del concreto, Q caractersticas que influyen en el dao por congelacin 'OS mecanismos que causan el problema. Finalmente se= a conocer los avances ms recientes y las:::om endac iones necesarias que permiten hacer un-:"'creta ms durable que soporte ciclos de esta naturaleza.

INTRODUCCIN

=: agua al penetrar al concreto por absorcin y congelarse-- os poros capilares de la pasta, pasa a hielo con ento de volumen en un 9% y generacin de presiones,:r el resultado que los esfuerzos producidos, al exceder... resistencia a la tensin de la pasta, generan.:-etamiento y,en muchos casos, deterioro en un proceso ;puede, por ciclos sucesivos , tornarse daino por-ov acin del medio agresivo, pudiendo llegarse a-s ruccin parcial o total del concreto.

=: :ontrol de dichos esfuerzos se logra creando en la mezcla-::ac ios en los cuales el agua pueda congelarse y -entar de volumen sin causar daos. Ello puede.: snerse mediante la incorporacin de aire a la mezcla, e1iendo un conjunto de burbujas no interconectadas e permiten la congelacin del agua, aliviando las:sones hidrulica y osmtica. El control tambin puede:-arse (a) mediante la reduccin en el tamao y nmero- or su porosidad. La resistencia mxima a congelacin se obte ndr si el tamao promedio de las burbujas es oequeo, a fin que exista un gran nmero de ellas=strechamente espaciadas. Ello slo es posible por laadicin a la mezcla de un aditivo el cual incorpore un:>orcentaje dado de aire y produzca un gran nmero de:Jequeas burbujas.

.CONGELACIN DEL AGUA EN LA PASTA

::;ower efectu, entre 1933 y 1961, experiencias sobre la:;:::cin de congelacin del concreto en un intento de:esarrollar hiptesis que explicaran el mecanismo de las.:ausas y consecuencias de la congelacin del agua en el:oncreto. De sus estudios pudo establecer que si el:oncreto se congela en estado fresco puede presentar ens... superficie fisuracin , descascaramiento,:;;:, andamiento, debilitamiento y fragilidad. Internamente:.;ede presentar pobre adherencia mortero-agregado_;'1Jeso-acero de refuerzo; cristales de hielo en la zona de:=>ntacto mortero-agregado grueso; y baja resistencia.=., base a estos resultados Powers opin que la:.Jngelacin del concreto fresco deba evitarse, debiendo: mantenido por encima de O oc el tiempo necesario, el: al dependera de la temperatura y velocidad de-:lurecimiento. Recomend igualmente la incorporacin::aire y proteccin contra la congelacin en las primeras- horas. Igualmente indic que si el hielo comienza a:"'Tlarse a partir de los O oc, en este valor el agua remanente-: se congela, pero si la temperatura del agua sigue:=scendiendo contina la formacin de hielo. La presencia:lcalis del cemento disueltos en el agua puede hacer:escender ligeramente la temperatura de congelacin. As,:: :;antidad de agua que se puede congelar en los poros.c:Jilares dependera de la temperatura ambiente, laacin agua-cementante, capilaridad de la pasta, e-:emento en la cantidad de agua congelable.

=.- sus trabajos, entre 1945 y 1956, Powers atribuy los::;1os por congelacin en la pasta a los esfuerzos: sados por presin hidrulica en los poros, siendo sta:o:.J1da a la resistencia al movimiento del agua fuera de la;; n de congelacin. En esa poca se crea que la-.::gnitud de la presin dependa de la velocidad de la:"'gelacin, grado de saturacin y coeficiente de:""'Tleabilidad de la pasta, as como de la distancia a ser:orrida por el agua para llegar a un punto por donde:_:l,ese escapar. El beneficio del aire incorporado se= :J icaba en trminos del acortamiento del factor de:aciamiento a sAr recorrido por el agua para llegar a:10 punto.

=... .;dios posteriores de Powers y Helmuth permitieron""'T1a r que la hiptesis de la presin hidrulica no era: sistente con los resultados experimentales obtenidos,

dado que durante la congelacin de la pasta la mayora del agua era hacia y no desde los sitios de congelacin , como previamente se haba estimado. Igualmente se determin que las expansiones durante la congelacin disminuan con incrementos en la velocidad de congelacin. Ambos indicadores eran contrarios a la hiptesis de la presin hidrulica y coincidente con una teora indicada por Colliens en 1944.

Revisando su teora original Powers y Helmuth han indicado que el agua de la pasta est en la forma de una solucin alcalina dbil. Cuando la temperatura del concreto cae por debajo del punto de congelacin, hay un periodo inicial de super enfriamiento, despus del cual los cristales de hielo debern formarse en los grandes capilares. Ello da por resultado un incremento en el contenido de lcalis en la porcin no congelada de la solucin en esos capilares, creando un potencial osmtico el cual impele agua en los poros no congelados ms cercanos empezando la difusin de la solucin en las cavidades congeladas . La dilucin resultante de la solucin en contacto con el hielo permite el crecimiento futuro de los cuerpos de hielo en forma de aumento de ste. Cuando la cavidad est llena de hielo y solucin, cualquier futuro crecimiento de hielo produce presiones causadas por la expansin, las cuales dan lugar a la falla de la pasta. Adicionalmente comprobaron que cuando el agua es expulsada de los capilares no congelados, la pasta tiende a contraerse, ocurriendo sta, al igual que en el concreto, durante el ciclo de congelacin.

Powers afirm que, cuando la pasta contiene aire incorporado , y la distancia promedio entre burbujas no es demasiado grande, stas compiten con los capilares por el agua no congelada y generalmente ganan esta competencia, aceptando que los esfuerzos resultantes de la presin osmtica son los responsables de los daos por congelacin en la pasta.

A finales del siglo XX Litvan encontr que el agua absorbida sobre la superficie del concreto o contenida en los poros del mismo ms pequeos no puede congelarse debido a la interaccin entre la superficie y el agua. A causa de la diferencia en la presin de vapor del agua super enfriada y no congelada y el hielo presente en el contorno del sistema pasta, deber producirse migracin del agua hacia las ubicaciones en las que ella es capaz de congelar, tales como los grandes poros o la superficie exterior. Este proceso produce desecacin parcial de la pasta y acumulacin de hielo en las cavidades y grietas. El agua en estas ubicaciones congela, haciendo ms anchas las grietas, y si el nuevo espacio se llena con agua en la nueva parte del ciclo de deshielo, deber de producirse nuevas presiones internas y grietas.

Fallas de esta naturaleza ocurren cuando la redistribucin del agua que se requiere no puede tener lugar de una manera ordenada, ya sea debido a que el volumen de agua es demasiado grande, como es el caso de altas relaciones agua-material cementante para el mismo nivel de saturacin; el tiempo requerido es demasiado corto debido a un rpido enfriamiento; o la distancia de migracin del agua es demasiado larga debido a la ausencia de burbujas de aire. En tales casos, el proceso de congelacin forma un slido semi-amorfo de hielo no cristalizado, lo que da por resultado, de acuerdo a Litvan, a grandes esfuerzos internos. Esfuerzos adicionales pueden desarrollarse por una distribucin no uniforme de la humedad.

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Existe acuerdo general entre los investigadores en el sentido que pastas de resistencia y madurez adecuadas pueden ser preparadas completamente inmunes a daos por congelacin empleando aire incorporado, a menos que condiciones especiales de exposicin den por resultado el llenado de las burbujas de aire. Sin embargo , la incorporacin de aire por s misma no excluye la posibilidad de daos en el concreto debidos a congelacin, desde que ste fenmeno deber ser tomado igualmente en consideracin en las partculas de agregado.

No debe olv idarse, al analizar la congelacin del agua en la pasta que conforme el dimetro de los poros capilares se hace ms pequeo el agua se congela con mayor dificultad y requiere de temperaturas externas menores . El agua en los poros gel no se congelar.

El agua en los poros capilares para llegar a la congelacin debe incrementar su volumen en 0.75%. Si el concreto contiene 1% de aire atrapado es evidente que en todos los concretos existirn espacios vacos suficientes para acomodar el volumen extra requerido por la congelacin del agua en los poros capilares del concreto endurecido.

Como consideraciones adicionales es conveniente tener en cuenta que el gel llena parte del espacio originalmente ocupado por el agua. Los espacios no ocupados por el gel se conocen como poros capilares y constituyen un sistema de poros rodeados por y separados entre ellos por gel incongelable de baja permeabilidad. El agua al congelarse aumenta de volumen 9%, y si est en un poro capilar saturado, la expansin, al pasar de agua a hielo, requiere una ampliacin del poro en un volumen equivalente, o la expulsin del agua fuera del poro hacia la pasta, o una combinacin de ambas.

La presin hidrulica requer ida para efectuar la transferencia del exceso de agua depende de:

a) La distancia entre el poro capilar y el punto de disipac in de la presin;b) La velocidad de formacin del hielo;e) La permeabilidad de la pasta; yd) La posibilidad de acomodo elstico del material querodea el poro capilar.

De estos factores slo se puede modificar el primero mediante la incorporacin de un sistema de burbujas de aire hacia las cuales , por ser menores que los poros capilares, el agua tiende a moverse desde stos.

Las burbujas de aire incorporado deben ser consideradas como puntos de disipacin de presiones en los que el agua, al ser forzada fuera de los poros capilares por el proceso de congelacin, penetra por accin de fuerzas capilares. Si la distancia, conocida como factor de espaciamiento , entre los poros capilares y las burbujas de aire no es mayor de 0.1 mm no se desarrollarn presiones destructivas en la pasta.

Se presentar una presin muy baja o despreciable si los poros capilares no estn totalmente saturados, dado que una baja o ninguna cantidad de agua necesitar ser expedida del poro durante la congelacin.

Por lo que la cantidad de poros capilares y contenido de agua son factores determinantes en !a vulnerabilidad de la pasta a daos por congelacin.

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Dependiendo la cantidad de gel de la relacin a cementante y el grado de hidratacin de ste, una pas;.;: baja relacin agua-cementante bien curada tendr _ menor cantidad de poros capilares y ser menos vulnea procesos de congelacin.

6. CONGELACIN DEL AGUA EN EL AGREGADO

6.1. HISTORIA

Muchos de los agregados tienen poros cuyo tamar: mayor que aquel que podra presentarse en la pas Powers encontr, en 1945, que dichos poros expelen c.: durante la congelacin. Las investigaciones de labore.: han permitido determinar que la teora de la pre hidrulica, descrita para la pasta, tiene un rol impo'"2- en estos casos.

En 1965 los investigadores Dunn y Hudec indicaron a_; causa principal del deterioro de las rocas no e congelacin sino la expansin del agua absorbida, la :_ no es congelable. El caso especfico de falla : congelacin, de agregados calizos arcillosos refuerza conclusin. Sin embargo , la teora enunciada r: consistente con los resultados de las investigaci:: efectuadas en el mismo ao por Helmuth, el cual encc que el agua absorbida no se expande sino se co... - durante el enfriamiento. Independientemente de e : mismo Helmuth afirma que la absorcin de gra-: cantidades de agua en los agregados con una estrL::-_ de poros muy fina puede destruir el concreto debido :: formacin de hielo.

El tamao del agregado grueso es un factor importan = su resistencia a la congelacin. Verbeck y Lana: demostraron , en 1960, que, cuando no estn confin :. por la pasta, la habilidad de las rocas naturales para res. congelacin y deshielo sin dao se incrementa ce disminucin en el tamao, y que existe un tamao e por debajo del cual las rocas pueden ser congeladas _ que se produzca dao.

6.2. CONSIDERACIONES GENERALES

El concreto tambin puede deteriorarse cuando ;: expuesto al congelamiento y descongelamiento deb :,: los mecanismos dentro de las partculas de agregado cuales contienen poros de diferentes tamac caractersticas.Lewis y Dolch indican que comportamiento de las partculas de agregado expue: a congelamientoydescongelamientodepe principalmente de la estructura de los poros permeabilidad, y el grado de saturacin de las partc:.....de agregado. De acuerdo a ellos, las propiedades -"' importantes de los agregados que son influenciadas : el congelamiento y descongelamiento son la distribL: por tamao de los poros y la permeabilic:. considerndose la porosidad total como de importa :. secundaria.

De esta manera , la cantidad de poros presentes e agregado, su distribucin por tamaos y su continu son importantes por su influencia sobre la del conc= bajo condiciones de congelacin. Los agregados de ::2 durabilidad tienen porosidad moderada a alta, con reten: de agua y grado de saturacin relativamente alto. En e

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_n porcentaje importante de su porosidad total estepresentado por pequeos poros del orden de 0.005 mm, menores. En este caso las fuerzas capilares actuantes:Jermiten un llenado rpido con agua y su retencin bajocondiciones de secado moderado.

_ewis y Dolch describen la prdida de durabilidad de losagregados , ante las acciones de congelamiento y:escongelamiento, como sigue: "La prdida de durabilidad:e un agregado debido al congelamiento y descongelamiento:epende principalmente de su habilidad de llegar a estar y:?ermanecer altamente saturado bajo condiciones dadas de;:xposicin. El tamao perjudicial del poro es aquel lo Suficientemente grande para permitir el ingreso del agua por a mayor parte del espacio de poro, pero no lo suficientemente;-ande para permitir un drenaje fcil".

_a presin ejercida por el agua congelada, si no es posiblea ex pansin o escape del agua, est alrededor de.::O kg/cm2 a -20 oc. Las presiones en este rango podran:esarrollarse cuando la saturacin es crtica. Para evitarloque excedan la resistencia a la presin de las partculas:e agregado o del mortero cercano a stas, el agua del:oo debe ser capaz de fluir de los poros vacos o escapar:e las partculas. El escape de las partculas podra ser:oqueado por una zona congelada fuera de ellas, lo cual:sultara en el desarrollo de presiones altas en el interior:e la partcula .

_ _ .,cuando sea posible el flujo fuera de la zona congelada,s necesita presin hidrulica para causar el movimiento.:. avs de los pequeos vacos y sta podra ser tan alta.,o para causar la f ractura del material. Se estima que.:s poros menores a 4 micrones de dimetro drenarn:activamente slo a presiones tan altas que podran causar-_e algunas rocas o el concreto se fracturen.

_as partculas de agregado por s mismas no necesitanar en el concreto en el que estn siendo usadas para:_'rtr dao. Los agregados podran tener suficiente:s1stencia y elasticidad para soportar los esfuerzos sinar, pero el mortero cercano podra daarse por la::Jansin de la partcula de agregado. Por ello, los ensayos:-: congelacin y deshielo de muestras slo de agregado-: oodran ser indicadores de la durabilidad del concreto...a '11agnitud a la cual debera escapar el agua de la zona::.,gelada y la presin requerida para causar tal flujo:::Jenden de la tasa de congelamiento y la permeabilidad:.-: material.

:3. MECANISMO DE ATAQUE

..a oresin hidrulica que puede desarrollarse durante la.: gelacin del agua en los poros del agregado dependeo: a cantidad, distribucin por tamaos , y continuidad de:poros; grado de saturacin; velocidad de conversin-: agua a hielo; permeabilidad del agregado; y distancia_e el agua bajo presin debe desplazarse para encontrar- desfogue.

=aa grados de saturacin bajos, el agua se congelar:-1de se encuentra, con muy poco o ningn flujo, y presin:ulica cercana a cero. Para grados de saturacin_ cientemente altos, el agua ser forzada a salir de los:os y moverse a travs de agregados de baja.:.....,eabilidad al formarse el hielo, pudiendo as la presin:s.;ltante romper el agregado. Si existen macroporos vacos

en el agregado; o si el exceso de agua puede exudar en los lmites de ste, puede lograrse la disminucin de la presin hidrulica.

6.4. ACOMODO ELSTICO

La saturacin crtica de los vacos es tan importante en los agregados como en la pasta. Si la porosidad de una roca es tal que puede acomodar la expansin del agua cuando sta se congela, la partcula no se fractura ni se expande. En los casos en los que la saturacin de una partcula de agregado es mayor que la saturacin crtica, es posible que el esfuerzo elstico dentro de la estructura de la roca podra acomodar la expansin a medida que el agua se congela.

La mayora de las partculas de agregado tienen una resistencia a la tensin mayor que la de la pasta. Es posible, por lo tanto, que algunos agregados sean capaces de resistir altas presiones sin fracturarse. Mientras la presin se incrementa, las partculas de agregado pueden expandirse elsticamente y acomodar el volumen de hielo incrementado.

La pasta circundante podra no ser capaz de resistir tal expans in y, adems , el agregado puede causar el deterioro de la pasta a pesar de no estar f racturado. Ello depende del nmero y tamao de los poros dentro de las partculas de agregado y la resistenc ia y mdulo de elasticidad de ste. Algunos poros dentro de las partculas de agregado podran actuar de la misma manera que las burbujas de aire incorporado y proporcionar zonas de escape para el incremento de la presin dentro de la estructura de poros de stas .

6.5. TAMAO CRTICO DEL AGREGADO

Para un grado de saturacin, velocidad de congelacin y un sistema de poros dado, existe un tamao crtico del agregado, por encima del cual las partculas pueden ser daadas por congelacin. Por ello, agregados no recomendables pueden ser utilizados al reducirlos a tamaos menores. Al respecto, Verbeck y Landgren han demostrado que el tamao crtico de algunas rocas puede ser tan pequeo como 6 mm (1/4"), as como que algunos agregados, tales como el granito, el basalto, la diabasa, la cuarcita, el marmol, tienen capacidad para que el agua congelable sean tan baja que ella no produzca esfuerzos, si la congelacin ocur re bajo condiciones comnmente experimentadas, independientemente del tamao de las partculas.

Varias propiedades relacionadas con la estructura de los poros dentro de la partcula de agregado, tales como absorcin , porosidad, tamao de poros, y distribucin de poros o permeabilidad , pueden ser indicadores de problemas potenciales de durabilidad en aquellos casos en que el agregado es empleado en concreto el cual deber estar saturado y congelar en servic io.

La capacidad del agregado para perder agua a travs de su superf icie durante la congelacin, puede ser alterada por la porosidad y permeabilidad de la pasta que es circundante, y la presencia de burbujas de aire incorporado . Si el agregado es poroso y grande, y est saturado, y si adicionalmente la pasta es lo suficientemente impermeable para no proporcionar desfogue y alivio adecuado a la presin hidrulica, el agregado y la pasta circundante pueden ser daados por la congelacin. Si el tamao es menor y la pasta tiene aire incorporado, el agregado con menor exceso de agua no se daar.

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Generalmente, la condicin mencionada corresponde a partculas de agregado grueso con valores de relativamente alta porosidad y absorcin , causados principalmente por poros medianos, en el rango de 0.1 a 5 ...m, los cuales pueden ser ms fcilmente saturados y contribuyen al deterioro de ampolladuras individuales del concreto. Es importante indicar que los grandes poros no se llenan completamente y, por lo tanto, no se producen daos por congelacin. El agua en los poros ms pequeos puede no congelar. Tal como lo demost r Gaynor en 1967, el agregado fino no presenta problemas de tamao crtico desde que sus partculas son lo bastante pequeas para estar por debajo del tamao crtico de las rocas tipo y el aire incorporado en la pasta puede proporcionar una proteccin adecuada .

En los casos mencionados. el rol del aire incorporado es proporcionar un alivio a fin de que el efecto de la congelacin de las partculas del agregado grueso sea mnimo. En conclusin, el empleo de aire incorporado posibilita el uso de determinados agregados aunque puede no ser suficiente para compensar sus deficiencias. Hay opiniones que el concepto de "tamao crtico" debe ser modificado en la medida que no toma en cuenta la pasta.

6.6. EXPULSIN DEL AGUA DEL AGREGADO

Cuando las partculas de agregado se congelan, el incremento en el volume n durante la formaci n de hielo, debe ser acomodado tanto dentro de la misma partcula o forzado dentro de la pasta de cemento circundante, por lo que deben haber suficientes burbujas de aire incorporado no slo para acomodar el agua de los capilares de la pasta sino tambin para acomodar el agua que es expulsada de la partcula de agregado.

Rocas altamente porosas, como rocas de arrecifes o areniscas porosas, tienen tamaos de poros tan grandes que no habra peligro de deterioro por congelamiento y descongelamiento . La permeabilidad es suficiente para que la presin no se incremente dentro de la roca durante el congelamiento. Todo el exceso de agua es forzado de la partcula de agregado. Las rocas con poros medianamente finos no se saturarn rpidamente, pero pueden llegar a estar altamente saturadas y absorber gran cantidad de agua. Arcillas , horstenos , y esquistos son muy susceptibles a las ampolladuras , dado que en el congelamiento, las presiones excesivas se incrementan dentro de la partcula de roca causando que sta se expanda y que se fracture el concreto.

La limitacin de la absorcin es probablemente el mtodo ms simple para reducir las dificultades del congelamiento y descongelamiento causadas por el agregado. Se ha demostrado que el concreto no se deteriora debido al uso de agregados pobres con baja absorcin, en tanto que, a pesar de estar protegido con aire incorporado , podra deteriorarse si contiene agregados con elevada capacidad de absorcin.

Algunas rocas tienen la propiedad de tomar el agua de una fuente cercana a medida que los cristales de hielo empiezan a formarse, con una mecnica similar al desarrollo de hielo en los capilares de la pasta de cemento Portland. Esto se considera de menor importancia debido a que la diferencia de energa libre entre el agua de gel de la pasta de cemento y los cristales de hielo dentro de las

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partculas de agregado se limitar a la porcin de la superf icie de la roca inmediatamente adyacente al gel o: cemento.

Cualquier partcula de agregado que tenga gran afinida:: con el agua, absorber la que se encuentre disponible, pe lo que se estima que otros mecanismos juegan roles m:: importantes en el deterioro de las rocas que el posib: efecto del desarrollo de cristales de hielo dentro de las partculas de agregado.

Cuando las partculas de agregado se congelan , e incremento de volumen durante la formacin de hielo deb-= ser acomodado tanto dentro de la misma partcula o forzao: dentro de la pasta de cemento circundante. Debido a es: mecanismo, ocurrirn daos en la periferia de las partcul de agregado, por lo que debe haber suficiente burbujas e: aire incorporado, no slo para acomodar la expulsin e: agua de los capilares de la pasta sino tambin pa:. acomodar el agua que es expulsada de la partcula e: agregado.

Rocas altamente porosas, como rocas de arrecifes : areniscas porosas, tienen tamaos de poro tan grandes o = no habra peligro de deterioro por ciclos de congelacir deshielo. El agua es absorbida rpidamente por estas roCQ pero en el ciclo de congelamiento y descongelamient o, :. permeabilidad es suficiente para que la presin no s: incremente dentro de la roca durante el congelamiento.

Las rocas con poros medianamente finos absorben ag_: rpidamente, pero la permeabilidad es la suficiente pa que el agua sea forzada de la partcula de agregado ar;:: que la presin se incremente. Las rocas de este t.:: causarn mayor problema por la expulsin del exceso :::: agua dentro de la pasta circundante , pudiendo caus: ampolladuras o grietas.

6.7. EFECTOS EN EL CONCRETO

Sin la presencia de aire incorporado, la pasta que roe:: las partculas de agregado podra fallar cuando es:. crticamente saturada y congelada. Si la pasta contiene L-: distribucin apropiada de burbujas de aire incorpora:: caracterizadas por un factor de espaciamiento menor ::0.20 mm, la congelacin no producir efectos destructiv Existen rocas que prcticamente no contienen ag_: congelable. Un concreto con aire incorporado prepara:, con un agregado compuesto enteramente de tales roca. deber resistir p;ocesos de congelacin por largo tiem::: an bajo condiciones de exposicin continua. Este tierr:: puede acortarse si los vacos de aire se llenan con ague materia slida.

Si se emplea en la preparacin del concreto agrega: absorbente, tal como ciertos horstenos y los agregac: livianos, y el concreto est en un medio continuame- = hmedo, probablemente l deber fallar si el agrega:. grueso est saturado. La presin interna que se ha :"' desarrollar cuando las partculas expelen agua durante : congelacin puede romper las partculas y la matriz. Si a_ partculas estn cerca de la superficie del concreto pue-:. resultar una ampolladura.

Normalmente el agregado en el concreto no est en . estado de saturacin cerca del fin del periodo :-o construccin, debido principalmente a la desecaci n e_. se ha producido por la reaccin qumica durante =

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endurecimiento (auto-desecacin de la pasta) y la prdida::Jor evaporacin. Por lo tanto, si el agregado est an:rticamente saturado, ello se deber al agua obtenida de Jna fuente externa. Las estructuras en las cuales toda la superficie expuesta se mantiene continuamente hmeda y:;stn peridicamente sometidas a congelacin no son:omunes .

=n efecto, generalmente las secciones de concreto tienden::; secar durante la estacin seca cuando por lo menos una:;.;perficie est expuesta a la atmsfera. Esta es la razn:'incipal por la cual los concretos con aire incorporado;eneralmente no son daados por accin de congelacin:oJn cuando se emplee agregado absorbente .

Jnviamente, cuanto ms seco es el agregado al momento:e ser vaciado al concreto, se requerir ms agua para=...canzar el estado de saturacin crtica y el tiempo necesario:;er mayor. Esta es una consideracin importante debido= que la longitud de las estaciones clida y fra suele seritada.

:eoe tenerse en consideracin que, como suele ocurrir en:.;unas obras, puede ser una desventaja si se emplea;-::va extrada directamente de una cantera bajo agua,=s::Jecialmente si la estructura entrar en servicio durantec. estacin hmeda o inmediatamente antes del comienzo:e nvierno.

;;:.mas rocas, cuando estn secas y son colocadas en::.;-a, son capaces de absorberla rpidamente y llegar a la;;c:Jracin prontamente; siendo descritas como del tipo=..:: damente saturable. Este tipo de rocas, an cuando est:.:-.:o al inicio, puede alcanzar altos niveles de saturacin.:.-.., en la mezcladora, no debiendo llegar a estar lo cientemente secas an por auto-desecacin; por lo-=-o, con tales materiales podran existir dudas sobre el:->portamiento si no hay un periodo seco lo.- cientemente largo antes que llegue la estacin de erno.

-- pequeo porcentaje de rocas fcilmente saturables.:sentes en un agregado puede causar serios daos ...23 rocas difciles de saturar, generalmente aquellas de-:."10 grueso, son menos proclives a causar daos . Es o que para un caso particular, el conocimiento de su:centaje de absorcin y la informacin sobre las:snilidades de saturacin de cada clase de roca en un. egado debern ser muy tiles.

:3. CONSIDERACIONES FINALES EN EL AGREGADO

:ongelacin del agua en el agregado grueso puede::Jcir presiones similares a las de la pasta. En los-gados de muy baja porosidad , la expansin del agua:ongelarse puede ser acomodada por deformacin.:;.2:---jca de la roca; en los de alta porosidad se requierenos de disipacin de las presiones a fin de evitar la.;a-_"Jccin del agregado. Estos puntos pueden ser vacos- :oscpicos distribuidos en el agregado, o pueden estara pasta. La disponibilidad de stos depende de la--eabilidad de la pasta y la proximidad y nmero de:;,_jas de aire incorporado.

:s poros del agregado no estn totalmente saturados-nmento de comenzar la congelacin , menor cantidad- gn agua ser expelida presentndose muy pequea

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o despreciable presin hidrulica. As, la vulnerabilidad del agregado a daos por congelacin depende de su contenido de agua, aportada al ingresar a la mezcladora o adquirida por exposicin del concreto a ciclos de humedecimiento y secado.

Dependiendo de la permeabilidad de la pasta, la posibilidad que el agregado pueda tomar humedad disminuye para concretos bien curados y de baja relacin agua/cemento.

7. CONGELACIN DEL CONCRETO ENDURECIDO

El agua al congelarse se expande, y si est encerrada se origina una presin interna lo suficientemente grande para destruir an los concretos ms fuertes. El concreto puede tomar procesos repetidos de congelac in si:

a) El agua en el concreto no est necesariamente congelada cuando se presenta hielo en la superficie; ob) El hielo que se forma en los poros capilares tiene laposibilidad de expandir debido a que no todos los poros estn llenos de agua.

Se considera que para que un concreto sea resistente a la congelacin deben darse cuatro condiciones:

a) La porosidad ser mnima y la impermeabilidad lo ms alta posible. Baja absorcin y permeabilidad.b) Los poros capilares nunca estarn totalmente llenos de agua.e) El concreto contendr aire incorporado.d) El contenido de cementante ser alto y la relacin agua-cementante baja, para tomar los esfuerzos que se presenten durante la congelacin.

El da causado n_el concreto por la congelacin del agua es debido al crec1m1ento de cristales de hielo en los poros cap1lares. Estos cristales atraen, por succin, el agua no congelada presente en los pequeos poros que los rodean, con el consiguiente crecimiento de los cristales. En este proceso, la fuerza ejercida por el hielo es perpendicular a la superficie , formando planos dbiles paralelos a la superfi i_e conforme los cristales de hielo crecen por extracc1on del agua de los poros mayores primero y postenormente de los ms pequeos. El crecimiento de los cristales se reduce conforme se dispone de menos agua. La entrega de calor latente por la congelacin del agua no es suf iciente para mantener la temperatura onstante en el punto de formacin del hielo, tendiendo esta a caer.

La reduccin de temperatu ra del concreto progresa de la superficie hacia el interior, pero la congelacin no tiene lugar hasta que el frente de baja temperatura llegue a poros suficientemente alejados de los cristales de hielo anteriores como para contener la cantidad de agua necesaria para permitir la formacin y crecimiento de nuevos cristales.

Como consecuencia el concreto contendr un conjunto de planos de debilidad paralelos a la superficie de ste, los que pueden originar el descascaramiento de la misma.

E_n concretos sujetos a ciclos de congelacin y deshielo, el hielo se formar nuevamente en los niveles anterio res dado que los polos habrn sido dilatados por el crecimiento de

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los primeros cristales de hielo. En este proceso los poros debern ser mayores y el punto de congelacin del agua en ellos mayor que en la pasta que los rodea. El dao en el concreto ser causado no tanto por el incremento del agua en los poros en el momento de la congelacin como por el posterior crecimiento del hielo y su concentracin en los poros.

8. CAUSAS DEL DETERIORO

La exposicin del concreto a ciclos de congelac in y deshielo es una prueba severa que los concretos de buena calidad pueden superar sin dao. Aquellos concretos, los cuales han sido debidamente proporcionados con materiales de buena calidad, se ha incorporado aire, y han sido preparados con procesos convenientes de dosificacin, colocacin, acabado y curado, resisten ciclos de congelacin y deshie lo por muchos aos.

Sin embargo , bajo condiciones de temperatura extremadamente severas, an los concretos de muy buena calidad pueden sufr ir daos deb idos a los ciclos de congelacin si ellos son mantenidos en un estado de total o casi completa saturacin. Esta situacin puede producirse cuando un concreto fro es expuesto a calor o aire hmedo en una de sus caras siendo la evaporacin insuficiente o restringida sobre el lado fro, o cuando el concreto est sometido a calentamiento del agua por uno de sus lados antes de la congelacin. El concreto seco puede no ser daado por bajas temperaturas externas, el hmedo puede experimentar deterioro o destruccin si no se toman medidas adecuadas.

La presin en los poros capilares de la pasta y/o el agregado, al desarrollarse un sistema expansivo agua hielo durante la congelacin , es la principal causa de daosen concretos expuestos a temperaturas menores de 4 oc.El cambio de agua a hielo origina esfuerzos que deterioranla pasta, el agregado, o ambos .

El deterioro de las estructuras de concreto debido al congelamiento y deshielo es usualmente fcil de reconocer. As, el descascaramiento y astillamiento del pavimento sometido a congelacin producen superficies que no son lisas ni uniformes a pesar que el pavimento sea de una adecuada calidad. El congelamiento y deshielo podran daar la estructura de concreto seriamente .

Por otra parte, el desmoronamiento de la pasta y la expos icin de los agregados puede dar la impresin que la estructura est en el lmite de la desintegracin, a pesar que el deterioro no haya afectado significativamente la estabilidad y utilidad de la estructura. El agrietamiento extenso y las ampolladuras tambin producen superficies de concreto no gratas a la vista.

El empleo de estructuras hidrulicas de concreto en el transporte y almacenamiento de agua las hace particularmente vulnerables al congelamiento y descongelamiento debido a que hay muchas oportunidades para que las distintas partes de la estructura se saturen. El concreto es particularmente vulnerable en el rango de los niveles de fluctuacin del agua, como las partes de una presa, vertederos, entradas y salidas de tneles , casas de vlvulas, estructuras de canales, coronacin de muros, pilares, parapetos, cubiertas, esquinas y cornisas. Aquellas partes de las estructuras de concreto donde la exposicin es menos severa incluyen los

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revestimientos de tneles y sifones, el exterior de presas o: concreto y casas de fuerza. Aquellas estructuras o partes e: las mismas que estn continuamente sumergidas o, e alguna forma protegidas del clima, no presentan problede durabilidad.

Los pavimentos deben, por lo tanto, estar protegidos cont= todos los mecanismos que producen deterioro pe congelamiento y descongelamiento. Las espec ificacione.: generalmente requieren bajas relaciones agua-cementan= y aire incorporado de 5% a 6% del volumen de concre : Excepto para plataformas de puentes, el deterioro dele: pavimentos debido al congelamiento y descongelamie r: ha sido eliminado desde que los aditivos incorporador? de aire fueron introducidos.

Los puentes en las carreteras presentan un serio probler cuando se exponen al congelamiento y descongelami el';;: La mayora de los estribos de los puentes estn en rea: donde se presentan fluctuaciones en los niveles de agua ::: concreto en puentes debera, por lo tanto, recibir mx : proteccin a la accin del congelamiento y descongelamie r;:

En las estructuras de concreto una indicacin comn c2 deterioro es la aparicin de grietas, las cuales corr= aproximadamente paralelas a las juntas o bordes de , superficie de concreto. A medida que progresa el deterior: estas grietas se van presentando cada vez ms lejos de junta. Este tipo de agrietamiento ha sido designado cor- agrietamiento en lnea D (lnea de deterioro). El deterio. empieza en la junta de la acera y las grietas en lnea D desarrollan paralelas a la junta. Con el tiempo , el concrs cerca de la junta se desintegra y astilla.

Diversas teoras se han desarrollado para explicar la caL&. del agrietamiento en lnea D. Se sostiene que el concre _ se deteriora cerca de la junta en una losa de concreto deb ::. a que, conforme el concreto es vaceado, el agregado fine el mortero son empujados hacia la junta y un concreto rr:.:. frgil se coloca cerca del borde. Algunos de los detracto?!.de esta teora indican que el agrietamiento en lnea D s: desarrolla a lo largo de una grieta estructural de la mis : manera como sta se desarrolla normalmente a lo lar..,..de la junta o bordes de la superficie del concreto.=-

Una segunda teora se basa en que el concreto que e54.cerca a la junta o esquina est expuesto a mayor humeo;:: que la porcin interior de la losa. El concreto adyacente a z junta est expuesto a humedad de la grieta cuando sta s= llena con barro y otros desperdicios que mantienen =.humedad, que igualmente est disponible en ::materiales utilizados. Adems, el concreto junto a una ju'"o una grieta tiene un mayor grado de saturacin durante ::clima fro.

Las grietas en lnea D son causadas por el agua que s,::congela en los vacos de la pasta y los agregados. Cuar las fuerzas llegan a ser suficientemente grandes, =esfuerzo resistente a la tensin de la pasta es excedidolas grietas en lnea D se desarrollan a lo largo de lneas :.:: igual saturacin, paralelas a la junta. A medida que . desintegrac in progresa, mayor cantidad de agua llega :;: estar disponible, a travs de las grietas, para alimentar 'C. capilares cada vez ms distantes del borde de la losa. E resulta en el desarrollo progresivo de grietas paraJe :.:: desde el borde o junta de la losa.

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.....,a tercera teora que involucrara la forma de lospecmenes de concreto podra explicar el agrietamiento:1 lnea O, el cual se desarrolla en esquinas verticales y-orizontales y en bordes de fragmentos rectangulares . En.:oase a los resultados de experiencias con estructuras que-an estado expuestas por ms de 20 aos sin ningn:eterioro, algunos investigadores han sugerido que las:oncentraciones de esfuerzos que ocurren en las esquinasbordes cuando la temperatura vara podran producir el:grietamiento en lnea D.=. descascaramiento de las superficies de las losas de:oncreto es uno de los tipos ms peligrosos de deterioro:Je podran producirse en losas de concreto de alta;a.idad. El mortero de baja calidad se desmoronar con:clos repetidos de congelacin y deshielo, exponiendo;adualmente las partculas del agregado grueso. Este es_- mecanismo diferente de deterioro de aquel que causaz separacin de las reas de la superficie de una losa-....,e y densa de un concreto de alta calidad. Este tipo de:scascaramiento depende de:

Grado de compactacin de la superficie.Nmero de capilares inmediatamente bajo la superficie.Disponibilidad de humedad.

=s!e tipo de descascaramiento es tpico de las losas:.:>uestas a periodos fros severos antes que el concreto-aya tenido la oportunidad de secar adecuadamente:espus del curado. El secado reduce el agua en los vacos:-e concreto por debajo del punto crtico de saturacin y_,ta la humedad disponible para otros mecanismos de:::erioro. Si las losas son selladas con una membrana de:._ado tienen poca oportunidad de secar, por lo que su;--ado de saturacin es ms alto durante un periodo de fro:o ongado.

a.;as secuencias pueden ser desarrolladas para explicar= descascaramie nto durante la congelacin, pudiendo:.aoa una de ellas contribuir a entender la falla de la:_:>erficie de concreto. Ellas son:

La presin desarrollada al expulsar el agua de laspartculas de agregado saturadas.Las presiones hidrulicas desarrolladas en unnmero mayor de cavidades capilares justo bajo lasuperficie de concreto.Incremento de la humedad debido a los cristales dehielo que se encuentran en los vacos debajo de lasuperficie.Aparicin de presiones osmticas causadas por la co ncentrac in de sal en los capilares que se encuentran inmediatamente debajo de la superf icie del concreto.Las operaciones de acabado que pueden crear superficies que no son similares a la capa de concreto inferior. El acabado incorrecto tambin podra densif icar la superficie y destruir la efectividad del aire incorporado.La compactacin de la superficie por la fuerza capilar del agua que desciende en los capilares de la superf icie del concreto plstico seco y la subsiguiente formacin de un plano de debilidad.El congelamiento adicional de cristales de hielodebajo de la superficie , causado por la nieve y hielo derretidos por accin de las sales descongelantes. La saturacin de la humedad de la superficie al

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derretirse la nieve y el hielo por la accin de las sales descongelantes.9. El agrietamiento y resquebrajamiento queproporcionan canales que permiten el ingreso de lahumedad hasta las capas inferiores .

La compactacin de la superf icie ocurre durante el acabado. Cualquier cantidad pequea de exudacin adicional que se desarrolle despus del acabado, se acumula bajo la "piel" de la superf icie compactada . Este incremento aumenta los vacos que se encuentran inmediatamente debajo de la superficie.

Hay evidencias que la compactacin de la superficie de una losa de concreto debido a un secado prematuro podra tamb in contribuir al descascaramiento de ste, an cuando tenga un acabado de buena calidad. Por ejemplo, un incremento en la cantidad de los finos, por el empleo de una mayor cantidad de cemento de mayor finura, tiende a reducir el tamao de los capilares de la superficie, los cuales incrementan las fuerzas capilares de compactacin. Esto podra parcialmente explicar porque los cementos con menor finura pueden dar concretos ms durables.

En apoyo" a la teora de la compactacin se necesita sealar el extenso descascaramiento de las plataformas de los puentes en los que se ha empleado concreto con aire incorporado. En estos casos el concreto de la plataforma se coloca sobre una base impermeable. El exceso de agua debe exudar a travs de todo el espesor de la losa hacia la superficie, mientras que el agua en la parte inferior de la losa puede escapar hacia el interior de una base porosa. Una base impe rmeable puede, por lo tanto, retrasar la exudacin hasta que se haya formado una capa compacta y seca sobre la superficie, siempre con el riesgo que una capa ms porosa y dbil se forme bajo la superficie.

Los estudios de Cordn indican que en todos los casos en los que se coloc las losas sobre una base de arena, prcticamente no se produjo descascaramiento . En otras reas, cuando los estratos de arcilla estaban expuestos, prcticamente todas las carreteras presentaron bloques enteros con un descascaramiento severo.

Se puede concluir que los concretos saturados con superficies compactadas son vulnerables al descascaramienlo. En congelamiento, el hielo con mayor nmero de capilares bajo!a superficie crece en tales proporciones que la superficie dela losa es levantada. El concreto inmediatamente bajo el descascaramiento est an en condiciones seguras y aparentemente no deterioradas .

Se ha comprobado que la nica diferencia entre el concreto en relacin con la junta de expansin, la cual no se descascara, y el concreto debajo de la junta de expansin el cual se descascara en gran cantidad, es que el concreto afectado fue vaciado aproximadamente de 2 a 4 semanas despus. El concreto que no se descascara podra haberse secado lo suficiente como para reducir la saturacin a un punto donde el mecanismo explicado no ocurri. Se podra asumir que si la cantidad apropiada de aire hubiera sido introducida en el concreto, la losa hubiese estado protegida y el descascaramiento no habra ocurrido. Sin embargo, es importante indicar que descascaram iento se ha presentado en casos en los que el concreto contena aire.

Uno de los tipos ms comunes de deterioro por congelaciny deshielo es la desintegracin de la pasta y la subsiguiente

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expos1C10n de las partculas de agregado. El desmoronamiento del mortero progresa hacia el interior del elemento. Este tipo de deterioro es encontrado en la lnea de agua en muchos estribos de puentes y otras estructuras hidrulicas. El deterioro ocurre cuando el concreto se satura sobre el punto de saturacin crtica y despus es expuesto a ciclos alternos de congelamiento y descongelamiento. Similar deterioro se experimenta en el laboratorio cuando los especmenes son expuestos a ciclos rpidos de congelamiento y descongelamiento en condiciones saturadas. La mayora de estructuras que muestran este tipo de deterioro fueron construidas antes que se emplease aire incorporado en el concreto .

El agrietamiento patrn puede definirse como grietas muy finas abiertas sobre la superficie del concreto. Este generalmente ocurre en las superficies del concreto cuando experimenta una reduccin de volumen sobre dichas superficies o un incremento de volumen en el interior del concreto. El congelamiento y deshielo podran causar un agrietamiento patrn en la superficie del concreto por la expansin de agua congelada tanto en los vacos de la pasta de cemento como en los poros del agregado grueso.

El agotamiento del agua del gel durante el congelamiento, cuando hay una abundancia de vacos de aire, sugiere la posibilidad de encogimiento en la pasta bajo condiciones de congelamiento. Periodos prolongados de fro causan la difusin del agua de los poros del gel hacia los vacos de aire y el consiguiente agotamiento del agua en los poros. Ello tendera a causar un resquebrajamiento en forma de grietas finas en la superficie de las losas.

El concreto en la mayora de los edificios no est sujeto a condiciones de exposicin extrema. Ello debido a que el concreto en edificios no est expuesto al agua excepto por la humedad o aquella agua que es lanzada contra el edificio o cae sobre las partes ms altas de las paredes durante las lluvias.

El concreto de las cimentac iones tiene poca oportunidad de llegar a estar saturado a menos que el concreto est por debajo del nivel fretico. En tal caso, el concreto est protegido de las temperaturas heladas y el deterioro no es un problema. Las superficies verticales de las cimentaciones que estn expuestas podran mojarse durante las lluvias, pero tienen poca oportunidad de alcanzar la saturacin crtica. El concreto estructural interior en edificios no est sujeto a congelacin y deshielo.

9. ENSAYOS DE RESISTENCIA A LA CONGELACIN

En el ensayo del sulfato de sodio o magnesio, efectuado de acuerdo a Norma ASTM e 88, las sales presentes en los poros del agregado cristalizan y puede ocurrir la desintegracin de ste. La magnitud de sta est referida a la falta de resistencia a la congelacin del agregado cuando se utiliza en el concreto . Agregados que cumplen todos los requisitos del ensayo pueden no ser durables cuando estn en el concreto y viceve rsa. La carencia de una correlacin permanente hace que ste ensayo no se considere un criterio confiable de la durabilidad de agregados sometidos a procesos de congelacin.

En el ensayo no confinado muestras de agregado grueso, saturadas al vaco, so n some tidas a procesos de congelacin y deshielo. Existe poca correlacin con el comportamiento del agregado en el concreto, por lo que el

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ensayo es poco confiable en la evaluacin de la calidad deagregado.

Los ensayos de laboratorio sobre el concreto incluyen e ensayo rpido de la congelacin y deshielo efectuado de acuerdo a las recomendaciones de la Norma ASTM e 66 en el cual la durabilidad del concreto y su resistencia a lE congelacin se miden por la reduccin en el mdulo de elasticidad dinmico de ste. Estos ensayos tiene significacin slo si la pasta est protegida por el emplee de aire incorporado. Los mtodos ASTM e 290 "eongelaci y deshielo rpido en agua" y ASTM e 291 "eongelamiem::: rpido en aire y deshielo en agua", son los empleados para tales mediciones.

Los resultados de los ensayos efectuados de acuerdo E las recomendaciones de la Norma ASTM e 666 han sic: analizados y discutidos por muchos investigadores. Alguno de ellos los han cuestionado debido a que consideran q .>: siendo acelerados no pueden duplicar las condiciones e: obra. Se indica que los especmenes de ensayo so inicialmente saturados, lo cual no es usualmente el case para concretos en obra al comienzo del proceso e: congelacin. Igualmente se seala que los mtodos e: ensayo indicados no duplican las condiciones de humeda: del agregado en el caso de concretos en obra.

Tambin han sido criticados debido a que requie re magnitudes de enfriamiento mayores que aquellas que se encuentran en obra. Igualmente se indica que los pequeo:: especmenes de ensayo empleados no pueden acomoda los tamaos mayores de agregado propuestos para s_ empleo en el concreto, lo que puede hacerlos ms vulnerables al ampollamiento y deterio ro general que lo:: tamaos ms pequeos. Se indica que la presencia e: partculas de agregado que producen ampolladuras, en 2. porcin central de los relativamente pequeo especmenes de ensayo, puede dar lugar a que algunos de estos especmenes fallen, en tanto que el materia hinchado podra causar nicamente defectos superficiales en el concreto en condiciones de servicio.

Aunque, en general, se acepta que los diferentes ensayos permiten clasificar los agregados, desde el punto de vis:E. de su capacidad de resistencia a la congelacin , OE excelentes a pobres en un orden aproximadame nte correcto ellos no permiten predecir si un agregado en particular sE comportar satisfactoriamente cuando sea empleado e un concreto con un determinado contenido de humedad , expuesto a ciclos de congelacin y deshielo.

No puede afirmarse plenamente, a partir de los ensayos indicados que sus resultados correlacionen con e comportamiento real de los agregados o del concre:c cuando estn sometidos a congelacin y deshielo en climas de intemperismo severo. Sin embargo, la habilidad par: hacer tal determinacin es de especial importanc':: econmica en muchas reas en las que los agregados ce alta calidad son escasos, y el uso de un agregado local, e particular, previos ensayos, puede ser permitido. E conclusin, a pesar de las deficiencias del ensayo de a Norma ASTM e 666, se estima que puede ser un bue indicador de la durabilidad relativa de un agregado.

Powers, el mayor investigador en el campo de E congelacin del concreto, sostiene que el comportamie mc en obra del concreto no necesariamente est reflejado po los resultados de los ensayos, dado que el mismo es funcin del medio ambiente al cual se someter el concreto

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Dos observaciones importantes son que la velocidad de congelacin es mucho mayor que aquella que se presenta en la naturaleza; y que los especmenes nunca se secan en el ensayo, en tanto que el concreto en obra si tiene esa oportunidad.

Segn Powers el agregado presente en un concreto con aire incorporado no se halla en un estado de saturacin crtica cuando se inicia la congelacin y adicionalmente mdica que un agregado que se aproxima a la saturacin crtica al trmino del invierno es restituido a un grado de secado seguro por el sol del verano y el viento. En base a as consideraciones anteriores Powers indica que los ensayos usuales no permiten establecer si el concreto oodra permanecer sin deteriorarse en una exposicin 1atural, haciendo que dichos resultados sean muy difciles ce interpretar en trminos de procesos naturales.

=>ower ha desarrollado un mtodo de dilatacin, conocido::omo la Norma ASTM C 671, el cual requiere que el espcimen de concreto con aire incorporado sea "icialmente llevado a la condicin de humedad esperada:Jor el concreto al comienzo de la estacin de invierno,s endo este contenido de humedad de preferencia:eterminado por ensayos de campo y propone curar en-jmedo especmenes de concreto preparados con el agregado a ser ensayado. Secarlos por dos semanas, SJmergirlos en agua por otras dos, luego enfriarlos, a 3 oc::n hora , hasta -18 oc. midiendo los cambios.:'"'gitudinales durante la congelacin. Si se dilatan durante,o proceso de congelacin tendrn menos de dos semanas:e inmunidad a la accin de sta. Si no hay dilatacin se::>ite el ensayo hasta encontrar el mayor periodo seguro.e humedecimie nto el cual se compara con el observado=-:re periodos de secado en el medio ambiente y las::cunstancias en las que el concreto va a ser utilizado a fin:.;: determinar sus posibilidades de duracin. La Norma-S-M C 682 permite una adecuada interpretacin de los;s.;ltados.

;;_-iaciones excesivas en la longitud a causa del ensayo se.:.::rsideran un indicador que el agregado ha sido crticamentea rado y es vulnerable al dao. Si el tiempo necesario para,canzar la saturacin crtica es menor que la duracin de la -:acin de congelacin en el sitio de obra, se considerar:_; el agregado es inadecuado para ser empleado. Si el:_,po es mayor, se considerar que el concreto no es_ -erable a ciclos de congelacin y deshielo.

empo requerido para efectuar el ensayo de dilatacin,= acuerdo a la recomendacin ASTM C 671, puede ser-2., or que el requerido para efectuar el ensayo ASTM:366. Los resultados del ensayo son muy sensibles al:-:enido de humedad del agregado y el concreto; sin-::argo, pueden ser adecuados. La mayora de los:atorios emplea el mtodo de la Norma ASTM C 666; embargo, los resultados obten idos empleando el= :xlo de la Norma ASTM C 671 pueden ser mucho mses..=s -,portante indicar que en el Per no se han efectuado-- dios sist emticos de congelacin y deshielo del-.:reto, o del agregado inmerso en l, con excepcin de:e:tsayos estandarizados de estabilidad del agregado=:e a la accin de sulfatos ; y que se requiere mayorestigacin de estos mtodos para establecer una.-=cuada correlacin entre los resultados de los mismos= comportamiento en obra en las zonas de congelacin- - estra serrana.

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10. REQUERIMIENTOS Y DEFINICIONES

El concreto que ha de estar expuesto a una combinacin de humedad y ciclos de congelacin requiere lo siguiente:

1. Diseo de la estructura para mnima exposicin a lacongelacin por la humedad.2. Baja relacin agua-material cementante.3. Apropiado contenido de aire incorporado.4. Materiales de calidad.5. Empleo de agregado grueso de tamao menor y bajo porcentaje de absorcin.6. Adecuado curado antes del primer ciclo de congelacin.7. Especial atencin a todas las etapas del proceso constructivo , con especial atencin al tipo y tiempo de curado.

Todos estos aspectos son analizados en detalle en los siguientes acpites:

Se debe mantener el grado de saturacin del concreto tan bajo como para lograr que el dao por congelacin sea mnimo. Es recomendable:

a) La geometra de la estructura debe permitir un buen drenaje, debiendo la coronacin de muros y caras exteriores ser inclinada.b) Se debe evitar zonas de acumulacin de agua; ascomo que el agua fluya sobre la coronacin o las caras de muros de concreto . Las caras de los concretos expuestos no deben recibir descargas o drenaje.e) Se debe eliminar juntas innecesarias y disear undrenaje adecuado para las que se mantienen.

En pavimentos se debe prevenir la acumulacin de agua en la superficie; trabajar cuidadosament e la base de los mismos; eliminar las grietas; y seguir las Recomendaciones del ACI 201.

En general es recomendable evitar la excesiva exposicin a la humedad debido al diseo estructural.

Se conoce que desde que la vulnerabilidad del concreto a los ciclos de congelacin est influenciada en forma importante por su grado de saturacin , se debern tomar precauciones para minimizar que l tome agua. Puede lograrse mucho en este aspecto por un cuidadoso diseo inicial de la estructura.

Las precauciones fundamentales que deben ser tomadas en cuenta incluyen las siguientes:

a) La geometra de la estructura deber garantizar unbuen drenaje.b) La coronacin de muros y todas las otras superficies exteriores deber ser inclinada.e) Todo aquello que pueda conducir a la formacin delagunas deber ser evitado.d) Los elementos de drenaje no debern descargarsobre la cara del concreto expuesto.e) El drenaje de elementos altos no deber fluir sobre lacoronacin o las caras de los muros de concreto.f) Deber eliminarse las juntas no necesarias para el control de los cambios de volumen , debiendo proveerse elementos de drenaje .g) Deber evitarse zonas de acumulacin de agua, tales como las que podran resultar de diafragmas extendidos .

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-tuto de la Construccin y Gerencia, ICGAtaques al Concreto

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h) Deber tenerse cuidado para minimizar las grietas estructurales las cuales pueden colectar o dejar pasar el agua.

Estudios efectuados en puentes de concreto y otras estructu ras han mostrado una estrecha correlacin entre los daos por congelacin y determinadas partes de los elementos y la excesiva exposicin a la humedad de dichas porciones debido al diseo estructural.

Los diferentes tipos de cementos hidrulicos Portland y mezclados, cuando son empleados en un concreto con aire incorporado adecuadamente proporcionado y fabricado, debern proporcionar resistencia similar a los ciclos de conge lacin. En todos los casos ante riores, el cemento deber cumplir con los requisitos de las Normas ASTM C 150 o ASTM C 595 o las NTP correspondientes.

Se han empleado diversas puzolanas naturales, as como cenizas y microslice, como adicin, teniendo adecuado efecto sobre la durabilidad del concreto siempre que el contenido de aire, resistencia, y contenido de humedad del concreto sean similares . Debe r efectuarse una investigacin de laboratorio antes de emplear, como parte del material cementante , materiales desconocidos.

Las cenizas y puzolanas naturales debern cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 618. La escoria de altos hornos finamente granu lada deber cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 989. Se ha empleado con xito cemento con escorias de altos hornos en concretos expuestos a ambientes de congelac in y deshielo severos, incluyendo exposicin marina.

El contenido mnimo de material cementante en concretos expuestos a procesos de congelacin no ser menor de 350 kg/m3.

Los agregados naturales debern cumplir con los requisitos de las Normas ASTM e 33 o NTP 400.037,aunque ello no asegure necesariamente su durabilidad. Los agregados livianos debern cumplir con los requisitos de la Norma ASTM C 330. Ambas Normas proporcionan muchos requisitos pero dejan la seleccin final del agregado a ser empleado al criterio del ingeniero. Si ste est familiarizado con el comportamie nto en obra del agregado propuesto y tiene experiencia con agregados similares al elegido que han sido empleados en condiciones de clima iguales a las que se espera para el concreto, su juicio puede ser el adecuado.

En algunos casos es posible dejar sin utilizar registros anteriores para llegar a la conclusin sobre la conveniencia o inconveniencia de aceptar o rechazar el agregado con el que se cuenta . Cuando ello no es posible, la atencin debe ser puesta en una cuidadosa interpretacin de los resultados de los ensayos de laboratorio que incluyen absorcin, la cual nunca debe ser mayor del 1%, gravedad especfica, estabilidad de volumen, y peso unitario. Sin embargo, la atencin principal debe estar en los ensayos del comportamiento del concreto preparado con los agregados en cuestin.

Adicionalmente se debe tener e n consideracin los resultados de ensayos complementarios, incluyendo los petrogrficos, de absorcin, y de estructura porosa interna del agregado.

Se ha publicado una amplia y adecuada descripcin de los ensayos y correctas opiniones sobre su empleo, pero se

considera que la atencin principal debe estar en ensayosde concretos preparados con los agregados en cuestir

Los aditivos se utilizan en este tipo de concreto para incorporar aire a la pasta y as crear un sistema el cua permita la deseada disipacin de las presiones que st: originan durante el paso del agua a hielo. Algunos aditivos pueden incorporar aire sin lograr la esperada resistencia ;; la accin de las heladas debido a que producen un sister1: de burbujas grandes, con un factor de espaciamiento mayc que el requerido para proteger la pasta contra E congelacin.

A continuacin se presentan las definiciones ma empleadas cuando se trabaja con concreto a los cuales s ha incorporado aire para contribuir a controlar el proces: de ataques al concreto por congelacin:

a)Se define como AIRE INCORPORADO , a aquel q_; es parte de una mezcla como resultado del proces.: de su incorporacin intencional mediante el emp :.- de un agente qumico, con la finalidad de mejorar - modificaralgunapropiedaddelconcre : especialmente la durabilidad de ste frente a :_ procesos de congelacin.b) Se entiende como BURBUJAS DE A IRE a los espao:. perceptibles en la mezcla, los cuales al momento :.:: la observacin no estn llenos con un slido o _ lquido.e) Se entiende por BURBUJAS DE A IRE INCORPORA::: a aquellas resultantes de la incorporacin de s= Tales burbujas tienden a ser esfricas en perfil y s_ rango de tamaos es similar al de las partculas r-=._ finas de agregado fino.d)Las BURBUJAS NATURALES son aquellas que nc :han originado por la incorporacin intencional de a= Este tipo de burbujas es de tamao mayor que G;.. anteriores,dentro de un rango similar al de las gra : ms pequeas. Tienden ser irregulares en perfe) Se define como AGENTE INCORPORADOR DE P. =::a una sustancia que causa incorporacin de :_ -cuando se incluye en una mezcla. Este es un trr- - a ser utilizado solamente cuando se desea refe-: a sustancias que pueden ser utilizadas tanto ce adiciones o como aditivos incorporadores de airef) De acuerdo a la definic in de la Recomendac in AsC 219, una ADICIN INCORPORADORA DE AIR::="un material incorporador de aire, mo : conjuntamente con, o a ser molido conjuntame- - con, cemento hidrulico".g) Se entiende como "ADITIVO INCORPORADO P :.AIR E" a un material que es aadido a la mezc;; concreto al momento que es dosificada pa: mezclado. El Comit ACI 116R define a un ac - incorporador de aire como "una adicin a los ceme hidrulicos o un aditivo para concretos o morterc cual origina la generacin de aire que se incorpc: concreto o mortero durante el mezclado,generalr-; con la f inalidad de incrementar su trabajabilidao:_ resistencia a las heladas".h) Se define como FACTOR DE ESPACIAM IENTO; medida de la distancia mxima promedio desee _ punto de la pasta de cemento a la ms cercana bv:: de aire, siendo una indicacin de la distancia a_; agua debe recorrer durante el proceso de congela: para alcanzar una burbuja de aire protectora.i) Se entiende como SUPERFICIE ESPECFICA e;burbujas al rea superfic ial total de las mismas

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unidad de volumen de aire en el concreto. Se expresa en mm2 por mm3.

Los concretos expuestos a la humedad y congelamiento deben tener aire incorporado. Las Tablas 9(a) y (b) permiten obtener un volumen de burbujas adecuado y un factor de es paciamiento entre 0.01 mm y 0.02 mm, un rango aceptable dentro de los lmites de seguridad. El contenido:otal de aire est dado para tres condiciones de exposicin: suave, moderada y severa. Estos valores proporcionan aproximadamente 9% de aire en la fraccin mortero para exposiciones severas y 7% de aire para exposiciones '"'loderadas.

:Jara resistencias a la compresin de diseo mayores de 350 kg/m3, los contenidos de aire total indicados en la Tabla 91b) pueden reducirse en 1% debido a que el concreto,por su baja relacin agua/cemento y un adecuado curado,:endr alto contenido de gel y baja porosidad capilar, lo:Jal fav orece una mejor resistencia a los procesos de:ongelacin.

:=! aire incorporado no protege a concretos que contienen agregado grueso que puede experimentar cambios de olumen destructivos si l se congela en una condicin saturada. En exposicin moderada y/o severa es obligatorio:ensayo de estabilidad de volumen, con las limitacionesa indicadas.

_os aditivos incorporadores de aire debern cumplir con laorma ASTM 260. Los aditivos qumicos debern cumplir:on la Norma ASTM C 494. Los aditivos para empleo en:oncretos fluidos debern cumplir con la Norma ASTM:1017. En la Recomendacin ACI 213.3R se encuentra_.,a detallada gua del empleo de estos aditivos.

- gunas adiciones minerales , especialmente en los-ateriales con propiedades puzolnicas , y agregados con:a;o mdulo de finura, pueden requerir mayor cantidad de:.c1tivos incorporadores de aire para desarrollar la cantidad:e aire incorporado requerida. Debe recordarse que ello-o es enteramente cierto en el caso de las microslice y las:e'1izas, que al formar gel disminuyen los poros capilaresoor consiguiente, la porosidad del concreto.

1. RECOMENDACIONES

::: te ma referido al aire incorporado y a los aditivos:oductores del mismo es de suficiente importancia como:era merecer un tratamiento especial. Es conveniente tener:esente los siguientes aspectos:

:.El concreto con aire incorporado es producido mediante el empleo de un aditivo incorporador de aire aadido al concreto en la mezcladora , o un cemento con incorporador de aire, o ambos si es necesario.El contenido de aire resultante depende de muchos factores incluyendo las propiedades de los materiales empleados, las proporciones de mezcla, el tipo de mezcladora. el tiempo de mezclado, y la temperatura.:Cuando se emplea un aditivo incorporador de aire, el dosaje se vara en lo que fuere necesario para obtenerel contenido de aire deseado. Ello no es posible cuando se emplea cementos con incorporador de aire y, ocasionalmente, el contenido de aire puede ser inadecuado o excesivo.El mtodo de emplear cementos con incorporador de

aire es el ms conveniente cuando se desea alguna seguridad de obtener proteccin contra la congelacin cclica en obras pequeas en las que no se dispone del equipo para comprobar el contenido de aire.e) Las muestras para determinar el contenido de aire debern ser tomadas tan cerca del punto de colocacin como sea posible. La frecuencia del muestreo debe ser la indicada en la Norma ASTM C 94.f) Para concretos de peso normal se puede emplear los siguientes mtodos de ensayo:

El mtodo volumtrico de acuerdo a la Norma ASTM C 173; el mtodo de presin de acuerdo a la Norma ASTM 231; o el ensayo de peso unitario de acuerdo a la Norma ASTM C 138. Este ltimo puede se r empleado para comprobacin de cualquiera de los otros dos. Para concretos livianos, el mtodo volumtrico efectuado de acuerdo a la Norma ASTMe 173 deber ser empleado.

g) El contenido de aire y otras caractersticas del sistemade burbujas de aire en el concreto endurecido puedenser determ inados microscpicamente de acuerdo a la Norma ASTM e 457. La recomendacin ACI 213.3Rda un listado de las caracterst icas de las burbujas de aire requeridas por durabilidad. La Norma ASTM C 672 proporciona un mtodo para asegurar la resistencia del concreto al descascaramiento por accin de los descongelantes.

En exposiciones severas y muy severas el concreto de peso normal resistente a la congelacin debe tener una relacin agua-material cementante de diseo que no deber ser mayor de:Secciones delgadas oooooooo oooooo oooooooooooo oooooooo 0.45Otras estructuras 0.50Concreto expuesto a sales descongelantes 00000 0.45

Debido a que el grado de absorcin de algunos agregados livianos puede ser incierto es conveniente especificar un valor mnimo de resistencia en compresin, en lugar de una relacin agua-cementante, dada la dificultad de calcular sta. Para estos concretos es conveniente especificar a los 28 das una resistencia en compresin no menor de 280 kg/cm2.

Los concretos con aire incorporado deben ser capaces de resistir los efectos de la congelac in tan pronto como alcancen una resistencia en compresin de 35 kg/cm2 , siempre que no existan fuentes externas que puedan incrementar la humedad. A una temperatura ambiente de1ooc la mayora de los concretos, adecuadamenteproporcionados y colocados, alcanzarn la resistenciaindicada en algn momento del segundo da de vaciado.

Antes de estar expuesto a una congelacin severa mientras est crticamente saturado, el concreto debe alcanzar una resistencia en compresin del orden de 280 kg/cm2 . Es recomendable un periodo de secado despus del curado y antes de la exposic in al ambiente fro. Para condiciones de exposicin moderadas es recomendable una resistencia mnima de 280 kg/cm2.

Son esenciales buenas prcticas constructivas cuando se requiere concretos durables en ambientes de baja temperatura.

-stituto de la Construccin y Gerencia, ICGAtaques al Concreto

La relacin agregado fino-g rueso debe garantizar un concreto que pueda ser trasladado, colocado y compactado sin segregacin.

En la seleccin de las proporciones debe garantizarse concretos sin grietas, cangrejeras o imperfecciones similares , los cuales tendrn baj a permeabilidad y adecuada resistencia a la penetracin de agua. La relacin f ino-grueso elegida debe permitir obtener un concreto que pueda ser colocado sin segregacin .

Deber darse particular atencin a la construccin de losas de pavimentos que debern estar expuestas a la accin de sales descongelantes debido a los problemas inherentes a la obtencin de losas con acabados durables, y a la severidad de la exposicin. El concreto en tales losas, y en general el concreto en las construcciones , deber ser adecuadamente consolidado; sin embargo, un exceso de trabajo en la superficie; un sobre acabado; o la adicin de agua para ayudar en el acabado debern ser evitados. Las acciones indicadas proporcionan excesivo mortero o agua a la superficie, y la lechada resultante es especialmente vulnerable a la accin de congelacin o de los descongelantes qumicos.

Igualmente, las prcticas indicadas pueden remover el aire incorporado de la regin superficial. Ello es de poca importancia si slo las grandes burbujas de aire son expelidas, pero la durabilidad podra ser muy seriamente afectada si se removieran las pequeas burbujas. Por ello debe considerarse como crtico al tiempo de acabado, recomendndose ver lo indicado en la recomendacin ACI302.1R.

Antes de la aplicacin de un descongelante , el pavimento de concreto deber haber recibido algn secado, y el nivel de resistencia especificado para la apertura al trfico deber ser considerado en el esquema de posibles fallas del pavimento. En algunos casos puede ser posible emplear mtodos diferentes a los agentes para remocin del hielo, tales como abrasivos , para controlar la posibilidad de deslizamiento cuando el concreto puede ser vulnerable a ste.

Debe cumplirse las recomendaciones de concretado en climas fr os. De especial importancia es el cont rol del contenido de aire incorporado.

Una estructura bien diseada, preparada con un concreto de alta calidad, adecuadamente consolidado y curado, en el cual se ha empleado aire incorporado y agregados durables, no requerir una cobertura de proteccin. Los concretos que muestren posibilidades de destruccin por congelacin pueden extender su vida til si se les aplica una pelcula de proteccin para mantener el agua fuera del concreto.

Los revestimientos con aceite de linaza pueden dar una pelcula protectora, debiendo evitarse un revestimiento impermeable que pueda impedir prdidas de humedad por secado.

Se recomienda un sellado impermeable en los puntos de mxima exposicin a la humedad y el empleo de un revestimiento permeable, o ninguno, en las otras superficies.

Se ha empleado siliconas como un revestimiento de proteccin,especialmente por ser repelentes al agua. Este

procedimiento puede ser inefectivo o potencialme n= daino si se aplica a las superfic ies opuestas al lado pe donde ingresa el agua.

Cuando se trabaja con concretos livianos, debe teners: cuidado de no excede r la humedad del agregac: excesivamente antes del mezclado. La saturacin por vac: o procedim ientos tr micos (por ejemplo cuando :: necesario por bombeo) puede llevar los agregados liviar-:... a un nivel de humedad en el cual el agua absorbida deba=. causar fallas del concreto cuando ste se co nge "' cclicamente, a menos que el concreto haya tenido _ oportunidad de secar antes de la congelacin .

Tabla 9 (a)

Tamao MximoAire Atrapado

3/8"3.0%

1/2"2.5%

3/4"2.0%

1"1.5%

1 1/2"1.0%

2"0.5%

3"0.3%

6"0.2%

Tabla 9 (b)

TamaoMximo NominalContenido de Aire Total, en %ir-

ExposicinSuaveEsposicinModeradaExposicSeve

3/8"4.56.07.5

1/2"4.05.57.0

3/4"3.55.06.0

1"3.04.56.0

1 1/2"2.54.55.5

2"2.04.05.0

3"1.53.54.5

6"1.03.04.0

Todos los valores de la Tabla corresp onde contenido total de la mezcla de concreto. Sin emb. cuando se efecta el ensayo de determinac io : contenido de aire en concretos en los que el ta,...:: mximo nominal del agregado es de 2", 3", o E agregado mayor de 1 1/2" debe ser removido, ya: manualmente o por cernido hmedo, y el con!: de aire determinado para la fraccin menor de ' - debindose aplicar las tolerancias en el contede aire a ste valor.

El contenido total de aire de la mezcla se comp_ .partir de la fraccin de agregado menor de 1 1 2

El contenido de aire incorporado se dete restando del valor de esta Tabla, el del aire air.: dado por la Tabla 9(a).

lng. Enrique Rivva LpezICG, Instituto de la Construccin y Ger&-

Tabla 9Condiciones Especiales de Exposicin

Condiciones de Exposicin Agregado NormalRelacin a/c Mxima en concretos con Agregado de Peso NormalResistencia en Compresin Mnima en Agregados Livianos

Concretos de baja

0.50

240 kg/cm2

permeabilidad:

(a) Expuesto a agua dulce.

(b) Expuesto a agua

de mar o aguas0.45240 kg/cm2

salobres .

(e) Expuesto a la

accin de aguas0.45240 kg/cm2

cloacales.

Concretos expuestosa procesos de:ongelacin y deshieloen condicin hmeda:a) Sardineles, cunetas, secciones d_elgadas.n) Otros elementos.

0.45

0.50

300 kg/cm2

300" kg/cm2

=>roteccin contra la:orrosin de concretoaxpuesto a la accin:eagua de mar, aguassalobres, neblina oxio de estas aguas.s:el recubrimientoinimo se incrementae'1 15 mm.

0.40

0.45

325 kg/cm2

325 kg/cm2

ANEXO 1

AIRE INCORPORADO

HISTORIA

_ :s tratadistas han vinculado el empleo del aire-:orporado con la construccin de las grandes obras del:Jerio Romano al hacer referencia a los escritos de Marco--:onio Polin, arquitecto romano del Siglo 1 A.C., quin:Jecfica que para las argamasas "se prepara una mezclacal hidratada, marmolina o polvo de mrmol y arena:a.nca, con agua a la cual se aadir ya sea grasa de:-ancho, leche cortada o sangre". Como se conoce, las;asas se incluyen en el grupo de los agentes-corporadores de aire. Es interesante indicar que, ya antes:::: os romanos, los egipcios emplearon sangre de::...--.:: avos muertos en la preparacin de la argamasa para construccin de las grandes pirmides.

:=.- a ciudad de Nueva York se observ alrededor de 1940,:_ e aquellos pavimentos en los cuales se haba::'Tlplazado en la mezcla de concreto un saco de cemento=::-.land por uno de cemento natural, mostraban una mayor-;s stencia al descascaramiento que se produca cuando= empleaban sales para remover el hielo. Esta accin se:-1>uy a la presencia del cemento natural.

El investigador IRA demostr que los testigos extrados de pavimentos tenan una mayor resistencia a los procesos de congelacin y deshielo cuando la mezcla contena cemento Portland el cual se haba mezclado con cemento natural que, a su vez, contena aproximadamente 0.07% de grasa. La disminucin en el peso unitar io de estos concretos llev a la conclusin que las losas ms resistentes a la accin del intemperismo contenan un porcentaje mayor de aire.

IRA descubri, en el laboratorio, que determinados elementos auxiliares empleados en la fabricacin del cemento natural incorporaban aire al concreto y sugiri la teora que el aire incorporado, ms que el cemento natural, era el responsable de la mayor resistencia a los agentes intempricos.

El primer trabajo que trata de relacionar los ensayos de congelacin y deshielo con el contenido de aire del concreto se public por la Portland Cement Associat ion en 1938. Pero el trmino "cemento con incorporado de aire" no se emple hasta 1941, despus que la misma entidad cre el Comit encargado de estudiar el comportamiento de los cementos, poca en la que este tipo de cementos era conocido como "cementos tratados".

En 1940 este Comit establece conceptos fundamentales al sealar que "Tanto la resina vinsol como las grasas reducen el peso unitario del concreto al incorporar aire, distribuido a travs de toda la masa en forma de burbujas microscpicas. La reduccin en la resistencia a la compresin y el peso unitario del concreto, resultantes del incremento en la resistencia a la congelacin del concreto, puede parecer contradictoria dado que generalmente se acepta que cuanto ms denso y resistente es el concreto mayor es su durabilidad.

El principio que la durabilidad se incrementa con la resistenc ia, es vlido en tanto que los requisitos para fabricar un buen concreto se satisfagan pero, ms all de este punto, la teora que la resistencia es un ndice de durabilidad no es cierta. As, la reduccin en la resistencia en compresin y el peso unitario del concreto, resultantes del incremento en la resistencia a la congelacin por la incorporacin de aire, puede parecer contradictoria dado que generalmente se acepta que cuanto ms denso y resistente es el concreto mayor es su durabilidad.

A partir de 1941, los estudios sobre los efectos de la incorporacin de aire sobre las propiedades del concreto, as como aquellos referidos a los diferentes tipos de agentes incorporadores de aire, han continuado en forma creciente, considerndose, a mediados del siglo pasado, que las teoras sobre incorporacin de aire y sus efectos sobre las propiedades del concreto son uno de los ms importantes avances en la Tecnologa del Concreto desde que Abrams, en 1918, formul la teora de la relacin agua/ cemento y su efecto sobre la resistencia.

2. CONCEPTO GENERAL

A diferencia del aire accidentalmente atrapado en la masa de concreto, el aire incorporado es aquel que ha sido intencionalmente aadido a la mezcla mediante el empleo de un aditivo apropiado.

La aceptacin universal del aire incorporado en el concreto certifica los beneficios que se derivan de su uso. La

-.stituto de la Construccin y Gerencia, ICGAtaques al Concreto

ICG.180

resistencia superior al deterioro causado por el congelamiento y descongelamiento ya no es cuestionada despus de dcadas de su uso, el cual es obligator io bajo condiciones de clima severo.

Los poros de aire atrapado, presentes con un promedio del orden del 1% en los concretos normales, no son suficientes para evitar el deterioro del concreto cuando el agua congela en los poros capilares saturados del mismo. Ello es debido a que la distancia entre los poros de aire atrapado y los poros capilares no es lo suficientemente cercana y, por tanto, los primeros no son una ayuda para el control de los esfuerzos resultantes de la congelacin del agua en los poros capilares del concreto.

Para dar una proteccin efectiva, el facto r de espaciamiento, o distancia efectiva entre los poros capilares y las burbujas de aire incorporado, no debera ser mayor de 0.2 mm. El aire incorporado permite cumplir ste requisito gracias a la presencia de grandes cantidades de burbujas muy pequeas que crean puntos de disipacin de las presiones que se originan al pasar el agua a hielo, aumentando la resistencia de la pasta a los ciclos de congelacin.

El aire incorporado es obtenido mediante la adicin al concreto, al momento de la mezc la, de una pequea cantidad, generalmente menor al 0.01% en peso del cemento, de un aditivo incorporado de aire. Estos aditivos son productos qumicos orgnicos de actividad superficial, los cuales tienen las propiedades de las espumas estabilizantes, siendo requisito que produzcan una gran cantidad de pequeas burbujas antes que un pequeo nmero de grandes burbujas, ya que stas estaran demasiado apartadas para ser efectivas en el control de las presiones debidas a la conversin agua-hielo.

Un concreto con aire incorporado, con un contenido total de aire del 5% y aprox imadamente 800 mil burbujas por cm3, experimentar una expans in del 0.1% despus de 550 ciclos de congelacin, en tanto que el mismo concreto sin aire incorporado experimentar una expansin similar con 19 ciclos de congelacin , para un contenido de aire atrapado de 1.8%, equivalente a 18 mil burbujas por cm3.

El aire incorporado incrementa la porosidad del concreto pero, de acuerdo a Feret, reduce su resistencia. Sin embargo, el incremento en la trabajabilidad y reduccin en la resistencia permiten reducir el contenido de agua y agregado fino compensando los factores que inducen a la prdida de resistencia. Puede darse el caso que en mezclas de bajo contenido de cemento y alta relacin agua cementante de diseo la resistencia se incremente.

La incorporacin de aire tiene poco efecto sobre la capacidad de absorcin de agua y permeabilidad del concreto . Al reducirse la exudacin e incrementarse la trabajabilidad puede obtenerse, como efecto indirecto, una reduccin en la permeabilidad del concreto.

Los elementos de concreto, sujetos a clima severo, no presentan deterioro o ste es muy pequeo si se les incorpora aire. En estructuras sin aire incorporado, el dao es mayor para concretos pobres de alta relacin agua/ cemento. Existe suficiente evidencia para probar el mejor comportamiento de los concretos con aire incorporado expuestos a procesos de congelacin. Se considera ms importante el empleo de aire incorporado que la seleccin agua/cemento de la mezcla.3. ORIGEN DEL AIRE EN EL CONCRETO

3.1. AIRE ATRAPADO O AIRE NATURAL

El primer tipo de aire al que se hace referencia es conocidc con los nombres de "aire atrapado" o "aire natural". Es indudable que la expresin "aire natural" es inapropiada en su aplicacin, dado que no existe evidencia que indique que un tipo particular de burbujas es parte constitutiva natural de una combinacin de agregados, cemento y agua. independientemente de la presencia o ausencia de u aditivo incorporado de aire o del grado de compactacin d:: la mezcla.

Igualmente, el trmino "aire atrapado" resulta inapropiac: para designar al que se encuentra dentro del primer case en la medida en que todo aire contenido en los poros de . concreto plstico est literalmente atrapado. Sin embarg:conservaremos este concepto para aquel aire que no r::sido intencionalmente incorporado, debido a la difusicque el mismo ha alcanzado.

El grado de diferenciacin entre un concreto sin el ai-:: incorporado y otro con l depende, en primer lugar, O tamao y espaciamiento de las burbujas de aire que s:: incorporan al concreto durante la mezcla y, en segunc:lugar, de la velocidad con que dichas burbujas cambian e-nmero y tamao durante los procesos de manipulac ir colocacin de la mezcla que preceden al endurecimie : del concreto.

Ello establece una primera premisa, esto es que, des:::: que el sistema de burbujas de un concreto fraguado ;_ solamente el resultado de la calidad de las burbuja.: presentes al tiempo del endurec imiento, es convenie,. :: conocer el proceso que controla su produccin y su poster::r comportamiento antes que el concreto frage. Las burbtr,;;.:de aire atrapado se caracterizan porque su dimetro s::mayor de 1 mm, y su perfil es irregular, esto ltimo deb : a que la periferia de las burbujas sigue el contorno de partculas de agregado que la rodean.

De acuerdo a los estudios de Mielenz, el aire atrapa.:: presente en los vacos de la pasta de un concreto - endurecido puede tener su origen en 4 causas principa :a) El aire que originariamente ha estado presente = los espacios intergranulares del cemento agregados y que no ha sido eliminado por el proces.. de mezclado.b) El aire que habiendo estado originariamente prese- en los espacios intergranulares del ceme nte agregado, ha sido posteriormente expelido de : mismos, antes del endurecimiento del concre: debido a movimientos internos del agua suj e a. : tensiones hidrulica y capilar.e)El aire originalmente disuelto en el agua de la mez:::=.d)El aire que es incorporado dentro de la masa :concreto durante los procesos de mezcla y colocao -

Las anteriores son las nicas fuentes principales de ori;-:de las burbujas de aire presentes en la pasta de concre::

Debido a que estn atrapadas en el conjunto de la IT'L de agregado y adems pueden adherirse a las partet...=.. de ste, as como a las del cemento, una proporc: importante de las burbujas de aire generadas por ::.......

lng. Enrique Rivva LpezICG, Instituto de la Construccin y Gererr--:

operaciones de mezcla y colocacin permanece dentro del concreto. Estas burbujas son ms abundantes en mezclas pobres de concreto sin aire incorporado, especialmente si la arena es pobre en las partculas ms finas. Este tipo de partculas no son efectivas para mejorar la trabajabilidad del concreto ya que no disminuyen, y ms bien tienden a aumentar, la capacidad de dilatacin que es necesario manipular.

Es importante recordar que para una mezcla adecuadamente diseada, el agregado constituye una estructura granular continua dentro de la cual la pasta y las burbujas de aire estn intercaladas. El aire contenido en dichas burbujas slo puede escapar de esta estructura gran ular por el desplazamiento de los espacios intergranulares debido a la acci n de la sub-presin durante los procesos de colocacin y compactacin del concreto, dado que en este tipo de burbujas el aire presente en las mismas est bajo la accin de una doble presin impuesta nor la accin de las fuerzas capilares y la hidrosttica que corresponde al agua de la mezcla.

3.2. AIRE INCORPORADO

::1 aire presente en la masa del concreto puede variar entre cos extremos en su relacin con la estructura granular de este:

:.Por una parte pueden presentarse masas de aire enteramente rodeadas por partculas de agregado, las cuales pueden estar sometidas nicamente a la presin del agua subyacente; y:) Por otro lado pueden presentarse burbujas encerradas dentro de un mortero de cemento y agregado fino, las cuales no estn sometidas a otro tipo de presin que no sea la del concreto que est encima de ellas.

== ::>r regla general, el aire contenido en los vacos de un:cncreto o mortero no endurecidos estar sometido a una:.:::'ldicin intermedia entre esos dos extremos.

::s burbujas de aire incorporado, segundo tipo que puede=-s:ar presente en la pasta de concreto, son retenidas en el- smo como resultado de la adherencia, por fuerzas:_micas superficiales, a las partculas de cemento y;;egados, as como por la viscosidad inherente a la pasta.

_::s burbujas de aire