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HORMIGONADO EN TIEMPO CALUROSO

Cuando nos acercamos a la época del año en que la primavera deja paso al tiempo caluroso, inevitablemente se verifica -entre otros factores-, un aumento creciente de la temperatura, la cual en pleno verano puede alcanzar y superar los 32-33º C, siendo también éste el momento en que debido a esos factores puede tornarse dificultoso el control del hormigón.

Entramos en la época del año en que pueden presentarse problemas, razón por la cual hay que plantearse fundamentalmente, el análisis de los distintos factores que traen aparejada una disminución de la resistencia y/o agrietamiento o fisuramientos de las estructuras.

El hormigón endurece y gana resistencia debido a la reacción química que se verifica entre el cemento Portland y el agua (hidratación), reacción que se acelera a medida que aumenta la temperatura.

Por cada 11º C de aumento de temperatura, se duplica la velocidad de reacción. Y si el hormigón se seca prematuramente, la cantidad de agua disponible para esta reacción será insuficiente.

Sin agua, no hay hidratación; por lo tanto, no hay ganancia de resistencia.

Definición de tiempo caluroso

Para nuestros propósitos, definiremos "Tiempo caluroso" a cualquier combinación de: elevada temperatura del aire, baja humedad relativa y velocidad del viento tendientes a desmejorar la calidad del hormigón fresco o endurecido.

Las medidas precautorias que se requieren en un día calmo y húmedo, serán menos estrictas que las requeridas en un día seco y ventoso, aún si la temperatura del aire es la misma.

Efectos del tiempo caluroso

Los efectos indeseables sobre el hormigón en estado plástico pueden incluir:
a) Demanda creciente de agua.
b) Velocidad creciente de pérdida de asentamiento con la correspondiente tendencia a agregar agua en obra.
c) Disminución del tiempo de fraguado, resultante en una mayor dificultad en el manipuleo, terminado y curado, y aumentando la posibilidad de las uniones defectuosas entre una superficie y otra (juntas frías).
d) Tendencia creciente al agrietamiento en estado plástico.
e) Dificultad en el control del contenido de aire incorporado.

Los efectos indeseables sobre el hormigón en el estado endurecido pueden incluir:
a) Disminución de resistencia debido a la mayor demanda de agua.
b) Tendencia creciente a la contracción por secado y agrietamiento térmico diferencial.
c) Disminución de la durabilidad.
d) Uniformidad decreciente de la apariencia superficial.

Efecto de los factores adicionales

Otros factores complican las tareas en tiempo caluroso. Deberían considerarse en conjunto con los factores climáticos, y pueden incluir:

a) Empleo de cementos finamente molidos con mayor velocidad de hidratación que el cemento Portland Normal.
b) Empleo de hormigones con alta resistencia a la compresión, que requieren contenidos de cemento mayores.
c) Diseño de secciones esbeltas de hormigón con mayores cuantías de acero.
d) Aumento de capacidad de las motohormigoneras.
e) Necesidad de mover grandes volúmenes de hormigón de bajo asentamiento sobre distancias verticales y horizontales mayores.
f) Mayor exigencia y consecuente desgaste del equipo de bombeo de hormigón.
g) Necesidad económica de realizar un trabajo continuado dentro de los horarios de mayor temperatura.

Propiedades del hormigón

Generalidades
Debemos proponernos analizar todo el proceso de obtención de la estructura terminada, partiendo desde un comienzo con los recaudos a tomar con las materias primas intervinientes en la mezcla, pasando por la preparación del hormigón y su dosificación, y concluyendo después de transcurrido un tiempo de colocado, ya que las propiedades que hacen del hormigón un excelente material de construcción, pueden ser adversamente afectadas por el tiempo caluroso, de acuerdo a lo previamente definido.

La teoría básica referente a las propiedades y comportamiento del hormigón, se aplica generalmente al producto elaborado bajo óptimas condiciones. Los cambios estacionales pueden dar condiciones distintas, razón por la cual deben adoptarse ciertas medidas en el proceso de elaboración para minimizar los efectos adversos.

Resistencia mecánica, impermeabilidad, estabilidad dimensional y la resistencia al desgaste, al uso y al ataque químico, (entre otras propiedades) dependen del apropiado control de los materiales, de la dosificación y mezclado; de las temperaturas iniciales del hormigón y de las condiciones de temperatura y humedad durante el período de colocación y curado.

Efectos de la temperatura

El tiempo de fraguado depende de la temperatura de la mezcla del hormigón
La figura 1 ilustra este fenómeno. Notemos que para una variación de temperatura de 14º C, cambia el fraguado inicial del hormigón en un factor de aproximadamente 2. A pesar que la figura está basada sobre datos limitados, se manifiesta un decidido efecto de la temperatura sobre el tiempo de fraguado cuando la temperatura de colocación del hormigón está en el rango de 10 a 38º C.

El tiempo de fraguado depende de la temperatura de la mezcla del hormigón

Figura 1

Todas las marcas de cemento y todos los hormigones exhibirán este fenómeno. Si se acelera el tiempo de fraguado del hormigón en clima caluroso, aumenta la posibilidad de formación de uniones sin continuidad y "nidos de abeja".

Sería por tanto de interés, estudiar la forma de mantener el tiempo de fraguado -tanto inicial como final-, dentro de los valores correspondientes a los tiempos normales, (aproximadamente a 20º C de temperatura ambiente), recurriendo por ejemplo a utilizar agua fría; mojar los agregados en las pilas, etc. Este enfriamiento en los materiales, es a los efectos de lograr una temperatura en el interior de la masa de hormigón, acorde con los tiempos de fraguado ya conocidos para épocas normales.

Tiempo de fraguado inicial muy corto, acorta los tiempos de entrega y colocación en los encofrados.

A medida que aumenta la temperatura, aumentarán también los requerimientos de agua.

El agua, como un ingrediente del hormigón, tiene gran influencia sobre muchas de sus propiedades significativas, tanto en el estado plástico como en el endurecido. Elevadas temperaturas del agua, provocan mayores temperaturas del hormigón y a medida que ésta aumenta, también aumenta la demanda de agua y disminuye la resistencia, para hormigones de la misma consistencia.

El agua adicional, sin corrección de sus efectos sobre la relación agua/cemento, afectará negativamente la calidad final del hormigón colocado.

Notemos en la Fig. 2. que el hormigón a temperaturas de laboratorio, presentaba en este ensayo un asentamiento de 10 cm., pero que a 38º C tenía solamente 7,5 cm. de asentamiento.

Pérdida de asentamiento debida a la eleveción de la temperatura de mezclado

Figura 2

Si el pliego de condiciones le permite al contratista un asentamiento de 10 cm. (y él puede necesitar 10 cm. para una operación dada), a 38º C debería agregar agua al hormigón para obtenerlo (respecto de las dosificaciones de laboratorio). Por otra parte, a medida que la temperatura aumenta, también aumenta la cantidad de agua requerida para cambiar el asentamiento como se muestra en la Fig. 3. Esto complica el problema.

Efecto de la temperatura edl hormigón sobre el agua requerida para cambiar el asentamiento

Figura 3

Incluso si el contratista es obligado a utilizar una relación agua/cemento preestablecida, y aún si él decide colocar el hormigón con asentamiento reducido a temperaturas elevadas, ello sería en detrimento de la resistencia del hormigón.

Si a ese contratista, en este ejemplo, se le permitiera agregar agua al hormigón a una temperatura de mezcla de 46º C, la disminución de la resistencia sería mayor que la mostrada en la Fig. 4, porque sufriría la penalidad en la resistencia inherente a la adición del exceso de agua sin agregar cemento. Un mayor contenido de agua en el hormigón, disminuye la resistencia, la durabilidad, la impermeabilidad y demás propiedades relacionadas del hormigón endurecido. Esto, que es común a todos los hormigones colocados bajo cualquier condición climática, puntualiza la necesidad especial de controlar el empleo del agua en el hormigón colocado bajo condiciones de tiempo caluroso.

Efecto de la temperatura inicial sobre la resistencia a la compresión del hormigón

Nota: las probetas fueron moldeadas, selladas y mantenidas a la temperatura indicada durante 24 horas y luego almacenadas a 21º C hasta su ensayo. Datos de la mezcla: Razón a/c 0,50 Contenido de cemento 360 Kg./m3 Arena % 40 Aire % 0

Figura 4

A medida que aumenta la temperatura del hormigón, aumentará también la velocidad de pérdida de asentamiento.

La Fig. 5, muestra la velocidad de pérdida de asentamiento para el mezclado prolongado de un hormigón dado a distintas temperaturas. Debemos tener en cuenta que, a las temperaturas más elevadas, hay menos tiempo disponible para el transporte, colocación y compactación del hormigón.

La contracción por secado observada en el hormigón, es producida principalmente por su contenido de agua. A medida que aumenta la temperatura y los requerimientos de agua, también aumentará la contracción por secado. Esto se muestra en la Fig. 6. Se observa que el aumento del contenido unitario del agua, determina una magnitud de contracción por secado mayor que la producida por el aumento del contenido de cemento.

Efecto el mezclado prolongado en el asentamiento

Figura 5     .

Efecto del contenido de agua sobre la contracción por secado

Figura 6

Efectos del clima

La velocidad a la cual el hormigón secará, depende de la temperatura del aire, de la temperatura del hormigón, de la humedad relativa ambiente, de la velocidad del viento, y del cociente entre el área expuesta y el volumen total del hormigón.

En tareas de hormigonado de losas, si se seca la superficie cuando el resto está aún en estado plástico, puede ocurrir la fisuración plástica. Este fenómeno de secado superficial y contracción puede ocurrir toda vez que la velocidad de evaporación del agua, desde la superficie del hormigón recién colocado, exceda su velocidad de exudación.

La Fig. 7 muestra el efecto de las temperaturas del hormigón y del aire, de la humedad relativa ambiente y velocidad del viento sobre la tendencia al secado del hormigón.

Para estimar la relación de la evaporación

1. Entre al gráfico con la temperatura y humedad ambiente.
2. Córrase hacia la derecha hasta la línea correspondiente a la temperatura del hormigón.
3. Baje hasta la línea que indica la velocidad aproximada del viento.
4. Lea en la escala de la izquierda la relación de evaporación.

El hormigón está generalmente a salvo de la fisuración plástica, si la velocidad de evaporación es menor de 1 Kg./m2 hora.

Después que el hormigón ha endurecido, pero mientras su resistencia a la tracción es aún baja, el secado puede provocar fisuración y agrietamiento. Fisuración puede ocurrir cada vez que tiene lugar un secado diferencial. Como ejemplo: hormigones colocados en encofrados metálicos, hojas de polietileno, etc., pueden secar solamente en la superficie. La superficie se contrae, pero el fondo de la losa no, dando lugar a fisuración o fisuración y agrietamiento.

Efecto del secado sobre la resistencia

Si se permite que el hormigón seque después del endurecimiento, habrá insuficiente cantidad de agua para una adecuada hidratación, y se producirá una pérdida de resistencia. La velocidad de secado es afectada por las condiciones climáticas y la relación superficie expuesta/volumen.

La temperatura inicial del hormigón en sí misma afecta su resistencia. El hormigón mezclado, colocado y curado a temperaturas elevadas, normalmente desarrolla resistencias iniciales mayores que la de los hormigones producidos y curados a temperaturas normales; pero a 28 días o más, las resistencias son generalmente más bajas.

Figura 8

Mayores requerimientos de agua a temperaturas elevadas pueden ser compensados parciamente mediante el empleo de aditivos retardadores-reductores de agua

Figura 9

Precauciones en tiempo caluroso

Nunca puede remediarse totalmente el daño provocado al hormigón por el clima caluroso.

Será necesario un juicio ingenieril competente para elegir el compromiso más apropiado entre la calidad, economía y practicidad.

Las precauciones a tomar dependerán tanto del tipo y tamaño de la obra, y de la experiencia y equipo de la industria local, como del clima en el lugar, temperatura pronosticada promedio, humedad relativa ambiente y velocidad del viento.

Estas precauciones, que han demostrado ser provechosas, no se plantean por orden de importancia.

Enfriamiento

Agregado
El mayor volumen del hormigón lo representan los agregados. Una reducción en la temperatura de los agregados da como resultado la mayor reducción en la temperatura del hormigón, de modo que habría que cubrirlos y rociar las pilas para crear un enfriamiento por evaporación. ? (con agua a temperatura baja)

Agua
El agua posee el mayor efecto por unidad de peso entre todos los componentes del hormigón, poseyendo un calor específico 4 ó 5 veces mayor que el del cemento o de los agregados.

La temperatura del agua es más fácil de controlar que la de los otros materiales, y a pesar de que se emplea en menores cantidades que los otros, el uso de agua fría de mezclado efectuará una moderada reducción en las temperaturas de colocación del hormigón.

De modo que deberá enfriarse el agua de amasado, y mantenerla fría aislando cañerías y tanques.

Hielo
Si las condiciones de obra lo permitieran, puede agregarse hielo en cantidad de reemplazo de kilo por kilo del agua de mezcla.

El calor de fusión del hielo es de 80 Cal/gramo. Un reemplazo de 50% del agua de amasado por hielo, reducirá la temperatura del hormigón en 11º C, debido solamente a la fusión. El agua resultante a 0º C bajará la temperatura aún más.

Aditivos
Existen en el mercado Aditivos duales retardadores y plastificantes para ampliar, mediante ensayos previos, el tiempo de fraguado normal. O sea, teniendo aditivos ya ensayados, lograr un tiempo de fraguado inicial de 2:30 a 3 hs. y un tiempo de fraguado final de 5 a 6 hs.

Aditivos retardadores, postergaran el fragüe y reducirán la necesidad de agua, compensando parcialmente los efectos del tiempo caluroso sobre el asentamiento, fisuración, tiempo de fraguado y demanda de agua.

La Fig. 9 ilustra el efecto de la temperatura sobre los requerimientos de agua de dos hormigones. Notemos que variando el dosaje de un aditivo dual retardador; y reductor de agua (lignosulfonato), el efecto de la temperatura sobre los requerimientos de agua, se minimiza. El requerimiento de agua del hormigón con aditivo, a 32º C, es el mismo que el del hormigón sin aditivo a 16º C. Debe usarse el reductor de agua porque los retardadores solos no compensan la pérdida de asentamiento.

Tareas de obra

Debe programarse la frecuencia de entregas, de modo que haya una mínima demora en el uso del hormigón.

El mezclado genera calor, de manera que debe mantenerse el agitado o el mezclado a las mínimas revoluciones.

Cuando se coloca hormigón en moldes, deben enfriarse las armaduras y encofrados, rociándolos con agua. Debe efectuarse el hormigonado durante las horas de menor temperatura. Programar las operaciones durante las horas más frescas. Los efectos de la pérdida de asentamiento pueden ser minimizados acelerando las operaciones.

Debe colocarse el hormigón en capas de poco espesor, para asegurar que las capas previas todavía responderán al vibrado, evitando por lo tanto las uniones discontinuas.

En tareas de hormigonado de losas de pavimento, deben enfriarse las bases y las armaduras, rociándolas con agua.

Es aconsejable instalar pantallas protectoras contra el viento para disimular la velocidad del aire y utilizar rociadores de niebla para elevar la humedad y disminuir la temperatura.

Y, nuevamente, programar las operaciones de hormigonado hacia el atardecer o anochecer. Las fisuras por agrietamiento plástico son difíciles de cerrar una vez que han ocurrido. Tales fisuras pueden constituir puntos focalizados para otras formas de deterioro, ya que permiten penetrar en el hormigón, humedad y sales disueltas, y pueden afectar su comportamiento.

Curado

El efecto de tiempo de curado sobre la resistencia, puede apreciarse en la Fig. 8. El curado por agua es mejor, pero debe ser continuo, para evitar que se produzca el agrietamiento debido a cambios de volumen provocados por humedecimiento y secado alternados, mientras el hormigón está aún débil. Por ello es aconsejable iniciar el curado del hormigón de inmediato, una vez completa su colocación, terminación y adquirida suficiente rigidez como para no resultar afectado en su textura superficial por el método de curado elegido.

En caso de utilizar compuestos de curado, debe aplicarse un compuesto pigmentado blanco (IRAM 1675) tan pronto como sea posible.

Si se utilizan películas plásticas en el curado, deben ser del tipo blanco opaco. Películas transparentes provocarán un efecto de "invernadero".

No todas estas precauciones pueden usarse en cualquier proyecto, pero cada una ayudará y sus efectos son acumulativos. Con un conocimiento adecuado y las debidas precauciones, puede colocarse hormigón durante el tiempo caluroso.