congelacion

“RESISTENCIA DEL CONCRETO A INCENDIOS”

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Departamento Académico Construcción

“RESISTENCIA DEL CONCRETO A

INCENDIOS”

CURSO : TECNOLOGÌA DEL CONCRETO

CÓDIGO Y SECCIÓN : EC613-H

DOCENTE DE TEORÍA : DR.ARRIETA

N° APELLIDOS Y NOMBRES CÓDIGO

1.-

2.-

CALLE LADERA, fran

Quispe Molina OnieL

20082049C

20110042d

TEMA:


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CONGELACIÓN DEL CONCRETO

La congelación y, ciclos de hielo y deshielo son algunos de los problemas que se presentan en el

concreto debido a zonas de climas fríos, es por ello que afecta la durabilidad del concreto.

En la presente se explicará sobre los efectos de la congelación en el concreto fresco y el concreto

endurecido.

1.-EFECTOS DE LA CONGELACIÓN EN EL CONCRETO FRESCO

Si se permite que el concreto se congele (el agua de concreto se congele) antes de que fragüe,

se va a observar un aumento de volumen del concreto, además debido a la escasez de agua

líquida, no va a ver reacción química alguna que haga que el concreto aumente su resistencia o

endurezca. Pero sí, el concreto va a estar pendiente del cambio de temperatura, para el

descongelamiento del agua, para que siga su propósito que es la de fraguar.

Cuando se suscita el descongelamiento del concreto es recomendable volver a vibrar para que el

concreto fragüe manteniendo y mantenga su resistencia esperada. Pero si ocurre el caso de que

no se vibre, el concreto fraguará pero en presencia de gran cantidad de poros y disminuirá su

resistencia requerida.

Si se permite que el concreto se congele (el agua del concreto se congele) después de que

fragüe, , pero antes de que logre una resistencia considerable, la expansión junto con la

formación de hielo causa fractura y pérdida de la resistencia requerida.

Pero si el concreto ha adquirido suficiente resistencia puede soportar la temperatura de

congelamiento sin dañarse, debido a que gran parte del agua ya reaccionó formando gel hidratado

y no podrá congelarse, por ende no se producirá una expansión considerable y no dañara el

concreto.

Es difícil darse cuenta si se ha llegado a las diversas situaciones explicadas anteriormente ya que el

fraguado y endurecimiento dependen de la temperatura en el periodo anterior de la helada, ello

quiere decir a la temperatura que ha estado el concreto en un determinado periodo.


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Por lo tanto mientras más avanzado este la hidratación del cemento y mayor su resistencia, no

causara daños graves al concreto, para ello se nos presenta la siguiente tabla que considera la

edad máxima del concreto almacenado a determinada temperatura, en la cual la exposición al

congelamiento no le cause daño.

La gráfica siguiente nos muestra que la expansión del concreto debido al congelamiento disminuye

al aumentar el tiempo de aislamiento o protección de la helada, por lo tanto es preferible proteger

el concreto del congelamiento por un tiempo de 24 horas a más.


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Por otro lado los ciclos de exposición del hielo y deshielo son más graves que la de congelación

solamente, debido a que cada vez que ocurre un ciclo de hielo y deshielo el concreto resulta una

expansión con respecto al ciclo anterior, y pueden dañar los concretos de hasta 24 horas de

haberlos protegido del congelamiento.

La siguiente gráfica muestra el aumento del volumen del concreto sometido a hielo y deshielo en

función de la edad a la que se inicia la primera congelación.

Entonces deducimos que no hay una relación directa de la resistencia del concreto a

congelamiento del concreto joven y la durabilidad del concreto endurecido sujetos a

numerosos ciclos de hielo y deshielo.


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COLADO O VACIADO DEL CONCRETO EN CLIMAS FRÍOS

Recomendaciones o algunas soluciones para evitar la acción dañina en el concreto fresco.

La temperatura de la mezcla de concreto puede aumentarse, con solo aumentar la

temperatura del agua o la de los agregados.

Se puede ayudar a controlar la temperatura del concreto en etapas tempranas, después

de haberlo colocado por medio de mezclas con relación a/c bajas y usando cementos con

alta velocidad de adquisición de calor es decir contenga altas cantidades de C3A y C3S.

Podríamos reducir la temperatura de congelación del agua de 1 a 2°C, utilizando un

acelerador de cemento como lo es el cloruro de calcio (CaCl).

En la práctica podemos tomar las siguientes precauciones:

No se debe permitir que el concreto se enfríe mucho al trasportarlo de la mezcladora a la

cimbra y no se debe colocar sobre una superficie congelada.

Después del colado o vaciado del concreto la temperatura se puede controlar aislando el

concreto de la atmósfera, construyendo cercados a su alrededor que aporten calor, pero

sin que se caliente rápidamente porque ello produciría la evaporación del agua de

concreto, además que no dé como resultado una concentración de CO2 en el entorno.

Por eso la mejor fuente es la de vapor de escape.

Se puede poner cimbras tipo camisa que contiene agua caliente circulante.

Podemos usar la corriente eléctrica para calentar el concreto, poniendo los electrodos él o

usando el acero de refuerzo a manera de electrodo.

Actualmente en la URRS se está utilizando potasa (K2CO3) para disminuir la temperatura de

congelación del agua de concreto y permitir que desarrolle cierta resistencia.

Y Debido a que la potasa acelera el fraguado se hace uso de un retardante de fragua, este no

afecta la adherencia del acero ni fomenta corrosión.

Por otro lado el agregado ligero se puede usar para el vaciado del concreto debido a que tiene

menor conductividad térmica que la del agregado pesado, por lo tanto actúa como un

auatoaislante natural.


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2.CONGELACION DEL CONCRETO ENDURECIDO

El agua al congelarse expande, y si está encerrada se origina una presión interna lo

suficientemente grande para destruir aún los concretos más fuertes. El concreto puede

tomar procesos repetidos de congelación si:

1) El agua en el concreto no está necesariamente congelada cuando se presenta

hielo en la superficie; ó

2) El hielo que se forma en los poros capilares tiene la posibilidad de expandir

debido a que no todos los poros están llenos de agua.

Se considera que para que un concreto sea resistente a la congelación deben darse

cuatro condiciones:

1) La porosidad será mínima y la impermeabilidad lo más alta posible. Bajas

absorción y permeabilidad.

2) Los poros capilares nunca estarán totalmente llenos de agua.

3) El concreto contendrá aire incorporado;

4) El contenido de cementante será alto y la relación agua-cementante baja, para

tomar los esfuerzos que se presenten durante la congelación.

El daño causado en el concreto por la congelación del agua es debido al crecimiento de

cristales de hielo en los poros capilares. Estos cristales atraen, por succión, el agua no

congelada presente en los pequeños poros que los rodean, con el consiguiente

crecimiento de los cristales. En este proceso, la fuerza ejercida por el hielo es

perpendicular a la superficie, formando planos débiles paralelos a la superficie conforme

los cristales de hielo crecen por extracción del agua de los poros mayores primero y

posteriormente de los más pequeños. El crecimiento de los cristales se reduce conforme

se dispone de menos agua. La entrega de calor latente por la congelación del agua no es

suficiente para mantener la temperatura constante en el punto de formación del hielo,

tendiendo ésta a caer.

Cuando el agua se congela dentro de un poro, el aumento de volumen puede dilatarlo con

lo que admitiría más agua. Si esta dilatación produce figuración el agua penetrar con

facilidad en base a esto y a que la congelación tiene su punto fuerte en la superficie

advertiremos daño por congelación en el exterior del hormigón de un modo progresivo y

que se presenta a modo de escamas laminación con e aspecto que tendría una superficie

de hormigón tras aplicar un chorro de arena grueso. el tipo de daño depende de las


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características del hormigón y las condiciones climáticas .cuanto mayor sea el daño más

de entrada de agua y mayores lesiones futuras de hay que los ensayos de hielo-deshielo

se realicen en ciclos.

Se espera que el concreto empleado en estructuras y pavimentos tenga una vida larga y

poco mantenimiento.

El concreto debe tener una buena durabilidad para resistir a condiciones de exposición

anticipadas. El factor de intemperismo potencialmente más destructivo es la congelación y

deshielo (hielo-deshielo) mientras el concreto está húmedo, principalmente en la

presencia de anticongelantes (descongelantes). El deterioro es causado por la congelación

del agua y su posterior expansión en la pasta, agregado o ambos.

Fig. 1-25. El concreto con aire incluido (barra de abajo) es muy resistente a ciclos

repetidos de congelamiento y deshielo. (P25542)

Con el empleo de aire incluido, el concreto es altamente resistente a este tipo de

deterioración, como se puede observar en la Figura 1-25. Durante la congelación, el agua

desplazada por la formación de hielo en la pasta se acomoda, no siendo perjudicial; las

burbujas microscópicas de aire en la pasta ofrecen cámaras para que el agua entre y

entonces alivíese la presión hidráulica generada.

Cuando la congelación ocurre en el concreto que contiene agregado saturado, presiones

hidráulicas perjudiciales se pueden crear también en el agregado. El agua, desplazada de

las partículas de agregado durante la formación del hielo, no se puede escapar hacia la

pasta circundante suficientemente rápido para el alivio de presión. Sin embargo, para la


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mayoría de las condiciones de exposición, una pasta de buena calidad (baja relación agua-

cemento) va a prevenir la saturación de la mayoría de los agregados.

Si la pasta contiene aire incluido, ella va a acomodar la pequeña cantidad de agua en

exceso que se pueda expeler de los agregados, protegiendo así el concreto contra el daño

del congelamiento y deshielo.

La Figura 1-26 enseña, para una serie de relaciones agua-cemento, que (1) el concreto con

aire incluido es más resistente a los ciclos de congelamiento y deshielo que un concreto

sin aire incluido, (2) el concreto con baja relación agua-cemento es más durable que un

concreto con alta relación agua-cemento y (3) un periodo de secado antes de la

exposición a la congelación y deshielo beneficia grande- mente la resistencia al

congelamiento y deshielo del concreto con aire incluido. El concreto con aire incluido y

baja relación agua-cemento, con un contenido de aire del 5% al 8% va a resistir a un gran

número de ciclos de congelación y deshielo sin presentar fallas.

La durabilidad al congelamiento y deshielo se puede determinar a través de ensayos de

laboratorio como la ASTM C 666, Standard Test Method for Resistance of Concrete to

Rapid Freezing and Thawing (AASHTO 161) (Norma de método de ensayo acelerado para

la resistencia a congelamiento y deshielo), IRAM 1661 (Hormigones. Método de ensayo de

resistencia a la congelación en aire y deshielo en agua), NCh2185 of 1992 (Hormigón y

mortero - Método de ensayo – Determinación de la resistencia a la congelación y el

deshielo) y NMX-C-205-79 (Determinación de la resistencia del concreto a la congelación y

deshielo acelerados). Através del ensayo de la ASTM se calcula un factor de durabilidad

que refleja el número de ciclos de congelación y deshielo necesario para producir una

cierta cantidad de deterioro. La resistencia al descascaramiento por anticongelantes

puede ser determinada por la ASTM C

672, Norma de método de ensayo para resistencia al descascaramiento de superficies de

concreto expuestas a anticongelantes (Standard Test Method for Scaling Resistance of

Concrete Surfaces Exponed to Deicing Chemicals).

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Fig. 1-26. Relación entre la resistencia al congelamiento y deshielo, relación agua-

cemento y desecación de concretos con aire incluido y concretos sin aire incluido,

confeccionados con cemento tipo 1 (ASTM). La alta resistencia a congelamiento y

deshielo es asociado al aire incluido, baja relación agua-cemento y desecación antes de

la exposición al congelamiento y deshielo (Backstrom y otros 1955).

La reducción de temperatura del concreto progresa de la superficie hacia el interior, pero

la congelación no tiene lugar hasta que el frente de baja temperatura llegue a poros

suficientemente alejados de los cristales de hielo anteriores como para contener la

cantidad de agua necesaria para permitir la formación y crecimiento de nuevos cristales.

Como consecuencia el concreto contendrá un conjunto de planos de debilidad paralelos a

la superficie de éste, los que pueden originar el descascaramiento de la misma.

En concretos sujetos a ciclos de congelación y deshielo, el hielo se formará nuevamente

en los niveles anteriores dado que los polos habrán sido dilatados por el crecimiento de

los primeros cristales de hielo. En este proceso los poros deberán ser mayores y el punto

de congelación del agua en ellos mayor que en la pasta que los rodea. El daño en el

concreto será causado no tanto por el incremento del agua en los poros en el momento

de la congelación como por el posterior crecimiento del hielo y su concentración en los

poros.

La exposición del concreto a ciclos de congelación y deshielo es una prueba severa que

los concretos de buena calidad pueden superar sin daño. Aquellos concretos, los cuales


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han sido debidamente proporcionados con materiales de buena calidad, se ha

incorporado aire, y han sido preparados con procesos convenientes de dosificación,

colocación, acabado y curado, resisten ciclos de congelación y deshielo por muchos años.

Sin embargo, bajo condiciones de temperatura extremadamente severas, aún los

concretos de muy buena calidad pueden sufrir daños debidos a los ciclos de congelación

si ellos son mantenidos en un estado de total o casi completa saturación. Esta situación

puede producirse cuando un concreto frío es expuesto a calor o aire húmedo en una de

sus caras siendo la evaporación insuficiente o restringida sobre el lado frío, o cuando el

concreto está sometido a calentamiento del agua por uno de sus lados antes de la

congelación.

El concreto seco puede no ser dañado por bajas temperaturas externas, el húmedo puede

experimentar deterioro o destrucción si no se toman medidas adecuadas.

La presión en los poros capilares de la pasta y/o el agregado, al desarrollarse un sistema

expansivo agua-hielo durante la congelación, es la principal causa de daños en concretos

expuestos a temperaturas menores de 4C. El cambio de agua a hielo origina esfuerzos que

deterioran la pasta, el agregado, o ambos.

El deterioro de las estructuras de concreto debido al congelamiento y deshielo es

usualmente fácil de reconocer. Así, el descascaramiento y astillamiento del pavimento

sometido a congelación producen superficies que no son lisas ni uniformes a pesar que el

pavimento sea de una adecuada calidad. El congelamiento y deshielo podría dañar la

estructura de concreto seriamente.

Por otra parte, el desmoronamiento de la pasta y la exposición de los agregados puede

dar la impresión que la estructura está en el límite de la desintegración, a pesar que el

deterioro no haya afectado significativamente la estabilidad y utilidad de la estructura. El

agrietamiento extenso y las ampolladuras también producen superficies de concreto no

gratas a la vista.

El empleo de estructuras hidráulicas de concreto en el transporte y almacenamiento de

agua las hace particularmente vulnerables al congelamiento y descongelamiento debido a

que hay muchas oportunidades para que las distantes partes de la estructura se saturen.

El concreto es particularmente vulnerable en el rango de los niveles de fluctuación del

agua, como las partes de una presa, vertederos, entradas y salidas de túneles, casas de

válvulas, estructuras de canales, coronación de muros, pilares, parapetos, cubiertas,

esquinas y cornisas. Aquellas partes de las estructuras de concreto donde la exposición es

menos severa incluye los revestimientos de tuneles y sifones, el exterior de presas de

concreto y casas de fuerza. Aquellas estructuras o partes de las mismas que están

continuamente sumergidas o, en alguna forma protegidas del clima, no presentan

problemas de durabilidad.


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En los pavimentos de concreto podría ocurrir descascaramiento severo dado que las losas

están sujetas a exposiciones severas de congelamiento y descongelamiento en climas

fríos. Ellas descansan sobre el terreno y están expuestas a precipitación y a una

subsiguiente saturación en climas helados. Además, los pavimentos de las carreteras

podrían estar expuestos a la sal empleada para remover la nieve y el hielo.

Los pavimentos deben, por lo tanto, estar protegidos contra todos los mecanismos que

producen deterioro por congelamiento y descongelamiento. Las especificaciones

generalmente requieren bajas relaciones agua-cementante y aire incorporado de 5% a 6%

del volumen de concreto. Excepto para plataformas de puentes, el deterioro de los

pavimentos debido al congelamiento y descongelamiento ha sido eliminado desde que

los aditivos incorporadores de aire fueron introducidos.

Los puentes en las carreteras presentan un serio problema cuando se exponen al

congelamiento y descongelamiento. La mayoría de los estribos de los puentes están en

áreas donde se presentan fluctuaciones en los niveles de agua. El concreto en puentes

debería, por lo tanto, recibir máxima protección a la acción del congelamiento y

descongelamiento.

El descascaramiento de las superficies de las losas de concreto es uno de los tipos más

peligrosos de deterioro que podrían producirse en losas de concreto de alta calidad. El

mortero de baja calidad se desmoronará con ciclos repetidos de congelación y deshielo,

exponiendo gradualmente las partículas del agregado grueso. Este es un mecanismo

diferente de deterioro de aquel que causa la separación de las áreas de la superficie de

una losa firme y densa de un concreto de alta calidad. Este tipo de descascaramiento

depende de:

a) Grado de compactación de la superficie.

b) Número de capilares inmediatamente bajo la superficie.

c) Disponibilidad de humedad.

Este tipo de descascaramiento es típico de las losas expuestas a períodos fríos severos

antes que el concreto haya tenido la oportunidad de secar adecuadamente después del

curado. El secado reduce el agua en los vacíos del concreto por debajo del punto crítico de

saturación y limita la humedad disponible para otros mecanismos de deterioro.

Varias secuencias pueden ser desarrolladas para explicar el descascaramiento durante la

congelación, pudiendo cada una de ellas contribuir a entender la falla de la superficie de

concreto. Ellas son:

1.- La presión desarrollada al expulsar el agua de las partículas de agregados

saturadas.


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2.- Las presiones hidráulicas desarrolladas en un número mayor de cavidades capilares

justo bajo la superficie de concreto.

3.- Incremento de la humedad debido a los cristales de hielo que se encuentran en los

vacíos debajo de la superficie.

4.- Aparición de presiones osmóticas causadas por la concentración de sal en los

capilares que se encuentran inmediatamente debajo de la superficie del concreto.

5.- Las operaciones de acabado que pueden crear superficies que no son similares a la

capa de concreto inferior. El acabado incorrecto también podría densificar la superficie y

destruir la efectividad del aire incorporado.

6.- La compactación de la superficie por la fuerza capilar del agua que desciende en

los capilares de la superficie del concreto plástico seco y la subsiguiente formación de un

plano de debilidad.

7.- El congelamiento adicional de cristales de hielo debajo de la superficie, causado

por la nieve y hielo derretidos por acción de las sales descongelantes.

8.- La saturación de la humedad de la superficie al derretirse la nieve y el hielo por la

acción de las sales descongelantes.

9.- El agrietamiento y resquebrajamiento que proporcionan canales que permiten el

ingreso de la humedad hasta las capas inferiores.

La compactación de la superficie ocurre durante el acabado. Cualquier cantidad

pequeña de exudación adicional que se desarrolle después del acabado, se

acumula bajo la "piel" de la superficie compactada. Este incremento aumenta los

vacíos que se encuentran inmediatamente debajo de la superficie.

Hay evidencias que la compactación de la superficie de una losa de concreto

debido a un secado prematuro podría también contribuir al descascaramiento de

éste, aún cuando tenga un acabado de buena calidad.

En apoyo a la teoría de la compactación se necesita señalar el extenso

descascaramiento de las plataformas de los puentes en los que se ha empleado

concreto con aire incorporado. En estos casos el concreto de la plataforma se

coloca sobre una base impermeable.

Se puede concluir que los concretos saturados con superficies compactadas son

vulnerables al descascaramiento. En congelamiento, el hielo con mayor número de

capilares bajo la superficie crece en tales proporciones que la superficie de la losa

es levantada. El concreto inmediatamente bajo el descascaramiento está aún en

condiciones seguras y aparentemente no deterioradas.

Se ha comprobado que la única diferencia entre el concreto en relación con la

junta de expansión, la cual no se descascara y el concreto debajo de la junta de


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expansión el cual se descascara en gran cantidad, es que el concreto afectado fue

vaciado aproximadamente de 2 a 4 semanas después.

El agrietamiento patrón puede definirse como grietas muy finas abiertas sobre la

superficie del concreto. Este generalmente ocurre en las superficies del concreto

cuando experimenta una reducción de volumen sobre dicha superficie o un

incremento de volumen en el interior del concreto.

El agotamiento del agua del gel durante el congelamiento, cuando hay una

abundancia de vacíos de aire, sugiere la posibilidad de encogimiento en la pasta

bajo condiciones de congelamiento. Períodos prolongados de frío causan la

difusión del agua de los poros del gel hacia los vacíos de aire y el consiguiente

agotamiento del agua en los poros. Ello tendería a causar un resquebrajamiento en

forma de grietas finas en la superficie de las losas.

El concreto en la mayoría de los edificios no está sujeto a condiciones de

exposición extrema. Ello debido a que el concreto en edificios no está expuesto al

agua excepto por la humedad o aquella agua que es lanzada contra el edificio o

cae sobre las partes más altas de las paredes durante las lluvias.

El concreto de las cimentaciones tiene poca oportunidad de llegar a estar saturado

a menos que el concreto esté por debajo del nivel freático. En tal caso, el concreto

está protegido de las temperaturas heladas y el deterioro no es un problema. Las

superficies verticales de las cimentaciones que están expuestas podrían mojarse

durante las lluvias, pero tienen poca oportunidad de alcanzar la saturación crítica.

El concreto estructural interior en edificios no está sujeto a congelación y deshielo.

MEDIOS PARA EVITAR EL DAÑO POR CONGELACIÓN

A.- Utilización de una baja relación agua/cemento, con el objeto de reducir su

permeabilidad intrínseca.

El incremento de la resistencia a procesos de congelación y deshielo refleja,

generalmente, una reducción en el tamaño de las burbujas y en el factor de

espaciamiento. Tal reducción puede ser obtenida, permaneciendo los otros factores

constantes, por disminución en la relación agua-cemento, reducción que tiende a

incrementar la proporción de agente incorporador de aire necesaria para producir un

contenido de aire dado, pero al mismo tiempo tiende a disminuir el contenido de aire

requerido para obtener máxima durabilidad.


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B.- Inclusión intencional de aire en el concreto al elaborarlo.

Tamaño máximo del

agregado

Contenido de Aire total recomendado en el

concreto para nivel de exposición ( % )

( mm ) (pulg.) ACI

Moderado**

ACI

Severo***

10

12.5

20

25

40

50

75

3/8

½

¾

1

1 ½

2

3

6.0

5.5

5.0

4.5

4.5

4.0

3.5

7.5

7.0

6.0

6.0

5.5

5.0

4.5

** Clima frío donde el concreto se expondrá ocasionalmente a humedad antes del

congelamiento, y donde no se usan sales descongelantes, ejm. Muros exteriores, vigas y

losas que no estén en contacto con el suelo.

*** Exposición exterior en clima frío en donde el concreto estará casi siempre en contacto

con humedad antes del congelamiento, o donde se usen sales descongelantes ejm.

Cubiertas de puentes, pavimentos , banquetas y tanques de agua

C.- En el concreto endurecido aplicación de un tratamiento superficial a la estructura,

con el propósito de restringir la penetración del agua externa hacia el interior del

concreto.

congelacion

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