Contracción o Retracción del Concreto La retracción o contracción es el acortamiento que experimenta el concreto durante el proceso de endurecimiento y secado. Se debe principalmente a la pérdida por evaporación del exceso de agua de mezclado. La retracción es el acortamiento del concreto (descargado) que tiene lugar durante el fraguado. El concreto se contrae cuando pierde humedad por evaporación. Las deformaciones que surgen por retracción no intervienen en el estado de esfuerzos aplicados al concreto. Este fenómeno se puede observar fácilmente cuando un concreto seco tiene grietas en su superficie. La retracción puede ser en gran medida un fenómeno reversible, si se utilizan métodos de curado adecuados, por ejemplo, la saturación después de la contracción que dilatará casi a su volumen original a la estructura. Se pueden usar así mismo, aditivos químicos que crean capas impermeables que evitan las pérdidas de humedad. La retracción es en cierto modo proporcional a la cantidad de agua empleada en la mezcla. Y generalmente un concreto con elevada fluencia, posee también elevada retracción. De forma similar a la fluencia, la retracción ocurre de forma acelerada en la primera edad del concreto, reduciéndose con el tiempo. Afecta de forma significativa la humedad relativa del ambiente y la edad de los agregados así como sus compuestos minerales. En la figura 2-5 (Park – Paulay), se muestra una curva típica de la evolución de la retracción con el tiempo en un elemento de concreto, to es el tiempo en el cual el elemento se somete a un medio ambiente de secado. La contracción ocurre a una tasa decreciente con el tiempo, normalmente para concretos curados por vía húmeda durante siete días, el 50% de la retracción total ocurre durante el primer mes posterior al curado y aproximadamente un 80% ocurre durante el primer año. La contracción es un fenómeno simple aparente del concreto cuando este pierde agua. La contracción es una deformación tridimensional pero se expresa comúnmente como una deformación lineal.
La contracción del concreto se conoce como resultado de la pérdida de humedad. También se ha demostrado que el concreto se expandirá si, después de haberse secado o parcialmente secado, es sometido a humedad o si es sumergido en el agua. Se sabe que la contracción es afectada por las siguientes variables: 1. Agregados. Los agregados actúan para restringir la contracción de la pasta de cemento; de aquí que el concreto con un alto contenido de agregados es menos vulnerable a la contracción. Además, el grado de restricción de un concreto esta determinado por las propiedades de los agregados: aquellos con alto módulo de elasticidad o con superficies ásperas son más resistentes al proceso de contracción. 2. Relación agua-cemento. Cuanto mayor es la relación agua-cemento, mayores son los efectos de la contracción. 3. Tamaño del elemento de concreto. Tanto el valor como la magnitud de la contracción disminuyen con un incremento en el volumen del elemento de concreto. Sin embargo, la duración de la contracción de mayor para elementos más grandes debido a que se necesita más tiempo para secarse hasta las regiones internas. Es posible que se necesite un año para que el proceso de secado inicie a una profundidad de 25 cm, y 10 años para iniciar a 60 cm más allá de la superficie externa. 4. Condiciones del medio ambiente. La humedad relativa del medio afecta notablemente la magnitud de la contracción; el valor de la contracción es más bajo en donde la humedad relativa es alta. 5. Cantidad de refuerzo. El concreto reforzado se contrae menos que el concreto simple; la diferencia relativa es función del porcentaje de refuerzo. 6. Aditivos. Este efecto varía dependiendo del tipo de aditivo. Un acelerador tal como cloruro de calcio, usado para acelerar el endurecimiento y la colocación del concreto, aumenta la contracción. También hay aditivos que impiden la contracción. 7. Tipo de cemento. El cemento Portland tipo III de resistencia rápida normalmente se contrae 10% más que un cemento Portland normal (tipo I) o cemento Portland modificado (tipo II).
Grietas por contracción
Tipos de Deformaciones por Contracción. Contracción intrínseca o espontánea: Es la verdadera contracción de fraguado, producto del proceso químico de hidratación del cemento y su propiedad inherente de disminuir volumen en este estado. Ocurre dentro de la masa del concreto, esto es, sin contacto con el medio ambiente. El volumen final de los productos de la hidratación del cemento es menor que los volúmenes iniciales de agua y cemento que entran en la reacción. Adicionalmente, la hidratación del cemento consume agua, secando o auto-secando el concreto internamente. La retracción intrínseca comienza en el instante en que el cemento entra en contacto con el agua. Pastas puras de cemento y agua tienen un encogimiento del 1 % de su volumen en las primeras 24 horas. En unas cuantas horas después del mezclado, la retracción intrínseca de la pasta puede ser la causa fundamental del encogimiento del concreto especialmente cuando el contratista ha tenido cuidado en minimizar el secamiento. La retracción intrínseca potencial varía con el cemento utilizado, pero para cualquier cemento especificado, la influencia de la retracción intrínseca en la retracción total del concreto se incrementa cuando se dan altos contenidos de pasta.
Grietas por retracción intrínseca Contracción por secado. Considerada como “La verdadera contracción”.Este tipo de contracción involucra el movimiento y perdida de agua dentro de los poros extremadamente pequeños de la pasta hidratada de cemento y desde la estructura de los productos de hidratación o gel. A medida que el concreto en servicio se seca, se pierde la humedad desde estos poros muy pequeños y se forman meniscos. La tensión superficial del agua asociada a estos meniscos atrae los poros uno hacia el otro y da como resultado una pérdida del volumen del concreto .
La pasta se encoge primero, cuando está blandita, porque se seca por la acción del sol, y al evaporarse el agua de una pasta de cemento, la remanente desarrolla esfuerzos de succión que traccionan los granos del material sólido adyacente, es un fenómeno similar al que se produce cuando se seca una arcilla o un lodo. Durante su secado, el concreto se contrae. Donde no haya restricción, el movimiento ocurre libremente y no desarrolla tensiones y fisuras
Si los esfuerzos de tracción que resultan de la contracción por secado restringida superan la resistencia a tracción del concreto, se desarrollan fisuras
Cuando la retracción por secado y la consecuente fisura ocurren cuando el concreto está recién colocado (blandito o “plástico”), se dice que se presentó una retracción plástica. -
Retracción Plástica. Ocurre a medida que el concreto fresco pierde humedad después de la colocación y antes de que ocurra cualquier desarrollo de resistencia. La cantidad de este agrietamiento depende de la temperatura del aire, la humedad relativa, la temperatura del concreto y la velocidad del viento
La fisuración por contracción plástica del concreto ocurre cuando éste se halla aún en estado plástico, y durante las primeras horas en que ha sido colocado. En general, se presenta en condiciones ambientales extremas, como altas temperaturas, bajas humedades y altas velocidades de viento, lo que origina la rápida evaporación del agua de la superficie de concreto. Esta evaporación de agua ocasionada por el sol y el viento, provoca la contracción en la superficie del concreto, sometiéndola a grandes esfuerzos internos en una etapa en la que aún no ha alcanzado la suficiente resistencia a la tensión para soportarlos, y por lo tanto esta superficie se agrieta. Las fisuras de contracción plástica son antiestéticas; sin embargo, raramente afectan la resistencia y durabilidad de los pisos y los pavimentos. No
obstante, si a través de éstas ingresan sustancias perjudiciales pueden afectar el desempeño de la estructura y disminuir su durabilidad. Por lo tanto, es importante controlar, evaluar y evitar la aparición de fisuras por contracción plástica para lograr estructuras más durables que aseguren un ciclo de servicio aceptable con el menor costo de mantenimiento
El fenómeno de las fisuras El mecanismo de la generación de fisuras por contracción plástica es el siguiente 1. El agua de exudación aparece en la superficie. 2. La evaporación del agua es mayor que la velocidad del agua de exudación. 3. La superficie del concreto se seca. 4. La superficie de concreto trata de contraerse. 5. El concreto húmedo trata de resistir la contracción. 6. Se generan esfuerzos en el concreto plástico. 7. Se forma la fisura de contracción plástica.
Contracción por carbonatación. Es un tipo de retracción secundaria que suele ocurrir en ambientes o atmósferas ricas en dióxido de carbono (estacionamientos, lluvia ácida en atmósferas contaminadas) por la reacción de diversos productos de la hidratación del cemento con el CO2 del medio ambiente. Es la contracción que ocurre de la reacción del cemento hidratado con el dióxido de carbono en el aire en presencia de humedad. Se produce exclusivamente en el concreto endurecido, y es causado por la reacción de los cristales de Ca(OH)2 de los productos de cemento comprimidos por la contracción de secado con CO2 del ambiente formándose CaCO3 con una reducción del volumen inicial que causa una descomposición interna y contracción adicional. La suma de todos se conoce como "contracción total" Algunas Observaciones Relativas a la Retracción - Las deformaciones por retracción son independientes del estado de esfuerzos en el elemento de concreto. Si se restringe la retracción, ya sea por la presencia de armaduras de acero, o por restricciones externas o por combinaciones de ambas, aparecen esfuerzos de tracción en el concreto que puede ocasionar el agrietamiento del elemento. La retracción, por lo general, provoca en los elementos estructurales (principalmente vigas) un aumento de las deflexiones con el tiempo. - La contracción por secado es un fenómeno reversible, esta se recupera parcialmente si se humedece el concreto. Los constantes cambios de humedad (procesos de humedecimiento y secado) en el concreto producen cambios de volumen en el concreto y en consecuencia movimientos en la estructura. Tal es el caso de los puentes de grandes luces en los cuales las deflexiones varían de acuerdo a la estación del año. - La retracción origina una reducción o pérdida en los esfuerzos iniciales de los elementos preesforzados tanto en los elementos pretensados como en los postensados. ¿Cómo controlar la Retracción? • Mediante un curado apropiado del concreto. Un concreto curado durante un solo día experimenta alrededor de 20% más retracción que uno curado durante una semana. El plazo mínimo de curado por vía húmeda debería ser de 7 días. • Mediante el empleo de dosificaciones o mezclas de concreto apropiadas. Es importante limitar el contenido de agua en la mezcla al mínimo necesario consistente con los requerimientos de trabajabilidad. • Evitar las temperaturas altas en el concreto durante su colocación y curado. • Mediante el uso de juntas de llenado o de construcción. • Mediante el uso de juntas de control. • Mediante el empleo de las llamadas “bandas de retracción” sobre todo en losas de piso de gran área o en edificios de plantas grandes. • Mediante el empleo de refuerzo de acero adecuadamente distribuido. • Mediante el uso de cementos expansivos. Estas medidas son para intentar controlar la retracción y reducir sus efectos en la estructura, sin embargo la retracción es inevitable.
3 cosas que debes saber sobre la retracción (contracción) del concreto Punto número 1: ¿Se puede predecir la retracción del concreto? Sí. Sin datos de ensayos para mezclas específicas y sin información precisa sobre las condiciones ambientales del lugar de trabajo, se puede predecir con certeza cuánto se podra contraer el concreto y también el agrietamiento cuando los esfuerzos de tracción superan la resistencia a tracción del concreto. Los factores complicados que limitan la precisión de la estimación de la retracción incluyen: • • • • •
Las variables de las mezclas, como los contenidos de agua, pasta, la composición y finura del cemento. Limpieza de los agregados Relación área/volumen del concreto en estudio. Restricciones a la retracción. Historia de la temperatura del concreto. Condiciones climáticas del ambiente.
El comité ACI 209 sugiere que a largo plazo la retracción puede variar de 0,4 a 1 mm por metro y que los factores que influyen en la velocidad de la retracción también son variables y se puede demorar de 2 semanas a más de 6 meses para que se presente la mitad de toda la contracción.
Punto número 2: Los materiales de la mezcla y su efecto en la retracción del concreto En general, los agregados limpios y de buena calidad tienen cambios de volumen despreciables cuando se humedecen y se secan. Los agregados con arcilla, limo o polvo pueden incrementar de manera significativa la retracción. El comité ACI 209 dice que el tamaño de los agregados es el factor más importante, debido a que los agregados con tamaño pequeño, necesitan un mayor volumen de pasta y esta es un componente importante en la retracción. Si el contratista opta por agregado de 19 mm, cuando puede trabajar con agregado de 25 mm o de 38 mm, está decidiendo tener una mejor trabajabilidad pero a costa de tener un alto contenido de pasta y mayor retracción. Cuando la relación agua/cemento establecida es modificada por un incremento en el contenido de cemento y es necesario rediseñar la mezcla para modificar el contenido de agua y mantener la trabajabilidad, el costo es un alto contenido de pasta y mayor retracción. Las sobrecapas delgadas y con baja permeabilidad tienen un alto potencial de retracción debido al doble efecto de agregados pequeños y baja relación agua cemento. Por fortuna las técnicas de diseño de mezclas son capaces de alcanzar bajos contenidos de agua para ese tipo de trabajos y hacer mínima la retracción. Cuando se desean altos asentamientos,
y estos se dan adicionando agua en la mezcla, bien en la planta o en la obra, el resultado final es una retracción alta.
¿Cómo y cuándo limitar el secado del concreto? La retracción química se inicia apenas el agua entra en contacto con el cemento. La superficie comienza a secarse y se inicia la retracción plástica y la de secado tan rápidamente como la superficie comienza a secarse, la cual a su vez es más rápida cuando la velocidad de evaporación del agua excede la velocidad de exudación. Esta es la razón por la cual muchas mezclas de alto comportamiento son particularmente sensibles a la retracción plástica. Las propiedades de la mezcla que hacen que al concreto le cueste la penetración de agua en estado endurecido son las que impiden que el agua de la mezcla salga por exudación. Para controlar la retracción inicial y la fisuración por ella generada es necesario usar barreras contra el viento, carpas, reductores de evaporación y riego de niebla seguido de la aplicación inmediata de un compuesto de curado que forme una membrana impermeable. Cuando el fraguado final se alcance, hay que aplicar un juicioso proceso de curado. Dependiendo de las condiciones ambientales, puede ser necesario fijar las condiciones de comienzo y finalización de los vaciados de concreto para tener las condiciones menos hostiles.
Punto número 3: ¿Cómo vencer las fisuras o grietas en el concreto? Prevenir o retrasar el secado puede ser un medio efectivo para controlar el agrietamiento y la fisuración por secado. Cuando el concreto fragua y endurece, tres mecanismos entran en acción: Uno: la hidratación del cemento en combinación con la pérdida de agua debido al secado, hacen que se inicie el encogimiento. Y si hay restricciones comienza el estiramiento del concreto. Al mismo tiempo el concreto comienza a endurecer.
Dos: durante el endurecimiento es cuando más esfuerzos de tracción se generan para cualquier cantidad de retracción. Mientras tanto la resistencia del concreto a fisurarse va creciendo lentamente, al desarrollar la resistencia a la tracción. Tres: Finalmente, se presenta una competencia de dos fenómenos: si los esfuerzos de retracción son más altos que la resistencia a la tracción, el concreto se fisura. Pero si la resistencia a la tracción supera los esfuerzos por retracción, el concreto aún puede alargarse pero no se fisura. Los factores que influyen en la velocidad de la retracción, de desarrollo de los esfuerzos y de ganancia de resistencia son: Los ingredientes de la mezcla y su dosificación. La temperatura del aire y del concreto. La humedad. La velocidad del viento. La exposición solar. Las técnicas de acabado de las superficies y La textura superficial. La realidad es que predecir el efecto de esos factores es difícil, pero todos hacen parte de las razones por las que una losa se fisura mientras que otra no.
