Las fotos 1 y 2 muestran la construcción incompleta, en hormigón, de un hospital construido a fines de la década del ‘30 por orden del entonces Presidente, Pedro Aguirre Cerda, en la cordillera de la VI Región. Esta estructura se encuentra en relativo buen estado de conservación, considerando que no fue concluida y que ha estado expuesta a condiciones ambientales adversas durante casi 80 años, constituyendo un buen ejemplo de la durabilidad del hormigón.

El factor crítico en el daño es la humedad presente en el material. Sólo es susceptible de desgaste aquel hormigón que está sujeto a un proceso frecuente o continuo de humedad. Adicionalmente, se recomienda no efectuar el proceso de hormigonado cuando la temperatura es baja o se espera que lo sea cuando el cemento del hormigón se encuentra en plena etapa de hidratación, tiempo estimado en unas 48 horas. La temperatura crítica del hormigón es de 5°C, de modo que, en general, se pide suspender el hormigonado cuando se prevé una temperatura por debajo de ese nivel.

Si por necesidad, se debe proceder con la etapa de hormigonado, corresponde adoptar todas las medidas conducentes a garantizar que durante el curado y primer endurecimiento del hormigón no se produzcan daños locales que impidan cumplir con los requisitos de resistencia del material. Entre estas medidas se incluye calentar el agua de amasado hasta un máximo de 40°C y/o también calentar los áridos. En este último caso, se debe tener cuidado que el cemento, durante el amasado, no entre en contacto con los materiales calentados si su temperatura es superior a 40°C.

Asimismo, debe considerarse que el peligro de que el hormigón fresco se congele es mayor mientras mayor sea su contenido de agua, de modo que lo recomendable es mantener la relación agua-cemento lo más baja posible. No hay que olvidar que en el proceso de hidratación, la reacción química entre el agua y el cemento es exotérmica, es decir, libera calor, y ese calor puede llegar a ser importante mientras mayor sea el contenido de cemento de la mezcla o el cemento utilizado sea de alta resistencia inicial. Cuando el volumen de hormigón es grande, el calor generado puede llegar a ser importante aunque, como es lógico, disminuye en estructuras de hormigón delgadas. Por ello, en este último caso, se deben extremar las precauciones de protección contra las bajas temperaturas.

Vista interior de la estructura de techumbre del sanatorio.

La norma chilena NCh 170, en su anexo D señala, entre otras cosas, que "si el hormigón fresco es sometido a temperaturas inferiores a 0°C, sufre en su resistencia mecánica y durabilidad, aunque posteriormente se mantenga a temperaturas normales. La expansión del agua al congelarse desintegra el hormigón y la baja temperatura disminuye la reacción química entre el agua y el cemento". Además, la normativa indica que las condiciones de baja temperatura se consideran cuando "en los siete días previos al hormigonado hay uno o más días con temperatura media inferior a 5°C".

En sí, la norma NCh 170 entrega varias recomendaciones para las labores constructivas con hormigón en ambiente frío. No sólo en lo que respecta a la temperatura de colocación del hormigón, sino también de los materiales que estarán en contacto con él y las precauciones a seguir, ya que existirá aumento del tiempo de fraguado (inicial y final) y una generación de resistencia más lenta que postergará la edad del desmolde hasta un período tal que se logren resistencias mínimas de la estructura, aumentando, por lo tanto, el período de protección, haciendo uso de aislación térmica o calefacción si fuese necesario.

¿Cómo es el mecanismo de daño por congelamiento?

Existen varios mecanismos reconocidos que explican diferentes formas de daño por congelamiento al hormigón. Estos pueden actuar por separado o en conjunto, dependiendo de la condición del hormigón y del tipo de enfriamiento. Si el grado de saturación de agua excede del 91%, la formación de hielo, con el consiguiente aumento de volumen de 9%, producirá rupturas en uno o dos procesos hielo-deshielo. Esta situación no es común y puede ocurrir en hormigones jóvenes o de edad temprana, que aún se encuentran cercanos al estado de saturación; o en hormigones de baja calidad, que sufran de saturación continua. Los hormigones con un nivel de saturación significativamente bajo 91% sufren daño en un período prolongado.

Se consideran dos condiciones como responsables: Migración de la humedad y generación de presiones en la pasta de cemento. Ambas son observables y medibles. Una explicación está basada en el concepto de que el hielo se formará del agua existente en los poros más grandes y que los cristales de hielo crecerán usando el agua de las paredes de los huecos. Esta "desecación" parcial hará que el agua se retire de los poros pequeños, y la presión generada en las pastas más densas terminará en ruptura.

Medidas de prevención y buenas prácticas

El contenido de humedad del hormigón es el factor principal del daño por congelamiento de aquellos elementos sujetos a ciclos hielo-deshielo. Prácticas recomendadas para producir hormigón resistente a las condiciones más severas están establecidas y en general son adoptadas por los profesionales del área. Algunas de ellas son las siguientes:

• Los componentes del hormigón -agua, cemento, áridos y aditivos- deben cumplir especificaciones como así también el diseño de mezcla.

• La relación agua-cemento no debería exceder de 0,45 y el cono Abrams no ser mayor de 9 cm.

• La vibración debe llevar a un hormigón homogéneo y denso, evitando vibrado excesivo que puede llevar a producir segregación. Las mezclas muy fluidas son propensas a ello.

• La terminación es crítica, ya que un platachado excesivo hace más vulnerable la superficie a los efectos de congelamiento. Se debe evitar el platachado con llana metálica, especialmente si la superficie estará expuesta a condiciones severas.

• Buenas prácticas de curado son necesarias para que el hormigón logre una buena "madurez". Cuanto más largo sea el período de curado, mejor será el proceso de hidratación y su resistencia al ambiente.

• Uso de aditivos reductores de agua de rango normal o alto rango, tipo línea CAVE PLAST de PRODUCTOS CAVE, permitirán obtener hormigones más densos y de menor razón agua-cemento.

Cabe acentuar que el control de las condiciones ambientales durante la etapa de hormigonado es esencial para prevenir condiciones que luego lleven a obtener hormigones fuera del rango de especificación.