Hormigones Masivos

EFECTOS TÉRMICOS A TEMPRANA EDAD EN EL HORMIGÓN

EFECTOS TÉRMICOS A TEMPRANA EDAD EN EL HORMIGÓN

Hipótesis

Agrietamiento térmico a temprana edad.

Descripción breve

El agrietamiento térmico a temprana edad ocurre en paredes y en secciones grandes y gruesas, en donde el calor de hidratación ha generado un aumento de la temperatura del hormigón. Sólo si existe una restricción interna o externa, al enfriarse el hormigón se desarrollarán tensiones de tracción que pueden llevar al agrietamiento.

Tiempo de ocurrencia típico

El agrietamiento térmico a temprana edad ocurre normalmente después de unos días o, en casos extremos, un día después de la colocación del hormigón. El agrietamiento térmico a temprana edad es a menudo diagnosticado incorrectamente como agrietamiento por retracción de secado.

Al respecto, el momento en que ocurre la grieta es de mucha ayuda para diagnosticar la causa de ella;

- agrietamiento por retracción plástica ocurre mucho más temprano (usualmente casi dentro de 1/2 día)

- agrietamiento por retracción de secado ocurre mucho más tarde (usualmente casi después de 2 semanas y a veces después de muchos meses, a menos que la sección sea muy delgada).

Ubicación típica

El agrietamiento térmico a temprana edad ocurre comúnmente en:

- muros de contención restringidos en su parte inferior por la fundación,

- estribos de puentes,

- fundaciones masivas de máquinas con un alto grado interno de restricción y

- grandes represas con restricción tanto en la fundación como interna.

Este tipo de agrietamiento también se observa en:

- muros en voladizo,

- recubrimientos de túneles,

- estanques de agua y otras estructuras retenedoras de líquidos.

El agrietamiento térmico a temprana edad puede ocurrir también en secciones de pavimentos.

Síntomas característicos

Las grietas térmicas usualmente penetran en secciones relativamente delgadas en todo el espesor del hormigón, pero esto no es frecuente que suceda en el caso de grandes coladas o capas que tienen un espesor de 2 metros o más.

Mecanismo de formación

La hidratación del cemento produce calor. Si la sección del hormigón es lo suficientemente grande, el calor desarrollado excederá la rapidez con que se pierde el calor, y la temperatura dentro del hormigón aumentará. El consecuente enfriamiento natural del hormigón hasta alcanzar la temperatura del medio ambiente induce a cambios volumétricos.

Si estos cambios volumétricos son restringidos interna o externamente, se generarán tensiones de tracción y habrá agrietamiento. En el caso de hormigón masivo, la superficie se enfría más rápido que el núcleo generándose, además, tensiones diferenciales en la sección.

La acción de otros factores, tales como la retracción química y el secado por evaporación, llevarán a un desarrollo más rápido de las tensiones de tracción y consecuentemente aumentarán el riesgo de agrietamiento a temprana edad.

CAUSAS: Materiales

La cantidad de calor de hidratación desarrollado depende directamente de la composición química del cemento. Un desarrollo de calor menor reducirá el riesgo de agrietamiento. Por ejemplo, el cemento portland produce más calor de hidratación que el cemento de bajo calor de hidratación o un cemento compuesto (puzolana, escoria).

Cementos molidos muy fino liberan el calor de hidratación más rápido y, por lo tanto, promueven el agrietamiento térmico a temprana edad.

Si se cuenta con una restricción externa o interna apropiada, el uso de cementos o aditivos expansivos generará tensiones iniciales de compresión adicionales que ayudan a prevenir el agrietamiento térmico a temprana edad. Al enfriarse el hormigón, las tensiones de compresión deben ser primero absorbidas y recién después se generarán tensiones de tracción. Así se logra, finalmente, una reducción apreciable de las tensiones de tracción.

Agregados con un coeficiente térmico de dilatación bajo (caliza, dolomita y granito) ayudarán a reducir el monto de los cambios volumétricos.

Dado que el desarrollo de tensiones en el hormigón joven depende de la rigidez del hormigón, cualquier reducción de ésta reducirá el riesgo de agrietamiento. En la selección de agregados deben preferirse aquellos que tienen un módulo de elasticidad bajo.

CAUSAS: Preparación de la mezcla

Aditivos aceleradores de fraguado obviamente producirán calor más rápido y pueden agravar el problema.

El diseño de la mezcla de hormigón debe seguir la finalidad de seleccionar los materiales más efectivos (por ejemplo, cementos de bajo calor de hidratación y agregados con un coeficiente de dilatación térmica bajo), y de mantener el contenido de cemento en un nivel mínimo.

La temperatura de los materiales componentes del hormigón debe mantenerse lo más bajo posible, siendo ésto de mayor importancia para los agregados y el agua que para el cemento.

CAUSAS: Diseño / Trabajo en Obra

Para aplicaciones de grandes obras de hormigón masivo es esencial una buena coordinación entre el proyectista y el contratista. Para reducir el desarrollo de calor en el hormigón se debe:

- planificar la secuencia y tiempos de colocación del hormigón, para permitir un enfriamiento natural entre las capas de hormigón (véase figura),

- seleccionar el mejor tipo de moldaje y aislación, y

- planificar las faenas de descimbre.

En hormigones muy masivos tales como represas, la temperatura interna del hormigón debe mantenerse baja usando para ello tuberías de enfriamiento que se colocan en la superficie del hormigón, antes de colocar la nueva capa.

Para minimizar las diferencias de temperatura dentro de una misma sección de un hormigón masivo, usualmente se mantienen las superficies exteriores calientes mediante aislaciones, permitiéndose así un enfriamiento lento del hormigón.

Después de descimbrar el hormigón, éste no debe ser curado con agua mediante pulverizadores (sólo debe nebulizarse agua en ausencia de brisas de viento), puesto que esto disminuirá abruptamente la temperatura de la superficie del hormigón. Luego de ello deberá aplicarse inmediatamente una protección térmica que impida el enfriamineto superficial hasta que el diferencial con el núcleo sea inferior

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