congelamiento

CONGELAMIENTO Y DESHIELO Y SU MECANISMO
Constituye un agente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende hasta provocar el congelamiento del agua contenida en los poros capilares del concreto.  En términos generales el fenómeno se caracteriza por inducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar su fisuración reiterada y la consiguiente desintegración.
Esimportante tener claro que es un fenómeno que se da tanto a nivel de la pasta de cemento, como en los agregados de manera independiente, así como en la interacción entre ambos, por lo que su evaluación debe abordar cada uno de estos aspectos.
CICLOS DE CONGELACION Y DESHIELO
Este proceso es considerado como el factor de intemperismo más destructivo en un concreto, debido al aumento de volumendel agua (aproximadamente 9%) al convertirse en hielo dentro de la pasta y de las partículas de agregado, induciendo así grandes esfuerzos de tracción interna en la masa. Con la incorporación de aire, el agua desplazada por la formación de hielo en la pasta se acomoda de tal manera que no resulta perjudicial, pues las burbujas de aire en la pasta suministran cámaras donde se introduce el agua y asíse alivia la presión hidráulica generada.
A manera de ejemplo, la cantidad de aire total con una inclusión del 4% al 6% por volumen, para un tamaño máximo de agregado de 1.5", puede ser del orden de 400 billones de burbujas por metro cúbico de concreto. Esto, adicionalmente reduce la segregación y exudación, pero igualmente reduce la resistencia en un 5% por cada 1% de aire incorporado.
Elconcreto es más durable cuando tiene bajas relaciones agua/cementante. Para un concreto expuesto a ciclos de congelamiento y deshielo, la relación agua/cementante máxima debe ser de 0,45 y la resistencia mínima de 31 Mpa.
A)         EFECTO EN LA PASTA DE CEMENTO
Existen dos teorías que explican el efecto en el cemento.  La primera se denomina de “Presión hidráulica” que considera que dependiendodel grado de saturación de los poros capilares y poros del gel, la velocidad de congelamiento y la permeabilidad de la pasta, al congelarse el agua en los poros ésta aumenta de volumen y ejerce presión sobre el agua aún en estado líquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente.
Si estas tensiones superan los esfuerzos últimos de la pasta, se produce la rotura.
La segunda teoría llamadade “Presión osmótica” asume las mismas consideraciones iniciales de la anterior pero supone que al congelarse el agua en los poros cambia la alcalinidad del agua aún en estado líquido, por lo que tiende a dirigirse hacia las zonas congeladas de alcalinidad menor para entrar en solución , lo que genera una presión osmótica del agua líquida sobre la sólida ocasionando presiones internas en laestructura resistente de la pasta con consecuencia similares al caso anterior.
Bajo ambas teorías, al producirse el descongelamiento se liberan las tensiones y al repetirse este ciclo muchas veces se produce la rotura por fatiga de la estructura de la pasta, si es que no se produjo inicialmente.
SEGÚN LOS ESTUDIOS DE POWERS
En sus primeros trabajos, Powers (1945, 1954, 1955, 1956) atribuyó los dañosque las heladas provocan en el hormigón a las tensiones generadas por la presión hidráulica en los poros. La presión se debía a la resistencia al movimiento del agua que se alejaba de las regiones de congelamiento. Se creía que la magnitud de la presión dependía de la velocidad de congelamiento, del grado de saturación, del coeficiente de permeabilidad de la pasta y de la longitud del recorridodel flujo hasta el lugar más próximo que permitía el escape del agua. Los beneficios del aire incorporado se explicaban en términos del acortamiento de los recorridos del flujo hasta los sitios de escape. Algunas autoridades aún aceptan esta hipótesis.
SEGÚN ESTUDIOS DE POWERS Y HELMUTH
Estudios posteriores realizados por Powers y Helmuth produjeron fuertes evidencias que indicaban que la...