Tecnología básica del alabeo presentado en las losas de concreto

El alabeo es una distorsión o deformación que sufre una losa tomando una forma curvada hacia arriba o hacia abajo encorvando sus bordes, (el término curvatura se utiliza para referirse a una deformación vertical de la losa causada por las diferencias de contenido de humedad y la contracción asociada). El término deformación en este caso se utiliza para referirse a deflexiones ascendentes verticales causada por diferencias de temperatura entre la parte superior y La superficies inferiores de la losa). Esta distorsión puede levantar los bordes de la placa respecto a su base. En la práctica, una medida de deflexión vertical en una losa es debida a la  combinación de variación de temperatura y las diferencias de humedad, por lo que la resultante es una desviación conocida como curvatura de la losa, alabeo o curling.

El concreto, como muchos materiales de construcción, no es dimensionalmente estable cuando se somete a cambios en el contenido de humedad. Las  losas se  secan  desde la superficie hacia abajo, el gradiente de humedad a través de la losa conduce a una contracción diferencial. La carbonatación se suma a la contracción de superficie, pero puede reducirse mediante el uso de revestimientos superficiales, selladores y endurecedores.

Si las técnicas de acabado utilizadas causan que  la pasta de cemento y el agregado fino se concentre en la superficie, la contracción diferencial puede agravarse.

La causa básica de alabeo es la contracción diferencial que se origina cuando la superficie se seca y el núcleo todavía se encuentra en estado plástico. Esta contracción también puede ser incrementada por la carbonatación del concreto en la superficie, en mezclas de concreto ricos en cemento, también puede ser por la desecación interna (contracción autógena) que producen los hidratos de la pasta de cemento.

Los factores que afectan la magnitud del alabeo  en una losa son determinados por la humedad relativa y el gradiente de humedad en la losa. Estos incluyen el material de base, las características de la mezcla, el manejo del concreto y las condiciones en servicio después de la construcción. Cuando la pérdida de humedad es mayor y la contracción ocurre cerca de la superficie expuesta  del concreto comparado con el inferior de la losa se generara un gradiente de contracción el cual aplica un momento que alabea  la losa. Si el momento de alabeo es mayor que aquel producido por el peso propio de la losa más cualquier carga aplicada, la losa se desviará hacia arriba o se alabeara.

Reportes de pruebas hechas a especímenes de concreto demuestran que la perdida de humedad es significativa en los 50mm (5 cms) superiores aproximadamente. El concreto mas allá de este punto trata de mantener una humedad relativa alta (>80%).

Las losas delgadas o los toppins son los mas susceptibles de alabearse por su deficiencia de masa y el incremento de los efectos de contracción por secado, bajo estas condiciones la losa es incapaz de resistir el momento de alabeo.

La profundidad de secado generalmente representa el mayor porcentaje del espesor de la losa o volumen del concreto, para placas no adheridas el mínimo espesor para controlar el alabeo es según las recomendaciones del ACI 302  de 75mm, así como contemplar espaciamientos de juntas más cortas.

En general, la longitud del voladizo generado por efecto de la curvatura  es de aproximadamente 10% de la  longitud losa (medido entre las juntas), esto en las juntas de construcción (o de las juntas de control sawcut), y alrededor del 20% en juntas sin ninguna transferencia de carga. Sin embargo, estos valores son también una función de la distancia entre las juntas, las propiedades del concreto, espesor  de la losa y la rigidez de la base. Normalmente el alabeo en las esquinas es aproximadamente entre 3mm y 6 mm, aunque esta deformación vertical en la losa puede alcanzar hasta 25 mm.

Entre losas adyacentes las áreas típicamente afectadas son aquellas comprendidas entre 600 a 1500 mm de los bordes libres de la losa.

El alabeo inmediato de una losa es mas frecuentemente de lo que se cree y esta relacionado con un pobre curado y un secado rápido de la superficie;  y es que en las placas una exudación y un curado pobre, tienden a producir un concreto en la superficie con mayor riesgo de contracción por secado que el concreto en la parte inferior de la misma. La exudación se acentúa en placas sobre polietileno o mezclas colocadas encima de placas existentes de concreto; y las diferencias de contracción de la parte superior con respecto a la parte inferior en estos casos son mayores que para las placas sobre bases absorbentes. Las placas delgadas con espaciamientos muy largos de las juntas tienden a incrementar el alabeo. Por esta razón, las losas de remate no adheridas a losas existentes necesitan tener un espaciamiento de junta bastante menor.

En pisos industriales, las juntas espaciadas muy cerradamente pueden no ser muy aconsejables ya que un número elevado de juntas presentara también mayores problemas de mantenimiento. No obstante, esto debe balancearse contra la probabilidad de fisura aleatoria intermedia e incremento de alabeo en las juntas.

Algunas veces se ha observado que los espesores en las losas  de concreto cumplen por criterios de resistencia por efectos de las cargas de servicio, pero presentan importantes deformaciones en las esquinas, dando lugar a problemas de nivel y hasta fisuras de esquina, por esto a los diseños deben asegurar una correcta modulación en donde  se modelen y se cuantifiquen estos efectos.

Los factores que pueden minimizar el alabeo son:

Concreto: Reducir la contracción por secado del concreto tiene un impacto en la contracción diferencial debida a un secado no uniforme , los materiales que constituyen el concreto, sus proporciones en la mezcla y el agua total que contiene el concreto son algunos de los factores que pueden afectar la contracción por secado.

Espesor de la losa: El alabeo se reduce aumentando el espesor de la losa, se ha logrado una reducción en la deformación por alabeo  del 50% cuando el espesor de la losa pasa de 150mm a 200mm en su espesor.

Reforzamiento: Una forma de reducir el alabeo en una losa es colocando generosamente refuerzo, este refuerzo debe ser localizado en el 1/3 superior de la losa donde la mayor contracción tiene efecto. Otra forma de reducir el alabeo es con el uso de fibras como refuerzo estructural, ya que estas amarran de forma tridimencional el núcleo del concreto restringiendo parcialmente su movimiento. Las mallas electrosoldadas realmente hacen muy poco para reducir la deflexión por alabeo, el postensado puede ser usado para inducir momentos en la placa que se oponen al momento por alabeo y de esta forma reducir o eliminar el efecto.

Base o sub base de apoyo: El material de soporte de la losa base o sub base, puede influir en el alabeo de las losas, bases densas con poca absorción generan un entorno húmedo que no solo previene el secado sino que puede lograr una pequeña expansión del concreto.

Interface Plástica: El uso de barreras de vapor bajo la losa previene el secado de la base de la losa, incrementado el gradiente de humedad  y por lo tanto el potencial de alabeo.

Espaciamiento entre juntas: Entre menor sea el espacio entre juntas, menor será el esfuerzo por albeo de la losa. El ACI sugiere un valor de 24 a 36 veces el espesor de la losa, con una separación máxima de 5,5 mts. Adicional al espaciamiento se debe tener mucho cuidado con la junta como tal, su capacidad de transferencia de carga y su capacidad de reducir el alabeo restringiendo el movimiento ascendente de los lados de la placa.

Curado: Curar siempre es beneficioso y si es con agua mejor porque  garantiza que la humedad en el concreto se mantendrá minimizando o retrasando el secado. El uso de membranas o compuestos de curado resulta en una lenta y gradual perdida de humedad, esto le dará a la placa el suficiente tiempo para permitir que en la placa algún creep o fluencia tenga lugar, reduciendo el máximo movimiento por alabeo.

Peso: Si el peso de la estructura apoyada en la placa es adecuada esta generara un momento resistente mayor que el inducido por el momento de alabeo, previniendo de esta forma su deformación. Hay que identificar que la carga de servicio se presenta generalmente cuando el concreto tiene al menos 28 días, sin embargo el alabeo inicia desde su construcción.

Aumento del espesor de la losa en los bordes: Esta opción esta contemplada en el ACI 360R, y consiste en aumentar el espesor de la losa en los bordes en un 50% con una pendiente gradual de 1/20, aunque esta opción aumente el peso en los bordes y reduzca los efectos por secado aumentando el volumen de concreto en la practica la reducción del alabeo es mínimo y no  es tan practico de lograr pues generaría una restricción al  movimiento de la losa con una alta posibilidad de fisuración.

Creep o fluencia en el concreto: El creep puede ser definido como un aumento o reducción de la longitud de un elemento en concreto cuando es sometido a un esfuerzo de tensión sostenido producto de una condición de carga. En el tiempo el creep dado por la carga del concreto puede considerablemente reducir el efecto inicial del alabeo de la losa.

Medio ambiente: Ambientes con humedades relativas bajas promueven el aumento de secado en las losas, por lo tanto el momento por alabeo aplicado.

Resumen:

Los materiales granulares de base, permiten el drenaje de agua en exceso de la mezcla de concreto mediante el movimiento capilar, permitiendo también  el ingreso de aguas del  subsuelo hasta la superficie inferior de la losa. Debido a este movimiento de aguas, se ha convertido en algo común establecer una interface de polietileno como barrera impermeable en la base antes de colocar la losa de concreto. Aunque la hoja de polietileno puede impedir que el agua entre por la cara inferior de la losa, también evita que el agua de exceso de la mezcla de concreto  drene, lo que agrava el alabeo. Aun cuando los trabajadores perforen la barrera para estimular el drenaje, la hoja de polietileno disminuye la fricción entre la base y la losa, pero la contracción general de la losa tiende a aumentar. Cuando el concreto está en contacto con la base de apoyo es recomendable humedecer la base de soporte de tal forma que no haya pérdida importante de agua de manejabilidad  en la mezcla de concreto.

En cuanto a la mezcla de Concreto en general podemos decir que características como relación (a / c), el tipo de cemento, el tipo de agregado, los tipos de aditivos, el contenido de cemento y la temperatura de la mezcla afectan  la tasa de contracción del hormigón.

Mezclas de concreto con un alto contenido de cemento y una relación agua / cemento (a / c)  muy baja (menos de 0,30) son propensos a desarrollar importantes contracciones autógenas.

Mezclas con relaciones (a / c) demasiado altas contienen una cantidad excesiva de agua libre, lo que aumenta la porosidad y da como resultado una  contracción total alta.
La contaminación del agregado o el uso de agregado que es susceptible a la expansión y contracción pueden causar serios problemas de contracción en todas las mezclas de concreto. Es importante incorporar el contenido máximo posible total de agregado grueso con el fin de mantener la porción de pasta de cemento de la mezcla al mínimo, manteniendo al mismo tiempo trabajabilidad aceptable para la facilidad de colocación.
La rápida evaporación del agua en la superficie de la losa estimula la contracción diferencial. El exceso de acabado superficial de la losa por exceso de allanado con el fin  producir una superficie densa y resistente a la abrasión puede causar que la pasta de cemento se acumule en la superficie y desplacen  las partículas más grandes de agregados que tenderán a  hundirse, lo que resulta en un alabeo debido a una tasa de contracción mayor en la superficie.

El curado inadecuado intensifica la contracción diferencial si la superficie se deja secar demasiado rápido.

Necesidad de minimizar el alabeo: Se hace cada vez más importante reducir al mínimo el alabeo en las losas de concreto adoptando tolerancias más estrictas. Mientras las deformaciones por alabeo están  usualmente dentro de las tolerancias permitidas, para aplicaciones de pisos industriales estas tolerancias pueden ser fácilmente excedidas.

Para losas adyacentes y con tráfico bajo, un límite adecuado de escalonamiento puede ser de 5mm, en zonas de tráfico intenso estas deformaciones pueden ocasionar bombeo del material fino llevando la esquina alabeada a un fallo por erosión. Suprenant y Malisch en su informe sobre comportamiento de las losas afirman que para pisos industriales  sujetos a cargas dinámicas (montacargas rueda dura - trilaterales), la deformación por alabeo en los lados de la losa deben ser menores o iguales a 0,25mm para considerarse aceptables. Si el alabeo esta entre 0,4 y 0,8 mm o mayores se consideran graves y suficientes para causar un deterioro entre tres a cuatro veces más rápido que lo normal.

Cuando la losa se encuentra entre 0,25 y 0, 4 mm de deformación por alabeo, la losa se encuentra en una zona de incertidumbre o zona gris en donde se pueden hacer reparaciones dependiendo del uso específico de la losa, La decisión de reparar una losa de piso se hace con base en el rendimiento futuro esperado de las losas  y el costo-efectividad de la reparación.

La edad de la losa y el movimiento medido del borde de la losa en conjunto cuando  un montacargas pasa indicaran  si una reparación es apropiada o no. De igual forma  es importante aclarar que la magnitud de la deformación por alabeo en el tiempo disminuye. La siguiente pregunta es cuando debo hacer una reparación por alabeo, para responder esto debemos establecer si todavía la losa esta desarrollando el alabeo ya que este puede tardar algunos meses en estabilizarse, si la reparaciones tiene efecto durante este periodo el problema puede agravarse, así mismo el método de reparación puede variar  dependiendo si La losa esta seca, en proceso de secado o tiene potencial para ciclos de humedecimiento y secado.

 REFERENCIAS

1. Suprenant, b a Why Slabs Curl PartIalook at the curling mechanism and the effect of Moisture and shrinkage gradients on the amount to curling Concrete International, March 2002, pp 56–61.
2. ACI 302 guide for Concrete Floor and Slab Construction ACI Manual of Concrete Practice, Part 2, American Concrete Institute, 2005.
3. ACI 360 Chapter 9 – reducing the Effects of Slab Shrinkage and Curling ACI Manual of Concrete Practice, Part 5, American Concrete Institute, 2005.
4. Suprenant, b a Why Slabs Curl Part II :Factors affecting the amount of curling Concrete International, April 2002, pp 59–64. 5 Suprenant, b a and Malisch, r W repairing curleds labs, Concrete Construction, May 1999, Vol. 9, pp 58–65.
5. Cement and concrete terminology, ACI Sp-19 American Concrete Institute. Farmington Hills, MI.
6. Shrinkage and curling of slabs on Grade, Part II-Warping and curling ”R.F. Ytterberg. ACI Concrete International May 1987 pp54-6.
7. Drying Shrinkage of concrete “R.C. meininger, NRMCA Engineering Report No. RD3 (A Summary of joint Research Laboratory Series), june 1966 22pp.
8. NRMCA “Concrete in practice”(CIP) Series.
9. “Slabs on Grade” ACI Concrete Craftsman Series, ACI Farmington Hill, MI.
10. Design and control of concrete mixtures ‘Portland Cement Association.
11. Walker, W., y Holanda, J., "No te Curl Tampoco crack", Concreto Internacional, V. 21, No. 1, enero de 1999, pp 12-18.
12. Carlson, RW, "la contracción por secado del hormigón como los que afecta el Muchos factores ", Actas de la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales, ASTM, West Conshohocken, Pensilvania, V. 38, Parte II, 1938, pp 419-440.
13. Keeton, JR, "El cemento de compensación contracción para el aeropuerto Pavimento ", el Informe N º FAA-RD-79-11, Fase 2, la Federal Aviation Administración, Washington D.C., septiembre 1979.
14. Abrams, MS, y Orales, DL, "los métodos de secado de hormigón y su efecto de resistencia al fuego, "La humedad en los materiales de Relación con las pruebas de fuego, STP 385, ASTM, Conshocken Occidental, Pensilvania, 1965, pp 52-73.
15. Abrams, MS, y Monfore, GE, "Aplicación de un pequeño Probe-Gage Tipo de humedad relativa a la investigación sobre resistencia al fuego de hormigón ", Revista de la Asociación de Cemento Portland de Investigación y el Laboratorio de Desarrollo de Portland Cement Association, Skokie,Illinois, septiembre 1965.
16. Carrier, RE; Pu, DC, y Cady, PD, "Distribución de la humedad en cubiertas de puentes de hormigón y pavimentos, "la durabilidad del hormigón,SP-47, American Concrete Institute, de Farmington Hills, Michigan, 1975,pp 169-192.
17. Janssen, DJ, "Humedad en el concreto de cemento portland "Investigación del Transporte de Registro 1121, de Investigación del Transporte Junta, Washington D.C., 1986, pp 40-44.
18. Suprenant, BA, y Malisch, WR ", de secado rápido de concreto: un Nuevo mercado para productores de Concreto, "El productor de concreto, de mayo 1998, pp 330-333.
19. Nagataki, S., "las restricciones de contracción en pavimentos de hormigón "Diario de la División de Estructuras, actas de la American Sociedad de Ingenieros Civiles, julio de 1970, pp 1333-1358.
20. Comité 302 del ACI, "Vapor Vivo Retarder," de hormigón Internacional, V. 23, No. 4, abril 2001, pp 72-73.
21. Nicholson, LP, "Cómo minimizar el agrietamiento y aumentar Fuerza de losas sobre el terreno, "Concrete Construction, septiembre 1981, pp 739-741.