El Alabeo

Introducción
         Alabeo es la curvatura hacia arriba o hacia abajo de las losas de hormigón. En Chile 
por nuestro clima, los pavimentos se encuentran siempre con las losas con sus bordes
levantados y eso se debe a los esfuerzos que se generan en ellos durante su vida útil. 
         Los esfuerzos generados en los pavimentos de concreto tienen diferentes orígenes.
Algunos se deben a las características mismas del concreto y se presentan como
consecuencia de las reacciones del cemento con el agua y se conocen como esfuerzos de
retracción por secado, otros esfuerzos que se presentan en las losas se deben a las
cargas a que se ven sometidas durante la vida útil, otro tipo de esfuerzos son los que se
presentan por los cambios térmicos y de humedad en las losas.
Los esfuerzos generados por las cargas que solicitan los pavimentos son conocidos y
muchos libros dedican varios capítulos a modelos que permitan calcular su magnitud. Los
generados por las reacciones de fraguado se controlan durante la construcción con una
adecuada modelación de las losas.
Los esfuerzos de alabeo también han sido estudiados pero su difusión en nuestro medio
ha sido menor, a continuación se presentará una descripción de cómo se generan, cómo
se calculan y finalmente que se debe hacer para controlarlos.

¿Por qué se alabean las losas de concreto?

            Típicamente, el alabeo hacia arriba de los bordes de la losa es provocado por el
encogimiento debido al secado o contracción relativa de la parte superior respecto a la
base de la misma. Cuando una superficie de la losa cambia de magnitud mas que la otra,
la losa se arquea por sus bordes en la dirección del acortamiento relativo. Este alabeo es
más perceptible en los lados y las esquinas.
Los cambios en las dimensiones de la losa que conducen al alabeo son mas
frecuentemente relacionados con los gradientes de humedad y de temperatura en la losa.
Una característica primaria del concreto que afecta el alabeo es la retracción por secado.
El caso mas común de alabeo es cuando la parte superior de la losa se seca y se retrae
con respecto con la base de la misma.
Los bordes de la losa se alabean hacia arriba. El alabeo inmediatote una losa es mas
frecuentemente relacionado con un pobre curado y un secado rápido de la superficie; y
cualquier factor que incremente la retracción por secado, tal como un aditivo, tendera a
incrementar el alabeo.
En las losas, una exudación (sangrado) 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 las losas sobre polietileno o mezclas
colocadas encima de losas 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
losas sobre sub.-bases absorbentes.
Las losas delgadas y los 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 juntas 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 grietas
aleatorias intermedias e incremento de alabeo en las juntas.
El otro factor que puede causar alabeo son las diferencias de temperatura en las partes
superior e inferior de la losa. La parte superior de la losa expuesta al sol se expandirá en
relación con la porción inferior menos caliente provocando un alabeo hacia abajo de los
bordes. Alternativamente, bajo temperaturas frías durante la noche cuando la parte
superior se contrae con respecto a la parte subyacente cálida  el alabeo debido a este
diferencial de temperatura se añadirá al alabeo hacia arriba provocando por los
diferenciales de humedad.
¿Por qué el alabeo es un problema?
         Por diferentes razones, un alabeo importante constituye un problema. En la
superficie de la losa se producen tensiones de tracción considerables, desde los bordes
que tienden a alabearse hacia arriba, debido al peso propio y cualquier carga o restricción
vertical que intenta empujarlos hacia abajo; esto, además de la retracción, puede producir
agrietamiento. La gran mayoría de las grietas de piso que se atribuyen a la retracción se
deben en realidad a una combinación entre las tensiones de alabeo y las de retracción,
con las tensiones de alabeo mucho mayores que las tensiones de retracción. Estas grietas
pueden desconcharse debido al tráfico rodante, permitir la penetración de líquidos, ser
invisibles o provocar otras dificultades.
Al deslizarse las ruedas a través de los bordes de las juntas alabeadas (sin barras de
traspaso de carga adecuadas) pueden hacer que un borde baje primero, luego el otro,
contribuyendo al desconchado de la junta, falla en el relleno o sello de la junta y otros
problemas más. El alabeo, en especial el alabeo diferencial en una junta o grieta, también
puede afectar a los materiales de piso que cubren la losa. Las juntas muy alabeadas o
grietas pueden reducir la fluidez del tránsito vehicular de un piso o pavimento, provocando
desagrado en el conductor, problemas en el vehículo y reducción de la productividad.
        
         Siempre ha sido una preocupación el alabeo y la retracción de los pisos, sin
embargo su severidad y la implicancia en los costos han aumentado enormemente
durante los últimos 20 a 30 años. Existen muchas razones para ello, y parte del problema
se debe a que la gente no se ha dado cuenta de que las reglas del juego han
cambiado. Lo que en el pasado funcionaba, en el futuro podría transformarse en una
demanda judicial. Todo ha cambiado: los diseños de las mezclas de hormigón,
los materiales, detalles, prácticas, etc. Las resistencias a la compresión del hormigón para
pisos han aumentado. En la década de los años 60, el clásico diseño de resistencia era
de 2000 a 3.000 psi (17 a 26 MPa resistencia cúbica), sin embargo, ahora son comunes
las resistencias de 4.000 a 5.000 psi (34 a 43 MPa resistencia cúbica). Los hormigones
con resistencias mayores generalmente (no siempre) se retraen más y siempre poseen un
módulo de elasticidad mayor. El módulo de elasticidad es un factor muy importante porque
mientras mayor sea el módulo, más alabeo se producirá y los bordes alabeados con el
tiempo cederán menos hacia abajo debido a la fluencia lenta.
Las construcciones mismas también han cambiado con los años. Muchas poseen aire
acondicionado y han aumentado las exigencias en cuanto a calefacción. Ambos requisitos
tienden a disminuir la humedad y a aumentar el alabeo y el agrietamiento. Las cámaras de
frío y los congeladores son cada vez más utilizados y presentan los mismos problemas
aunque en mayor grado (en especial cuando la temperatura se hace descender demasiado
rápidamente). Los terrenos donde se ubican las construcciones también han sufrido
cambios.
Muchos poseen grandes extensiones de áreas verdes y sistemas de irrigación, que
pueden aumentar la humedad bajo los pisos. Muchos pisos tienen un alto grado de
humedad directamente bajo ellos, pero no poseen una barrera de vapor o de paso de
humedad; otros cuentan con un retardador de paso humedad de regular calidad, o bien,
poseen uno que no ha sido bien colocado o ha sufrido daños durante la construcción.
¿Quién es el responsable?
         ¿Quién es el responsable de que los problemas de alabeo y grietas en los pisos
hayan ido en aumento? ¿El contratista (al que generalmente se le atribuye la mayor culpa),
el proveedor de hormigón (que sufre una culpa algo menor), el ingeniero o arquitecto, o
bien otra persona del equipo encargado del diseño y construcción? En realidad, todo el
equipo ha contribuido al problema en un grado mayor o menor. A la inversa, cada miembro
del equipo debe hacer lo suyo para minimizar estos problemas. También, el propietario
debe colaborar aprendiendo lo más posible, insistiendo en la calidad, estando dispuesto a
pagar los costos de construcción y los honorarios adecuados (en un piso, se obtiene lo que
se pagó, ya sea de baja o de alta calidad, más que en cualquiera otra parte de la
construcción). Por último, debe existir un buen trabajo de equipo, en lugar de la típica
relación antagónica que ha existido en el pasado.
¿En que aplicaciones es más complicado el
alabeo?
         En ciertas aplicaciones el alabeo es más crítico. Se debe minimizar el alabeo
cuando existe un gran flujo vehicular. Las losas sometidas a grandes cargas están más
propensas a agrietarse cuando las zonas alabeadas no se encuentran apoyadas en la
sub.-base. También los pisos con aplicaciones superficiales o recubrimientos, como pisos
de madera, son críticos porque estos materiales puede resultar dañados por el alabeo o no
funcionar de manera adecuada con zonas alabeadas.
Esfuerzos debido al alabeo
            Durante el día cuando la temperatura en la parte superior de la losa es más alta
que en la inferior, la superficie superior tiende a expandirse con respecto al eje neutro
mientras que la inferior tiende a contraerse. Sin embargo, el peso de la losa restringe tanto
la expansión como la contracción; entonces, se inducen esfuerzos de compresión en la
parte superior y de tracción en la inferior. En la noche cuando la temperatura en la parte
superior de la losa es más baja que la de la inferior y así se inducen esfuerzos de tensión
en la parte superior y de compresión en la inferior.
El análisis de los esfuerzos de alabeo se pueden hacer con la teoría de placa de sobre una
fundación Winkler o líquida. Una fundación Winkler está caracterizada por una placa a la
que están pegados una serie de resortes, tal como se muestra en la Figura1.

Cuando la temperatura en la parte superior de la losa es más alta que la de la inferior la

losa se vuelve convexa. En esa posición los resortes de los extremos de la losa están
sometidos a compresión y empujan la losa hacia arriba, mientras que los que están en el
interior de la losa están sometidos a tracción y halan la losa hacia abajo. El resultado de la
anterior situación es que la parte superior de la losa esta en compresión y la inferior en
tracción.
Cuando la temperatura en la cara expuesta es más baja que la de la de apoyo, la losa
asume una forma cóncava. En esta posición los resortes exteriores halan la losa hacia
abajo y los resortes interiores empujan la losa hacia arriba, el resultado es que se
desarrollan esfuerzos de tracción en la superficie superior y de compresión en la cara
inferior.
Westergaard (1926) desarrolló las ecuaciones para determinar los esfuerzos por alabeo en
los pavimentos de concreto basado en la teoría de placa.
 Ecuación de Weestergard
La ecuación desarrollada por Weestergard y en la que se basó Bradubury para desarrollar
el ábaco con el que se determina C es la siguiente 

 donde:

¿Cómo minimizar el alabeo de las losas?

El alabeo se puede minimizar tomando algunas consideraciones, tanto en el diseño del
hormigón como en su colocación y curado:
Consideraciones de diseño:
1.     Diseñar hormigones con asentamientos de cono lo más bajo posible. De este modo se
tendría menor cantidad de agua susceptible de evaporarse.
2.     Utilizar bajas dosis de cemento, de este modo se tiene un hormigón menos susceptible
de sufrir deformaciones producto de retracción hidráulica.
3.     Utilizar aditivos plastificantes reductores de agua con el fin de disminuir dosis de cemento
y agua y manteniendo las propiedades mecánicas del hormigón.
4.     Utilizar áridos chancados con el mayor tamaño máximo posible y granulometrías
continuas.
5.     Si se tienen losas de elevada relación superficie espesor, considerar colocar armaduras
de piel, es decir, mallas electro soldadas cercanas a la cara superior de la losa con el fin
de que absorba los esfuerzos internos generados por la retracción de la losa.
6.      Diseñar juntas de contracción a una distancia tal que asegure que no se produzcan
fisuras en la losa,.

Consideraciones de colocación y curado del

hormigón:
Hormigonar en horarios de que la temperatura ambiental no sea muy elevada. La
NCh 170, recomienda que la temperatura del hormigón al momento de su colocación no
exceda los 30°C y a su vez que la temperatura ambiente a la sombra sea inferior
a 35°C ya que temperaturas mayores pueden inducir a que la evaporación de agua se
produzca a una razón mayor o igual 1 kg/m2 por hora.
Evitar la sobrecompactación del hormigón. De esta forma se asegura que no exista una
elevada exudación de agua.
Iniciar el curado lo antes posible y prolongarlo por al menos 7 días.
Proteger del viento. El incremento de la velocidad del viento genera una mayor velocidad
en la evaporación de agua y por ende el riesgo de contracción por secado de la cara
expuesta al ambiente.
Evitar utilizar barreras de vapor de polietileno a menos que las haya cubierto como mínimo
con 5 cm de espesor de arena húmeda.

Conclusión
         En la vida diaria el elemento que más utiliza el ser humano después del agua es el
hormigón. Es por eso que se dedican tantos libros, videos y estudios a este material que
nos facilita muchos campos de la producción mundial.
En este caso el alabeo es una patología del hormigón que se puede producir tarde o
temprano en estos, quitándole algunas características que nosotros necesitamos de ellas.
El alabeo en las losas es natural y se generan por distintos tipos de esfuerzos que podrían
ser provocados antes de fraguar o durante su vida útil.
El alabeo y la retracción se encuentran relacionados íntimamente y no pueden
considerarse completamente independientes el uno del otro. Casi todo lo que afecta a la
retracción afectará de igual modo al alabeo, de manera positiva o negativa. Sin embargo, a
menos que una losa de piso se coloque directamente sobre un substrato que provoca
restricciones de importancia (como una rasante dispareja o una base de piedras de
granulometría abierta), las tensiones de alabeo exceden ampliamente a las de retracción.
 De hecho, según nuestro análisis, sobre un buen substrato plano, con un coeficiente de
fricción razonablemente bajo, las tensiones de retracción en general no superan los 10
a 50 psi (0,1 a 0,4 MPa), mientras que las tensiones de alabeo pueden alcanzar con
facilidad los 200 a 400 psi (1,4 a 2,8 MPa) o más. De este modo, el término “grieta por
retracción” no es en realidad el apropiado para la mayoría de las grietas de las losas de
piso; es más preciso hablar de “grieta por alabeo” o “grieta por alabeo y retracción”. Al
comparar estas tensiones con el rango típico de la capacidad de resistencia a la flexión del
hormigón (módulo de ruptura) de 450 a 650 psi (3,1 a 4,5 MPa) se puede apreciar la
importancia del alabeo. Obviamente, la capacidad de transporte de carga de la losa puede
verse reducida en forma dramática por las altas tensiones de alabeo.

Bibliografía
http://www.expohormigon.cl
http://www.ich.cl
http://www.icpc.com
http://www.construmatica.com
http://www.cbb.cl/cementos/preguntasFrecuentes.aspx?Id=2
Manual del constructor del grupo polpaico
Revista BIT