Hormigonado en tiempo caluroso

Figura 1. https://www.carboncure.com/es/esquina-del-concreto/las-mejores-practicas-para-trabajar-con-el-concreto-en-climas-calidos/

Las altas temperaturas del hormigón y del ambiente, la exposición solar, el viento fuerte y la baja humedad del aire son factores que, individualmente o combinados, provocan una rápida evaporación. Este fenómeno aumenta considerablemente la probabilidad de que la superficie del hormigón se agriete por retracción plástica. En climas más húmedos, esta posibilidad se reduce y la alta temperatura del hormigón se vuelve menos crítica para la formación de este tipo de fisuras.

El éxito del hormigonado en climas cálidos radica en la planificación meticulosa tanto de los procesos internos en la planta como de los procedimientos externos en el sitio de trabajo. Con suficiente antelación, se deben planificar todas las operaciones para mitigar los efectos adversos del calor y evitar la improvisación. Es crucial que el personal de obra sea consciente de los daños que el calor puede causar al hormigón. Es recomendable contar con datos climáticos registrados, como temperaturas, insolación, vientos y evaporación, para estimar las condiciones a las que estará expuesto el hormigón y adoptar las medidas oportunas tanto para el hormigón fresco como para el sistema de colocación en obra. Dado que el hormigón se endurece más rápidamente en condiciones calurosas, las operaciones que deben realizarse con el hormigón aún fresco o poco endurecido, como el corte y preparación de juntas o la aplicación de retardadores superficiales, son más críticas. Por lo tanto, estas operaciones deben estar cuidadosamente previstas y planificadas.

En condiciones calurosas, es fundamental asegurarse de que el hormigón no se coloque en los encofrados a un ritmo superior al que permite su correcta compactación y acabado final. Durante el vertido en forjados y elementos superficiales, es necesario trabajar en frentes reducidos. Los encofrados metálicos y las armaduras expuestas a la radiación solar pueden alcanzar temperaturas elevadas, provocando un rápido endurecimiento del hormigón antes de su correcta compactación. Por esta razón, antes del vertido, se deben humedecer sin permitir que el agua se condense sobre las armaduras o se encharque el fondo del encofrado. En caso de hormigonar directamente sobre el terreno, es crucial que la explanación esté húmeda, pero sin formar láminas de agua o charcos. Es recomendable utilizar pulverizadores que generen una fina nube de agua para enfriar el aire circundante, los encofrados y las armaduras, y así evitar la rápida evaporación en la superficie del hormigón. Sin embargo, debe evitarse una pulverización excesiva que pueda lavar la superficie del hormigón fresco.

Sin la pulverización adecuada antes y después de las operaciones de acabado, especialmente cuando la humedad es baja, el agua de la superficie puede evaporarse más rápido que la difusión del agua desde el interior del hormigón hacia la superficie que se está secando. Esto genera tensiones crecientes en la superficie que frecuentemente resultan en fisuras por retracción plástica. Cuando estas fisuras aparecen antes de que el fraguado esté completo, pueden cerrarse mediante el uso de una llana para alisar la superficie a ambos lados de la fisura.

Para evitar que el hormigón eleve su temperatura antes de colocarlo en el encofrado, es fundamental protegerlo del sol. Las unidades de transporte, como cintas, bombas y tuberías de bombeo, deben mantenerse a la sombra y pintadas de blanco. Las tuberías pueden enfriarse cubriéndolas con arpilleras húmedas y regándolas con mangueras u otros medios auxiliares.

Se pueden emplear agua fría e incluso hielo picado en el amasado del hormigón como medidas adicionales. El uso de agua fría es muy eficaz, ya que su calor específico es cinco veces mayor que el del cemento y los áridos, y su temperatura es más fácil de controlar. Sin embargo, debido a su baja proporción en la masa del hormigón, su influencia no es muy significativa. Por otro lado, el uso de hielo picado es mucho más ventajoso, ya que aprovecha el calor latente de fusión del hielo (334 kJ/kg). El hielo se utiliza para sustituir parte del agua en el amasado.

Para garantizar una colocación rápida del hormigón, es relevante contar con equipos de gran capacidad y en perfecto estado. Si se utiliza una grúa con cubas, estas deben tener una boca ancha y paredes muy inclinadas para facilitar una descarga rápida y completa del contenido. Es crucial establecer una comunicación efectiva entre el personal que carga las cubas y el que coloca el hormigón, para evitar que el hormigón permanezca en la cuba sin ser colocado. En caso de utilizar bombas, estas deben estar adecuadamente dimensionadas para bombear el hormigón de la clase especificada a lo largo de toda la línea con la velocidad requerida.

La compactación del hormigón también debe realizarse lo más rápidamente posible. Para lograrlo, es necesario contar con un número adecuado de equipos de compactación y suficiente personal. Además, se deben tener agujas vibradoras de reserva y generadores de emergencia para prevenir problemas por cortes eléctricos. Puede ser conveniente colocar el hormigón en capas más delgadas, de manera que la capa inferior todavía responda a la vibración cuando se coloque la siguiente capa.

Las operaciones de acabado deben comenzar tan pronto como el hormigón esté listo, sin ningún retraso. Las fisuras por retracción plástica son difíciles de reparar, pues extender pasta sobre ellas no funciona bien y tienden a reaparecer. Una posible solución es revibrar el hormigón antes de que alcance su fraguado final, aunque esta técnica no es recomendable en condiciones de calor porque puede dañar el hormigón si ya ha comenzado a endurecer. Otra opción es golpear la superficie con una llana a ambos lados de la fisura. Después, se debe volver a fratasar el área afectada para nivelar el acabado y protegerla de inmediato para evitar la evaporación.

En la Figura 2, cuyos datos han sido tomados de la norma ACI 305, se muestran las temperaturas del hormigón que pueden ser críticas para la fisuración plástica en función de diferentes niveles de humedad relativa del aire ambiente. No obstante, se remite al lector al nomograma de Menzel para una mejor aproximación a este efecto.

Figura 2. Temperaturas del hormigón potencialmente críticas para la retracción plástica, para diversas humedades relativas.

En la Figura 3 se muestran, resumidas, las precauciones que deberían adoptarse cuando se hormigona en tiempo caluroso.

Figura 3. Precauciones a tomar cuando se hormigona en tiempo caluroso. https://hormigonaldia.ich.cl/recomendaciones-tecnicas/hormigonado-en-tiempo-caluroso/

El Código Estructural, en su artículo 52.3.2 establece las condiciones de hormigonado en tiempo caluroso.

“Cuando el hormigonado se efectúe en tiempo caluroso, se adoptarán las medidas oportunas para evitar la evaporación del agua de amasado, en particular durante el transporte del hormigón y para reducir la temperatura de la masa. Estas medidas deberán acentuarse para hormigones de resistencias altas.

Para ello, los materiales constituyentes del hormigón y los encofrados o moldes destinados a recibirlo deberán estar protegidos del soleamiento.

Una vez efectuada la colocación del hormigón se protegerá este del sol y especialmente del viento, para evitar que se deseque.

Si la temperatura ambiente es superior a 40 °C o hay un viento excesivo, se suspenderá el hormigonado, salvo que, previa autorización expresa de la dirección facultativa, se adopten medidas especiales”.

Los comentarios a este artículo dicen lo siguiente:

“Del contenido de este artículo se desprende que debe entenderse por tiempo caluroso, aquel en que se produzca cualquier combinación de altas temperaturas, baja humedad relativa y alta velocidad del viento, que tiendan a empeorar la calidad del hormigón o que puedan conferir propiedades no deseadas.

Las propiedades del hormigón pueden verse influidas de manera desfavorable en tiempo caluroso. Las temperaturas elevadas del hormigón fresco aceleran el fraguado, aumentan la velocidad de hidratación y la exigencia de agua, y conducen a una resistencia final más baja. Además, se dificultan las condiciones de puesta en obra y aumenta la aparición de fisuras de retracción plástica.

En consecuencia, debe tratarse de asegurar que la temperatura del hormigón en el momento del vertido sea inferior a 35ºC en el caso de estructuras normales, y menor que 15ºC en el caso de grandes masas de hormigón.

Se recomienda tomar medidas especiales para evitar retracciones plásticas cuando exista peligro de evaporaciones superficiales superiores a 1 kg/m2/h, lo que puede producirse cuando concurren circunstancias meteorológicas indicadas en la tabla 52.3.2.”

Tabla 52.3.2 Condiciones atmosféricas para riesgo de retracción plástica

Temperatura atmosférica (ºC)

Velocidad del viento (km/h)

Humedad relativa

40 ºC

10

≤ 35 %

25

≤ 45 %

40

≤ 55 %

35 ºC

25

≤ 25 %

40

≤ 35 %

Os dejo algunos vídeos al respecto:

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Efectos del calor en el fraguado del hormigón fresco

Figura 1. Hormigonado en tiempo caluroso. https://hormigonaldia.ich.cl/recomendaciones-tecnicas/hormigonado-en-tiempo-caluroso/

Una temperatura elevada del hormigón fresco acelera la reacción química de fraguado y aumenta la velocidad de hidratación, lo que incrementa la demanda de agua para lograr una determinada consistencia. Aproximadamente, un aumento de 10 °C en la temperatura del hormigón requiere unos 7 litros de agua adicionales por metro cúbico para mantener la misma consistencia. Además, si se desea aumentar el asentamiento del cono de Abrams en 25 mm, se debería incrementar en un 2 % la cantidad de agua necesaria; sin embargo, a 40 °C, sería necesario un 3,5 % adicional de agua (ver Calavera et al., 2004). Esto reduce la fluidez del hormigón, que disminuye rápidamente con el tiempo, dificultando las condiciones de puesta en obra.

Otro efecto de las altas temperaturas es la rápida pérdida de consistencia del hormigón. A temperatura normal, el hormigón puede perder alrededor de 25 mm de asentamiento en media hora. Sin embargo, a temperaturas elevadas, esta pérdida aumenta significativamente debido a la evaporación y al mayor consumo de agua durante la rápida reacción química inicial del cemento.

Dado que no es posible aumentar la cantidad de agua en la mezcla sin comprometer la resistencia y durabilidad del hormigón, es necesario añadir plastificantes o cambiar a superfluidificantes para mantener las condiciones de trabajabilidad previstas, o reducir los tiempos de puesta en obra. En el caso de uso de hormigón premezclado, puede requerirse estos aditivos en obra con un nuevo mezclado, una operación cuyo control es complejo. Por otro lado, la eficacia del superfluidificante disminuye rápidamente con el aumento de la temperatura, aunque productos derivados de copolímeros vinílicos pueden mitigar este problema.

Los hormigones fabricados, colocados y curados a temperaturas más altas desarrollan su resistencia rápidamente. Se ha observado que el endurecimiento del hormigón a 35 °C es el doble de rápido que a 20 °C. Sin embargo, debido a un curado deficiente, estos hormigones suelen presentar menores resistencias a los 7 y 28 días. En efecto, a los 28 días, la resistencia puede disminuir entre un 15 % y un 20 % (ver Calavera et al., 2004). Esta pérdida de resistencia se explica por la formación de productos de hidratación más porosos, resultado de un proceso de hidratación acelerado e imperfecto.

Las altas temperaturas ambientales suelen acompañarse de bajas humedades relativas, lo que aumenta la evaporación del agua del hormigón fresco, reduciendo la cantidad disponible para la correcta hidratación del cemento. Asimismo, la rápida pérdida de agua del hormigón superficial, superior al aporte por difusión desde el resto del hormigón, provoca la formación de fisuras superficiales por retracción plástica. Estos efectos se agravan con la presencia de viento y la exposición al sol (ver nomograma de Menzel). El secado superficial comienza cuando la velocidad de evaporación supera la velocidad a la que el agua asciende a la superficie recién colocada por exudación. Además, si las condiciones de sequedad son suficientes, puede formarse una costra superficial seca que bloquea el agua de exudación, impidiendo que llegue a la superficie. Esta agua queda almacenada bajo la capa seca, lo que puede ocasionar una descamación posterior.

El rápido endurecimiento del hormigón incrementa la velocidad de generación de calor durante la hidratación del cemento, lo que provoca altas temperaturas y mayores diferencias térmicas debido a la lenta disipación del calor. La alta temperatura altera el proceso de hidratación, generando compuestos como la etringita, que perjudican la durabilidad del hormigón.

Las diferencias térmicas entre el núcleo y la periferia de las piezas generan tensiones de tracción que el hormigón en proceso de endurecimiento no puede soportar, provocando fisuras que reducen su durabilidad. En secciones delgadas, de menos de 150 mm, es crucial evitar la formación de fisuras de retracción plástica, ya que pueden afectar una parte significativa de la sección. En elementos masivos, el problema radica en el riesgo de fisuración térmica debido a las altas temperaturas que el hormigón puede alcanzar. Las fisuras pueden aparecer tanto durante la fase de aumento de temperatura (fisuras internas) como durante el enfriamiento (fisuras en la superficie). Para prevenir esto, la temperatura de colocación del hormigón no debe superar los 15 °C, siendo preferible que esté alrededor de 5 °C. Además, la diferencia de temperatura entre dos puntos de la sección no debe exceder los 20 °C, lo que requiere el uso de protección térmica durante el curado.

En elementos protegidos de grandes cambios de humedad, como las cimentaciones de estructuras interiores, la temperatura máxima durante el proceso de fraguado no debería superar los 80 °C. Si se trata de estructuras exteriores que no están protegidas de cambios de humedad, no debería exceder los 70 °C. Para elementos especialmente expuestos a ciclos de hielo-deshielo, la temperatura no debería sobrepasar los 65 °C, o incluso menos. Esta temperatura máxima generalmente se alcanza entre las 12 y 24 horas desde el amasado.

Para evitar los efectos perjudiciales del calor en el hormigón fresco, se pueden adoptar dos tipos de medidas: utilizar hormigón más frío y diseñar una mezcla adecuada en cuanto a componentes y dosificación. Pero este tipo de precauciones las estudiaremos en detalle en otro artículo.

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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