Hormigonado en tiempo frío

El equipo técnico de Master Builders Solutions responde con este artículo a las preguntas que los profesionales les hacen sobre los cuidados a la hora de ejecutar estructuras de hormigón in situ en condiciones de tiempo frío.

Lo que dicen las normas y lo que no

Por todos es sabido que el tiempo frío representa un problema para la ejecución de hormigón. Muchas son las consultas realizadas a nuestro Departamento Técnico acerca del hormigonado ante condiciones de baja temperatura y, por encima de todo, la pregunta estrella sin duda es: ¿Hasta qué temperatura mínima puedo hormigonar? Creemos que la respuesta más sensata en este caso respondería a un tópico: “Depende…”, ya que aventurarse a determinar una temperatura mínima puede ser arriesgado, considerando los numerosos factores que influyen y su trascendencia y, por encima de todo, las graves consecuencias estructurales causadas por una ejecución negligente en condiciones de tiempo frío.

En la época invernal aparecen dos peligros en el hormigón recién ejecutado: el primero, es el aumento de volumen del agua contenida en su interior si llega a la congelación y el hormigón no ha llegado a la resistencia inicial mínima para soportar esas tensiones. Y, en segundo lugar, el retardo en el fraguado que se produce cuando hay bajas temperaturas, necesitando más tiempo para conseguir esa resistencia inicial necesaria.

Los efectos dañinos de las bajas temperaturas sobre el hormigón recién ejecutado básicamente son dos:

El agua pura se congela a 0ºC y esto provoca que su volumen aumente aproximadamente un 9%. Si esto ocurre, y el hormigón todavía no tiene suficiente resistencia a tracción para soportar la tensión generada por la congelación del agua interna, habrá daños irreversibles que limitarán la prestación mecánica y la durabilidad del hormigón. En este sentido, se considera que el hormigón es resistente a los efectos del tiempo frío (por expansión del agua congelada) cuando ha alcanzado los 3,5 N/mm2 aproximadamente.

El segundo problema está relacionado con la velocidad de hidratación del cemento y está estrechamente ligado al primer problema. Las bajas temperaturas actúan como un retardador del fraguado, ralentizando todo el proceso de desarrollo de resistencias (para alcanzar el valor mínimo a partir del cual el hormigón ya puede enfrentarse a una helada). La relevancia de este problema será aún mayor si los cementos evolucionan según la lógica de las tendencias (con el fin de reducir emisiones), resultando en cementos más sensibles al efecto retardador de las bajas temperaturas.

Todas las normativas de todos los países avanzados relacionadas con la ejecución de estructuras de hormigón incluyen condiciones y regulaciones para el hormigonado en tiempo frío. En todas ellas, se listan una serie de medidas obligatorias y condiciones límite para garantizar la calidad de las estructuras cuando se hormigona en tiempo frío, que incluyen el uso de aditivos anticongelantes y aceleradores de fraguado.

Sin embargo, de forma complementaria a las indicaciones de las respectivas normas para el hormigonado en tiempo frío, hay otras consideraciones también muy importantes que no siempre se tienen en cuenta. Y todas ellas tienen como objetivo que el hormigón haya desarrollado la suficiente resistencia en el momento que llegue la helada.

Columnas azules: Inicio y final de fraguado (en minutos) para un hormigón con 0,8% spc (sobre peso de cemento) de aditivo plastificante. El retraso de fraguado aumenta de forma exponencial con el descenso de temperatura.

Columnas ocres: Inicio de fraguado (en minutos) para un hormigón de consistencia S3 con superplastificante a +20 y +5ºC. Reducir la dosis de plastificante y aumentar la de superplastificante acorta el inicio de fraguado.

Aditivo reductor de agua

Cuando se debe hormigonar en tiempo frío, lo primero que aparece en mente son los aditivos anticongelantes. Sin embargo, raramente se conoce la importancia y el papel que juega el uso de aditivos plastificantes, debido a su carácter retardador de fraguado. Este punto es especialmente relevante en el caso del hormigón preparado en planta y suministrado en camión, donde este tipo de aditivos se emplean de forma regular.

El aditivo plastificante es necesario para el mantenimiento del cono, incluso en “condiciones normales”, por ello cuando las condiciones son especiales: muy bajas temperaturas o necesidad de resistencias iniciales, si se emplean aditivos superplastificantes, que ciertamente tienen un coste elevado, pero resuelven estos problemas.

El efecto retardador de los aditivos plastificantes convencionales aumenta de forma exponencial con el descenso de la temperatura del hormigón fresco, por lo que en condiciones de tiempo frío deben usarse de forma cautelosa. En situaciones de baja temperatura, es muy recomendable minimizar la dosificación de aditivo plastificante al máximo (<0,4% spc) e incrementar la de aditivo superplastificante hasta obtener la consistencia deseada. Con esta práctica, se avanza el inicio de fraguado del hormigón y se acelera el desarrollo de resistencias iniciales (sin apenas consecuencias prácticas sobre el mantenimiento de consistencia durante el transporte), hecho que resulta muy beneficioso para que el hormigón pueda desarrollar la máxima resistencia en el momento que lleguen las temperaturas negativas.

Hormigonar en el momento óptimo del día

En un día de tiempo frío, podríamos afirmar que las temperaturas mínimas se registran a partir del atardecer hasta las últimas horas de la mañana. Durante esta franja de tiempo es posible que la temperatura esté bajo 0ºC durante muchas horas, quedando el hormigón joven expuesto a posibles daños. En consecuencia, si en el momento en que se den estas condiciones el hormigón no ha podido generar la suficiente resistencia para resistir los efectos de la helada, los daños serán inevitables e irreversibles.

En condiciones de tiempo frío, una buena preparación en la obra con el objetivo de aplicar el hormigón con la mayor celeridad posible reduce los riesgos típicos del tiempo frío sobre el hormigón joven. En la misma línea, es preferible que el tiempo de transporte entre la planta y la obra sea el más corto posible.

Siempre debe realizarse la puesta en obra en el momento más temprano del día a partir de que se sobrepase la temperatura mínima permitida para el hormigonado. Se trata de que el hormigón fresco pueda estar el máximo de horas en la franja de máximas temperaturas para que fragüe lo antes posible y pueda desarrollar resistencia durante el mayor tiempo posible (por debajo de +4 ºC la hidratación apenas progresa). Esta es probablemente la medida más efectiva para hormigonar en tiempo frío con garantías.

Los aditivos anticongelantes se emplean en situaciones de tiempo frío para acelerar el inicio de fraguado y el desarrollo de resistencias iniciales durante el tiempo en que, después de la puesta en obra, las temperaturas son favorables para que la hidratación del cemento progrese. Estos aditivos permiten realizar el hormigonado en condiciones en que, sin su uso, el hormigón joven no podría desarrollar la mínima resistencia suficiente para enfrentar con garantías el momento de las heladas. Es el caso de los días de invierno donde la temperatura máxima no sobrepasa los 5-6ºC, por ejemplo, o cuando se combina baja temperatura con humedad muy alta. Pero es importante remarcar que no se trata de productos milagrosos, por lo que siempre deben respetarse las indicaciones de las normativas vigentes.

Si en el momento de la primera helada el hormigón ha podido desarrollar la suficiente resistencia para tolerar la tensión generada por la congelación del agua, no importa cuál sea la temperatura ambiente mínima que pueda alcanzarse, ya que los efectos físicos son los mismos a -3 ºC que a -10 ºC.

Tendencia de la temperatura en condiciones de tiempo frío. La clave está en que el hormigón ejecutado esté el máximo número de horas en la franja de mayores temperaturas.

Podría pensarse que el momento óptimo para el hormigonado en tiempo frío sería coincidiendo con las temperaturas máximas del día, pero no es así. Por ejemplo, un hormigonado a las 16:00h sería una temeridad a pesar de estar en la franja horaria de máxima temperatura, ya que el hormigón no tendría suficiente tiempo para desarrollar la resistencia mínima suficiente para el momento en que la temperatura empieza a mostrar valores negativos.

Aprovechar el calor interno del hormigón fresco como acelerador de fraguado

Cuando se dan las condiciones climáticas de tiempo frío (a efectos de hormigón), sin duda el momento en que el hormigón fresco está a su máxima temperatura es justo después del amasado. La formación de etringita en la fase inmediata de la hidratación del cemento y la energía del propio amasado generan calor que acumula el hormigón recién mezclado. Aparte, la planta de hormigón dispone de medios para asegurar la temperatura mínima del hormigón fresco exigida en condiciones de tiempo frío.

Inicio y final de fraguado de un hormigón fresco a diferentes temperaturas. El tiempo de fraguado aumenta exponencialmente cuanto menor sea la temperatura del hormigón fresco

A partir de aquí, el calor interno acumulado en el hormigón recién amasado se irá disipando con el tiempo. Por lo tanto, es importante minimizar el tiempo entre el amasado del hormigón y el final de la puesta en obra. Ejecutar un hormigón con unos grados más de temperatura es crítico para acelerar el desarrollo de resistencia inicial. Para ello, en condiciones de tiempo frío, una buena preparación en la obra con el objetivo de aplicar el hormigón con la mayor celeridad posible reduce los riesgos típicos del tiempo frío sobre el hormigón joven. En la misma línea, es preferible que el tiempo de transporte entre la planta y la obra sea el más corto posible.

 El amasado (entendiendo el primer contacto agua-cemento) sí que desarrolla calor, pero no por la fricción, se origina en las primeras reacciones producidas entre el cemento y el agua. A partir de aquí, el hormigón se irá enfriando. El movimiento durante el transporte es insignificante, el camión hormigonera no aporta nada de calor, mueve el hormigón muy lentamente a efectos de calentar el material (de hecho, se enfría).

No todas las estructuras son iguales ante el tiempo frío

En línea con el punto anterior, la disipación del calor interno del hormigón recién amasado continua una vez ya está ejecutado (hasta en inicio de fraguado, cuando se desarrollará calor interno). Como norma general, cuanto mayor sea el volumen de hormigón, menores los riesgos frente a las condiciones de tiempo frío, pero además la pérdida del calor interno está estrechamente ligada con la geometría y con la superficie expuesta por donde podrá disiparse el calor interno de la estructura en particular.

Estructuras esbeltas o con mucha superficie expuesta, como por ejemplo un pavimento, perderán el calor acumulado más rápidamente que una estructura que acumule el mayor volumen con la mínima superficie de exposición o directamente protegidas (estructuras enterradas, encofradas).

Hay estructuras con geometrías más sensibles al tiempo frío. Cuanto mayor sea la superficie de disipación de calor, mayor será el riesgo de afectación por heladas.

Siempre cuando se hormigona en tiempo frío, es conveniente aislar y proteger al máximo las estructuras recién hormigonadas para preservar al máximo el calor interno, pero esta medida es especialmente crítica cuando deben ejecutarse estructuras desfavorables en cuanto a la disipación de calor.

Pere Borralleras / Technical & Marketing Manager / Master Builders Solutions España, S.L.U.

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