Durabilidad en El Concreto(universidad nacional de ingeniara)
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DURABILIDAD
ATAQUES QUIMICOS AL CONCRETO
Dr. Ing JAVIER ARRIETA FREYRE
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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
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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
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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