concreto en climas especiales-frio-calido-2015
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CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
O Se trabaja en condiciones normales cuando la temperatura ambiente varía entre 5ºC y 30ºC. Si esta excede los límites anteriores estamos en condiciones especiales de temperatura, debiéndose recurrir a prácticas especiales para evitar que se produzcan variaciones en el concreto, por los efectos de una baja o alta temperatura sobre la fragua del cemento y agua de amasado.
O La tecnología del concreto basa sus pautas, en condiciones de temperatura de mezcla de alrededor de 20ºC.
CONCRETO EN CLIMAS ESPECIALES
O Se define condiciones extremas de temperatura, a aquellas que están por debajo o por encima de valores críticos, el concreto empieza a comportarse de manera que es necesario tener especial cuidado no solo en la dosificación de la mezcla, sino en la preparación, transporte, colocación, curado, toma de testigos de prueba y almacenaje de materiales, incluyendo el tipo de encofrado y el tiempo de desencofrado.
CONCRETO EN CLIMA FRÍO
Definición de Clima Frío O Se define el clima frío como un período donde por más
de 3 días consecutivos, las siguientes condiciones existan:
O * La temperatura promedio del aire es menor de 5 ºC
• * La temperatura del aire no es mayor de 10ºC en más de la mitad de cualquier periodo de 24 horas.
O Para los fines de esta Norma ( EO-60) se considera como clima frío a aquel en que, en cualquier momento del vaciado, la temperatura ambiente pueda estar por debajo de 5º C.
CONCRETO EN CLIMAS FRÍOS
O La exposición del concreto a condiciones
climáticas en las que la temperatura es
inferior al punto de congelación del agua,
puede ser una fuente importante de
deterioro prematuro de las estructuras
expuestas, siempre y cuando el concreto no
tenga una adecuada capacidad para resistir
los efectos perjudiciales que en estas
condiciones se producen.
CONDICIONES DE RIESGO O Para que exista el riesgo de daño se requiere las
siguientes condiciones :
O 1.- Que el concreto contenga suficiente agua.
O 2.- Que la temperatura sea tan baja que provoque la congelación del agua en el interior del concreto.
O 3.- La repetición consecutiva del fenómeno, que se refiere al concreto que se congela y descongela varias veces, después de lo cual recién se manifiesta el daño, salvo cuando se trate de concreto en curso de fraguar o recién fraguado, en estos casos una sola congelación puede bastar para ocasionar daño irreversible.
O El contenido de agua necesario para que al
congelarse produzca daño en el concreto
endurecido, se define por un grado de
saturación crítico, al cual se le asigna un
valor mínimo de 90 por ciento, pero
también se le considera riesgoso con valores
a partir de 80 por ciento.
Temperatura de Congelamiento
O En cuanto a la temperatura que ocasiona la
congelación del agua del concreto, se supone
que debería ser cuando desciende a 0º C ,
pero a esta temperatura sólo se congela el
agua superficial.
O El agua interna, que ocupa los poros de
diferentes tamaños del concreto, necesita para
congelarse una temperatura más baja, en
función del tamaño de los poros
Temperatura de Congelamiento
O Se considera que la condición de riesgo por
descenso de la temperatura ambiental se
presenta cuando desciende al punto de
congelación, 0ºC , y continúa su descenso
hasta llegar a un nivel tan bajo que se
congele el agua en todos los poros del
concreto.
Temperatura de Congelamiento
O Cuando se trata del número de
veces que el concreto debe
someterse a congelación para
sufrir daño, depende de la
resistencia que cada concreto
puede oponer contra los efectos
de la congelación y el deshielo.
DETERIORO DEL CONCRETO
O Existen varias teorías para explicar el deterioro
que se produce en el concreto por efecto de la
congelación.
O Es importante considerar que es un fenómeno
que se da tanto a nivel de la pasta de
cemento, como en los agregados de manera
independiente, como también en la
interacción entre ambos
DETERIORO DEL CONCRETO
O El agua al congelarse aumenta aproximadamente 9 % de volumen, por eso, en los estudios iniciales de este fenómeno como causa de daño al concreto, se consideró solamente que el deterioro se debía a la presión interna desarrollada en el interior de los poros saturados de agua, al convertirse éste en hielo.
MEDIOS PARA EVITAR DAÑOS O Generalmente se utilizan tres procedimientos para
proteger al concreto endurecido de los efectos dañinos de la congelación:
O 1.- Baja relación agua/cemento.- es la utilización de una baja relación agua/cemento en la elaboración del concreto, con el fin de disminuir su permeabilidad intrínseca.
O 2.- Inclusión de aire.- es la creación de un sistema de vacíos en el interior del concreto endurecido, mediante la inclusión intencional de aire al elaborar el concreto, puede ser mediante el uso de un aditivo.
O 3.- Tratamiento superficial.- es la aplicación de un tratamiento superficial a la estructura, con el fin de restringir la penetración del agua externa hacia el interior del concreto.
REQUISITOS PARA CLIMA FRÍO
O Durante el proceso de colocación, se tomarán las siguientes precauciones:
O (a) El concreto deberá fabricarse con aire incorporado,
O (b) Deberá tenerse en obra equipo adecuado para calentar el agua y/o el agregado, así como para proteger el concreto cuando la temperatura ambiente esté por debajo de 5º C.
O NORMA E0-60
REQUISITOS PARA CLIMA FRÍO
O (c) En el caso de usar concretos de alta resistencia, el tiempo de protección no será menor de 4 días.
O (d) Todos los materiales integrantes del concreto, así como las barras de refuerzo, material de relleno y suelo con el cual el concreto ha de estar en contacto deberán estar libres de nieve, granizo y hielo.
O (e) Los materiales congelados, así como aquellos que tienen hielo, no deberán ser empleados.
O NORMA E0-60
REQUISITOS PARA CLIMA FRÍO
O Cuando la temperatura del medio ambiente es menor
de 5º C, la temperatura del concreto ya colocado
deberá ser mantenida sobre 10º C durante el período
de curado.
O Se tomarán precauciones para mantener al concreto
dentro de la temperatura requerida sin que se
produzcan daños debidos a la concentración de calor.
No se utilizarán dispositivos de combustión durante las
primeras 24 horas, a menos que se tomen
precauciones para evitar la exposición del concreto a
gases que contengan bióxido de carbono.
NORMA E0-60
NORMA E0-60
O En la Tabla 4.1, una exposición severa es cuando, en un
clima frío, el concreto puede estar en contacto casi
constante con la humedad antes de congelarse o cuando
se emplean sales descongelantes. Ejemplos de esto son
pavimentos, tableros de puentes, aceras,
estacionamientos, y tanques para agua. Una exposición
moderada es cuando, en clima frío, el concreto esté
expuesto ocasionalmente a humedad antes de congelarse
y cuando no se usen sales descongelantes. Ejemplos de
esto son algunos muros exteriores, vigas y losas que no
están en contacto directo con el suelo.
N EO-60
O Los concretos expuestos a las condiciones especiales de exposición señaladas en la Tabla 4.2 deben cumplir con las relaciones máximas agua-material cementante y con la resistencia mínima f’c señaladas en ésta. Además, el concreto que va estar expuesto a productos químicos descongelantes debe cumplir con las limitaciones que se indican más adelante
N EO-60
O Para concretos que van a estar
expuestos a productos químicos
descongelantes, el peso máximo de
las cenizas volantes, otras puzolanas,
microsílice o las escorias incluidas en
el concreto, no debe exceder los
porcentajes respecto al peso total de
materiales cementantes dados en la
Tabla 4.3.
O Los porcentajes máximos indicados incluyen:
O (a) Las cenizas volantes u otras puzolanas presentes en cementos adicionados tipo IP o I(PM), según las NTP 334.082 ó 334.090.
O (b) La escoria usada en la fabricación de cementos adicionados tipo IS o I(SM), según las NTP 334.082 ó 334.090.
O (c) El humo de sílice, según la NTP 334.087, presente en cementos adicionados
O ** Las cenizas volantes u otras puzolanas y la microsílice no deben constituir más del 25% y 10%, respectivamente, del peso total de materiales cementantes.
Tabla 3.1 – Temperaturas
recomendadas del concreto
REPORTE ACI 306 R - 88
La caída de temperatura aproximada para un tiempo de entrega de 1 hr. puede ser calculada usando las ecuaciones (1)-(3).
Para tambores mezcladores de tambor giratorio:
T = 0.25 (tr - ta) (1) Para tubos de descarga cubiertos:
T = 0.10 (tr - ta) (2) Para tubos de descarga descubiertos:
T = 0.20 (tr - ta) (3 )
O T = Caída de temperatura a ser esperada durante un tiempo de entrega de 1 hr., en °F ó °C. Este valor debe ser adicionado a tr para determinar la temperatura del concreto requerida en la planta en °F ó °C.
O Tr = Temperatura del concreto requerido en obra en °F ó °C.
O Ta = Temperatura ambiente del aire, en °F ó °C.
Perdida de temperatura durante la entrega
CONCRETOS EN CLIMAS CALIDOS
CLIMA CÁLIDO
O Se define clima caluroso a la combinación de las siguientes condiciones que tiendan a deteriorar la calidad del concreto recién mezclado o del endurecido al acelerar la rapidez de hidratación del cemento.
O
O a) Alta temperatura ambiental.
O b) Alta temperatura del concreto.
O c) Baja humedad relativa.
O d) Velocidad del viento.
O e) Radiación solar.
Problemas potenciales en el Concreto recién mezclado
O a) Mayor avidez de agua.
O b) Mayor rapidez de perdida de revenimiento y la tendencia correspondiente a agregar agua en el sitio de la obra.
O c) Mayor rapidez de fraguado que implica una mayor dificultad con el manejo, compactación y terminado.
O d) Mayor tendencia al agrietamiento.
O e) Mayor dificultad para controlar el contenido de aire incluido.
COMPORTAMIENTO DEL CONCRETO
FRESCO A DIFERENTES
TEMPERATURAS
Fig 2 Resistencia a la Penetración
O Fig 3 Resistencia relativa a una resistencia a 41°C
O En el concreto, las variaciones de temperatura
producen cambios volumétricos que provocan
esfuerzos adicionales.
O Si los esfuerzos adicionales superan la resistencia en
tracción del concreto se produce la fisuración.
O Los cambios térmicos en el concreto pueden ser por
dos motivos:
O El calor de hidratación del cemento.
O Las condiciones ambientales.
O Los cambios térmicos producidos por el calor de hidratación del cemento se ven con mayor intensidad en el denominado concreto masivo, que en términos generales se refiere a las estructuras con relación Volumen/Área superficial expuesta muy grande.
O Cuando se da el caso de estructuras de relación Volumen/Área superficial pequeña, los cambios térmicos se reflejan por el gradiente de temperatura entre caras opuestas, lo que por lo general induce flexiones y esfuerzos de tracción superficiales.
O Cuando mayor sea el gradiente térmico mayores serán los esfuerzos inducidos y la posibilidad de fisuración.
Problemas potenciales relacionados con otros factores
O a) El uso de cementos con una mayor
rapidez de hidratación.
O b) El uso de concretos de alta resistencia a
la compresión, que implica contenidos mas
altos de cemento.
O c) La necesidad económica de trabajo
continuo en climas extremadamente
calurosos.
O
CONDICIONES DE RIESGO O Deterioro del concreto
O El concreto es un material incombustible, pero cuando es sometido a temperaturas que pasan el límite ordinario de servicio, se afectan sus propiedades.
O El concreto luego de sufrir un calentamiento a elevadas temperaturas, puede conservar su apariencia, pero ya no tiene las mismas características y propiedades originales.
O En el calentamiento del concreto, sus componentes se dilatan en función de sus respectivos coeficientes de expansión térmica.
O Se ha observado que una elevación en la temperatura
de curado acelera las reacciones químicas de la
hidratación, esto afecta benéficamente la resistencia
temprana del concreto, sin efectos contrarios en la
resistencia posterior.
O Una temperatura más alta durante la colocación y el
fraguado, aunque incrementa la resistencia a muy
temprana edad, puede afectar adversamente la
resistencia a partir de aproximadamente los 7 días.
MEDIOS PARA EVITAR DAÑOS O En los diseños de mezcla se debe considerar lo siguiente:
O Emplear en lo posible cementos de bajo calor de hidratación para el caso de estructuras masivas.
O Usar la menor cantidad de cemento compatible con la relación agua/cemento necesaria por requerimientos estructurales o de durabilidad.
O Diseñar las mezclas para el menor asentamiento compatible con los requisitos de colocación.
O Estimar previamente a los vaciados masivos las temperaturas a que llegará el concreto en función del tipo de cemento y la capacidad de eliminar calor, con objeto de prever su influencia en el tiempo de endurecimiento y riesgo potencial de fisuración, así como la conveniencia de utilizar retardadores para que no existan discontinuidades en la colocación y curado.
Temperatura de colocación Humedad relativa en %
del concreto en ºC
__________________________________________________________
40,6 90
37,8 80
35,0 70
32,2 60
29,4 50
26,7 40
23,9 30
Tabla : Temperaturas de colocación de concreto
O En los procesos constructivos se debe tener en cuenta lo siguiente:
O Control meticulosos de temperaturas antes, durante y después de los vaciados masivos, para verificar la coincidencia del desarrollo de temperatura con lo previsto, y en caso contrario tomar las decisiones del caso, como enfriar agregados y/o el agua, modificar las secuencias de vaciado en base al tiempo real de inicio del endurecimiento, iniciar el curado húmedo superficial para controlar el secado y disipar el calor, adelantar desencofrados para incrementar el area de disipación de calor, etc.
O Llevar una estadística de los vaciados
masivos y sus condiciones particulares para
aprovechar esta información en casos
similares.
O Planificación detallada de cada etapa de
producción, transporte, colocación y curado
del concreto masivo, la importancia de algún
imprevisto en estas operaciones puede
acarrear consecuencias más graves que en
situaciones normales, desde el punto de
vista de la calidad y también del económico.
O Para vaciados masivos se recomienda disponer de alguna reserva de aditivos retardadores de endurecimiento, si es que no ha sido considerado su empleo en el volumen total, para solucionar algún imprevisto que ocasione demoras en el suministro y colocación del concreto, con los consiguientes efectos negativos en los fenómenos de cambios térmicos, al iniciarse el fraguado y el aumento de temperatura fuera de lo planificado.
O Verificar la limpieza de las juntas, antes, durante y después de los vaciados.
Consideraciones para diseño Estructural
O En los diseños estructurales se debe considerar lo
siguiente:
O En los diseños se debe especificar el tipo de cemento a
utilizar en cada caso particular, con el fin de reducir el
calor de hidratación si es que fuera necesario.
O Cuando se presume la posibilidad de cambios
volumétricos por temperatura, en los casos de estructuras
muy voluminosas, se debe analizar las relaciones
volumen/área superficial, con el objeto de recomendar
las precauciones de curado o liberación de calor si es que
fuera necesario.
Consideraciones para diseño Estructural
O Tener presente la información disponible sobre
registros de temperatura, humedad, viento,
etc. de la zona donde se ejecutará el proyecto,
con el fin de evaluar su trascendencia en los
cambios térmicos e incorporar este efecto
para utilizarlo en los diseños.
Consideraciones para diseño Estructural
O Considerar el tipo de rellenos laterales que se utilizan
para estructuras expuestas al ambiente, con el fin de
no introducir deformaciones por gradiente térmico
entre la cara expuesta y la cara aislada por el relleno,
en lo posible, es recomendable utilizar rellenos
granulares que son mejores conductores de
temperatura que los cohesivos y no crean gradiente
térmico importante.
REQUISITOS PARA CLIMA CÁLIDO
Norma E0-60
O Para los fines de esta Norma se considera clima cálido cualquier combinación de alta temperatura ambiente, baja humedad relativa y alta velocidad del viento, que tienda a perjudicar la calidad del concreto fresco o endurecido.
O Durante el proceso de colocación del concreto en climas cálidos, deberá darse adecuada atención a la temperatura de los ingredientes, así como a los procesos de producción, manejo, colocación, protección y curado a fin de prevenir en el concreto, temperaturas excesivas que pudieran impedir alcanzar la resistencia requerida o el adecuado comportamiento del elemento estructural.
REQUISITOS PARA CLIMA CÁLIDO
Norma E0-60
O A fin de evitar altas temperaturas en el concreto, pérdidas de asentamiento, fragua instantánea o formación de juntas, podrán enfriarse los ingredientes del concreto antes del mezclado o utilizar hielo, en forma de pequeños gránulos o escamas, como sustituto de parte del agua del mezclado.
O En climas cálidos se deberán tomar precauciones especiales en el curado para evitar la evaporación del agua de la mezcla.
REQUERIMIENTOS DE AGUA
O El agua tiene un calor específico del orden de cuatro o cinco veces el del cemento o de los agregados, la temperatura del agua de mezclado tiene el efecto más pronunciado por unidad de peso sobre la temperatura del concreto.
O
O La temperatura del agua es más fácil de controlar que la de los otros componentes, el agua fría reducirá la temperatura de colocación del concreto 4.5ºC. La cantidad de agua fría no deberá exceder la que necesite la mezcla. En general, la disminución de la temperatura de la mezcla entre 2.0 a 2.2ºC reducirá la temperatura del agua del mezclado en aproximadamente 0.5ºC.
Efecto del Cemento
O La temperatura del concreto aumenta la rapidez de hidratación del cemento.
O
O La selección de un tipo particular de cemento puede tener un efecto decisivo.
O El uso de un cemento Portland Tipo II de fraguado más lento o de un cemento Tipo IP ó IS puede mejorar las características de trabajabilidad del concreto en climas calurosos.
ADITIVOS QUIMICOS
O Los aditivos retardantes que cumplen con los requisitos
de la norma ASTM C 494 tiene propiedades tanto de
reducción del agua como de retraso de fraguado y se
usan ampliamente en condiciones de altas temperaturas.
O
O Los retardantes reductores de agua generalmente aumentan
la resistencia del concreto, se podrán usar, con los
ajustes adecuados a la mezcla para evitar la pérdida de
resistencia que de otra manera podría producirse con las
altas temperaturas del concreto.
AGREGADOS
O Los agregados constituyen la fracción principal del concreto ya que constituyen entre el 60 - 80% del volumen del concreto. El tamaño, la forma y la granulometría del agregado son tres de los principales factores que afectan la cantidad de agua que se requiere para producir concreto.
O
O Los agregados gruesos chancados contribuyen a una mayor demanda de agua, pero se ha encontrado que imparten una mayor resistencia al agrietamiento que las gravas redondeadas.
• Se deberá garantizar el control satisfactorio de
la producción y la entrega. La planta de concreto
y las unidades de entrega del mismo deberán estar
en buenas condiciones de servicio.
La suspensión intermitente de las entregas debidas
a descomposturas del equipo puede resultar
mucho más seria en climas calurosos que en
temperaturas moderadas.
En las operaciones de colocación del concreto en
climas calurosos los colados se pueden programar en
horas que no sean durante el día.
PRODUCCION Y ENTREGA
• La temperatura del concreto de las
dosificaciones usuales se puede reducir en 0.5
ºC si se reduce la temperatura de los
materiales en cualquiera de las siguientes
proporciones:
- Reducción de 4 ºC en la temperatura del
cemento.
- Reducción de 2 ºC en la temperatura del agua.
- Reducción de 1 ºC en la temperatura de los
agregados.
CONTROL DE TEMPERATURA
O La planeación de los procedimientos para enfriar cantidades grandes de concreto mezclado necesita hacerse con mucha anticipación a la colocación e instalación de equipo especializado.
Entre éstos se puede mencionar el enfriamiento del agua de mezclado por medio de equipos enfriadores de agua o con la tecnología de bombas de calor, o por métodos como pueden ser sustitución de una parte del agua de mezclado por hielo triturado o raspado, o enfriando la mezcla con nitrógeno líquido.
CONTROL DE TEMPERATURA
CONTROL DE TEMPERATURA
O La forma mas directa de mantener baja la temperatura del concreto
fresco, es regulando la temperatura de sus diversos componentes,
en función de su calor específico, temperatura propia y cantidad a
ser usada. Para el cálculo de la temperatura del concreto fresco se
pondrá la siguiente fórmula, para climas fríos.
CONTROL DE TEMPERATURA
Fig 4 Temperatura obtenida de la combinación de las Temperaturas del agregado y agua
CONTROL DE TEMPERATURA
O Para el control de la temperatura por medio de adición de hielo
en el concreto seria de la siguiente forma:
O Al igual que en el caso de climas fríos, es mucho mas fácil
controlar la temperatura del concreto controlando la del agua
de amasado. Un método y de bajo costo, es utilizar escamas
de hielo en escamas o picado en agua. La Pórtland Cement
Association proporciona la siguiente fórmula, para cuando se
usa hielo:
CONTROL DE TEMPERATURA
O Si se quiere calcular el peso de hielo necesario para enfriar el
concreto, a una temperatura deseada se usa:
W =0.22(Tc - T) + 0.22Wa(Ta - T) + TWw(Ta - T) + Wwa(Twa - T)
80 + T
O Un cambio inadvertido de sólo 0.5% en el contenido de agua de los agregados podría alterar el revenimiento en 1 a 2 pulgadas.
O O La experiencia de campo indica que el
retraso del fraguado del concreto se puede todavía alargar más si se dosifica por separado el aditivo retardante con una pequeña parte del agua de mezclado después de haber mezclado el concreto varios minutos. Estos aditivos, junto con los materiales cementantes y los demás ingredientes propuestos para el proyecto, deben ser evaluados en el campo para obtener las propiedades deseadas.
DOSIFICACIÓN DEL CONCRETO
• A medida que pasa el tiempo se produce
hidratación del cemento, pérdida de
revenimiento, desgaste de los agregados o,
eventualmente un aumento del contenido de
agua.; por lo tanto el período comprendido entre el
mezclado y la colocación del concreto debe
reducirse al mínimo.
• El despacho de camiones se deberá coordinar
con la rapidez de colocación a fin de evitar
retrasos. La inclusión de un aditivo retardante
del fraguado, o el uso de concreto enfriado.
ENTREGA
• Previo a la colocación del concreto, el terreno
natural y los encofrados deben humedecerse
mediante regado para enfriarlos y evitar que
absorban agua de la mezcla.
•La velocidad en la colocación y vibrado es
importante para reducir los efectos negativos
de los climas cálidos.
COLOCACION DEL CONCRETO
•Cuando se presenten demora en el
vaciado es recomendable aplicar a la
superficie un riego tipo neblina, para
evitar la formación de juntas frías y
grietas. En caso de formación de
juntas frías se recomienda
humedecerlas con lechada de
cemento, antes de colocar el cemento
fresco. Las grietas deben ser
rellenadas con lechada de cemento,
mortero o algún pegamento epóxico.
COLOCACION DEL CONCRETO
COLOCACION DEL CONCRETO
O En el caso de vaciados masivos y de concretos
con alto contenido de cemento, los efectos
nocivos descritos anteriormente se magnifican,
por lo que se deberá tomar precauciones
adicionales.
O Siempre será preferible colocar el concreto en
horas de menor temperatura, o inclusive de
noche, si el tiempo lo permite y las condiciones
lo justifiquen.
•Inicio del curado lo antes posible, tan
pronto haya endurecido lo suficiente como
para que la superficie no se dañe.
•Proteger las superficies expuestas, en
especial losas y pavimentos, de la acción
del viento.
•Si el curado húmedo no prosigue, se
recomienda cubrir las superficies con
membranas de curado cuando la superficie
del concreto esté aún húmeda.
CURADO
•.
•El término del curado es preferible que sea
hecho lentamente.
•En superficies verticales usar membranas
de curado. Si se usan mantas, estas deben
mantenerse en todo momento saturadas
con agua.
•Tomar probetas adicionales, las mismas
que deben ser curadas con los mismos
métodos que la estructura principal.
CURADO
•- Comité ACI 306 R - 88.
•- Comité ACI 306 R - 88.
•- Norma E0 60
Bibliografía