El concreto en climas extremos

_____________” ESTADO ACTUAL Y ULTIMAS TECNOLOGÍAS EN EL DISEÑO Y CONTROL DEL CONCRETO”
EL CONCRETO EN CLIMAS EXTREMOS
* Ing. José Luis Viacava Espinoza
I GENERALIDADES
En general se consideran condiciones extremas de temperatura para el concreto
cuando la temperatura ambiental es inferior a 5º C y superior a los 28º C, en cuyo
caso se debe tener especial cuidado en la selección de materiales, dosificación,
preparación, transporte , curado, control de calidad, encofrado y desencofrado del
concreto.
También podemos considerar como condición extrema la combinación de
condiciones especiales de temperaturas ambientes, humedades relativas y
velocidad del viento.
Es necesario que se obtengan registros históricos de las temperaturas ambientales
máximas y mínimas de la zona en donde se construye la obra.
II EL CONCRETO EN CLIMAS FRIOS
2.1 Conceptos Básicos.
Según el ACI-306R (“Cold Weather Concreting”) se considera clima frío si la
temperatura ambiental media por más de 3 días consecutivos es menor de 5ºC. Si la
temperatura ambiental media se mantiene superior a 10ºC ya no se considera clima
frío.
La N.T.E. E-060 (Perú) considera clima frío a aquel en que, en cualquier época del
año la temperatura ambiente puede estar por debajo de 5 ºC.
Cuando el concreto se congela el agua libre se convierte en hielo aumentando su
volumen que en estado sólido rompe la débil adherencia entre las partículas del
concreto, si aún no se ha iniciado el proceso de endurecimiento. Asimismo debido a
las bajas temperaturas se produce una disminución de la actividad o reacción
química, para el proceso de endurecimiento del concreto el cual puede llegar a
disminuir notablemente.
Por todos estos motivos los ciclos de congelamiento y deshielo, pueden afectar
gravemente la calidad final del concreto aún cuando se haya iniciado el proceso de
endurecimiento.
Los climas fríos y muy secos afectan el concreto originando el secado ,
principalmente de su superficie.
La resistencia mínima para que no se produzcan reducciones significativas en la
resistencia final del concreto debido al congelamiento es de 35 kg/cm2 (ACI o
BS8110), por lo cual es fundamental la protección del concreto durante las
primeras 24 horas hasta lograr esa resistencia mínima.
LABORATORIO DE ENSAYO DE MATERIALES, Av. Tupac Amaru N° 210, Rimac Telefax: 381-3343 Tel.: 481-1070 anexo 306

* Ingeniero Civil egresado de la Universidad Nacional de Ingeniería, Ingeniero
Asistente del Laboratorio de Ensayos de Materiales UNI, 1989. Director Regional de
Vivienda y Construcción – Tacna, 2001.
La Norma E-060 (Perú), obliga a tener en obra un equipo adecuado para calentar el
agua y/o agregados, así como para proteger el concreto durante la colocación del
concreto y el subsiguiente período de fraguado cuando la temperatura ambiente es
menor de 5º C.
En general las medidas a adoptar en climas fríos se resumen en :
a) Controlar la temperatura del concreto dentro de rangos permisibles durante la
preparación, transporte, colocación y curado .
b) Evitar que el concreto se congele hasta lograr su resistencia mínima
2.2 Materiales
Los materiales (cemento, agregados, agua y aditivos) deben cumplir estrictamente lo
establecido en las normas ASTM C150, ASTM C33, ASTM C 494) Los ensayos de
calidad de los agregados deberán incluir el de Durabilidad (ASTM C88)
El cemento se almacenará en silos debidamente aislados y protegidos, debiendo
evitarse utilizar cementos con fraguado lento. Los agregados deberán estar
protegidos de las lluvias, nieve o vientos y evitar su congelamiento , especialmente
los agregados lavados.
2.3 Diseños de Mezcla
Los diseños de mezcla deben desarrollarse mediante mezclas de prueba en el lugar
de la obra en las mismas condiciones en que estará la estructura a vaciar.
Para concretos sometidos a procesos de congelamiento y deshielo, se deberá
cumplir con los requisitos de relaciones agua/cemento máximas de la Tabla Nº 4.4.2
(E-060) , siendo para ello recomendable utilizar aditivos plastificante-reductores de
agua.
Debido a las restricciones en la relación a/c los consumos de cemento son
usualmente mayores que para una clima en condiciones normales. Ejem. : El
Contenido de Cemento para un f´c=210 kg/cm2 puede ser 180/0.50 = 360 kg/m3.
El concreto debe fabricarse con aditivos incorporadores de aire, para permitir la
expansión volumétrica del agua de la mezcla durante el congelamiento, teniendo en
cuenta la disminución de resistencia por efecto del aire incorporado y el aumento de
la trabajabilidad al mismo tiempo.Las dosificaciones usualmente van desde 0.1% al
0.6% en peso del cemento. Para concretos sometidos a ciclos de congelamiento y
deshielo el contenido de aire total será el indicado en la Tabla Nº 4.4.1 (E-060) .
Se pueden utilizar aditivos acelerantes de fragua , previo estudio de los tiempos de
fragua inicial y final del concreto, para disminuir los tiempos de endurecimiento del
concreto. Los aditivos con cloruros no se deben utilizar en el concreto pretensado.
En general los aditivos deben haber sido probados al pie de obra antes de usarlos.
2.4 Preparación de la mezcla
Para lograr que el concreto tenga la temperatura adecuada es más económico y
práctico calentar el agua y/o agregados no siendo recomendable ni económico
calentar el cemento ni los aditivos. Calentar el agua es usualmente la mejor

alternativa ya que tiene un calor específico 4 o 5 veces mayor que el de los
agregados.
Para calentar el agua se utilizan normalmente calderos industriales hasta llegar a
una temperatura máxima de 70º C. Para calentar los agregados se utiliza
normalmente chorros de vapor , no siendo recomendable los hornos, aire caliente ni
fuego directo.
Si el agua o el agregado son calentados previamente deben mezclarse entre ellos
antes de entrar en contacto con el cemento.
La temperatura del concreto fresco se puede determinar previamente en base a la
temperatura de los materiales mediante la fórmula:
PwPcPa
TwPwTcPcTaPa
Tcf
++
++
=
)(22.0
)(22.0
( º C )
Donde: Tcf = Temperatura del concreto fresco
Ta = Temperatura de los agregados
Pa = Peso seco de los agregados (Kg)
Tc = Temperatura del cemento
Pc = Peso del cemento.(Kg)
Tw = Temperatura del agua
Pw = Peso del agua
2.5 Transporte de la mezcla
Debe planificarse los procedimientos de producción de concreto, evitando grandes
distancias de transporte, largas esperas en la colocación y largas canaletas de
vertido de tal manera que se reduzcan las pérdidas de calor. La siguiente fórmula
nos da una referencia de las pérdidas de calor o temperatura cuando se transporta
la mezcla en un camión concretero :
Dt = 0.25(T – Ta)
Donde: Dt = Pérdida de calor o temp. ( ºC/ hora de espera)
T = Temperatura deseada en obra
Ta = Temperatura ambiente.
2.6 Colocación del concreto
Los valores mínimos de temperatura de colocación de la mezcla en función de la
temperatura ambiente y las dimensiones del elemento a vaciar se indican en la
Tabla N º 1.4.1 del ACI 306-R y la Tabla 5.9.3 de E-060.
Todos los materiales integrantes del concreto así como el acero de refuerzo,
material de relleno, y suelo con el cual el concreto ha de estar en contacto, deberán
estar libres de nieve, granizo o hielo, recomendando algunos autores mantener la
zona a un mínimo de 2º C .

Si la temperatura es menor de –10º C se recomienda calentarse el acero de refuerzo
mayor de 1” y los insertos metálicos.
En las juntas se puede calentar el concreto antiguo y picarlo profundamente.
El espesor de las capas de concreto debe ser el mayor posible compatible con el
proceso de compactación del concreto.
La temperatura del concreto fresco no debe ser muy alta para evitar el choque
térmico, no debiendo ser mayor en 6º C que la mínima especificada.
2.7 Curado y Protección del concreto
El curado se define como el proceso para mantener la humedad y la temperatura del
concreto recién colocado, durante algún período definido posterior a la colocación,
vaciado o acabado, para asegurar la hidratación satisfactoria de los materiales
cementantes y el endurecimiento y la adquisición de resistencia propios del
concreto.
La Norma E-060 indica que en general el curado se debe mantener a 10º C por lo
menos los 7 primeros días y por 10 días si se usa cementos IP, IPM o puzolánico.
Luego de la protección inicial durante las primeras 24 horas hasta lograr la
resistencia mínima de 36 kg/cm2, es necesario prolongar la protección y curado el
mayor tiempo posible siendo lo recomendable la protección y curado por 3 días para
luego proseguir con el curado.
Según la Norma E-060, cuando la temperatura del medio ambiente es menor de 5º
C, la temperatura del concreto ya colocado deberá ser mantenida sobre 10º C
durante el período de curado (mínimo de 6 días para secciones delgadas).Algunos
autores recomiendan que si la temperatura está por encima de los 5º C es necesario
la protección del concreto sólo las primeras 24 horas.
Se tomarán precauciones para mantener al concreto dentro de la temperatura
requerida sin que se produzcan daños debidos a la concentración de calor,
tratándose de no utilizar dispositivos de combustión, durante las primeras 24 horas,
a menos que se tomen precauciones para evitar la exposición del concreto a gases
que contengan bióxido de carbono.
Es necesario llevar un registro de las temperaturas ambientales, del recinto y de la
superficie del concreto. La caída de la temperatura del concreto en cualquier punto
no debe exceder de 3º C por hora o 28º C por 24 horas
En concretos de alta resistencia la Norma E-060 especifica un mínimo de protección
de 4 días a un mínimo de 10 º C.
En general el método más recomendable de protección a temperaturas bajas es el
aislamiento completo o encerramiento del concreto fresco, con calentadores o
calefactores artificiales en el interior del recinto.
Para el curado húmedo es necesario mantener la temperatura de tal manera que el
agua no se congele ni sea tan baja que produzca un choque térmico con el concreto
en pleno proceso de fraguado.

En el curado húmedo de superficies horizontales, siempre que la temperatura no sea
muy baja , se recomienda utilizar capas de paja sobre capas de arena húmeda.
En temperaturas demasiado bajas se pueden usar mantas térmicas dejando un
espacio entre la superficie y el concreto para suministrar calor.
Los curadores de membrana deben utilizarse si están precedidos por curados
húmedos.
En condiciones extremas de climas fríos es fundamental e indispensable tomar
muestras de testigos adicionales de control en obra para curarlas bajo las mismas
condiciones de la estructura vaciada y así verificar la eficiencia de los métodos de
protección y curado. Se considera satisfactorio el curado y protección, cuando la
resistencia promedio de las probetas de obra son mayores o iguales al 85% de la
resistencia de las probetas curadas en laboratorio.
2.8 Encofrado y Desencofrado
Los plazos de desencofrado se deben determinar en base a requisitos de resistencia
antes que tiempos mínimos, debiendo el proyectista indicar el % f´c a partir del cual
se puede proceder al desencofrado.
Para determinar estos plazos son determinantes los resultados de resistencia de la
probetas de obra.
Los encofrados de madera dan mejor resultado que los metálicos debido a que
retienen mejor el calor, salvo que se forren con material aislante en la superficie
exterior.
2.9 Control de Calidad
El control de calidad del concreto (materiales, producción, transporte, concreto
fresco y colocación, y concreto endurecido), debe ser mucho más estricto que para
condiciones normales.
Se debe llevar un control por camión, consignando los datos de tiempo de carguío,
tiempo de mezclado, tiempo de viaje, tiempo de espera, tiempo de vaciado,
contenido de aire, asentamiento, temperatura ambiental, temperatura del concreto,
agua añadida en planta, además de las características físicas de los agregados con
controles de humedad cada hora , más aún si la arena es lavada.
Se deben moldear testigos para ensayar a la resistencia a 1 día, 3 días, 7 días y 28
días, dejando de reserva para mayores edades, siendo fundamental tomar muestras
adicionales para las probetas de obra.
Los procedimientos del moldeo y curado de las probetas (ASTM C31 y C39),
indican que los testigos luego de moldeados deben permanecer a una temperatura
entre 16-27º C, mientras que el curado en agua saturada con cal debe mantenerse a
una temperatura de entre 21.5º C y 24.7º C. Las mediciones de temperatura
seguirán lo indicado en la Norma ASTM C 1064.

III EL CONCRETO EN CLIMAS CALIDOS
3.1 Conceptos.-
El clima cálido no es sólo alta temperatura (mayores a 28º C) sino también la
combinación con baja humedad relativa y fuerte velocidad de viento, en cuyo caso
se deben tomar precauciones adicionales especialmente en grandes superficies
como pavimentos, losas y en grandes volúmenes de vaciado..
Los efectos negativos más importantes del clima cálido son lo siguientes:
- Mayor demanda de agua que modifica el comportamiento del concreto
en estado fresco y endurecido.
- Disminución de la trabajabilidad debido a la rápida evaporación del
agua y aceleración del tiempo de fragua y endureciemiento.
- Modificación sustancial de la resistencia, que se incrementa a las 24
horas, decreciendo a los 28 días, con resistencias que a los 40º C son
un 10 % inferiores que a 20º C.
- Incremento de contracción plástica debido a la rápida evaporación del
agua , aumentando la posibilidad de fisuración
- El tiempo disponible para la colocación del concreto disminuye al
disminuir el tiempo de fragua, estimándose que los tiempos de fragua
inicial y final se acortan en un 50% cuando la temperatura pasa de 20º
a 40 ºC.
Para mitigar estos efectos negativos es necesario:
a) Mantener el concreto a una temperatura moderada menor de 32 ºC para obras
en general y en el caso de concretos masivos se recomienda no pasar de los
16ºC, regulando para ello la temperatura de los ingredientes.
b) Mantener la zona vaciada cubierta del sol y viento a una temperatura y humedad
adecuadas, para evitar la rápida pérdida del agua de la mezcla.
3.2 Materiales
Los materiales (cemento, agregados, agua y aditivos) deben cumplir estrictamente
los requisitos de calidad de las normas.
Los agregados se deben mantener bajo sombra y humedecidos bajo riego con agua
fría.
El agua de mezcla debe mantenerse en depósitos a la sombra y las tuberías de
conducción deben estar pintadas de blanco, cubiertas o enterradas.
Se debe evitar usar cemento recién salido de la molienda, debiendo tener varios
silos para el mayor enfriamiento posible, para el caso de una alta rotación de dicho
material.
3.3 Diseños de Mezcla
Se deben realizar mezclas de prueba en el lugar de la obra en las mismas
condiciones climatológicas.
Es recomendable el uso de aditivos retardadores de fragua y reductores de agua,
siempre que se ejerza un cuidadoso control ya que debe establecerse previamente
en las mismas condiciones de obra la acción de los aditivos sobre las características
del concreto que se desea modificar y sobre otras como: resistencia, exudación,
contracción, trabajabilidad, temperatura, etc.

En los vaciados masivos y en tiempo cálido es mejor mantener la relación a/c en
base a aditivos que aumentar innecesariamente el contenido de cemento.
Es recomendable tener diseños de mezcla alternativos para diferentes condiciones.
3.4 Preparación de la mezcla y el Control de la Temperatura
Para regular la temperatura del concreto y mantenerla a menos de 32º C, es
necesario actuar sobre la de los materiales , enfriando principalmente el agua y los
agregados.
Para modificar en 0.5º C la temperatura del concreto es necesario modificar
aproximadamente en 4º C la temperatura del cemento ó en 2º C la temperatura del
agua, ó 1º C la temperatura de los agregados.
De tal manera que se justifica realizar grandes esfuerzos para enfriar los agregados,
dada la gran disminución de temperatura que va a originar en el concreto,
manteniéndolos bajo sombra y regándolos con agua fría.
Así tenemos la diferencia de aportes de los diferentes componentes del concreto:
Dosif. Peso seco(kg/m3) Temp. Aporte de Temp.
Cemento = 370 kg. 50º C 5.9º C
Agua = 200 lt. 28º C 8.1º C
Arena = 850 kg. 32º C 8.7º C
Piedra = 1,050 kg. 31º C 10.4º C
Total Temp. : 33.1º C
El agua se enfría introduciendo en el agua de mezcla hielo triturado o en escamas,
haciendo la corrección respectiva en el agua de diseño.
La temperatura del concreto fresco (Tcf) de un concreto con hielo se puede
determinar:
Tcf =
HPwPcPa
HTwPwPcTcTaPa
+++
−+++
)(22.0
112)(22.0
donde H : peso del hielo (Kg)
También se puede determinar el peso de hielo (H en kg.) necesario para lograr una
temperatura determinada:
H =
T
TTwPwTTaPaTTcPc
+
−+−+−
112
)()(22.0)(22.0
Donde : T = Tcf = Temperatura del concreto fresco buscada (º C)

También se puede calcular , para fines prácticos, la cantidad de hielo(m) que hay
que añadir a una masa determinada de agua (M) para obtener una determinada
temperatura final, despejando ”m” de la expresión:
C( M) ( T– Ti) = 80m + c(m) T
donde : C, c son los calores específicos del agua y el hielo
Ti es la temperatura inicial del agua (º C)
T es la temperatura final del hielo y el agua (º C)
Por otro lado también es recomendable mezclar primero el cemento con los
agregados si está muy caliente.
El tiempo de mezclado debe ser el menor posible, compatible con la homogeneidad
requerida del concreto.
Las plantas concreteras deben estar pintadas de blanco lo mismo que los equipos
en contacto con el concreto (tuberías de bombas, canaletas, etc.)o también cubiertos
estos últimos con lienzos húmedos.
3.5 Transporte de la Mezcla
Debe realizarse una buena programación de los tiempos de carguío, mezclado,
transporte y colocación del concreto, evitando tener camiones esperando en obra.
El transporte del concreto debe realizarse con la mayor prontitud posible debido a
que el proceso de fragua y el mezclado aumentan la temperatura de la mezcla.
Las tuberías de la bomba deben estar humedecidas constantemente o cubiertas con
arpilleras húmedas.
El tiempo máximo entre la preparación de la mezcla y su colocación en climas
cálidos se reduce a 1 hora como máximo.
3.6 Fisuración Plástica
Cuando además de una alta temperatura existe fuerte viento y la humedad relativa
no es elevada, la velocidad de evaporación de agua del concreto fresco es mayor
que la velocidad de exudación y por lo tanto se seca la superficie originando
tensiones superficiales de tracción que producen la fisuración del concreto. Esta
fisuración es peligrosa en losas o pavimentos cuando la tasa de evaporación es
mayor a 0.5 kg./m2/hr. Para el cálculo ver Tabla 2.1.5
3.7 Colocación del Concreto
Previamente al llenado los encofrados y aceros de refuerzo deben mojarse. Si la
losa se coloca sobre el terreno natural , deberá regarse previamente evitando la
formación de charcos.
En general los vaciado deben realizarse en horas de menor temperatura o de noche
si las condiciones o clima lo justifiquen.
Debe llevarse un control de las velocidades de producción o carguío, de bombeo y
de colocación ( m3/hr), ya que del analisis de éstas se determinaran las deficiencias
para mejorar el siguiente vaciado.
En vaciados masivos es recomendable utilizar la menor cantidad de cemento
posible.

Los encofrados de madera deben humedecerse y retirarse en los plazos más
breves, de acuerdo a la especificación de las obras.
El acabado del concreto debe ser ejecutado sin demora al desaparecer el brillo de la
lechada superficial.
3.8 El Curado del Concreto
El curado en climas cálidos es muy importante en la calidad final del concreto,
debiendo iniciarse lo antes posible siempre que no se dañe la superficie del
concreto.
El curado continuo con agua o húmedo es el más recomendable entre todos los
métodos. El procedimiento por inundación o anegamiento es el mejor para
superficies horizontales, mientras que el de aspersión de agua debe mantenerse
continuo, utilizándose también la aplicación de arena húmeda. En superficies
verticales se aplican mantas o arpilleras húmedas constantemente y saturadas con
agua.
Las superficies expuestas (losas, pavimentos) deben ser protegidas de la acción del
viento, sol y eventualmente lluvia, mediante cubiertas apropiadas, luego del vaciado,
así como también con corta-vientos.
Si no se prosigue con el curado húmedo se puede aplicar membranas de curado
siempre sobre superficies aún húmedas.
En climas cálidos deben aplicarse en algunos casos dos capas de membranas para
asegurar que no sean afectadas por el viento o degradación del sol.
El tiempo requerido para el curado en climas cálidos es mayor que en condiciones
normales.
Se deben tomar testigos adicionales en obra para curarlos con los mismos métodos
que la estructura principal y verificar la eficiencia del procedimiento de curado y
protección.
3.9 Control de Calidad
En general se debe ser más estrictos en aplicar todos los procedimientos conocidos
para concretos en condiciones normales de temperatura,
Hay que proteger los testigos moldeados en obra , del sol y el calor
El control de la temperatura debe realizarse a todos los camiones concreteros en el
caso de concreto pre-mezclado.
IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
1.- Antes del inicio de los trabajos se debe obtener información histórica sobre
registros de temperaturas máximas y mínimas, velocidades de viento y humedad
relativas.
2.- Los diseños de mezcla deben determinarse en base a mezclas de prueba
realizadas en la obra tratando de simular las mismas condiciones de la estructura a
vaciar. Se tienen que encontrar las soluciones en el campo en base a pruebas
reales.
3. Los testigos de obra son la mejor alternativa para determinar la calidad en cuanto
a resistencia del concreto colocado.

4. Los controles de calidad deben ser más estrictos que para concretos en
condiciones normales de temperatura.
5.- Los presupuestos de las obras deben incluir los costos adicionales que generará
la ejecución de estas recomendaciones para climas extremos.
6.- Para lograr un buen concreto en climas extremos hay que resolver los problemas
con criterios técnico-económicos, a partir de los cuales se podrán optimizar los
procedimientos y recursos.
V BIBLIOGRAFIA
1. American Concrete Institute “ACI Manual of Concrete Practice” USA
ACI 305R “Hot Weather Concreting”,
ACI 306R “Cold Weather Concreting”.
2. American Concrete Institute “ Manual de Inspección del Hormigón USA
3. Asociación de Productores de Cemento ASOCEM “Boletines Técnicos”
Lima, Perú, 1996.
4. Collepardi Mario y Coppola Luigi “Mix – Design Calcestruzzo”, Italia, 1990.
5. Dreux George “Guía Práctica del Hormigón” Edit Técnicos Asociados, Barcelona,
España, 1980.
6. Instituto Nacional de Investigación y Normalización de la Vivienda –ININVI
“Norma Técnica de Edificación E-060 Concreto Armado”, Lima - Perú , 1989

Tabla 5.9.3 (Norma E-060)
Temperatura mínima del concreto ºC
Temperatura ambiente
ºC
Secciones cuya menor
dimensión es menor de
30 cm.
Secciones cuya menor
dimensión es mayor de
30 cm
5 a –1 16 10
-1 a -18 18 13
Bajo –18 21 16
FIG. 2.1.5

FIG. 02
FIG. 233B

El concreto en climas extremos

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