Exposición del Hormigón a Temperaturas de Deshielo y Congelamiento.

El hormigón de las estructuras que estarán expuestas a temperaturas de congelamiento y deshielo o a sales anticongelantes debe contener un volumen mínimo de aire intencionalmente incorporado, el cual varía según la exposición sea severa o moderad. Las especificaciones técnicas del proyecto deberían exigir que el contenido de aire del hormigón entregado en obra no difiera de los valores meta en ±1,5 puntos porcentuales. Son condiciones de exposición severas aquellas en las cuales el hormigón puede estar permanentemente expuesto a temperaturas de congelamiento y deshielo o aquellas en las cuales se utilizan sales anticongelantes. Los ejemplos incluyen los pavimentos, los tableros de puentes, las aceras y las losas de los edificios para estacionamiento de vehículos. Cuando las condiciones de exposición son severas el Código también impone un límite máximo para la elación w/c y f'c mínima . Son condiciones de exposición moderadas aquellas correspondientes a un clima frío donde el hormigón puede estar expuesto a temperaturas de congelamiento, pero sólo ocasionalmente estará expuesto a condiciones de humedad antes de
congelarse, y donde no se utilizan sales anticongelantes. Los ejemplos incluyen ciertos tabiques, vigas y losas exteriores que no están en contacto directo con el suelo.

Incorporando intencionalmente aire al hormigón se mejora significativamente la resistencia al congelamiento del hormigónendurecido expuesto al agua o a las sales anticongelantes. Un hormigón seco o que contiene apenas una pequeña cantidad dehumedad no se ve afectado aunque el número de ciclos de congelamiento y deshielo sea elevado. La incorporación de aire también mejora la resistencia a los sulfatos.

La incorporación de aire se puede lograr agregando un aditivo incorporador de aire a la mezcla, usando cementoincorporador de aire, o combinando ambos métodos. Los aditivos incorporadores de aire, los cuales se agregan en la mezcladora, deben satisfacer los requisitos de ASTM C 260 (3.6.4); los cementos incorporadores de aire deben satisfacer la especificaciones de ASTM C 150 y C 595 (3.2.1. Los cementos incorporadores de aire pueden ser difíciles de conseguir mientras que, por el contrario, la popularidad de los aditivos incorporadores de aire viene en aumento. La norma ASTM C 94 (Standard Specifications for Ready Mixed Concrete), la cual el Código ACI incorpora  exige la realización de ensayos para determinar el contenido de aire del hormigón. La frecuencia de estos ensayos es la misma requerida para la evaluación de la resistencia. Las muestras de hormigón se deben obtener según los requisitos de ASTM C 172, y se deben ensayar de acuerdo con ASTM C 173 o C 231.

Otra propiedad que mejora significativamente la resistencia del hormigón a los ciclos de congelamiento y deshielo es el uso de una baja relación agua-material cementicio. Los hormigones de peso normal que estarán expuestos a condiciones de congelamiento y deshielo en estado húmedo y a las sales anticongelantes se deben dosificar de manera de satisfacer tanto la máxima relación w/c como la mínima resistencia. Esto sirve para asegurar que realmente se logre en obra la relación w/c requerida por motivos de durabilidad. El comentario introductorio  del Código dice … "La selección de una f'c consistente con la relación agua-material cementicio seleccionada por motivos de durabilidad ayudará a asegurar que en obra realmente se obtenga la relación agua-material cementicio requerida." Como mencionamos anteriormente, resulta difícil determinar con precisión la relación w/c del hormigón durante su elaboración y más difícil aún hacerlo como un control en obra. Las resistencias mínimas requeridas por durabilidad trasladan el control de calidad; en vez de limitar la relación w/c se limita la resistencia a la compresión especificada, la cual se puede controlar fácilmente.

Para los hormigones de agregados livianos solamente se especifica una resistencia mínima, ya que las características variables de absorción de los agregados livianos no permiten calcular las relaciones w/c.

Los hormigones usados en estructuras de contención de agua o expuestos a condiciones de exposición severas deben ser virtualmente impermeables al agua. La baja permeabilidad no sólo mejora la resistencia a los ciclos de congelamiento ydeshielo, especialmente en presencia de sales anticongelantes, sino que también mejora la resistencia del hormigón a lapenetración de cloruros. Los hormigones de baja permeabilidad se deben dosificar de manera que la relación w/c especificada sea menor o igual que 0,50. Si el hormigón estará expuesto a ciclos de congelamiento y deshielo en estado húmedo, la relación w/c debe ser menor o igual que 0,45. Además, para proteger contra la corrosión a las armaduras de los hormigones expuestos a sales anticongelantes (condiciones de congelamiento y deshielo en estado húmedo) y los hormigones expuestos al agua de mar, estos hormigones se deben dosificar con una relación w/c menor o igual que 0,40.

Para las condiciones de exposición mencionadas también se deben satisfacer las resistencias mínimas del hormigón indicadas en la Tabla 4.2.2. El Ejemplo 2.1 ilustra la dosificación de una mezcla que satisface tanto la relación w/c como la resistencia requerida para lograr la durabilidad del hormigón

Longitud del Anclaje ℓdh para las Barras.

De acuerdo con 12.5.2, la longitud de anclaje, ℓdh, para las barras o alambres con gancho solicitadas a tracción es:

donde β = 1,2 si la armadura tiene revestimiento epoxi4.3 y λ = 1,3 si se trata de hormigón de agregados livianos. Para los demás casos β = λ = 1,0.

La Tabla 4-4 indica la longitud de anclaje para las barras con gancho embebidas en hormigón de peso normal, para diferentes resistencias a la compresión especificada y armadura de acero de grado 60.

Tabla 4-4 – Longitud de anclaje ℓdh de las barras con ganchos normales*

(Barras de acero Grado 60 sin revestimiento) (in.)

Durabiladad del Hormigón: Relación agua-material cementicio.

A partir de la edición 1989 del Código, el parámetro que anteriormente se denominaba "relación agua-cemento" ha pasado a llamarse "relación agua-material cementicio." Esto se debe al reconocimiento de los demás materiales cementicios permitidos por el código para satisfacer las limitaciones de w/c relacionadas con la durabilidad del hormigón. Habitualmente la notación "w/c" se utiliza para indicar la "relación agua-material cementicio." La definición de "material cementicio" (ver Capítulo 2) permite utilizar materiales cementicios diferentes al cemento pórtland y los cementos hidráulicos para satisfacer los límites de w/c codificados. De acuerdo con el Código, para calcular las relaciones w/c el "material cementicio" puede
incluir:

• Cemento pórtland (ASTM C 150)
• Cemento hidráulico mezclado (ASTM C 595 y ASTM C 1157)
• Cemento hidráulico expansivo (ASTM C 845) ya sea utilizados solos o combinados con:
• Ceniza fina o volante (ASTM C 618)
• Puzolanas naturales crudas o calcinadas (ASTM C 618)
• Escoria granulada de alto horno (ASTM C 989)
• Vapor de sílice (ASTM C 1240)

Anclaje de las Barras o Alambres Terminados en Gancho Solicitados a Tracción.

Los requisitos actuales para el anclaje de las armaduras terminadas en gancho fueron introducidos por primera vez en el Código 1983. Estos requisitos representaron un cambio importante con respecto a los requisitos de los códigos anteriores, ya que diferenciaban entre el anclaje de las armaduras terminadas en gancho y el anclaje de las barras rectas, y daban la longitud de anclaje para las barras terminadas en gancho directamente. Los requisitos actuales no sólo simplifican el cálculo de las longitudes de anclaje de las barras terminadas en gancho sino que además con ellos se obtienen longitudes embebidas considerablemente menores que las requeridas por las ediciones anteriores del Código, particularmente para el caso de las barras de mayor diámetro. La Sección 12.5 contiene requisitos para determinar la longitud de anclaje de las barras conformadas que terminan en un gancho normal. Los ganchos sólo se pueden usar para anclar barras traccionadas; estos ganchos no se pueden considerar efectivos para el anclaje de las armaduras en compresión. Esta sección solamente considera los ganchos "normales" ; los requisitos  no permiten calcular la capacidad de anclaje de los ganchos con diámetros de mayor tamaño.

Para poder aplicar los requisitos de anclaje de las barras o alambres con ganchos el primer paso consiste en calcular la longitud de anclaje de la barra o alambre, ℓdh. Luego esta longitud se multiplica por el factor o los factores de modificación aplicables. Observar que en el Código 1999 se determinaba una longitud básica de anclaje diferente, ℓhb, la cual luego se podía modificar aplicando los factores.
La longitud de anclaje ℓdh se mide entre la sección crítica y el extremo exterior del gancho normal, es decir, corresponde a la longitud recta embebida desde la sección crítica hasta el inicio del gancho, más el radio de doblado del gancho, más un diámetro de la barra o alambre. A modo de referencia, la Figura 4-1 ilustra ℓdh y los detalles de los ganchos normales (ver 7.1) para todos los tamaños de barras y alambres habituales. Para los ganchos normales doblados a 180 grados perpendiculares a una superficie expuesta, la longitud de anclaje debe proveer una distancia mínima de 2 in. más allá de la cola del gancho.

Figura 4-1 – Longitud de anclaje ℓdh para los ganchos normales

Requisitos de Durabilidad del Hormigón.

Requisitos de Durabilidad; allí se enfatiza la importancia de la influencia de las condiciones de exposición sobre la durabilidad del hormigón. Los requisitos para la dosificación del hormigón y la evaluación de su resistencia – Calidad, Mezclado y Colocación del Hormigón. Como se establece en el artículo 5.1.1, la osificación del hormigón se debe establecer de manera de (a) proveer la resistencia a las exposiciones especiales según lo requerido por el Capítulo 4, y (b) satisfacer los requisitos de resistencia del Capítulo 5.

La resistencia a las exposiciones especiales – Exposición a temperaturas de congelamiento y deshielo, 4.3 – Exposición a sulfatos, – Protección contra la corrosión de las armaduras– Evaluación y conformidad del hormigón. Dependiendo de los requisitos de diseño y de las condiciones de exposición, se deberá especificar la menor de las relaciones agua-material cementicio requeridas ya sea por los requisitos de diseño estructural o bien por las condiciones de exposición de la estructura .

La observación de deterioros inaceptables en algunas estructuras de hormigón ubicadas en regiones expuestas a temperaturas de congelamiento y deshielo, a sales anticongelantes utilizadas para retirar la nieve y el hielo, a los sulfatos presentes en el agua y el suelo o a los cloruros, han resaltado la necesidad de contar con requisitos especiales para estos tipos de exposición El Capítulo 4 señala la necesidad de considerar la durabilidad del hormigón, y no sólo su resistencia.

Dentro del contexto del Código, el término durabilidad se refiere a la capacidad del hormigón para resistir los deterioros provocados por el medio ambiente o por las condiciones de servicio para las cuales se lo utiliza. El hormigón correctamente diseñado y construido debe ser capaz de satisfacer la función para la cual fue pensado sin sufrir deterioros importantes durante su vida útil. Sin embargo, el Código no contiene requisitos específicos para condiciones de exposición particularmente severas, como por ejemplo el caso de los hormigones expuestos a ácidos o a temperaturas extremadamente elevadas, y tampoco se ocupa de consideraciones estéticas tales como los acabados superficiales. Estos aspectos, que no están comprendidos dentro del alcance del Código, se deben tratar específicamente en la especificaciones técnicas del proyecto. Los ingredientes y la dosificación del hormigón se deben seleccionar de manera tal de satisfacer los requisitos mínimos establecidos en el Código y los requisitos adicionales indicados en la documentación técnica.

Además de una correcta selección del cemento, una adecuada incorporación de aire, una relación agua-material cementicio adecuada y la limitación del contenido máximo de cloruros de los materiales, otros requisitos fundamentales para la durabilidad de un hormigón expuesto a condiciones ambientales adversas incluyen: usar hormigones de bajo asentamiento, compactar el hormigón adecuadamente, lograr materiales uniformes, usar recubrimiento adecuados de hormigón sobre las armaduras, y aplicar un procedimiento de curado húmedo que permita desarrollar las propiedades del hormigón.

Anclajes de los Paquetes de Barras de Tres o Cuatro.

Cuando se utilizan paquetes de tres o cuatro barras es necesario aumentar la longitud de anclaje de las barras individuales. Esta longitud adicional es necesaria porque el agrupamiento hace más difícil movilizar resistencia al "deslizamiento" entre las barras, en el núcleo del paquete. Para un paquete de tres barras el factor de modificación aplicable es 1,2; para un paquete de cuatro barras el factor de modificación aplicable es 1,33. Otros requisitos aplicables  a la terminación de las barras individuales dentro de un paquete, y los referidos al empalme por yuxtaposición de los paquetes de barras.

Para determinar los factores de 12.2 que dependen del diámetro de las barras, db, un paquete de barras se puede considerar como una sola barra cuyo diámetro se obtiene en base al área total equivalente.

Aditivos: Procedimientos de Colocación y Curado del Hormigón con Vapor de Sílice.

Vapor de Sílice.


El vapor de sílice (ASTM A 1240) se denomina así porque se extrae de los vapores de los hornos eléctricos usados para producir metal ferrosilíceo o sílice. Estos vapores se recogen y preparan en forma de microsílice sólida finamente dividida, la cual se utiliza como aditivo para el hormigón. Usando vapor de sílice juntamente con aditivos reductores del agua de alto rango se pueden producir hormigones con resistencias a la compresión de 20.000 psi (138 MPa) o superiores. También se usa para producir una matriz de pasta celular muy densa que reduce la permeabilidad del hormigón. Se logra así una mejor protección contra la corrosión de las armaduras, especialmente cuando el hormigón ha de estar expuesto a la aplicación directa o indirecta a productos químicos anticongelantes, como en el caso de los tableros de puentes o las losas de los edificios para estacionamiento de vehículos.

La dosificación de las mezclas, los métodos de elaboración (mezclado y manipuleo) y los procedimientos de colocación y curado del hormigón con vapor de sílice exigen un mayor grado de control de calidad que los hormigones convencionales. Cuando se especifican hormigones con vapor de sílice es de fundamental importancia que el ingeniero, el proveedor de hormigón y el contratista trabajen de manera conjunta para asegurar un nivel de calidad consistente.

Observar que, dependiendo de la proporción de vapor de sílice, estos hormigones pueden ser casi negros, gris oscuro, o mantener el color del cemento. El cambio de color más importante se produce en los hormigones fabricados con cementos de color claro. La dosificación de la mezcla también puede afectar el color del hormigón. Si la diferencia de color constituye un problema (caso del hormigón arquitectónico) se debería utilizar el cemento más oscuro disponible, y durante el proceso de diseño de la mezcla se deberían preparar varias mezclas de prueba.

Longitud del Anclaje de las Barras y Alambre Conformados Solicitados a Compresión.

La longitud de anclaje requerida para la armadura solicitada a compresión es menor que la longitud de anclaje requerida para la armadura solicitada a tracción, ya que en las barras comprimidas no se presenta el efecto debilitante que provocan las fisuras originadas por la tracción por flexión. La longitud de anclaje para las barras conformadas o los alambres conformados solicitados a compresión es

, pero este valor no puede ser menor que 0,0003 dbfy ni menor que 8 in. En el Código 1999 esto se definía como la longitud básica de anclaje en compresión, ℓdb. Observar que ℓdc se puede reducir si hay armadura en exceso de la requerida (12.3.3(a) y si hay estribos cerrados o zunchos que "confinen" la armadura (12.3.3(b)). Observar también que los requisitos que deben satisfacer los estribos cerrados o zunchos para poder reducir la longitud de anclaje un 25 por ciento son algo más estrictos que los correspondientes a los estribos de columna "regulares" especificados en 7.10.5, pero menos estrictos que los correspondientes a los zunchos especificados en 7.10.4. A modo de referencia, la Tabla 4-3 lista las longitudes de anclaje en compresión para las barras de acero Grado 60.

Tabla 4-3 – Longitud de desarrollo en compresión ℓdc para barras de acero Grado 60 (in.) 

Armaduras Revestidas.

El Código incluye referencias a las especificaciones ASTM correspondientes a armaduras revestidas, A 765 (galvanizadas) y A 775 (con revestimiento epoxi), y esto refleja el uso creciente de las barras revestidas. Se consiguen mallas de alambres soldadas con revestimiento epoxi (ASTM A 884), con los alambres galvanizados antes de su soldadura (ASTM A 641) y con los alambres galvanizados una vez soldados (ASTM A 123). Las barras y mallas revestidas más utilizadas son aquellas con revestimiento de resina epoxi, usado para proteger las armaduras contra la corrosión. Las armaduras con revestimiento epoxi constituyen un sistema viable de protección contra la corrosión.

En los últimos años el uso de armaduras con revestimiento epoxi se ha extendido a diferentes tipos de construcciones de hormigón, como por ejemplo a las losas expuestas a las sales anticongelantes, las plantas de tratamiento de aguas residuales, las estructuras marítimas y otras instalaciones ubicadas próximas a zonas costeras donde el riesgo de corrosión es mayor debido a la exposición al agua salada, en especial cuando el clima es cálido y húmedo.

Los diseñadores que especifican el uso de barras con revestimiento epoxi deben explicitar claramente en las especificaciones técnicas los accesorios y métodos de manipulación especiales requeridos para minimizar los daños sufridos por el revestimiento durante las operaciones de manipuleo, transporte y colocación de las barras o durante la colocación del hormigón.2.3,2.4 Los accesorios y métodos de manipuleo especiales incluyen:

1. Se deben utilizar cuerdas de izamiento de nylon o sogas acolchadas.

2. Se deben utilizar barras separadoras para izar los paquetes de barras, o izar los paquetes tomándolos por los puntos correspondientes a un tercio de su longitud utilizando sogas acolchadas. Las bandas utilizadas para unir los paquetes de barras deben ser de nylon o estar acolchadas.

3. Las barras revestidas se deben almacenar sobre superficies acolchadas o de madera.

4. Las barras revestidas no se deben arrastrar sobre el suelo ni sobre otras barras.

5. Se debe minimizar el tránsito sobre las barras revestidas, y no dejar caer sobre ellas herramientas u otros materiales de construcción durante o después de su colocación.

6. Se deben utilizar apoyos de materiales orgánicos o apoyos recubiertos con materiales orgánicos como resina epoxi o vinilo compatibles con el hormigón.

7. Las barras revestidas se deben atar usando alambres con revestimiento epoxi o plástico para minimizar los daños al revestimiento.

8. Los equipos de transporte y colocación del hormigón se deben operar cuidadosamente para evitar dañar el revestimiento de las barras.

Las especificaciones técnicas también deberían tratar el tema del retoque del revestimiento epoxi una vez que las barras han sido colocadas. La norma ASTM A 775 y la Referencia 2.3 indican el nivel de daño admisible para los revestimientos de las barras. 

Los diseñadores deben tener en cuenta que las armaduras revestidas con epoxi requieren mayores longitudes de anclaje y empalme en tracción.

Armadura en Exceso.

Cuando en un elemento solicitado a tracción la armadura provista es mayor que la armadura requerida, la longitud de anclaje se puede reducir aplicando la relación [(As requerida) / (As provista)]. Observar que esta reducción no se puede aplicar en los siguientes casos: (a) cuando se requiere el anclaje para la totalidad de la tensión fy, como se indica para los empalmes de tracción, para el anclaje de la armadura para momento positivo en los apoyos, de acuerdo con 12.11.2; y (c) para el anclaje de la armadura de contracción y temperatura de acuerdo con el artículo 7.12.2.3. Observar también que no se permite reducir la longitud de anclaje de las armaduras de las estructuras ubicadas en regiones de elevada peligrosidad sísmica o para las cuales se requiere un nivel de comportamiento o diseño sismorresistente elevado.

La longitud de anclaje ℓd calculada luego de aplicar la reducción por armadura en exceso debe ser mayor o igual que 12 in.