SOLUCIÓN AL CONGELAMIENTO DEL CONCRETO EN LAS ZONAS ALTIPLANICAS. Autor
: Ing. Engler Apaza Medina
I. RESUMEN Uno de los problemas notables notables propias de las regiones altiplánicas del del Perú en las estaciones de invierno en los meses de Mayo, Junio y Julio, es de que el concreto no desarrolla resistencia debido a que: la velocidad de hidratación hidratación se vuelve lenta, lenta, se prolongan los los tiempos de fraguado fraguado y en en algunos casos se detiene, estas bajas temperaturas oscilan desde –9 ºC hasta 19 ºC en un periodo de 24 horas, y en las obras civiles civiles trae consigo consecuencias consecuencias a contracciones y extensiones en en el concreto generando grietas, fisuras, desmoronamiento y si miramos hacia el futuro todas estas causas no permiten que el concreto tenga una buena durabilidad. El desconocimiento de este efecto efecto muchos de los profesionales pasan por alto; y más aun incurren en el error creando dar solución “añadiendo mas cemento” (solución errónea); esta desmerece los principios de tecnología del concreto, por otra parte frecuentemente se ve la idiosincrasia en las instituciones públicas que se copean especificaciones foráneas y repiten especificaciones para proyectos completamente completamente diferentes y NO toman en cuenta el fenómeno de las heladas. Realizando un buen concreto no es la solución, de nada serviría dosificar una buena mezcla si a posterior no le damos un seguimiento, tampoco pensemos que con los incorporadores de aire se soluciona el problema ya que este aditivo solo tiene un efecto mínimo para combatir las heladas, existe una actividad muy importante que debemos de tener presente y que en la mayoría de obras “ CURADO DEL realizadas en el altiplano no se da la debida importancia nos referimos al CONCRETO “, es justamente esta actividad a la que menos cuidado y atención se le da, y más aun es una de las mas económicas, seria ilógico no darle importancia ya que la falta de este produce un efecto negativo en la calidad , resistencia y durabilidad en un futuro, se puede decir decir y si temor temor a nadie que con un buen curado si si se puede combatir las heladas que se presentan presentan en los tiempos frígidos. El producto de esta Investigación fue exitoso y vimos que si se pueden alcanzar las resistencias deseadas en obra, se realizó diferentes tipos de curados que fueron realizados en la intemperie y en los meses más frígidos del año, esto para una mayor simulación lo que será en obra real, el curado óptimo conseguido en la investigación es: Curado con Aditivo Chema cubierto con plástica negra y cubierta con TOTORA, se dosificó concretos de 210 y 175 kg/cm2, con un número de testigos de 250 (6” x 12”), y 18 pequeñas losas de 50x50 cm de área con 15 cm de altura, ejecutadas en el laboratorio de Mecánica de Suelos y Materiales de la UNA-PUNO, y esta situación representó un reto para la Ingeniería Civil en nuestra ciudad, ya que creativamente se desarrolló criterios propios viendo nuestros problemas reales en la construcción de obras de concreto en períodos de helada, el cual se cooperó soluciones soluciones prácticas.
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II. OBJETIVOS General: Mostrar Soluciones al Congelamiento del Concreto con un Optimo Curado utilizando, productos naturales de nuestra zona y químicos, como la TOTORA y Aditivos Curadores respectivamente.
Específicos: • •
•
•
Investigar Porque el concreto no desarrolla resistencia en los meses frígidos. Analizar Si existe variación en la resistencia final del concreto, de no curar o curar mal un concreto en épocas de heladas. Compensar El costo adicional del Optimo Curado con una buena dosificación diseñando por el Método del Agregado Global. Verificar Cuanto es el aporte de resistencia con un óptimo curado.
III. METODOLOGIA 3.1 TEMPERATURAS MÁXIMAS Y MÍNIMAS EN EL ALTIPLANO. Nuestra ciudad como ya se indicó cuenta con temperaturas que varían durante las 24 horas del día desde – 9 ºC hasta 19 ºC en los meses de mayo, junio y julio, y para un desarrollo normal de resistencia en el tiempo, el concreto debe curarse como referencia a una temperatura de por lo menos 13º C como indica la norma, lo cual en nuestra zona son aun menores las temperaturas, y las más bajas se dieron en el mes de junio (2004) y estas en promedio fueron: Hora 0 1 2 3 4
ºC Hora ºC Hora ºC Hora ºC Hora º C 3 -9 10 11.4 15 15.9 20 3.4 5 2.1 -4 11 13.5 16 12 21 3.1 6 2 1.6 12 15.3 17 9.4 22 3.1 7 -0.6 8 3.5 13 16.8 18 5.5 23 3 -4.2 9 7.6 14 18.1 19 4.2 0 3
VARIACION DE TEMPERATURA AMBIENTE EN EL AL TIPLANO-JU NIO-2004-3825 MSNM.
S 20 A R 10 U T C A ° 0 R N E E -10 P M E -20 T
0
2
4
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Tem Prom.
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HORAS
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Como se aprecia las temperaturas son mínimas durante la noche y parte de la mañana, las cuales se tuvo que tener precauciones durante el vaciado del concreto, y en los tipos de curados que se emplearon ya que se debe tener en cuenta el siguiente objetivo:
Objetivo del Curado: Evitar la evaporación del agua de la mezcla para que el concreto normalmente desarrolle su proceso de hidratación. Y en tiempos frígidos debemos de mantener o proteger por las noches el vaciado, a una temperatura adecuada para impedir la perdida de calor de fragua. Si logramos controlar estos dos efectos tranquilamente el concreto ganará resistencia sin problema alguno, en la investigación se logró controlar estos dos efectos y tranquilamente el concreto ganó resistencia sin problema alguno, para evitar la evaporación del agua se uso un aditivo curador, y para mantener una temperatura adecuada por la noche se utilizó la TOTORA, dando consigo resultados favorables en la resistencia del concreto.
3.2 DOSIFICACIÓN DEL CONCRETO 3.2.1 MATERIALES UTILIZADOS a) Cemento.- Se utilizó el cemento Rumi Pórtland tipo IP, de gran uso actualmente en nuestra zona y son de resistencias iniciales bajas según la especificación NTP.334.090-2001. b) Agregado para concreto.- Los agregados finos y gruesos cumplieron con las especificaciones de la designación C – 33 de la ASTM, y se trabajo con la cantera Cutimbo que dista a 22 Km. de la ciudad de Puno, y las características de los materiales son: DESCRIPCION Cemento / materiales TAMAÑO MÁXIMO PESO ESPECIFICO PESO UNITARIO SUELTO PESO UNITARIO COMPACTADO CONTENIDO DE HUMEDAD ABSORCIÓN MODULO DE FINEZA
UNIDAD CEMENTO TIPO IP Pulg. Gr/cc 3.05 Kg/m3 Kg/m3 % %
AGREGADOS FINO GRUESO 1 1/2" 2.28 2.34 1775 1407 1957 1567 1.66 0.4 4.82 2.93 3.09 6.92
c) Agua.- El agua que se utilizó en la fabricación del concreto fue agua potable el cual no contenía, materia orgánica, sales, u otras sustancias que perjudique la calidad del concreto. 3.2.2 DISEÑO DE MEZCLAS Antes debemos tener presente que NO EXISTE NINGUN METODO PERFECTO, por lo que las bondades de un método sobre otro reside en el criterio personal de quien los aplique y las Difundido por: ICG Instituto de la Construcció n y Gerencia www.construccion.org.pe /
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experiencias que se obtenga en obra, ya que el diseño de mezclas NO es un procedimiento AUTOMATICO, las tablas y criterios del ACI deben ser utilizados como una guía o como una primera estimación; por ello se dice que la etapa de diseño antes que el fin de un proceso, solo representa el inicio de la búsqueda de una buena mezcla para el caso que abordemos. En tal razón el diseño de mezclas planteado en la presente investigación, fue el método del AGREGADO GLOBAL, ya que este método trabaja en función a los porcentajes de los agregados a utilizar dando una mejor compacidad a los mismos, y por otro lado en este método no se tiene ningún tipo de restricciones en el agregado a ser utilizado, puesto que con cualquier tipo de agregado que se trabaje siempre se realizará la prueba del Peso Unitario Compactado ( P.U.C. ). a diferencia del Método del ACI que presenta limitaciones insalvables cuando se trata de utilizar diferentes tipos de agregados como el canto rodado, fracturado de cerro, piedra chancada y otros, por que las tablas que se aplica no hacen diferenciación.
DOSIFICACION DE CONCRETO 210 KG/CM2 POR 1 M3 MET. A.C.I. PROPORCION Cemento Agua Agregado Fino Agregado Grueso % de Finos
SECO
MET. AGREGADO GLOBAL
CORREGIDO POR HUMEDAD
354.6 195 544.9 1018.6
SECO
CORREGIDO POR HUMEDAD
341.64 178 636.41 984.05
354.6 238.6 553.6 1022.6
341.64 223.01 646.97 987.99
35 65
% de Piedra
40 60
3.2.2.1 Cálcu lo de las Propo rci ones de los Agregados
PESO UNITARIO COMPACTADO DEL AGREGADO GLOBAL
1,850
1831.39 1814.33 1798.49
1815.55
) 3 m 1,800 / g k ( 1,750 . C . U . 1,700 P
1764.62 1735.86
P.U.C.
1,650 5 3
0 4
5 4
0 5
5 5
0 6
5 6
% DE PIEDRA
Del grafico anterior se tomo el punto mas alto de P.U.C. cuyo valor tiene 1831.39 kg/m3 el cual permite utilizar las proporciones siguientes, 60 % de piedra y 40 % de fino, a diferencia de las tablas del ACI que nos dan 65 % de piedra y 35 % fino, y con las proporciones calculadas se realizó el diseño de mezclas mediante una hoja de cálculo.
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3.3 CURADO OPTIMO CONSEGUIDO Curado con Aditivo, cubierto con Plástica y cubierta con Totora (Intemperie) El procedimiento es: se aplicó inmediatamente de ser vaciado el aditivo curador que controlará la fisuración por contracción plástica, así mismo diezma la evaporación del agua que contengan los testigos, cuando el concreto endureció lo suficiente se colocó una plástica negra y posteriormente se cubrió con totora, durante 7 días se retiraban en las mañanas la totora para que la plástica negra concentrara calor en el día y lo transmitiera al concreto, y al atardecer aproximadamente a las 4 p.m. se volvía a colocar la totora para conservar durante la noche gran parte del calor acumulado, con este sistema se logró mejores resultados de resistencia y en algunos casos superando al curado efectuado en laboratorio.
3.4 COSTO DEL ÓPTIMO CURADO Y SU COMPENSACION CON EL DISEÑO DE MEZCLAS: Se realizó el análisis de costos del Optimo Curado, y el incremento es de S/. 1.35 Nuevos Soles por m2. En el cuadro del Ítem 3.2.2 se ve el ahorro de cemento diseñando el concreto por el método del Agregado Global (Diseño usado en la Investigación) en comparación al método de diseño que comúnmente se usa en el Altiplano A.C.I., el ahorro de Cemento es de 12 kilos por 1m3 de concreto, para una mejor visualización se pasara a detallar un Ejemplo.
Vaciado de una Losa de Concreto de 20 m2, f’c = 210kg/cm2. * El costo del Optimo Curado para la losa seria: 1.35 * 20 = 27Soles. * Para una losa de 20 m2 y 0.2 m de espesor se necesita 4 m3 de concreto, como se dijo en el diseño empleado se ahorra 12 kilos de cemento por 1m3, entonces para nuestro ejemplo tendríamos un ahorro de: 12 * 4 = 48 kilos = 1.13 bolsas que equivale a: 23 Soles.
* Concluimos que el diseño de mezclas del Agregado Global nos permite de alguna forma compensar el costo extra del curado. IV. RESULTADOS De los resultados obtenidos de la investigación tenemos: Nro
Tipo de Curado Laboratorio Temp. Promedio 18 º C
Nº días
Compresión 210 Kg/cm2 251.46 145.95 244.33
1 2
Intemperie solo agua (tradicional)
28 28
3
Curado Optimo de la Investigación
28
Como se puede apreciar el cuadro anterior existe mucha diferencia en resistencia si no se cura adecuadamente un concreto, por ello pongámonos a REFLEXIONAR que el CURADO del CONCRETO es importantísimo, revisando el objetivo general de la ponencia estaríamos solucionando el problema de las heladas con un óptimo curado, utilizando aditivo para evitar la Difundido por: ICG Instituto de la Construcció n y Gerencia www.construccion.org.pe /
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evaporación y totora para mantener a una temperatura adecuada, a la larga en nuestra zona no es frecuente el uso de aditivos, por la creencia que su alto costo no justifica su utilización en el concreto, se concluye que el costo extra es solo aparente en contraposición a la gran cantidad de beneficios que se obtendrán en el futuro ejemplo, la durabilidad del concreto.
V.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES: CONCLUSIONES: Con el producto natural de nuestra zona como es la Totora, se demostró que es excelente aislante térmico para emplearse en curado de concreto, ya que con este se logro mantener a una temperatura adecuada el concreto, alcanzando resistencias previstas en el diseño. Efectivamente si se alcanzó buenas resistencias con un buen curado en los meses frígidos se ve claramente que con el óptimo curado se llegó a aproximar al del laboratorio, una recomendación personal para la aplicación en obra es de utilizar la TOTORA por el mayor uso que se le puede dar y por la facilidad del tendido y retiro del mismo. El diseño de mezclas planteado en la presente investigación, da una mejor proporción de los agregados a utilizar porque dicho método permite usar porcentajes de agregados más reales debido a que en el laboratorio se analiza mediante la prueba (P.U.C.), y así obtener las proporciones exactas de un agregado tanto fino como grueso en función a la máxima densidad. Los aditivos nos ayudan a evitar la evaporación del agua del concreto, ala larga en nuestra zona no es frecuente el uso de aditivos, por la creencia que su alto costo no justifica su utilización en el concreto, se concluye que el costo extra es solo aparente en contraposición a la gran cantidad de beneficios que se obtendrán en el futuro, es un COSTO – BENEFICIO. El concreto no desarrolla resistencia a un 100% en los meses más frígidos del año, debido a que la velocidad de hidratación se vuelve lenta, el tiempo de fraguado se prolonga, por el intenso frió que se produce en la ciudad de puno y Juliaca. Todos los sistemas de curados se realizaron en la intemperie y en los meses más frígidos del año esto para una mayor simulación lo que será en obra real. Se realizaron probetas adicionales y se incremento aditivos incorporadores de aire, y estos no son lo suficiente para combatir las heladas, y su resistencia en comparación con el de laboratorio es del orden del 80 %. Debemos poner mas conciencia al curado del concreto ya que se observó existe una gran diferencia de resistencia cuando no se cura adecuadamente un concreto, y no poner en peligro nuestras obras como profesionales. En el análisis de costos y se vio que con una adición de S/. 1.35 por m2 se logra un óptimo curado. También se ensayaron losas utilizando esclerómetro, pero estas sólo nos dieron una referencia con respecto a la resistencia, ya que este solo ayuda a identificar zonas donde el concreto es de pobre calidad o se encuentra deteriorada, debido a la incertidumbre inherente del método en la estimación Difundido por: ICG Instituto de la Construcció n y Gerencia www.construccion.org.pe /
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de resistencia NO se RECOMIENDA como base para la ACEPTACIÓN o RECHAZO de un concreto. El aporte de resistencia del curado óptimo es de 98.38 kg/cm2 en comparación al curado que se realiza clásicamente en el altiplano peruano.
RECOMENDACIONES Para concretos de resistencias con relaciones agua cemento mayores que 0.65 no se recomienda el uso de la plástica negra en vista que este tipo de concreto tiene mayor exudación y al protegerlos con plástica genera mas calor haciendo brotar el agua del concreto y el aditivo curador se deteriora, o por otra parte se puede utilizar el aditivo pero teniendo la precaución de que el concreto endurezca lo suficiente y pasadas las 24 horas ya se puede utilizar el curador. Se recomienda el vaciado de concretos hasta las 3.00 pm., ya que la temperatura a esa hora decrece fuertemente en esta zona del altiplano, siendo dañino para la hidratación del concreto. No colocar el concreto si las temperaturas del aire en el sitio o de las superficies sobre el cual será colocado el concreto están por debajo de los 4 ºC (40 ºF), esperar que la superficie tenga una temperatura mayor a los 4 º C. Debemos tener presente que no existe ningún método perfecto de diseño , por lo que las bondades de un método sobre otro reside en el criterio personal y las experiencias que se obtenga en obra, ya que el diseño de mezclas NO es un procedimiento AUTOMATICO, y se recomienda que las tablas y criterios del ACI deben ser utilizados como una guía o como una primera estimación. Debemos tener conciencia cuando se trabaje con concreto y mas aun en los meses mas frígidos del año, y no debemos de pasar por alto este fenómeno de las heladas, se recomienda que ya no se debe de caer en el error de seguir copeando especificaciones técnicas foráneas para proyectos completamente diferentes que esto lamentablemente se ve en las instituciones públicas, y debemos de hacer nuestros propios diseños para proyectos diferentes. La etapa del concreto debe ser realizado por profesionales que conozcan el comportamiento del mismo, enfrentemos la realidad y se ve que muchas veces estas labores son entregadas a maestros de obra, operarios por experiencias anteriores; y muchas veces obvian aspectos como: no hacen un control de humedad del agregado, trabajan con consistencias más fluidas que los indicados. Para temperaturas bajas se debe usar cemento tipo III debido a que este tipo de cemento produce un mayor calor de hidratación en la mezcla, pero lamentablemente nuestro Perú no produce.
VI BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA - Ing. Rafael Cachay Huaman - Diseño de Mezclas - Lima - UNI - 1998 - Ing. Ana Torre Carillo - Ponencia de Tecnología de Concreto - Lima - UNI – 2004 - Ing. Enrique Pasquel Carvajal - Tópicos de Tecnología del Concreto - Lima - 1998 - Ing. Enrique Riva López - Concretos de alta resistencia - Lima - 1998 - Normas Técnicas Peruanas - Boletines Técnicos, ASOCEM. Difundido por: ICG Instituto de la Construcció n y Gerencia www.construccion.org.pe /
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