by Pete Haug, PE
, and Todd Rudolph, PE
en cualquier proceso en el que intervenga agua, cruzar la marca de congelación puede ser un factor decisivo. Ese es el caso del curado del hormigón, que debe ocurrir por encima de la congelación. El incumplimiento de esta regla resultará en un curado que lleva mucho más tiempo, y posiblemente concreto que falla prematuramente., Para aquellos en climas fríos, no siempre es posible programar la construcción para los meses más cálidos. El trabajo se puede realizar en condiciones de sub-congelación, pero no sin tomar un número significativo de pasos para mantener el concreto por encima de la congelación durante la mezcla y el curado.
el American Concrete Institute (Aci) continúa refinando sus consejos sobre vertidos en clima frío, y un seminario web reciente presentado por Erik Holck, ingeniero de diseño senior de Denver Water, abordó las razones por las que es importante proteger el concreto curado de la congelación y cómo proporcionar y verificar esa protección.,
por qué la congelación y el curado no se mezclan
a 25 a 27 grados Fahrenheit, la congelación del agua de poros en el curado del concreto detendrá la hidratación y el proceso de curado. La hidratación es la reacción química en la que los compuestos clave en el cemento forman enlaces químicos con las moléculas de agua y se convierten en hidratos o productos de hidratación. Por debajo de 27 grados, la formación de hielo dentro del concreto de curado puede dañar la integridad a largo plazo del concreto a través del agrietamiento.,
La definición ACI de clima frío-durante la cual se deben tomar medidas de protección – se ha simplificado para incluir cualquier caída real o prevista en la temperatura del aire por debajo de 40 grados Fahrenheit durante un período de protección de concreto de clima frío – el tiempo durante el cual se recomienda proteger el concreto de curado durante el clima frío. Ese período típicamente varía de 1 a 6 días, con el período más corto que se aplica al concreto que incluye productos químicos acelerados, no está bajo carga durante la construcción y no está expuesto al frío en servicio (después de la finalización del proyecto)., El período de curado más largo se requiere para el concreto sin acelerantes que está bajo carga durante la construcción y está expuesto al frío en servicio.
¿qué temperatura debe mantenerse?
en la planta por lotes, el concreto debe mantenerse a 45 a 70 grados, con el extremo superior de ese rango requerido para vertidos de concreto más delgados y Condiciones de aire exterior más frías. Temperaturas más bajas en ese rango son aceptables en la planta si la temperatura del aire es menos severa y si el vertido será más grueso., Al verter y durante el curado, el concreto debe mantenerse a 40 grados si tiene más de 72 pulgadas de espesor, 45 grados si tiene de 36 a 72 pulgadas de espesor, 50 grados si tiene de 12 a 36 pulgadas de espesor, o 55 grados si tiene menos de 12 pulgadas.
Aquí hay algunos consejos de temperatura más que deben guiar cualquier trabajo de concreto en clima frío:
- la superficie, los bordes y las esquinas del concreto vertido son los más susceptibles al frío y los más críticos para proteger.
- La Barra de refuerzo de no. 18 y más pequeña puede ser inferior a 32 grados tras la instalación., También puede encofrar y vigas en I de acero y otras incrustaciones de menos de 4 pulgadas cuadradas.
- Sin embargo, las superficies en contacto con el concreto fresco deben estar libres de hielo, nieve y heladas, y el concreto no debe colocarse en la subrasante congelada. Los tubos de calentamiento hidrónicos (agua o vapor) se pueden colocar directamente en la subrasante o encima de mantas aislantes colocadas en la subrasante para descongelar la subrasante antes del vertido.
¿cómo se protege el hormigón de las temperaturas severas?,
Estos son los mejores métodos de protección para aislar el hormigón de curado del aire ambiente frío:
- Debido a que el hormigón expulsa el calor durante las reacciones químicas del curado, las mantas aisladas y el encofrado aislado pueden ser suficientes para mantener las temperaturas de curado adecuadas. Deben estar aseguradas para que el viento no las sople. También es importante no desencadenar el estrés térmico a través del sobrecalentamiento resultante del exceso de aislamiento.,
- los recintos resistentes a la intemperie y calentados protegen el concreto dentro de los edificios, pero se puede necesitar una membrana de curado o agua adicional para evitar que la superficie se seque debido al uso de calentadores.
La temperatura de monitoreo es un desafío
una de las hazañas más difíciles del curado del concreto en clima frío es la necesidad de monitorear la temperatura del concreto durante el curado para verificar el cumplimiento de la temperatura mínima del concreto de 40 a 55 grados. Los sensores de madurez se pueden usar para medir la temperatura interna del concreto, y los termómetros infrarrojos se pueden usar para medir la temperatura superficial del concreto.
la resistencia en el lugar, no el número de días de curado, debe regir el período final de protección para el curado del concreto., El problema es que tanto los cilindros de laboratorio como los cilindros de campo vertidos al mismo tiempo que el vertido principal no son confiables para determinar la resistencia del vertido de concreto porque son difíciles de mantener a la misma temperatura que el vertido principal, y los cilindros también pueden ser mucho más delgados que el vertido, lo que hace que se curen a un ritmo más rápido. Los datos de monitoreo de madurez calibrados con datos de cilindro se pueden utilizar para verificar la resistencia in situ.
después del período de curado, es importante no sacudir el concreto con una exposición repentina a temperaturas mucho más frías., La caída máxima de temperatura de 24 horas recomendada por ACI después de la eliminación de la protección varía desde un oscilación de 20 grados para concreto de más de 72 pulgadas hasta una caída de 50 grados para concreto de menos de 12 pulgadas de espesor.
el costo de la construcción de concreto de invierno
la construcción de concreto de invierno es costosa, en parte porque la mezcla de concreto cuesta más, pero principalmente porque la productividad del trabajador es menor debido a todo el trabajo involucrado en la calefacción y el aislamiento durante el curado, la instalación de iluminación adicional en el lugar de trabajo y la compensación de la baja humedad del aire.,
el proyecto del aliviadero de la presa que se muestra en la parte superior de este post, por ejemplo, costó alrededor de 7 750,000 más para la construcción de invierno de lo que tendría durante el verano. Parte de esa prima es atribuible a las condiciones excepcionalmente frías de ese invierno, cuando las temperaturas bajaron hasta 23 por debajo y cayeron en un rango negativo durante 20 días en enero de 2014., La mitigación parcial de los costos intrínsecos de la construcción de invierno es el hecho de que los contratistas están motivados a «comer» algunos de los costos de calefacción y cerramientos solo para mantener a sus empleados trabajando durante meses cuando de lo contrario serían despedidos estacionalmente.
tener un Plan de protección contra el clima frío
ACI considera que la comunicación es un ingrediente crítico en un proyecto exitoso de concreto para clima frío, y recomienda a los ingenieros asegurarse de que el contratista proporcione un plan de protección contra el clima frío., Este plan le da al ingeniero la oportunidad de juzgar el nivel de experiencia relativa del contratista, y proporciona a todas las partes la oportunidad de ponerse en la misma página y para que el ingeniero comparta consejos con el contratista para asegurarse de que todo el equipo de protección y monitoreo esté alineado antes del vertido., El plan debe incluir:
- Preparación y protección de Subrasantes
- Método de monitoreo de temperatura
- Método de monitoreo de Resistencia
- Identificación de métodos de protección como cerramientos, encofrados aislados y mantas, calentadores hidrónicos y calentadores de combustión
- Alteraciones del diseño de mezclas
ACI recomienda estos consejos de planificación para evitar problemas:
- Colocar el concreto en una depresión lo más baja posible para minimizar el sangrado del agua y los retrasos, ya que el agua puede permanecer y congelarse en lugar de evaporarse.,
- Evitar comenzar el proceso de acabado prematuramente, lo cual es tentador cuando los contratistas están trabajando en condiciones de luz diurna abreviada. El escalado puede resultar del acabado mientras el agua de purga todavía está saliendo del concreto.
- Evitar el uso de calor excesivo. Por ejemplo, los calentadores dentro de los recintos pueden sobrecalentar las áreas más cercanas a ellos.
Pete Haug, PE, ingeniero de recursos hídricos, tiene 20 años de experiencia en diseño y pruebas de ingeniería hidráulica, con énfasis en aliviaderos., Como ingeniero de registro para múltiples proyectos de diseño y construcción de aliviaderos de presas, compuertas y canales de ríos, ha completado múltiples diseños de reparación de presas pequeñas, incluidos proyectos que requieren construcción de concreto en invierno en climas fríos. Todd Rudolph, PE, ingeniero de recursos hídricos, diseña e inspecciona estructuras hidráulicas como compuertas, completa cálculos hidráulicos e hidrológicos, y proporciona apoyo de inspección de construcción, incluso en proyectos que requieren trabajo de concreto en clima frío.