CONCRETOS EN CLIMAS FRIOS

Los ingenieros civiles a demás de tener consideraciones especiales de diseño, por ser un país ubicado en al Cinturón de Fuego del Pacífico y en la que tenemos una actividad sísmica es continua. A demás por la tesis formulada por el geógrafo peruano Dr. Javier Pulgar Vidal, sabemos que en el Perú tenemos ocho regiones, dentro de las que destacamos: Costa o Chala (0 @ 500 msnm); Yunga (500 @ 2300); Quechua (2300 @ 3500 msnm); Sumi (3500 @ 4000 msnm); Puna ( 4000 @ 4800) y Janca o Cordillera (4800 @ 6768 msnm) que es la altura del nevado Huascarán, a demás de los climas de selva que son: Omagua ( 80 @ 400 msnm) y Rupa Rupa (400 @ 1000 msnm). Estas diferencias de alturas sobre el nivel del mar, implica que las temperaturas varíen, que dan origen a los gradientes térmicos, entiéndase como gradiente térmico a la variación entre la menor y mayor temperatura registrada, por ejemplo si tenemos una temperatura máxima de 24 °C y una temperatura de 10  °C , entonces el gradiente térmico es de 14 °C. Este gradiente térmico para una misma región puede variar dependiendo de la estación en la que estemos, es decir para el verano, otoño, invierno y primavera.  

En consecuencia tendremos que diseñar obras que tengan diferentes consideraciones de diseño, NO EXISTE una receta para solucionar los problemas y las necesidades en infraestructura, es decir, que cada proyecto dependiendo de su localización, al margen del diseño y los cálculos estructurales se tendrá analizar sobre el correcto procedimiento constructivo por que tendremos dos interrogantes:

¿Porque el concreto no desarrolla resistencia en tiempos de heladas? Este es uno de los problemas algidos en la región Quechua, y con mayor agudesa en las estaciones de invierno (Mayo, Junio, Julio y Agosto), y la explicación que tenemos es que el concreto no desarrolla resistencia debido a que la velocidad de hidratación es lenta, se prolonga el tiempo de fraguado y en algunos casos hasta llega ha detenerse, las bajas temperaturas oscilan desde –8 ºC hasta 20 ºC en un periodo de 24 horas, y en las obras civiles trae consigo consecuencias a contracciones y extensiones en el concreto generando grietas, y si a esto le sumamos que se diseñan concretos de bajas resistencias (f´c= 175kg/cm2), el resultado a corto plazo es evidente: concretos deteriorados y fragmentados ya que estas causas no permiten que el concreto tenga una buena durabilidad.

¿Los encargados que tienen a responsabilidad la ejecución de obras en los meses citados toman conciencia de este problema?

El desconocimiento de este efecto, y que muchos profesionales pasan por alto, pone en riesgo las obras que se ejecutan en zonas a más 3000 msnm,  más aun muchas veces incurrimos en el error creando dar solución cuando “añadimos mas cemento a la mezcla” (solución errónea); esta desmerece los principios de tecnología del concreto.

Y es que la durabilidad del concreto, no es un concepto absoluto que dependa única y exclusivamente de un buen diseño de mezcla, sino que está en función del ambiente y de las condiciones de trabajo a las cuales lo sometamos.

En este sentido no existe un concreto "durable" por si mismo, ya que las características particulares a las que estará sometido harán que este pueda dejar de ser durable.

En el libro Tópicos de Tecnología del Concreto del Ing. Enrique Pasquel Carbajal hace mención a los factores que afectan la durabilidad del  concreto y entre las que se clasifica en cinco grupos: I) Congelamiento y descongelamiento (tema que estamos tratando); II) Ambiente Químicamente agresivo;  III) Abración; IV) Corroción de metales en el concreto y V) Reacciones químicas de los agregados. A demás nos hace una explicación sobre el fenómeno que se produce por efecto de las bajas temperaturas tiene que ver con los componentes del concreto como son el cemento, agregados y el agua, indica:

El efecto sobre la pasta de cemento de nuestro concreto,  existen dos teorías:

Primera Teoría "Presión Hidráulica": que considera, que dependiendo del grado de saturación de los poros capilares y poros de gel, de la velocidad de congelamiento y la permeabilidad de la pasta, al congelarse el agua en los poros , esta aumenta de volumen y ejerce presión sobre el agua  aun en estado líquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente y estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la pasta, se produce el fisuramiento, y posteriormente el y en la presencia de humedad constante agrietamiento.

Segunda Teoría " Presión Osmótica": es igual que la anterior, pero esta supone que al congelarse el agua en los poros cambia la alcalinidad del agua aún en su estado líquido, por lo que tiende a dirigirse a las zonas congeladas de alcalinidad menor para entrar en solución, lo que genera una presión osmótica del agua líquida sobre el agua sólida ocasionando presiones internas en la estructura resistente de la pasta con consecuencias similares a la primera teoría.

El efecto en los agregados:
"Existe evidencia de que por los tamaños mayores de los poros capilares se producen generalmente presiones hidráulicas y no osmóticas con esfuerzos similares a los que se presentan en la pasta de cemento, existiendo indicios de que el tamaño máximo tiene una influencia importante , estimándose que para cada tipo de material existe un tamaño máximo por debajo del cual se puede producir el congelamiento confinado dentro del concreto sin daño interno en los agregados. Por otro lado, cuando menor sea la capacidad del agregado para absorber agua, menor será el efecto del congelamiento interno de la misma."


La resistencia del concreto dependerá mucho del cuidado que se tenga durante su etapa de curado, si además de esta solución económica, pensamos en el uso de aditivos incorporadores de aire de ser el caso estaremos evitando que el concreto sufra la presión hidráulica que sufre durante su etapa inicial de vida, y los incorporadores de aire se basan en introducir en la mezcla una estructura adicional de vacíos No intercomunicados, que permitirán absorber los desplazamientos generados por el congelamiento eliminando las tensiones. Este fenómeno no sólo se presenta  en el concreto recién vaciado, sino en aquellos elementos sometidos a humedad continua durante su vida útil, y la fatiga que se produce por el transcurrir del tiempo, también generarán daño a los elementos.

Durante la época de invierno y/o frío, la temperatura del concreto al momento de su colocación no debe ser menor que los valores dados en la Tabla Nº 01, en adición para prevenir temperaturas muy frías a edades tempranas del concreto, la temperatura del concreto debe ser mantenida cercana a las recomendadas para la temperatura de colocación durante le período de protección indicada en las tablas.

Tabla Nº 1: Fuente ACI Comité 306

Línea	Temperatura del Aire	Dimensiones de la sección, dimensión mínima (mm.)
		300	300-900	900-1800	1800
Temperatura mínima del concreto colocado y para mantenimiento
1	-	13ºC	10ºC	7ºC	5ºC
Temperatura mínima del concreto para la mezcla de acuerdo a la temperatura del aire
2	-1ºC	16ºC	13ºC	10ºC	7ºC
3	-18ºC  a -1ºC	18ºC	16ºC	13ºC	10ºC
4	-18ºC	21ºC	18ºC	16ºC	13ºC
Máxima temperatura permitida en las primeras 24 hrs. al final del período de protección
5	-	28ºC	22ºC	17ºC	11ºC

De lo que podemos interpretar que la temperatura del concreto en el momento de la colocación debe encontrarse siempre cerca de la mínima temperatura indicada en la tabla Nº 01, sin embargo las mínimas temperaturas de colocación no deben superar el valor mínimo de 10ºC. Cuando el concreto es colocado a bajas temperaturas de 5ºC a 13ºC debe ser protegido mediante un mayor tiempo de curado de esta forma se conseguirá un desarrollo más elevado de la resistencia última y buena durabilidad y por consiguiente obtener similares características de fisuramiento que para el concreto en climas más calurosos.

Finalmente, el cuidado y las consideraciones que debemos tener son importantes, a continuación lle doy algunos consejos que deben tomar antes y después del vaciado:

1. Deberemos escoger las horas mas apropiadas y donde la temperatura ambiente sea la más caliente.
2. Dosificar la mezcla con agregados de buena calidad, poco permeables.
3. La relación de a/c no supere el 0,45 el exceso de agua en la mezcla traerá como consecuencia que se produsca el fenómeno de congelamiento.
4. Calentar agua de ser necesario, de tal manera que nuestra concreto en su estado plástico alcance un mínimo de 13ºC
5. Dependiendo del espesor de los elementos vaciados estos deberán permanecer mayor tiempo  encofrados, es decir no debemos desencofrar al día siguiente si es posible que las formas permanezcan 72 horas, en especial en columnas.
6. El curado debe ser controlado, evitando la perdida rápida de humedad podemos emplear plásticos de color negro que durante las horas de sol absorberán calor, para conservarlo en horas de la noche.
7. Durante la noche en el caso de losas, estas deben ser cubiertas con mantas,tierra, arena de tal manera que la superficie no esté expuesta a la temperatura ambiente.
8. Si empleamos acelerantes de fragua, debemos controlar el calor de hidratación del concreto, ya que los efectos por el exceso de calor son los mismos, es decir generan fisuramiento.