DURABILIDAD

ATAQUES QUIMICOS AL CONCRETO

Dr. Ing JAVIER ARRIETA FREYRE

DURABILIDAD en el CA

CAPACIDAD DE MANTENER SURESISTENCIA Y FUNCIONALIDADREQUERIDAS DURANTE SU VIDA DESERVICIO ESPECIFICADA

Considera:

FACTORES EXTERNOS O CAUSAS INTERNAS

ACCIONES FISICAS, QUIMICAS O MECANICAS

Identificar la Etapa del Proyecto

Definir Causas

Proponer mecanismos asociados

Neutralizar causas identificadas

Ej: Fisuras en losas de concreto

por mal diseo y mala com-

pactacin

ORIGENES Y CAUSAS

PLANEAMIENTO

CONTRATACI

ON

Y

EJECUCION

ESTUDIOS

OPERACIN

Y

MANTENIMIENT

O

retroalimen

ta c i on

CAUSAS DE DETERIORO

CAUSAS MECANICAS : IMPACTO, ABRASION,

EROSION, CAVITACION

CAUSAS QUIMICAS: ATAQUE DE SULFATOS

CORROSION DEL CA

CARBONATACION

Rx ALCALI-AGREGADO

ATAQUE AGUA DE MAR

MATERIAS ORGANICAS

AGUAS PURAS Y ACIDAS

CAUSAS FISICAS: RETRACCION

ALTAS TEMPERATURAS

GRADIENTES TERMICA

CONGELAMIENTO-DESHIELO

CONCRETO

Agregado

Pasta de Cemento Hidratada

Zona de Transicin

Concreto: muestra pulida

Pasta hidratada

LAS TRES FASES DEL CONCRETO

Agregados

Zona de transicin

Micrografia: Microscopio

electronico de barrido

Agregado

Los AgregadosNORMAS Y ENSAYOS

NTP 400 037

ASTM C 33

Rx lcali- agregado:

Agregados siliceos amorfos

reactivos con lcalis del cemento:

Na2O K2O

Fisuracin interna del elemento

a largo plazo, destruccin

El Cemento

Fig: Resistencia de las fases puras

del cemento

Qumica del cemento:

C3A C2S C3S C4AF

Materiales calcreos y arcillosos

llevados a fusin incipiente

1450C

Composicin de Oxidos:

CaO Cal

SiO2 Slice

Al2O3 Almina

Fe2O3 Oxido de fierro

MgO Oxido de magnesio

K2O Alcalis

Na2O

C3S2H2 + Ca (OH)2 + C6AS3H32

+ K2O, Na2O, MgO, CPnh

+ H sol ionica (Ca++ Na++ ..)

+ Red de Vacios ( aire atrapado,

poros capilares, poros gel, ..)

C3A + C2S + C3S +

C4AF + yeso + H2O

Hidratacin

RX Aluminatos:C3A + CaSO4.2H2O +26H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

C4AF + 10H2O + Ca(OH)2 6CaO.Al2O3.Fe2O3.12H2O

RX Silicatos :2C3S + 6H2O C3S2H3 + 3Ca(OH)2 + Ch

2C2S + 4H2O C3S2H3 + Ca(OH)2 + Ch

1. Formacin portlandita a partir del C3S:

2[(CaO)3 . (SiO2)] + 6 H2O .. (CaO)3 . (SiO2)2 . (H2O)2 + 3Ca (OH)2 +

Ch

2 [ 40+16)3 + (28 + 2x16)] + 6( 2x1 + 16) .. 242 + 3 (40+(16+1)2 )

2[ 168 + 60 ] + 108 .. 241 + 222

456 + 108 ..... 241 + 222

564 .. 241 + 222

% Ca(OH)2 = (222 / 564) x 100 = 39.4 %

Ca = 40

Si = 28

O = 16

H = 1

C = 14

2. Formacin de CO2CO3.Ca + Ch --- CO2 + CaO

Hidratos de cemento

Pasta de cemento hidratadoC3S2H2 . gel

Ca(OH)2...Portlandita

C6AS3H32 ... Etringita

REACCIONES HIDRATACION

2 (3CaO.SiO2) + 11 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + 3 (CaO.H2O)

Silicato tricalcico Silicato de calcio hidratado Hidrxido de calcio

2 (2CaO.SiO2) + 9 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + CaO.H2O

Silicato dicalcico Silicato de calcio hidratado Hidrxido de calcio

___________________________________________________________________________

3CaO.Al2O3 + 3(CaO.SO3.2H2O) + 26 H2O --> 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O

Aluminato triclcico YESO Etringita

2(3CaO.Al2O3) + 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O + 4 H2O --> 3(4CaO. Al2O3.SO3.12H2O)

Aluminato triclcico Etringita Monosulfoaluminato de calcio

___________________________________________________________________________

4CaO.Al2O3.Fe2O3) + 2(CaO.H2O) + 10 H2O --> 6CaO. Al2O3.Fe2O3.12H2O)

Ferroaluminato tetraclcico Hidrxido de calcio Ferroaluminato de calcio hidratado

Micrografia de Hidratos de

Cemento

Fuente: Notas de clase Dra Rosaura Vasquez

Maestria Tecnologia de la Construccion

Solucin ionica

H sol ionica (Ca++ Na++ ..):

agua de combinacin

agua adsorbida

agua poros gel

*Burbujade aire1er cristal

Burbuja

de aire

Lmax

RED DE VACIOS

POROS GEL POROS CAPILARES

AIRE INCORPORADO AIRE ATRAPADO

CANGREJERAS

Aire atrapadoAire incorporadoPoros capilaresPoros gel

ATAQUE POR

SULFATOS

ATAQUE POR SULFATOS

SINTOMAS

Micro fisuracin interna

Fisuracin exterior

Eflorescencia

Desprendimiento de material

CAUSAS

Presencia de sulfatos

hidrosolubles en con-

diciones de humedad

y de permeabilidad

en el concreto

MECANISMO

REACCION DE LOS SULFATOS

I) Rx Sulfato de Sodio

Con el Ca (OH)2:

Ca (OH)2 + Na2 SO4. 10 H2O

CaSO4.2H2O + 2NaOH + 8H2O

yeso

Con el C3A:

2(3CaO.Al2O3.12H2O) + 3Na2 SO4. 10 H2O

3CaOAl2O3.3CaO SO4.32H2O + 2Al(OH)3

etringita + 6NaOH + 17 H2O

Etringita, yeso : materiales expansivos !!!

MECANISMO

REACCION DE LOS SULFATOS

Rx Sulfato de Calcio

Con el C3A:

C3A + 3Ca SO4.2H2O + 26 H2O C6AS3H32etringita

Rx Sulfato de magnesio

Con los silicatos:

3CaO.2SiO2 aq + MgSO4.7H2O

CaSO4.2H2O + Mg (OH)2 + SiO2 aqetringita, yeso, brucita : materiales expansivos !!!!

Resistencia a Sulfatos

CP Tipo I

CP Tipo II

CP Tipo V

Leyenda

CP Tipo V: 3.8% C3A

CP Tipo II: 6.3 % C3A

CP Tipo I: 12.6 % C3A

Criterio: % C3A

0 % C3ANivel de

Dao

C (Kg/m3)

6

5

4

3

2

1

223 307 390

Nivel 1

Sin daoNivel 6

rotura

Clasificacin visual

ENSAYOS DE INALTERABILIDAD

Nivel 1

Sin daoNivel 6

rotura

ASTM C-88

* SULFATO DE SODIO

SULFATO DE

MAGNESIO

PERDIDA DE MASA

DESPUES DE 5 CICLOS

Clasificacion Visual

TERAPIA (en el Diseo)

Cla

se

Grado de

exposicin

Sulfato hidrosoluble

% (SO4) en el suelo

Sulfato en el

agua mg/L

Fc

Mpaa/c Tipo de

cemento

E1 Muy severo > 2.00 >10 000 35 0.40 V

E2 Severo 0.20 a 2.00 1 500 a

10 000

32 0.45 V

E3 moderado 0.10 a 0.20 150 A 1500 30 0.50 II, V,

Puzol-

nicos

CP Tipo II........ C3A < 8 %

CP Tipo V....... C3A < 5%

ATAQUE DE SULFATOS

TERAPIA (en el Diseo)

Clas

e

Grado de

exposicin

Sulfato hidrosoluble %

(SO4) en el suelo

Sulfato en el agua

mg/L

Fc

Mpa

a/c Tipo de

cemento

E1 Muy severo > 2.00 >10 000 35 0.40 V

E2 Severo 0.20 a 2.00 1 500 a

10 000

32 0.45 V

E3 moderado 0.10 a 0.20 150 A 1500 30 0.50 II, V, Puzol-

nicos

CP Tipo II........ C3A < 8 %

CP Tipo V....... C3A < 5%

ATAQUE DE SULFATOS

TERAPIA (en la construccin)

DENSIFICACION DE LA PASTA

ALARGAR TIEMPO DE CURADO

CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA

CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD

IMPERMEABILIZANTES: AIA, BREA, GEOTEXTILES

CAMBIO DE TERRENO DE CIMENTACIN

SOLADOS SIGNIFICATIVO: espesor, f^c

ATAQUE DE SULFATOS

CORROSION en el CONCRETO ENDURECIDO

CORROSION en el CONCRETO ENDURECIDO

CAUSAS

Variedad de metales

Diferencia en rugosidad

superficial

Presencia de in Cl

Recuperacin de su

estado natural

SNTOMAS

Fisuracin preferencial

Coloracin rojiza

Desprendimiento de material

CORROSION

Celda Galvnica

ANODO: 2 Fe 2 Fe++ + 4e-

2 Fe++ + 4 OH- 2 Fe (OH)2

Celda Galvnica

CATODO

4e - + O2 +2H2O 4 OH-

MECANISMO

pH > 12.5

Capa de pasivacin

CO2O2H20

Cl

CARBONATACIN

ACCIN DEL CO2SOBRE LA CAL DEL

CONCRETO

FORMACIN DESDE LA

SUPERFICIE DE

VARIEDAD DE CO3Ca

PERO CON Ph < 10

PRDIDA DE SU

BASICIDAD QUE

PROTEGE EL ACERO

Profundidad de penetracin d

segn la 2da ley de difusin de FICK

d = k (t) 1/2

Identificacin mediante la

fenoltaleina

Ion Cloro: Cl-

in Cl-Vol material deoxidacion

tiempo

despasivacin

xxx

xxxxxxx

xxx

xx

xxx

x

xxxx

recubrimiento

oxidacion

CORROSIN

PROTECCIN CATDICA

CORRIENTE IMPRESA

ANODOS DE SACRIFICIO

SINTOMATOLOGIA

FISURAMIENTO

DESPRENDIMIENTOS

PERDIDA DE MATERIAL

DEFORMACIONES EXCESIVAS

EFLORESCENCIAS

AGRIETAMIENTO

REVISION DE DOCUMENTACION

PROGRAMA DE ENSAYOS

REPLANTEO

ANALISIS

INFORME FINAL

TERAPIA Y REPARACION

TRABAJO DE GABINETE

CONCRETOS DE ALTA PERFORMANACE

y CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA

fc > 450 kg/cm2

Comercial: 800 a 1200 kg/cm2

Laboratorio: 2000 kg/cm2

Piedra de menor dimetro

Alto contenido de cemento

Baja rlacin a/c (0.2 - 0.45)

Adiciones minerales muy finas

ADITIVOS

QUIMICOS

FLOCULACION DEL

CEMENTO

PLASTIFICANTES

SUPERPLASTIFICANTES

Slumps: > 8

Concretos reoplasticos

ADITIVOS

WRAADITIVOS REDUCTORES DE AGUA

Con Aditivo

Sin Aditivo

PROPIEDADES

Trabajabilidad.

Calor de hidratacin.

Resistencia a la compresin.

Mdulo de Elasticidad.

Permeabilidad.

El CAR

frecuentemente

est asociado a

altas cuantas de

acero.

Gonzales Isabel, Concretos de Alta Resistencia.

Calor de Hidratacin:

Tipo de Cemento y uso de

Materiales puzolnicos

Permeabilidad:

En funcin de la densificacin

de la pasta y la eliminacin de

vacos

Resistencia a la compresin.

Resistencia a la Compresin

Prensa de ensayo a compresin

www.iaf.es/enciclopedia/averly/image/prensan.jpg

Evolucin fc

Mdulo de Elasticidad

REFERENCIA LIMITES FRMULA

ACI 318 fc < 40 MPa E = 4740*RAIZ(fc)MPa

ACI 363 21 Mpa 45 MPa MPafE ckc 314 810

NORMA NORUEGA

NS3473Efc 85MPa MPafE cc

3.0410

GONZLES-ISABEL 57MPa fc 104MPa MPafE cc43.0

5560

Ajustes Ec

RECOMENDACIONESCONCRETOS EN ZONAS CLIDAS

ANTES DEL INICIO DE LA CONSTRUCCIN SE DEBE TENERINFORMACIN HISTRICA SOBRE:

TEMPERATURAS MXIMAS Y MINIMAS

VELOCIDAD DE VIENTO

HUMEDAD RELATIVA.

REALIZAR DISEO DE MEZCLA ADECUADO ACORDE CON ELADITIVO A UTILIZAR.

COLOCAR EL CONCRETO EN HORAS DE MENOR TEMPERATURA.

SIENDO UN TEMA TAN AMPLIO E INTERESANTE DEBERA SERINCLUIDO EN LA FORMACIN DEL INGENIERO CIVIL.

FIN