Abril 2009 / Nº 926

ISSN: 0008-8919. PP.: 30-40

1. Introducción

El secado del hormigón ocurre a través

de las superficies expuestas, estando condi-

cionado por la exposición ambiental. De una

manera general, situaciones como una baja

humedad relativa del aire y la exposición al

viento aceleran el proceso de secado.

La importancia de un curado eficaz, capaz de mantener las condiciones de

humedad y temperatura necesarias para la correcta evolución de las reacciones

de hidratación fue identificada en la primera parte de este trabajo.

Las conclusiones del mismo indicaron que un correcto curado es esencial para

obtener la calidad deseada en el hormigón de recubrimiento, calidad que se mani-

fiesta como una adecuada resistencia al desgaste y una durabilidad acordes con

la composición y componentes empleados para elaborar el hormigón.

La segunda parte de este trabajo se dedica al análisis de los métodos experi-

mentales que pueden emplearse para poner en evidencia un curado deficiente o

para identificar, en tiempo real, la ocurrencia de un secado prematuro.

La identificación temprana del secado prematuro permitiría la adopción de medi-

das correctivas, capaces de restablecer las condiciones idóneas para la continuidad

de las reacciones de hidratación, de manera de alcanzar las propiedades de diseño.

IMPORTANCIA DEL CURADO EN LA CALIDAD DEL HORMIGÓN

DE RECUBRIMIENTO. PARTE II: MÉTODOS

EXPERIMENTALES PARA IDENTIFICAR O PREVENIR EL

CURADO DEFICIENTE

LUIS FERNÁNDEZ LUCODR. INGENIERO CIVIL

INSTITUTO ESPAÑOL DEL CEMENTO Y SUS APLICACIONES (IECA)

Abril 2009

La calidad del hormigón condiciona tanto la velocidad de

pérdida de agua como la distribución interna de humedad en

el hormigón. Un hormigón de mejor calidad, expuesto a las

mismas condiciones ambientales que un hormigón de calidad

pobre, pierde agua más lentamente y es capaz de limitar el

efecto del secado a los primeros centímetros a partir de la

superficie expuesta.

Por lo tanto, la primera característica significativa de los

métodos capaces de identificar un curado defectuoso es que

sean capaces de valorar la calidad de esos primeros centíme-

tros. Esta calidad puede estar asociada con distintos paráme-

tros, tanto mecánicos como asociados con la durabilidad.

Por el contrario, los métodos que involucran toda el volu-

men del hormigón, es decir, tanto la zona externa, afectada

por el secado, como la interna, generalmente no afectada

para plazos inferiores a los 28 días, se deberían mostrar

menos eficaces para la detección de un curado deficiente

(secado prematuro).

Entre estos últimos, se encuentra la resistencia mecánica,

cuya aptitud analizaremos en primer lugar porque es el méto-

do al que se recurre con mucha frecuencia y está sugerido en

la Instrucción EHE.

2. Empleo de la resistencia a compresión para identificar un curado deficiente

La resistencia a compresión del hormigón es la propiedad

más conocida del hormigón y, en general, se emplea como

un indicador de su calidad. Las técnicas de ensayo están per-

fectamente definidas y, por lo tanto, no es necesario abundar

en detalles al respecto.

Su limitación como indicador del curado deficiente radica

en que no es capaz de enfocar la medición en la zona expues-

ta al secado sino que, por el contrario, todo el volumen de la

muestra participa del mismo.

Si se considera la situación de una sección transversal de una

muestra cilíndrica, de acuerdo con el modelo de Guilleron et. al

[1], que muestra que una gran proporción del área se mantiene

próxima a la saturación aún después de 14 días de exposición al

aire y sólo un espesor relativamente reducido está afectado por

el secado, como se muestra en la Figura 1, se comprende fácil-

mente que la influencia relativa de la zona afectada es baja.

3. Métodos capaces de identificar los efectos del curado prematuro sobre el hormigón de

recubrimiento

En principio, cualquier método experimental capaz de

valorar la calidad del hormigón de recubrimiento podría ser

útil para la identificación de un curado deficiente. De estos

métodos, algunos deben aplicarse sobre muestras en condi-

31

Figura 1.- Esquema de sección transversal afectada por el

secado prematuro y su influencia relativa sobre

la resistencia a la compresión.

32 Abril 2009

ciones de laboratorio y otros pueden realizarse directamente

sobre la estructura y, en cualquier caso, pueden ser destructi-

vos, levemente destructivos o no destructivos.

Evidentemente, la selección de cualquier método involucra

tanto a las consideraciones precedentes como a otras también,

ya que los objetivos de un estudio pueden ser variados.

a. Métodos asociados con características microestructurales

Si se basa el proceso de selección en aspectos concep-

tuales, encontramos que el método más apropiado para

detectar una hidratación incompleta sería justamente medir el

agua combinada químicamente sobre muestras obtenidas de

zonas próximas a la superficie expuesta.

Siguiendo este análisis conceptual y según la teoría de la

hidratación de Powers, una hidratación incompleta debería

manifestarse como un incremento de la porosidad y la exis-

tencia de poros más grandes que sobre una muestra equiva-

lente bien curada.

Ambos procedimientos, la determinación del agua

químicamente combinada y la determinación de la distri-

bución de tamaño de poros por técnicas de porosimetría

por intrusión de mercurio, han sido evaluados por distintos

autores.

En ambos casos, el análisis debe hacerse de manera

comparativa con respecto a una muestra de referencia, obte-

nida del mismo hormigón de una zona presumiblemente no

afectada por el secado prematuro.

La dificultad radica en el carácter destructivo de la toma

de muestra y la necesidad de contar con un laboratorio

especializado de apoyo, pero ambas técnicas son capaces de

evidenciar claramente los efectos del secado prematuro.

En este trabajo sólo se aplicó la determinación de la porosi-

metría por intrusión de mercurio a muestras de pasta y mortero,

para adecuarse al tamaño de la celda y se muestran, en la Figura

2, solamente los resultados correspondientes a las pastas. En

la Figura 2 se observa una reducción de la porosidad total y un

refinamiento del tamaño de poros.

b. Métodos asociados con la capacidad de transporte de fluidos

Una hidratación deficiente no sólo deja mayor cantidad de

poros y poros de mayor tamaño, sino que también la “conecti-

vidad” de la red de poros es mayor y menor su “tortuosidad”.

Figura 2.- Resultados de porosimetría por intrusión de mercurio sobre muestras de pasta, con 1 y 8 días de curado.

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33Abril 2009

Este conjunto de características conduce a que la capa-

cidad de transporte de fluidos se verá incrementada ante un

curado deficiente, lo que se evidencia por un aumento de

la permeabilidad a líquidos y gases y mayor coeficiente de

difusión, entre otras características.

Existen diferentes métodos capaces de valorar la capaci-

dad de transporte de fluidos del hormigón de recubrimiento

y, entre ellos, se seleccionaron dos: la medida de la per-

meabilidad al aire y la medida de espesores de carbonata-

ción.

I. Permeabilidad al aire

Para la determinación de la permeabilidad al aire se

empleó un equipo comercial, apto para mediciones tanto en

condiciones de laboratorio como in situ, de manera comple-

tamente no destructiva.

El equipo, que se ilustra en la Figura 3, dispone de una

celda de doble cámara, unida a una bomba de alto vacío, con

sus correspondientes sensores y válvulas comandadas por un

ordenador. La celda se adhiere a la superficie del hormigón

por el vacío que proporciona la bomba y los sensores miden

la pérdida de ese vacío por efecto de la porosidad interna

del hormigón. La doble cámara evita las corrientes de aire

espurias y permite el cálculo del coeficiente de permeabilidad

K del hormigón de recubrimiento, que se muestra en el visor

de la unidad de proceso.

El equipo opera de manera automática y en un tiempo

menor o igual que 12 minutos, se obtiene un valor de la per-

meabilidad al aire; diversos estudios informan de la idoneidad

de esta técnica y de su muy buena correlación con otros

métodos para medir la permeabilidad a los gases (Método de

permeabilidad al Oxígeno – Cembureau) [2].

II. Carbonatación en exposición natural (no acelerada)

La detección del avance del frente de carbonatación pro-

vee una medida directa de la susceptibilidad del hormigón de

recubrimiento a la difusión del CO2 atmosférico. Este avance

es sencillo de medir, empleando una solución alcohólica de

fenolftaleína, según indica el procedimiento recomendado por

RILEM, ya que la zona carbonatada queda incolora, mientras

que la zona no carbonatada se tiñe de color fucsia, como se

ilustra en la Figura 4.

Figura 3.- Equipo de Torrent para la determinación de la permeabilidad al aire del hormigón de recubrimiento.

34 Abril 2009

Si un secado prematuro afecta la calidad del hormigón de

recubrimiento, éste mostrará mayores espesores carbonata-

dos que las zonas bien curadas, es decir, una mayor velocidad

de avance del frente carbonatado.

Es evidente que la técnica de medida de la velocidad

de carbonatación en condiciones no aceleradas no consti-

tuye en sí misma un método práctico, porque se necesita

de una exposición prolongada (años), pero tiene la enorme

ventaja conceptual de que se trata de un método directo

y que pone de manifiesto la importancia de un curado

eficiente para la durabilidad de las estructuras de hormigón

armado.

4. Métodos capaces de detectar el secado prematuro del hormigón

La detección del secado puede hacerse por múltiples

métodos, aunque algunos sólo se adaptan a muestras

pequeñas, en condiciones de laboratorio o tienen caracte-

rísticas semidestructivas, porque deben efectuarse perfo-

raciones en el hormigón, si no se previó dejar los corres-

pondientes insertos en el momento de la ejecución de la

estructura.

Por estas razones, se desarrolló una metodología novedo-

sa que se apoya en la dependencia de la resistividad eléctrica

del hormigón con el contenido de humedad del mismo y,

más específicamente, con su grado de saturación, como se

ilustra en la Figura 5 [3].

Figura 4.- Determinación del avance del frente de car-

bonatación mediante la aspersión de solución

alcohólica de fenolftaleína.

Figura 5.- Dependencia entre la resistividad y el grado de saturación, empleando como variable intermedia la humedad

relativa (%) [3].

Humedad relativa (%)

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35

45

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35Abril 2009

La presencia de agua “líquida” de manera continua dentro

de la estructura de poros provee el medio conductor y, por lo

tanto, cuando esta fase líquida se reduce y pierde la continui-

dad, la resistividad aumenta de manera significativa.

La dificultad asociada con las medidas a corta edad es que

el hormigón está en plena evolución por efecto de la hidra-

tación del cemento, evolución que también induce cambios

en la resistividad eléctrica y en la disponibilidad de agua, y

que deben considerarse si se pretende emplear a esta última

como indicador del secado superficial. La Figura 6 ilustra esta

circunstancia.

Para la medida de la resistividad se empleó un resistiví-

metro comercial, de 4 electrodos (o puntas) equidistantes,

según la configuración de Wenner, y con separación entre

las mismas de 50 mm y 20 mm, como se ilustra en la

Figura 7.

5. Procedimiento experimental

Se elaboraron distintos tipos de hormigones, en un amplio

rango de resistencias, entre 20 y 60 N/mm2, empleando

distintos tipos de cemento y de árido. Se moldearon probetas

cilíndricas de distintos tamaños que se sometieron a condicio-

nes ambientales diversas. Algunas muestras se mantuvieron

en curado normalizado, a modo de referencia, mientras que

otras se dejaron secar al aire, a partir de edades entre 1 y 7

días.

Se registró la pérdida de masa por el secado y ese pará-

metro se adoptó como referencia, aun cuando es evidente

que el secado no es homogéneo en toda la masa de la

muestra.

Durante el secado, se midió la resistividad eléctrica, por

método de las 4 puntas y la resistencia a compresión se

midió a la edad de 28 días, como es habitual, tanto para las

muestras curadas en condiciones normalizadas como para las

muestras sometidas a secado.

Las diferentes técnicas de medida para identificar los efec-

tos del secado prematuro se aplicaron a edades diferentes, en

función de las características propias del ensayo. En general, la

mayoría de las medidas se realizaron para edades compren-

didas entre 28 y 90 días, con excepción del avance del frente

carbonatado, que se realizó entre los 500 y los 720 días (un

año y medio a dos años).

6. Resultados y discusión de los resultados experimentales

A continuación, se presentan los resultados obtenidos,

siguiendo un ordenamiento idéntico al empleado en su

correspondiente descripción.

Figura 6.- Esquema de la ocurrencia de mecanismos aco-

plados y que determinan el valor de la resistivi-

dad eléctrica a edades tempranas.

Figura 7.- Medición de la resistividad eléctrica del hormi-

gón empleando el método de los electrodos

puntuales equidistantes a 20 mm.

36 Abril 2009

Los valores de resistencia a la compresión obtenidos a

la edad de 28 días para distintas muestras sometidas a un

secado prematuro se compararon con los respectivos valores

de los mismos hormigones sometidos a curado estándar;

el cociente entre ambos representa la influencia del secado

prematuro sobre la resistencia a la compresión y se esquema-

tizan en la Figura 8.

En la misma, se observa que en ningún caso, esta diferen-

cia es superior al 25% y se reduce aún más para los hormigo-

nes de mayor clase resistente, confirmando que un hormigón

de mejor calidad seca más lentamente.

Si en lugar de tratarse de probetas moldeadas se hubiera

recurrido a un testigo, sería razonable esperar una influencia

incluso menor, ya que la zona afectada por el secado pre-

maturo queda comprendida en la porción de hormigón que

menos se afecta en el ensayo y corresponde al “doble cono”

típico de rotura en compresión. Estos conceptos se ilustran

en la Figura 9.

Por el contrario, la medida de la permeabilidad al aire,

empleando el método de Torrent, muestra que el efecto de

un secado prematuro se traduce en un incremento de un

orden de magnitud en el valor de la permeabilidad intrínseca

K. Esto se puede observar claramente en la Tabla 1, que ilustra

los valores obtenidos de determinaciones sobre losetas de

hormigón (placas) de espesor aproximado 12 cm.

En la parte superior de la Tabla 1, se muestran los valores

obtenidos para una loseta que se dejó secar en su molde, a

partir de las 24 horas de ejecución; la cara inferior, en contacto

con el molde, se emplea como referencia pues éste impidió

el secado del hormigón.

La parte inferior de la Tabla 1 resume los valores obteni-

dos para una loseta que se mantuvo cubierta de agua hasta

la edad de 7 días. La permeabilidad intrínseca K de la zona

inferior (referencia) y superior son prácticamente idénticas.

Estos resultados confirman la aptitud de este método, de

aplicación tanto en condiciones de laboratorio como in-situ,

Figura 8.- Sensibilidad de la resistencia a compresión a los efectos del secado prematuro, expresada como valor relativo

al obtenido luego de un curado estándar.

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37Abril 2009

para la detección de un secado prematuro. En cualquier caso,

debe disponerse de una superficie sometida a un curado

eficiente, a modo de referencia.

De un modo semejante, el secado prematuro del hormi-

gón expuesto induce un incremento en la velocidad de car-

bonatación, incremento que es tanto más alto mientras más

severo es el secado, como se ilustra en la Figura 10.

La velocidad de carbonatación se calculó como la relación

entre el espesor de la capa carbonatada y la raíz cuadrada del

tiempo transcurrido hasta la medición (en años).

En la Figura 10 se observa que el incremento de la clase

resistente del hormigón provoca una reducción de la veloci-

dad de carbonatación, mientras que el secado prematuro de

la superficie expuesta induce un incremento significativo de la

velocidad de carbonatación.

Este método, que como ya se indicó, no es práctico desde

el punto de vista operativo, ilustra de manera elocuente la

notable influencia del secado prematuro sobre la durabilidad

potencial del hormigón. A partir de los resultados que se

ilustran en la Figura 9, podría decirse que un hormigón de 45

MPa de resistencia a compresión, que no se ha curado de

manera eficaz, sería prácticamente tan durable con un hormi-

gón de 25 MPa curado de manera eficiente.

En la Figura 11 se compara la sensibilidad que muestra la

medida de la resistencia a compresión frente a un secado pre-

Tabla 1.- Valores obtenidos de la permeabilidad intrínseca KT (al aire, método de Torrent) para placas curadas el aire y

bajo agua.

Placa 1 (curada al aire) kT1 (x10-16 m2) kT2 (x10-16 m2) kTm (x10-16 m2)

Cara superior 0,284 0,411 0,3475

Cara inferior 0,028 0,021 0,0245

Placa 2 (curada en agua) kT1 (x10-16 m2) kT2 (x10-16 m2) kTm (x10-16 m2)

Cara superior 0,032 0,037 0,0345

Cara inferior 0,022 0,019 0,0205

Figura 9.- Esquema del análisis del empleo de testigos calados de la estructura para la detección de los efectos del seca-

do prematuro sobre la resistencia efectiva del hormigón.

Zona con secado prematuro

38 Abril 2009

Figura 10.- Influencia de la clase resistente y el secado prematuro sobre la velocidad de carbonatación.

Figura 11.- Sensibilidad comparada de la resistencia a la compresión y de la velocidad de carbonatación frente al secado

prematuro.

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39Abril 2009

maturo en relación a la sensibilidad de la velocidad de car-

bonatación. En la misma, se ve claramente cómo se reduce

la velocidad de carbonatación cuando se mejora y prolonga

el curado (de 1 hasta 7 días), mientras que los valores de

resistencia a compresión son equivalentes y no permiten

distinguir la duración del curado húmedo de las muestras.

Por último, se muestran en la Figura 12 los resultados

obtenidos mediante medidas de la resistividad eléctrica de

distintos hormigones, sometidos a distintos regímenes de

secado temprano.

El valor que se ilustra en ordenadas corresponde a una

nueva magnitud, denominada resistividad relativa, cuyo valor

es función de la pérdida de masa por secado. El empleo de

escala logarítmica para el eje de ordenadas mejora la sensi-

bilidad del gráfico.

Es evidente distinguir cómo un hormigón de alta resistencia

y cuya porosidad es muy baja, prácticamente no se seca en el

período considerado (28 días), mientras que el hormigón de

clase resistente más baja experimenta la máxima variación de

su resistividad relativa. Los casos restantes, se ordenan según

su clase resistente y el tamaño de muestra empleada.

La descripción y análisis de esta nueva metodología, de

carácter completamente no destructivo, excede el alcance de

este trabajo, pero está desarrollada con detalle en [3].

7. Conclusiones

El análisis de los resultados expuestos y las consideracio-

nes previas, de tipo teórico, avalan las siguientes conclusio-

nes:

• La resistencia a la compresión valorada sobre probetas

expuestas y/o testigos calados de la estructura no es

un buen indicador de secado prematuro.

• La caracterización de la estructura de poros, medida

por técnicas de intrusión de mercurio, aporta informa-

ción sobre los cambios en la distribución de tamaño

de poros por causa del secado, pero su interpretación

para el caso de hormigones y morteros es más com-

pleja que cuando se aplica a pastas.

• Los parámetros que valoran la capacidad de transporte

del hormigón de recubrimiento presentan mayor sen-

Figura 12.- Variación de la resistividad relativa en función del tiempo - El incremento se asocia con la pérdida de masa

por secado de las muestras correspondientes.

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40 Abril 2009

sibilidad que la resistencia mecánica frente al efecto

del secado prematuro del hormigón. En particular,

debe destacarse la notable influencia del secado pre-

maturo sobre la velocidad de carbonatación,

• La medida de la permeabilidad al aire por método de

Torrent se mostró capaz de valorar la influencia del

secado prematuro; el valor obtenido debe referirse a

la permeabilidad obtenida sobre una muestra con un

curado estándar

• La resistividad eléctrica del hormigón por método

de Wenner es una técnica no destructiva que puede

aplicarse con éxito para detectar el secado prematuro

del hormigón y su ventaja, además de su carácter no

destructivo, es que permitiría la adopción de medidas

correctivas en tiempo real.

[1] Guilleron, M., Regue, C., Guilleron,

M., Sanchez, P., Sonzogni, V. “Análisis

numérico de las tensiones producidas

por el secado del hormigón”, Mecánica

computacional, Vol. XXIII, Ed. Buscaglia, G.,

Dari, E., Zamonsky, O., Bariloche, Argentina,

Noviembre, 2004.

[2] Torrent, R., “The gas-permeability of high-performance

concretes: site and laboratory tests”, High Performance Concr.

& Quality of Concr. Struct., ACI-SP186, 1999, pp. 291-308.

[3] Climent, M.A., Vera, G., López, J., Viqueira, E, Andrade,

C. “A test method for measuring chloride diffusion coefficients

through nonsaturated concrete Part I. The instantaneous plane

source diffusion case” Cement and Concrete Research 32

(2002) 1113–1123.

[4] Fernandez Luco, L, “Valoración de técnicas no destruc-

tivas para el control de la eficiencia de curado del hormigón”,

Tesis Doctoral, Universidad de Alicante, 2008.

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