20 Oct FUNDAMENTOS DEL ACI 305 PAR EL CONCRETO EN CLIMA CÁLIDO
El pasado 27 y 28 de agosto de 2020, se llevó a cabo de manera virtual el Seminario “Concreto en Clima Cálido”, en el cual se contó con la colaboración de 4 expertos en el tema. En esta ocasión les hablare de la participación del Ing. Oscar Antommattei, Director del Comité Técnico ACI 305 (Colocación del Concreto en Clima Cálido), con el tema “Fundamentos del ACI 305 para el Concreto en Clima Cálido”.
El Ing. Oscar Antommattei primeramente explica que el funcionamiento delComité Técnico ACI 305, está conformado por dos documentos:
-el ACI 305R, Guía para la colocación del concreto en clima cálido, es un documento que se puede utilizar directamente en los proyectos de construcción, como parte de las especificaciones, destinada a orientar la planificación, el diseño, la ejecución y la inspección final de la construcción; el otro documento es
-el ACI 305.1, Especificación para colocación del concreto en clima cálido, es una especificación de referencia que el ingeniero o arquitecto puede hacer, aplicable a cualquier proyecto de construcción, citándola en las especificaciones del proyecto.
Abre el tema con una pregunta muy frecuente en el comité técnico ¿Qué es un Clima Cálido? Un clima cálido esuna o la combinación de condiciones que tienden a perjudicar la calidad del concreto recién mezclado o endurecido, al acelerar la tasa de evaporación y la tasa de hidratación del cemento, o causar resultados perjudiciales. Dicho de otra manera: alta temperatura ambiente; alta temperatura del concreto; baja humedad relativa y alta velocidad del viento, los que nos traduce a la siguiente fórmula:
También lo que se tiene que comprender, es que sin protección del concreto y con alta tasa de evaporación, el concreto se puede ver afectado de diferentes formas, pero principalmente con una alta probabilidad de agrietamiento plástico, por lo tanto, el agrietamiento plástico se tiene que entender para prevenir.
Por lo que, para entender el agrietamiento plástico, empecemos a entender cómo se calcula la tasa de evaporación, uno de los métodos es utilizando el “Nomograma Menzel” como lo dice el ACI 305R (Guía). Ver figura 1.
El nomograma se ha realizado de forma empírica, con trabajo de laboratorio y con trabajo de campo, utilizando diferentes modelos de evaporación, pero también se ha utilizado de forma práctica y correlacionado de forma numérica. Otra forma de calcular la tasa de evaporación es utilizando la forma numérica, con la ECUACIÓN UNO, referenciada en el ACI 305R (Guía).
Fig. 2. Ecuación UNO, ecuación para la presión de saturación de vapor. (Ref. ACI 305R)
PROBLEMAS Y EFECTOS
El Ing. Oscar Antommattei explica que en la práctica existen algunos problemas y sus efectos, entre los que menciona: El Agrietamiento Plástico, Desgarre Superficial, Desarrollo de la Resistencia y Demanda de Agua.
El Agrietamiento Plástico es uno de los problemas más grandes, donde se consume el mayor tiempo cuando se habla de prevención de daño en la colocación en clima cálido. En la Figura 3 el agrietamiento va en la dirección del viento, si se observa detalladamente las grietas en la figura, se puede percatar que la grieta es más ancha de la parte de arriba y se reduce hacia abajo, eso nos indica que es una condición de superficie, por lo tanto, el agrietamiento plástico que se está generando es, porque se está teniendo una mayor razón de evaporación de lo que el concreto puede generar agua de sangrado, como se tiene mayor evaporación que mayor sangrado se convierte en un esfuerzo, ese esfuerzo termina reflejándose en la superficie en un agrietamiento plástico.
Otro problema al que nos enfrentamos en la colocación del concreto que tiene esa evaporación que está ocurriendo rápidamente en la superficie, es el desgarre superficial, la falta de humedad en la superficie, produciendo un efecto de secado en dicha superficie, por lo tanto, es más difícil trabajarla y terminarla. Ver Figura 4.
Figura 4. Desgarre superficial
El Desarrollo de la Resistencia cuando tenemos alta temperatura a temprana edad se refleja un buen desarrollo de la resistencia ¿por qué? Porque el concreto tiene una hidratación que es dependiente de la temperatura, opuesta a esta condición, que a baja temperatura el concreto tendrá un desarrollo de la resistencia más lento. ¿Pero qué sucede a largo plazo? Cuando tienes un concreto que adquiere resistencia debido a temperatura alta muy rápido, habrá una disminución relativa en la resistencia a largo plazo, ósea, un concreto que se cura a baja temperatura a temprana edad, este tendrá menos resistencia que uno con alta temperatura, pero a largo plazo, un concreto tendrá mejor resistencia cuando se cura a baja temperatura que a alta temperatura, ese es un efecto que es necesario comprender, porque se puede afectar el comportamiento de la resistencia que se espera en obra o en un cilindro de referencia, por lo tanto, los efectos puede ser adverso y no beneficiar el desarrollo de la resistencia a largo plazo. Ver figura 5.
Figura 5. Efectos de la temperatura de curado sobre la resistencia a la compresión del concreto (Ref. ACI 305R)
¿Qué pasa con la Demanda de Agua (asentamiento)?, se debe pensar en cómo se va comportar el concreto, como hacerlo trabajable, como se debe de determinar la demanda de agua y aditivos para tener un cierto valor de asentamiento que serán necesario para la colocación del concreto. A alta temperatura más demanda de agua, si no se realizan los ajustes necesarios con aditivos, el problema se refleja en perdida de asentamiento por alta temperatura. Ver figura 6
Figura 6. Efectos de la temperatura del concreto en el revenimiento y en el agua requerida para cambiar el revenimiento (datos promedios para cementos Tipo I y Tipo II). Ref. ACI 305R
Si tenemos perdida de asentamiento y alta temperatura, en los primeros 30-40 minutos se deben de realizar los ajustes adecuados, de lo contrario, será un concreto que no se va a poder colocar, que no se va a poder bombear, no se va a poder terminar con la superficie correctamente, y con un sin número de problemas, ¿Qué va hacer el trabajador que está colocando? Le va a poner agua, va a abusar del concreto. Entonces tenemos que proveer de un concreto con un buen comportamiento para la temperatura que está en el ambiente, y de esa forma evitamos que se abuse del concreto en la obra.
PRODUCCIÓN Y ENTREGA
El Ing. Oscar Antommattei comentó que el enfriamiento del concreto es uno de los aspectos más importantes en la colocación del concreto en clima cálido. Existen algunos métodos que nos ayudan a bajar la temperatura del concreto tales como: añadir hielo, agua fría, nitrógeno líquido, control de hidratación (aditivos) y control de temperatura en los agregados. Este último es fácil y sencillo, con tener el almacenaje del agregado cubierto (ver figura 7), esto ayuda a bajar la temperatura del agregado y por consiguiente la temperatura del concreto, a razón de que el agregado representa del 60 al 70% de la muestra total del concreto.
Figura 7. Protección de agregados para el Concreto
También se puede utilizar el método de lavado de agregados, el problema es el manejo de mucha agua, pero es una alternativa cuando no se tiene otra opción; otro método es el enfriamiento del agregado con nitrógeno líquido, el enfriamiento del agregado se realiza cuando se transfiere dentro de la planta de concreto, cuando se está transfiriendo el agregado a la mezcla, el nitrógeno enfría inmediatamente al agregado cuando pasa por la banda transportadora, dicho agregado va con temperatura baja y crea un proceso residual, por lo que, el agregado con baja temperatura saca el calor de la mezcla, es por eso que impacta al enfriamiento del concreto.
Figura 8. Enfriamiento de agregados con nitrógeno líquido.
Para enfriamiento del concreto como tal, se tiene dos opciones agregarle hielo o nitrógeno líquido directamente al camión mezclador, el uso del nitrógeno tiene mayor flexibilidad que el uso del hielo, el hielo es agua y no se puede hacer muchos ajustes, en el caso del nitrógeno lo que genera es un intercambio térmico.
Por otro lado, el método de control de hidratación (aditivos) ayuda en la colocación del concreto en clima cálido, el aditivo se ajusta según la duración deseada y la temperatura del concreto. Ver tabla de figura 9.
Figura. 9. Control de hidratación, BASF / MBCC para el aditivo DELVO
COLOCACIÓN, PROTECCIÓN Y CURADO.
El Ing. Oscar Antommattei explicó, con la gráfica de la figura 10, los efectos del sangrado en la colocación y la tasa de evaporación en la protección y curado.
Figura. 10 (Ref. ACI 308R)
La grafica básicamente tiene tres mezclas A, B y C, la mezcla A tiene mayor capacidad de sangrado que la mezcla C, por lo tanto, la mezcla que tiene menos sangrado es la mezcla C, entonces si se enfoca en la tasa de evaporación 1, e intersectas la mezcla C, la gráfica le está diciendo que tiene que empezar a terminar y proteger de inmediato, porque tiene menos sangrado y la respuesta a esa evaporación no es la misma que la mezcla A, con la mezcla A con esa misma evaporación puede esperar un poco más en lo que la mezcla puede crear algún problema, porque tiene mayor sangrado y a la misma vez se está evaporando. Entonces, es importante saber que mezclas con bajo sangrado tienen mayor problema en clima cálido, que mezclas que tienen un alto sangrado, por lo tanto, cuando se habla de mezclas de alto sangrado, se tienen que pensar en la relación agua cemento (a/c), en relación a/c baja el sangrado es bajo. Ver figura 10.
Existe algunos métodos de protección, tales como Aspersión de agua (Niebla): básicamente lo que hace es la aspersión de agua por encima del concreto y al ponerlo en el ambiente, la humedad relativa del aire sube y al tener mayor humedad entonces la tasa de evaporación baja, por lo tanto, el sangrado empieza a balancearse con la razón de evaporación que está ocurriendo, y eso ayuda a retardar el curado antes de que tenga un daño en el concreto. Barreras de viento: Son una opción y en el ACI 305 las describe como una alternativa, pero una alternativa con mucha limitación, es fácil utilizarlas en construcciones verticales. Las cubiertas: hay cubiertas móviles, pero en clima cálido casi nunca se usan, pero es una buena opción, se pueden instalar rápido y mantienen un ambiente seguro.
Existen diferentes métodos para el curado:
- Curado con agua
- Curado con retención de humedad
- Curado con compuesto químico
El curado tiene que proveer de control de humedad, temperatura y tiempo, si se elimina una de estas, se traduce en problemas, si elimina el curado las propiedades del concreto no se van a generar de manera satisfactoria.
Resumen
Estar preparado, planificar, comunicar e implementar de forma adecuada el trabajo, es muy importante tener un plan secundario cuando se trabaja en obra, en muchas ocasiones se sigue el plan principal, pero en la mayoría de las veces se trabaja con planes secundarios.
Uno de los fundamentos del ACI 305 es el control de la temperatura, por lo que necesitamos reducir la temperatura del concreto, si se realiza la reducción se tendrá un concreto con mejor trabajabilidad, la resistencia a largo plazo (28 días) será mejor, la demanda de agua bajará, el riesgo de agrietamiento va a bajar y las propiedades del concreto van a mejorar.
Una vez colocado el concreto es necesario proteger el concreto, seleccionar el método adecuado de protección, según las condiciones del proyecto.
Curado del concreto. Lo más importante es el curado y protección del concreto, asegurándose de que el concreto se cure adecuadamente en el periodo que se necesite, para que el concreto se desarrolle y no tenga problemas, especialmente a temprana edad.
Referencia:
Comité ACI 305.1, “Especificación para Colocación del Concreto en Clima Cálido”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2014, 7 págs.
Comité ACI 305R, “Guía para Colocación del Concreto en Clima Cálido”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2010, 23 págs.
Comité ACI 308R, “Guía para Curado del Concreto”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 30 págs.
Comité CCS-0, “Fundamentos del Concreto”, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 2016, 135 págs.
- ALEJANDRA VALENCIA
- Ingeniero Civil por la Universidad de Sonora, generación (2005-2009).
- Maestría en Dirección de Organizaciones del Conocimiento por el ISEI-Instituto Sistema Empresa Inteligente (2012-2014)
- Examinador autorizado por ACI Internacional en el programa de certificación de Técnico en Pruebas de Campo al concreto-Grado I.
- Miembro del Comité Técnico de certificación Técnico en Pruebas de Campo al Concreto-Grado I
- Socio Fundador de ACI México Capitulo Noroeste, A.C.
- Actualmente Director Administrativo de ACI México Capitulo Noroeste, A.C.
- Miembro de la XIV Mesa Directiva XIV (2018-2020) de la Asociación Mexicana de Vías Terrestres (AMIVTAC) Delegación Sonora.
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