3.14 Hormigonado en Climas Especiales
TEMAS TRATADOS:
3.14.1 Hormigonado en tiempo frío
3.14.2 Hormigonado en condiciones de alta evaporación
3.14.1. HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO
Si se estima que para una obra se van a registrar bajas temperaturas para el período de hormigonado, se recomiendan las precauciones y medidas expuestas a continuación, para tener un material suficientemente resistente y durable.
FACTORES A CONSIDERAR
A) Generalidades
B) Planificación adecuada previa al hormigonado
C) Métodos constructivos adecuados
A) GENERALIDADES
La norma NCh170 indica que se considera condiciones de hormigonado en tiempo frío cuando durante los tres días previos al hormigonado se registre una temperatura media diaria inferior a 5 ºC y la temperatura ambiente sea menor o igual a 10 ºC, continuas o acumuladas en un período de 24 horas.
Se debe entender que la temperatura media diaria es el promedio entre las temperaturas máxima y mínima de ese día. Es conveniente medir la temperatura del aire exterior al sector de la construcción, registrando las temperaturas máximas y mínimas diarias.
Entre los objetivos de emplear buenas prácticas constructivas para el hormigonado en tiempo frío se tiene:
Prevenir daños de congelamiento del agua interior del hormigón a temprana edad. Se estima que no se producen daños por congelamiento cuando el hormigón alcanza una resistencia a la compresión de 3,5 MPa. Para temperaturas del orden de los 10 ºC, la mayoría de los hormigones bien dosificados alcanzan esta resistencia requerida durante el segundo día.
Asegurar que el hormigón alcance las resistencias adecuadas para un desmolde y un descimbre seguros.
Permitir que el hormigón desarrolle la resistencia requerida durante y después de la construcción.
Mantener condiciones de curado adecuadas para que el hormigón desarrolle la resistencia requerida en un ambiente sin excesivo calor y sin grados de saturación críticos al finalizar el período de protección.
Limitar cambios bruscos de temperatura, especialmente antes de que el hormigón sea capaz de soportar las tensiones térmicas. Un enfriamiento rápido de la superficie o grandes diferencias de temperatura entre el interior y el exterior.
Dar una protección adecuada según la serviciabilidad de la estructura (proteger los elementos más expuestos, no usar cantidad excesiva de aditivos aceleradores y otros), independientemente que la resistencia a los 28 días sea adecuada.
B) PLANIFICACIÓN ADECUADA PREVIA AL HORMIGONADO
Previo al hormigonado es recomendable realizar una planificación de las obras, considerando a lo menos lo siguiente:
B.1) Dosificación
Usar cementos de alta resistencia
Aumentar la dosis de cemento
Usar bajas razones agua/cemento
Es recomendable el empleo de asentamientos menores a 10 cm para facilitar el platachado. Se minimiza la exudación y el fraguado es más rápido
Uso de aditivos. Los más recomendados son acelerantes, plastificantes, anticongelantes e incorporadores de aire
B.2) Materiales y equipos
Protección de los áridos
Moldajes adecuados (preferible de madera gruesa, isotermos de doble pared)
Equipos adecuados para medir temperaturas del hormigón (con sensibilidad de ± 1 °C)
Equipos para calentar el agua (y los áridos si se requiere)
B.3) Protecciones (equipos y materiales en el lugar de trabajo)
Equipos o materiales para proteger la superficie donde se hormigonará
Tipos de protecciones a usar para mantener la temperatura del hormigón en el lugar de colocación
Materiales para el curado (durante y después del período de protección)
C) MÉTODOS CONSTRUCTIVOS ADECUADOS
Se recomienda adoptar las siguientes medidas concernientes a las distintas etapas del proceso de fabricación.
C.1) Fabricación
Mantener temperaturas mínimas en la hormigonera, según la temperatura ambiente, para lograr temperaturas mínimas de colocación de 5 ºC
Calentamiento del agua, a una temperatura menor o igual a 60 °C
Si las temperaturas son muy bajas (inferiores a 0 °C), como complemento se puede calentar la arena e inclusive todos los áridos, a una temperatura menor a 40 °C, mediante vapor de agua. No usar calor seco
No calentar el cemento
C.2) Preparación del sitio de colocación
Eliminar todo material congelado o restos de hielo adheridos al terreno, hormigón, moldajes, armaduras, etc. Para este efecto se puede usar chorro de aire caliente. (Si el lugar de trabajo no es cerrado debe hacerse inmediatamente antes de la colocación del hormigón)
En general la superficie de contacto con el hormigón no necesita tener más de 2 °C, y en lo posible su temperatura debe ser similar a la temperatura de colocación del hormigón
En algunos casos las armaduras pueden tener una temperatura muy inferior a la temperatura de congelación del agua. Es recomendable calentarlas, de forma de no alterar sus características
Poner protecciones para proteger las superficies de las heladas, evitar formación de hielo, entrada de nieve y calefaccionar el ambiente, con anticipación a la colocación. Deben ser adecuadas para preservar la temperatura y humedad recomendadas en todo el volumen del hormigón
Si se utilizan moldajes metálicos delgados, deben ser previamente calentados
C.3) Colocación
Se debe controlar la temperatura en la superficie del hormigón (independientemente que esté en contacto con el moldaje, alguna protección o el aire), durante cada colocación, en distintos puntos del elemento, preferentemente a intervalos regulares de tiempo.
Al momento de la colocación, el hormigón debe tener una temperatura mayor a 5 ºC.
C.4) Protecciones
Son muchas las medidas de protección que se pueden aplicar. Entre ellas se destaca:
Aislación térmica: poliestireno expandido, sacos con aserrín, lana mineral, polietileno con burbujas de aire (de empaque), mantas protectoras, espuma de poliuretano. Ver Figura 3.80.
En caso de temperaturas muy bajas, presencia de nieve y/o viento: emplear estructuras provisorias de madera, lonas, placas de yeso, plástico y otras extendidas sobre caballetes o estructuras resistentes. Deben ser fácilmente removibles para facilitar el hormigonado y minimizar secciones expuestas a la intemperie.
Para condiciones más desfavorables se puede recurrir a recintos cerrados, calefaccionados por medio de vapor o aire caliente. No se deben usar fogatas, estufas o similares que generan CO2.
El hormigón se puede calentar internamente utilizando resistencias eléctricas aisladas, embebidas cerca de la superficie. Se aplica bajo voltaje.
FIGURA 3.80
MANTA PROTECTORA
En cuanto a las medidas de protección que se utilicen hay que considerar que:
La temperatura en la superficie del hormigón determina la efectividad de la protección.
Deben ser adecuadas para mantener las condiciones de temperatura y humedad en todo el volumen del hormigón.
Se deben aplicar inmediatamente después del hormigonado (en superficies expuestas), y deben mantenerse en estrecho contacto con los moldajes y el hormigón.
Mientras menor sea el espesor del elemento a hormigonar, mayor deben ser las protecciones térmicas (además el espesor de la protección debe aumentar a mayor velocidad del viento).
Deben ser efectivas en presencia de humedad.
Se debe proteger especialmente los lugares más expuestos, como aristas salientes y otros.
En superficies cerradas (provisorias o no), se debe permitir espacio suficiente entre éstas y el hormigón para que el aire caliente tenga circulación.
En estructuras sin moldajes, como losas de piso, protegidas en recintos calefaccionados debe haber buena ventilación. Las superficies de hormigón fresco expuesto al CO2 producido por la combustión usada para calefaccionar sufren daños, quedando débiles.
C.5) Curado
Si durante el período de protección no se ha terminado el tiempo de curado, el elemento debe proseguir su curado normal, con materiales adecuados.
Se deben adoptar medidas para asegurar que la temperatura del hormigón colocado no descienda de 5 ºC. Para estos efectos, se debe medir la temperatura del hormigón a una profundidad de 5 cm de la superficie expuesta y a una distancia mayor o igual a 5 cm de cualquier borde.
Si se usa agua como método de curado (no deseable por choque térmico), el curado se debe finalizar por lo menos 12 horas antes del término del período de protección, tal que el hormigón se seque en este período previo o durante el ajuste de temperaturas para la remoción de las protecciones.
Al final del período requerido, el aislamiento u otros medios de protección deben ser eliminados gradualmente para que la temperatura de la superficie disminuya poco a poco durante el período subsiguiente de 24 horas.
C.6) Desmolde
El desmolde y descimbre se pueden realizar cuando el hormigón alcance la resistencia establecida en la norma NCh170.
Especialmente útil en hormigonado a bajas temperaturas es el empleo de la madurez.
C.7) Control de temperaturas
Es conveniente llevar un registro que contenga lo siguiente:
Temperatura de bordes y esquinas del hormigón ya que son más sensibles
Llevar, con fecha y hora, temperatura del aire ambiente, temperatura del hormigón durante la colocación, temperatura del recinto de protección, descripción de las condiciones climáticas. Hacer las mediciones al menos dos veces al día en distintos puntos
Deben registrarse además las temperaturas máximas y mínimas en el día
3.14.2 HORMIGONADO EN CONDICIONES DE ALTA EVAPORACIÓN
Si las condiciones ambientales hacen prever un alto índice de evaporación, se deben tomar medidas de protección adicionales para disminuir los efectos adversos de la condición indicada.
FACTORES A CONSIDERAR
A) Generalidades
B) Planificación adecuada previa al hormigonado
C) Métodos constructivos adecuados
D) Tasa de evaporación
A) GENERALIDADES
Los principales factores que pueden producir condiciones para una alta evaporación de agua son la temperatura ambiente, la temperatura del hormigón, la humedad relativa, la velocidad del viento y la radiación solar.
Estas condiciones crean problemas en el mezclado, colocación y curado del hormigón, afectando las características del hormigón fresco y del hormigón endurecido, como:
Aumento de la necesidad de agua para alcanzar la docilidad requerida
Rápida pérdida del asentamiento
Aceleración del fraguado, disminuyendo el tiempo disponible para las operaciones de transporte, colocación, compactación, terminación y curado, y aumentando la posibilidad de juntas frías
En hormigones con aire incorporado, necesidad de aumentar la dosis de aditivo para obtener el contenido requerido pues el aire tiende a escapar a la superficie
Tendencia a grietas por retracción plástica o diferencial térmico
Disminución de las resistencias mecánicas, aun cuando a temprana edad normalmente se desarrollan resistencias mayores, debido al aumento de agua requerida
En secciones de grandes dimensiones, tendencia a fisuración por retracción térmica
Disminución de la durabilidad y aumento de la permeabilidad (por mayor razón A/C)
Disminución de la uniformidad superficial
Los elementos más sensibles son aquellos con gran superficie expuesta, como losas, pavimentos y estucos; también las estructuras masivas.
Es recomendable recopilar, o medir, y analizar la información climática del lugar en que se ejecuta la obra, como temperatura ambiente, velocidad del viento y humedad relativa para prever posibles problemas.
B) PLANIFICACIÓN ADECUADA PREVIA AL HORMIGONADO
B1) Dosificación
No usar hormigones de alto contenido de cemento
Limitar en lo posible el diseño de secciones delgadas con gran porcentaje de acero de refuerzo
Usar cementos con bajo calor de hidratación (menor a 70 cal/g a 7 días) como los de Polpaico de clase corriente
Limitar la dosis de cemento
Usar adecuadamente aditivos retardadores de fraguado y plastificantes
B2) Registro de las condiciones ambientales
Se debe contar con un registro de las condiciones ambientales para establecer o ajustar las proporciones de la mezcla y tomar las medidas de protección durante el hormigonado.
B3) Materiales y equipos requeridos
Disponer en obra de protecciones como cubresoles (como malla sombreadora) y cortavientos
El sitio de colocación debe estar provisto con abundante agua, mangueras y nebulizadores
Equipos para la colocación y compactación con adecuada capacidad y en óptimas condiciones. Además, para éstos últimos se recomienda que se disponga de, por lo menos, un equipo de repuesto por cada tres vibradores en uso
B4) Protección de los materiales
Los materiales para la elaboración del hormigón se deben enfriar antes del mezclado:
Áridos: Debido a sus proporciones en la mezcla, son los que más influyen en la reducción de la temperatura del hormigón. Deben mantenerse protegidos de la acción del sol, sombreándolos. Deben mantenerse húmedos, rociándolos con agua mediante nebulizadores
Agua: Debido a su alto calor específico, influye notablemente en la reducción de la temperatura del hormigón
Si se va a usar agua helada, debe mantenerse protegida en estanques y tuberías de la exposición del sol, aislándolos térmicamente, sombreándolos, recubriéndolos con arpilleras húmedas y/o pintándolos de blanco
Si se va a usar hielo triturado, o escamas, debe almacenarse a una temperatura tal que éste no se aglomere, para que después del mezclado esté completamente derretido. Reemplazar no más del 75% del agua
Se puede enfriar el agua por medio de nitrógeno líquido. Debe protegerse según recomendaciones del proveedor
Cemento: Debe mantenerse protegido y usarse a la menor temperatura posible
Los moldajes y armaduras también deben enfriarse
El efecto de los cambios de temperatura de los materiales en el hormigón se muestra en Tabla 3.47.
TABLA 3.47
EFECTO DE LA DISMINUCIÓN DE TEMPERATURA DE LOS MATERIALES
B5) Equipos
Todos los equipos que tienen influencia en la temperatura de confección del hormigón se pueden proteger, por ejemplo:
Enterrando estanques y/o tuberías
Aislar térmicamente
Sombrear
Cubrir con arpilleras húmedas
Pintar de blanco
C) MÉTODOS CONSTRUCTIVOS ADECUADOS
C1) Preparación del sitio de colocación
Todas las superficies que van a estar en contacto con el hormigón deben rociarse con agua fría antes de la colocación, evitando formar pozas de agua. Esto es particularmente importante en pavimentos para que la base no absorba agua.
C2) Fabricación
Evitar mezclado prolongado, ya que éste genera calor, aún en bajas velocidades. Si la demora entre la fabricación y la colocación es inevitable, el efecto puede disminuirse deteniendo la hormigonera y agitando intermitentemente.
Los materiales deben enfriarse antes del mezclado para reducir la temperatura del hormigón empleando los medios indicados en B4.
Si se emplea hielo, asegurarse que se ha derretido completamente.
Los áridos deben encontrarse húmedos, por lo menos en condición de saturados con superficie seca.
C3) Transporte, colocación y compactación
Al momento de la colocación la temperatura del hormigón debe ser menor o igual a 35 ºC.
Se recomienda restringir las operaciones de hormigonado a aquellas horas en que las condiciones de temperatura, humedad relativa y viento sean las menos desfavorables (generalmente a primeras horas del día).
Estas operaciones deben ser realizadas en el menor tiempo posible evitando juntas frías (juntas de hormigonado).
La colocación del hormigón en muros puede requerir capas de menor espesor para asegurar la continuidad con la capa subyacente.
Si se van a hormigonar losas (grandes superficies de disipación del calor), se deben programar las actividades para que estos elementos reciban adecuada protección contra el viento y el sol (sombras, cortavientos, hormigonar radieres después de muros y/o techos y otros).
Al hormigonar vigas y losas, es necesario realizar la colocación en frentes reducidos.
Es recomendable el empleo de cortavientos y de elementos que provean sombra.
C4) Terminación
Debe efectuarse inmediatamente y en el menor tiempo posible mientras la mezcla obedezca a la operación con las herramientas o equipos disponibles.
Evitar agregar agua a la superficie pues esto altera su calidad.
Para evitar grietas de retracción plástica (especialmente en tiempo con viento o baja humedad relativa), se puede aumentar la humedad relativa del ambiente mediante nebulizadores o bien cubrir provisoriamente el hormigón con arpilleras húmedas o con polietileno blanco, ver Figura 3.81. Si las grietas ocurren, antes que el hormigón endurezca, se deben eliminar mediante replatachado o revibrado.
FIGURA 3.81
PROTECCIÓN DEL HORMIGÓN
C5) Curado
Preferiblemente se debe realizar con agua. Sin embargo, en obras de pavimentación y construcción de canales, la aplicación de membranas de curado es más práctica y eficiente, después de un precurado con agua nebulizada.
Debe aplicarse inmediatamente y continuarse en forma ininterrumpida, por un mínimo de 7 días.
Si hay cambio en el sistema de curado, este debe hacerse después que el hormigón tenga 3 días de edad.
El agua de curado no debe estar excesivamente más fría que el hormigón, a fin de evitar grietas por choque térmico.
Proteger las superficies expuestas de la circulación del aire y de la radiación solar.
Los moldajes deben permanecer húmedos, preferiblemente cubriéndolos con protecciones húmedas, o bien rociándolos con agua. Deben soltarse tan pronto como sea posible, sin dañar el hormigón, y entonces regar las superficies expuestas de modo que el agua corra dentro de los moldajes. Al retirar los moldajes, las superficies expuestas deben cubrirse con protecciones húmedas hasta finalizar el curado.
C6) Controles
Se debe llevar un registro a intervalos frecuentes de:
Temperatura del aire, condiciones climáticas, velocidad del viento y humedad relativa
Pérdidas de asentamiento
Chequeos frecuentes de la temperatura del hormigón antes y después de su colocación
Se puede determinar la tasa de evaporación en terreno, usando una bandeja de aproximadamente 30*30 cm, se llena de agua, y se pesa cada 15 a 20 minutos
D) TASA DE EVAPORACIÓN
No es posible establecer criterios generales para dimensionar los niveles de evaporación admisibles en las superficies de hormigón. Depende del tipo de hormigón y, especialmente, de la cantidad de agua exudada y de la velocidad de exudación.
Cuando la tasa de evaporación es cercana a 1 kg/m2/h aumenta el riesgo de fisuración y es necesario tomar medidas como las indicadas anteriormente. Las especificaciones de un proyecto en particular pueden establecer una tasa menor para tomar medidas de precaución.
La norma NCh170 establece la siguiente fórmula:
E = 5 * {(Tc + 18)2,5 – r * (Ta + 18)2,5} * (V+4) x 10-6
En que
E = tasa de evaporación en kg/m2/h
Tc = temperatura del hormigón en ºC
Ta = temperatura ambiente en ºC
r = humedad relativa en fracción decimal
V = velocidad del viento en km/h
La velocidad del viento se mide a una distancia aproximada de 0,5 m de la superficie del elemento. La temperatura ambiente y la humedad relativa se miden a una altura entre 1,0 y 1,5 m sobre la superficie del hormigón, a la sombra y con exposición al viento.
Si se tiene registros de las condiciones climáticas del lugar (humedad relativa, temperatura ambiente, velocidad del viento) se puede predecir si se van a producir probables problemas, estimando la temperatura del hormigón. Para ello, la norma NCh170 indica la siguiente fórmula:
En que
Th = temperatura del hormigón, en ºC, aproximado a 0,1 ºC
Cp, Ca, Ch = calores específicos de los materiales
Cemento y áridos: 0,22 kcal/kg ºC
Agua y hielo: 1,00 kcal/kg ºC
Lf = calor latente de fusión del hielo, 79,70 kcal/kg
Ta, Tc, Ta, Taa = temperatura de los áridos, del cemento, del agua al interior de los áridos y el agua de amasado respectivamente, expresada en ºC
Ma, Mc, Ma, Maa, Mh = masa de los áridos, del cemento, del agua al interior de los áridos, el agua de amasado y la masa de hielo usado como reemplazo de agua de amasado, respectivamente, expresada en kg
Se asume que el agua contenida en el interior de los áridos tiene la misma temperatura que los áridos.