COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN SEGÚN LA TEMPERATURA. HORMIGONADO EN TIEMPO FRÍO

Desde el punto de visto de la construcción de obras de hormigón, se entiende por tiempo frío el periodo durante el cual la temperatura medio baja por debajo de los 5ºC durante tres días consecutivos. Como indicador también inferior a 4ºC a las nueve de la mañana hora solar, debe entonces suponerse que durante las 48 horas siguientes la temperatura puede alcanzar valores inferiores a 0ºC. En estas condiciones se suele paralizar el hormigonado.

Efectos del tiempo frío.

Entre otros factores, es preciso tener en cuenta las características del hormigón en el momento de la helada, si está expuesta o protegida y la forma y espesor de la estructura afectada.

Fraguado y resistencia del cemento según la temperatura
Temperatura (ºC) Fraguado (h) Resistencia a compresión
Comienzo Final 1 día 2 días
20º 3 6 110 230
7 15 20 70

El fraguado y el endurecimiento se detienen hacia los 2ºC pudiendo reanudarse posteriormente cuando las temperaturas aumenten.

Pueden presentarse dos situaciones diferenciadas:

1.- La temperatura permanece por encima de los 0ºC

Si la duración del tiempo frío es prolongada, el hormigón no protegido perderá una parte del agua libre por evaporación antes de su endurecimiento, siendo éste muy lento. La evaporación se acelera en presencia de viento seco y fuerte. En circunstancias extremas, puede verse incluso comprometida la hidratación del cemento.

La cara del hormigón en contacto con el medio ambiente puede quedar porosa, con una débil resistencia, existiendo el riesgo de fisuración externa e interna por gradiente térmico.

2.- La temperatura desciende por debajo de 0ºC

Parte del agua libre de amasado se congelará tendiente otra parte a desplazarse desde el interior de la pieza hacia la cara expuesta, de tal forma que la parte superficial poseerá una capa más rica en agua que puede a su vez helarse. Podemos imaginar tres situaciones diferentes:

a) La helada se produce antes del fraguado. El agua de amasado se transforma en hielo sin ninguna destrucción en una masa todavía sin cohesión interna. Como única precaución anotaremos el volver a vibrar el hormigón si queremos salvaguardar su compactación inicial.

b) La helada se produce después del comienzo de fraguado y actúa sobre un hormigón que sólo ha podido desarrollar débiles resistencias mecánicas. La expansión producida al helarse el agua, conllevará la destrucción irreversible de las primeras ligazones cristalinas y desorganizará su estructura. Cuando llegue el deshielo subsistirá en la masa una fuerte porosidad interna, una falta de adherencia entre los áridos y la pasta de cemento y una red más o menos importante de microfisuración.

A consecuencia de lo anterior, las resistencias mecánicas se verán afectadas con una fuerte bajada y el hormigón deberá ser destruido y reemplazado.

c) La helada acontece después del fraguado y actúa sobre un hormigón que presenta ya una estructura rígida. Generalmente no se producirán consecuencias nefastas a condición de que el hormigón posea:

i.      Una relación A/C en el momento de la helada inferior a un cierto valor. Es evidente que un contenido de agua elevado someterá al hormigón a fuertes solicitaciones internas.

 ii.      Una resistencia mecánica suficiente. Se suele dar la cifra de 5 Mpa o 51 Kg/cm2, como valoren comprensión. Para un cemento Portland 350 con una dosificación media de 350 Kg/m3, este valor se alcanza después de 12 a 20 horas con una temperatura exterior de 5ºC, cuando la temperatura se eleva.

iii.      Finalmente es preciso que no se produzcan grandes diferencias de temperatura entre las superficies expuestas del hormigón. Un ejemplo clásico es el gradiente térmico entre caras exteriores y el centro de la masa. Si éste es elevado se producirán retracciones diferenciales, provocando fisuras de origen térmico.

Temperatura de la masa de hormigón

La temperatura de la masa depende en principio de varios condicionantes, mencionemos los siguientes:

  • El tipo de cemento y los aditivos eventualmente utilizados.
  • La pérdida de calor entre el momento del amasado y el final de la compactación.
  • Las dimensiones de la pieza a hormigonar.
  • La intensidad del frío y la acción simultánea o no del viento.

Preparativos en tiempo frío.

a)      Empleo de cementos adecuados.

Dadas las grandes diferencias existentes en las primeras resistencias mecánicas de los diferentes tipos de cementos, sobre todo con bajas temperaturas, la elección deberá estar basada en los principios siguientes:

  • Cemento de fabricación reciente que llevan muy poco tiempo almacenados en obra.
  • Cementos con contenidos elevados de silicatos tricálcico y aluminato tricálcico, de esta forma el fraguado y primer endurecimiento serán más rápidos.
  • Cementos con mayor finura de molido, dato que prácticamente las resistencias iniciales son proporcionales a ellas.
  • Cementos de categoría superior.
  • Cementos aluminosos, ya que son menos sensibles que el Portland a bajas temperaturas.

b)      Aumento de la dosificación del cemento por m3 de hormigón.

Las dosificaciones en cemento pueden ser más ricas de forma que se obtengan mayores resistencias iniciales y desprendimientos de calores de hidratación más elevados. Se suelen utilizar porcentajes del orden del 20% por exceso sobre la dosificación de cemento en tiempo normal.

c)       Empleo de una baja relación A/C.

Dado que el peligro de que se hiele el hormigón fresco es tanto mayor cuanta más agua contiene es aconsejable, para la misma dosificación de cemento, reducir la relación A/C tanto como sea posible, es decir, emplear mezclas más secas compatibles con la puesta en obra.

d)      Utilización de aditivos.

Los empleados en tiempo frío son normalmente productos que modifican la velocidad de hidratación de los constituyentes del cemento. De esta forma aceleran el fraguado y endurecimiento y correlativamente el calor desarrollado.

e)      Calentamiento de la masa de hormigón.

Se pueden calentar:

  • Los componentes del hormigón.
  • El hormigón durante el transcurso del amasado.
  • El hormigón después del amasado en cubilotes especiales.
  • El hormigón después de su puesta en obra en los encofrados, por aportación interna o externa de calor.

Se hace hincapié en la importancia de evitar gradientes de temperatura demasiado elevados, que tendrían lugar en los casos de puesta en obra de hormigón demasiado caliente. Las diferencias de temperatura en el transcurso de su enfriamiento provocarían esfuerzos térmicos con el peligro de una aparición de fisuración.

Cuando la aportación de calor eleva la temperatura del hormigón por encima de 20ºC, se necesita una cantidad suplementaria de agua no desdeñable a fin de conservar su plasticidad inicial hasta el inicio de su puesta en obra.

f)       Preparativos previos al vertido.

  • Eliminar todo rastro de nieve y hielo en los tajos, encofrados y armadura.
  • Proteger las zanjas y soleras con materiales aislantes.
  • Si se utilizan en obra fundentes químicos contra la nieve y el hielo, como cloruro cálcico o mezclas con cloruro cálcico, evitar su contacto directo con el agua o los áridos para la fabricación del hormigón, no utilizarlos en las zanjas o solera que van a ser rellenadas posteriormente.
  • Reducir la distancia entre la central de fabricación y el lugar en obra.
  • Transportar rápidamente los máximos volúmenes posibles de hormigón.
  • No dejar demasiado tiempo el hormigón en el cubilote.
  • En el caso de hormigón bombeado, proteger mediante aislamiento térmico los tendidos de tuberías.

Fuente: Universidad de Extremadura

Fuente imagen: www.enriquealario.com

COMPORTAMIENTO DEL HORMIGÓN SEGÚN LA TEMPERATURA. HORMIGONADO EN TIEMPO CALUROSO

Comportamiento del hormigón según la temperatura

La curva de endurecimiento o resistencia-tiempo de un hormigón dependen de diversos factores, mencionamos entre otros la temperatura y humedad relativa ambiental, la dosificación, el tipo de cemento, la relación A/C y la temperatura de los distintos componentes.

Para poder establecer unos diagramas comparativos vamos a fijar en lo sucesivo una definición, un tanto aleatoria, del hormigón fresco, diciendo que se encuentra en este estado durante el tiempo transcurrido desde que se amasa, hasta que tras la puesta en obra, fraguado y endurecido, llega a obtener las características propias de un hormigón idéntico al nuestro en cuanto a materiales y dosificación, pero que tiene una edad de 28 días y has sido curado a 20ºC.

En la mayor parte de los cementos corrientes el fraguado y endurecimiento prácticamente se para hacia los 2ºC, ahora bien, si se ha completado el proceso de fraguado y primer endurecimiento de tal forma que el hormigón resista la acción helada el proceso de endurecimiento volverá a ponerse en marcha desde el momento en que aumente la temperatura por encima de 0º C. Esto justifica que las heladas sean más perjudiciales cuanto más cerca se produzca de la puesta en obra del hormigón.

Con altas temperaturas el fenómeno es a la inversa, acelerándose el proceso de fraguado y endurecimiento acompañado de una fuerte evaporación del agua que, en condiciones extremad de soleamiento y viento, pueden restar la necesaria para completar el proceso, además, de encontrarnos con un mayor peligro de fisuración por retracción, afectando a la durabilidad del hormigón.

 

Curado del hormigón.

El cemento es un conglomerado hidráulico y por lo tanto de fraguado y endurecimiento en presencia de agua y por el agua. Pero no es el único elemento catalizador de las reacciones químicas y fenómenos de hidratación del fraguado. La humedad relativa y la temperatura son también elementos catalizadores del proceso de fraguado y endurecimiento.

En realidad, la cantidad de agua necesaria para la hidratación del cemento es baja, bastando con relaciones A/C de 0,15 a 0,25, inferiores a las normales empleadas en el amasado del un hormigón; pero este exceso de agua, necesario para la trabajabilidad de la mezcla disminuye por:

a)     La necesidad de mojar los áridos.

b)     El efecto de una baja humedad relativa.

c)     Una temperatura ambiente superior a la masa del hormigón.

d)     Una superficie expuesta a una combinación de viento seco y temperatura calurosa.

e)     Combinación de las anteriores.

 

Hormigonado en tiempo caluroso.

Se refiere al hormigonado frente a una combinación de alta temperatura y baja humedad relativa, que puede ser aún más desfavorable si se une a la acción del viento. Concretamente el hormigonado no debe realizarse por encima de los 35º o 40º de temperatura ambiente.

Efectos del tiempo caluroso:

  • Incrementos en la dosificación de agua para la misma consistencia.
  • Variaciones rápidas de la misma por la acelerada evaporación del agua de amasado.
  • Fraguado acelerado.
  • Por lo anterior, dificultades para la puesta en obra, acabado y curado.
  • Incrementos de la retracción en las primeras edades.
  • Mayores cambios dimensionales durante el enfriamiento del hormigón endurecido.
  • Dificultades en el control de aire ocluido.
  • Mayor tendencia a la fisuración y afogarado.
  • Disminución de la resistencia por aparición de huecos capilares debido a la evaporización.
  • Aumento de la permeabilidad.
  • De todo lo anterior, disminución de la durabilidad.

Preparativos en tiempo caluroso.

Puesta en obra:

  • Utilizar durante el amasado agua fría o con trozos de hielo.
  • Puesta en obra rápida
  • Juntas de trabajo localizadas y preparadas.
  • Hormigoneras, tuberías, áridos y equipos fuera del efecto de las radiaciones solares.
  • Comenzar el hormigonado a media tarde.

Para el curado:

  • Tejadillos móviles.
  • Hojas de plástico.
  • Esteras de paja permanentemente húmedas.
  • Capas de arena permanentemente húmedas.
  • Inmersión en agua, típico de la prefabricación junto con el curado al vapor.
  • Películas de curado a base de resinas.
  • Utilizar preferentemente el encofrado de madera sobre el metálico y regarlos sin permitir su secado.
  • Regado continuo de la superficie del hormigón.

 Curado por aportación de humedad mediante riego del hormigón.

En climas secos y calurosos podemos establecer las siguientes hipótesis entre la temperatura ambiente y la del hormigón, comprobándolas para una mayor seguridad mediante lecturas diarias.

Al reinicio de las obas por la mañana la temperatura del hormigón  es inferior a la del aire, pese al enfriamiento de éste durante las horas nocturnas. Si se dan estas condiciones y al hormigón lo mantenemos en un ambiente saturado de humedad por riego de su superficie, el agua rellenará muy bien sus poros y capilares, actuando profundamente en su masa.

Durante las horas de mayor soleamiento podemos suponer dos casos:

a)     La temperatura del aire es superior a la del hormigón

b)     La temperatura del aire es inferior a la del hormigón.

La diferencia entre ambos supuestos estriba en la mayor penetración de la humedad en la masa del hormigón para el caso a), sin embargo, el factor predominante en ambos, es la poca duración de este por la rápida evaporación debida a la alta temperatura ambiente y del conglomerante.

Al atardecer el descenso de la temperatura ambiente, es más rápido que el enfriamiento del hormigón, por lo que éste, suele estar más caliente. En un ambiente saturado de humedad del hormigón absorberá peor el agua, pero su efecto le durará más tiempo.

 

Fuente: Universidad de Extremadura

HORMIGÓN A PARTIR DE CENIZAS DE OLIVOS

Investigadores de la Universidad de Granada han conseguido fabricar un hormigón autocompactante a partir de cenizas procedentes de la combustión de pellets fabricados con restos de poda del olivar. Este tipo de hormigón, por su plasticidad y cohesión, no requiere compactación alguna durante su uso en la construcción, y presenta enormes ventajas respecto de los hormigones convencionales, que se traducen en un considerable ahorro de tiempo y económico.

En un artículo publicado en la revista Construction and Building Materials, los científicos muestran los resultados preliminares del uso de las cenizas volantes procedentes de la combustión, en calderas domésticas, de pellets elaborados con residuos procedentes de biomasa de olivo, como sustituto del fíller, en la fabricación de hormigón autocompactante. Este hormigón presenta una resistencia a compresión ligeramente superior a los del hormigón tradicional, y superiores al mínimo establecido por el Real Decreto 1247/2008, de 18 de julio, por el que se aprueba la “Instrucción de hormigón estructural”.

Tradicionalmente, para conseguir un hormigón autocompactante se requiere el empleo, junto a los tradicionales áridos, agua y cemento, de un material granular inerte de fina granulometría, llamado filler y de un aditivo superplastificante que mejore la fluidez del hormigón en estado fresco.

investigcenizas

Como explica la autora principal de este trabajo, la profesora Montserrat Zamorano Toro, del departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Granada, desde la aprobación de las políticas europeas y españolas para el fomento del uso de energías renovables, ha tenido lugar un creciente uso de la energía de la biomasa en diferentes ámbitos, con importantes ventajas medioambientales.

El problema de las cenizas

“Sin embargo su combustión implica, en contrapartida, la producción de subproductos de la combustión de biomasa, las cenizas, que deben ser gestionadas atendiendo a los principios básicos de la gestión de residuos establecidos por la legislación europea (Directiva 98/2008/CE) y española (Ley 22/2011, de 28 de julio, de residuos y suelos contaminados)”. En la actualidad, estas cenizas se eliminan en vertederos o se utilizan en la agricultura. Con todo, el incremento en su producción hace necesario buscar otras alternativas, entre las que se encuentran su aplicación en el sector de la construcción.

El uso de cenizas volantes en el sector de la construcción, obtenidas como residuo de la combustión de carbón en las centrales térmoeléctricas, está suficientemente demostrado e incluso normalizado. No ocurre lo mismo con el de las cenizas de la biomasa del olivo, objeto de este estudio, cuyas características químicas y físicas mostraron unos resultados muy diferentes a los contrastados en las cenizas tradicionales (fundamentalmente, debido a su inactividad durante los procesos de fraguado del cemento y a que son más finas).

Zamorano Toro advierte que, a la luz de los resultados de este trabajo, “la utilización de cenizas volantes de biomasa como fíller en hormigón autocompactante es factible”, si bien es necesario realizar un estudio a mayor escala y con un alcance más amplio para garantizar la fabricación de hormigón de alta calidad.

El artículo completo puede consultarse “on line” en el siguiente enlace: http://sl.ugr.es/03Hx

Fuente: http://secretariageneral.ugr.es/pages/tablon/*/noticias-canal-ugr/fabrican-un-hormigon-mas-efectivo-y-barato-a-partir-de-cenizas-procedentes-de-la-combustion-de-biomasa-de-olivo#.UXf8opUTaGg

 

ADITIVOS PARA EL HORMIGÓN

¿Qué son los aditivos del hormigón?

«Aditivos de hormigón  son aquellas sustancias o productos que, incorporados al hormigón antes del amasado (o durante el mismo o en el transcurso de un amasado suplementario) en una proporción no superior al 5% del peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o endurecido, de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su comportamiento».

El empleo de los aditivos permite controlar algunas propiedades del hormigón, tales como las siguientes:

  • Trabajabilidad y exudación en estado fresco.
  • Tiempo de fraguado y resistencia inicial de la pasta de cemento.
  • Resistencia, impermeabilidad y durabilidad en estado endurecido.

Clasificación de los aditivos del hormigón.

La norma ASTM C 494 “Chemical Admixtures for Concrete”, distingue siete tipos:

TIPO A : Reductor de Agua

TIPO B : Retardador de Fraguado

TIPO C : Acelerador de Fraguado

TIPO D : Reductor de agua y Retardador.

TIPO E : Reductor de Agua y Acelerador.

TIPO F : Reductor de Agua de Alto Efecto.

TIPO G : Reductor de Agua de Alto Efecto y Retardador

Tipos principales de aditivos.

Los aditivos plastificantes son los más utilizados, y permiten que la trabajabilidad del hormigón fresco mejore considerablemente, por lo que se los suele utilizar en hormigones que van a ser bombeados y en hormigones que van a ser empleados en zonas de alta concentración de armadura de hierro.

Estos mismos aditivos pueden conseguir que, manteniendo la trabajabilidad de un hormigón normal, se reduzca la cantidad de agua de amasado mejorando con ello la resistencia del hormigón.

Existen aditivos superplastificantes  (también se los conoce en el mercado como reductores de agua de alto rango) que pueden convertir a un hormigón normal en un hormigón fluido, que no requiere de vibración para llenar todos los espacios de las formaletas, inclusive en sitios de difícil acceso para el hormigón. Así mismo, si se mantiene una trabajabilidad normal, estos aditivos permiten la reducción de la relación agua/cemento hasta valores cercanos a 0.30, consiguiéndose hormigones de mediana resistencia (entre 350 Kg/cm2 y 420 Kg/cm2) y hormigones de alta resistencia (mayores a 420 Kg/cm2).

aditivo1

Los aditivos acelerantes permiten que el endurecimiento y fraguado de los hormigones se produzca más rápidamente en la fase inicial. Usualmente se los emplea cuando se desea desencofrar en menor tiempo las formaletas. Un efecto similar puede obtenerse utilizando cementos de fraguado rápido o mediante un proceso de curado con vapor de agua circulante.

Existen aditivos de fraguado extra rápido que se emplean en casos en que se requiera un endurecimiento y fraguado del hormigón en pocos minutos, como en la fundición de elementos dentro de cauces de ríos, en el mar o en túneles.

Los aditivos retardantes retrasan el endurecimiento inicial del hormigón, manteniendo por más tiempo su consistencia plástica. Se los suele utilizar en climas cálidos para evitar el fraguado anticipado por evaporación del agua de amasado, y en obras masivas de hormigón en que se quiere controlar la cantidad de calor emitida por el proceso de fraguado.

La aceleración o desaceleración del proceso de fraguado mediante aditivos o mediante cementos apropiados, a más de afectar la velocidad de obtención de resistencia del hormigón a corto plazo, tiene efecto sobre la resistencia del hormigón a largo plazo.

La aceleración inicial del proceso conduce a resistencias menores a largo plazo, pues el agua de curado tiene menor nivel de penetración por el endurecimiento del hormigón.

La desaceleración inicial del proceso determina resistencias mayores a largo plazo, pues el curado se vuelve más eficiente.

aditivo2

Hay aditivos introductores de aire que producen burbujas de aire dentro del hormigón, los que se utilizan en estructuras que están sometidas a procesos de congelamiento y descongelamiento periódico. Los introductores de aire tienen como efecto colateral la disminución de la resistencia del hormigón aproximadamente en un 5% por cada 1% de burbujas de aire introducidas.

Existen sustancias especiales, como la ceniza volcánica pulverizada (fly ash) o la cáscara de arroz quemada y pulverizada, que por su composición química apropiada y por su granulometría aún más pequeña que la del cemento, mejoran la resistencia del hormigón a largo plazo.

Los colorantes son pigmentos que se le añaden al cemento para modificar el color y está formado por óxidos metálicos.

Los anticongelantes son empleados en hormigones a muy bajas temperaturas, llegando hasta los -14ºC.

El uso de aditivos requiere de mezclas de prueba en laboratorio o en obra, antes de ser utilizados en las estructuras, porque ocasionalmente pueden provocar reacciones indeseables con ciertos tipos de cemento y con otros aditivos.