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CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
CAPITULO III
CLASIFICACION DE LOS CONCRETOS POR SU DURABILIDAD
CONCRETO POCO DURABLES
CONCRETOS DE ALTA DURABILIDAD. CONCRETOS DE ALTA PERFOMANCE (HPC). CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO.
REQUISITOS PARA QUE UN CONCRETO SEA DE ALTO DESEMPEÑO O ALTA
PERFOMANCE (HPC)
ALTA TRABAJABILIDAD ALTA COHESIÓN POCA O NINGUNA SEGREGACIÓN SER IMPERMEABLE
SOBRE TODO DURABLE
DEFINICION DE DURABILIDAD SEGÚN EL COMITÉ 201 ACI
HABILIDAD PARA RESISTIR LA
ACCIÓN DEL INTEMPERISMO ATAQUES QUIMICOS, ABRASION, Y CUALQUIER OTRO PROCESO DE
DETERIORO
DEFINICION.-
Habilidad del concreto para resistir las acciones del medio ambiente ataques físicos, químicos y otros procesos de deterioro durante el ciclo de vida para el cual fue proyectado, con el mínimo mantenimiento
FISICAS QUIMICAS
PRINCIPALES ACCIONES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL
CONCRETO
PRINCIPALES ACCIONES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL
CONCRETO
BIOLÓGICAS
CONCRETOCONCRETO
PRINCIPALESACCIONES QUE AFECTAN
LA DURABILIDADS
PRINCIPALESACCIONES QUE AFECTAN
LA DURABILIDADS
FISICASBIOLOGICAS
MECANICAS FENOMENOLÓGICAS VEGETACIÓN MICROORGANISMOS
CARGASIMPACTO Y FRICCIÓN
ALTAS TEMPERATURAS
HUMEDADCONGELACIÓN
QUIMICAS
INTERNAS EXTERNAS
AGUA DE SUELOSUSTANCIAS
QUIMICAS
SUSTANCIASNOCIVAS
AGUA
ACCIONESDELETEREAS
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
El Programa Estratégico de Investigación de Carreteras: (Zia, 1991), Strategic Highway Research Program (SHRP), define el CAD como sigue:
a. Un concreto de alto desempeño debe cumplir con una de las siguientes características:f’c a los 28 días mayor o igual a 70 MPa (10000 psi)f’c a las 4 horas mayor o igual a 20 MPa (3000 psi)f’c. a las 24 horas mayor o igual a 35 MPa (5000 psi)
b. Un concreto de alto desempeño debe tener un factor de durabilidad mayor que 80% después de 300 ciclos de congelamiento y deshielo.
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
c. Un concreto de alto desempeño debe tener una relación agua/materiales cementicios menor o igual que 0.35.
De forma general podemos decir que los concretos de alto desempeño, son aquellos que presentan mejor comportamiento en su aplicación tanto en estado fresco, como endurecido. Este concepto relaciona a concretos especiales como concretos fluidos, de retracción compensada, de alta densidad, de baja permeabilidad, permeables, translúcidos, con color y de alta resistencia entre otros.
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
COMPONENTES
CEMENTOAGREGADO FINOAGREGADO GRUESOAGUAPLASTIFICANTEMICROSILICE
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
CEMENTO Existe evidencias que la adición de aditivos en
estos concretos, son mas efectivos en cementos con bajo contenido de aluminato Tricálcico
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
AGREGADOS Los agregado como mínimo deben cumplir los
requisitos de la Norma ASTM C33 . GRANULOMETRÍA Agregado Fino.- La granulometría optima del
agregado fino está determinada más por su efecto en el requerimiento de agua que por sus características físicas
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Fino.- Se recomienda emplear una arena con módulo
de fineza de 3.0. En concretos que se utiliza microsílice, se
recomienda mantener bajos valores de material pasante las mallas 50y 100
El material pasante la malla 200 debe ser controlado
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Grueso.- Se recomienda que el agregado grueso proceda de
rocas igneas plutónicas de grano fino con una dureza no menor a 7 y una resistencia no menor del doble de la resistencia que se espera alcanzar, la capacidad de absorción deberá ser inferior a 1% . Se recomienda utilizar tamaño máximos de ½ a 3/8”
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Grueso.-Se considera que el agregado ideal
debe ser 100% triturado de perfil angular y textura rugosa, limpio , duro y resistente, poco absorvente
Un peso específico de 2,64 y absorción máxima del 1% es adecuado.
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO
MICROSÍLICE.- Son un polvo muy fino, obtenido por
decantación del humo de chimeneas de altos hornos de aleaciones metálicas de la industria del ferro silicón, el cual está compuesto del 90 al 95% de dióxido de sílice amorfo, y que tiene propiedades puzolánicas que le permiten reaccionar químicamente con el hidróxido de calcio para formar un gel con propiedades positivas para el concreto (resistencia, durabilidad)
MICROSÍLICE
Definición .- El comité 116 del American Concrete Institute
define la microsílice como una sílice no cristalina muy fina producida por hornos de arco eléctrico como un subproducto de la fabricación de silicio metálico o ferrosilicio
MICROSÍLICE
CARACTERÍSTICAS.- Contenido de por lo menos 90% de SiO2 Partículas de Tamaño promedio de 0.1 a
0.2 um Superficie específica mayor de 15 000
m2/kg Perfil esférico de las partículas Mínimo
contenido de Carbón Color gris
MICROSÍLICE
TIPOS DE MICROSILICE Microsílice no densificadas ( 200 a 300 kg/m3)
Microsílices densificadas ( mayor a 500 kg/m3)
Microsílice paletizadas ( mayor de 600 kg/m3) n
Lechadas de Microsílices (1 400 kg/m3)
MICROSÍLICE
COLOR Varía de color gris claro a oscuro, dando una lechada de color negro
MICROSÍLICE
DENSIDAD Es de aproximadamente 2,2, algunas
veces llega hasta 2,5 Como comparación tenemos el
cemento tiene una densidad de 3,1 o 3 100 kg/m3
MICROSÍLICE
Superficie Específica.- La microsílice es un conjunto de
partículas muy finas de perfil esférico, cuya superficie específica es del orden de
20 000 m2/kg
MICROSÍLICE
Elemento S. Específica
Microsílice 200 000 cm2/gr
Cenizas 4 000 a 7 000 cm2/gr
Escoria 3 500 a 6 000 cm2/gr
Cemento P 3 000 a 4 000 cm2/gr
ADITIVOS
El uso de uno u otro aditivo esta sujeto a las necesidades que se tengan, de la estructura que se va a hacer
ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO
Introducción.- El ataque por sulfatos se presenta generalmente en los concretos que están en contacto con el agua o suelos con alto contenido de sulfatos.
En los últimos 50 años se han producido cantidad de trabajos de investigación sobre el ataque químico al cemento y el concreto
ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO
CLASIFICACION.- - Internas- debido a la reacción de sus
componentes - Externas: Debido a agentes externos
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
A.- Reacción Álcali-Agregado
Cuando se tiene indicios de que los agregados son potencialmente reactivos y que éstos agregados estarán en contacto permanente o frecuente con la Humedad, se recomienda el análisis de éstos.
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
Reacción Álcali-Agregado - Presencia Humedad - Agregados con suficiente cantidad de mineral potencialmente reactivo - Suficiente cantidad de Álcalis disponibles en la solución de poros en el hormigón.Si cualquiera de estas tres condiciones no se
cumple, la reacción no se produce
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
Dentro la reacción álcali-agregado se conoce dos mecanismos que se diferencian fuertemente por el tipo de agregado utilizado y por la velocidad de deterioro
- Reacción Álcali-Sílice - Reacción Álcali – Carbonato - Reacción Álcali - Silicato
REACCIÓN ALCALI-AGREGADO
CEMENTO CON ALTO CONTENIDO DE Na2O y K2O
Rocas y minerales con silice reactiva
Calizas dolomiticas arcillosa
Rocas de silicato con estructura foliada
REACCION ALCALI - SILICE
REACCION ALCALI - CARBONATO
REACCION ALCALI SILICATO
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
- Reacción Álcali-Sílice
Producida por el álcalis y la sílice amorfa presentes en algunos agregados que resulta bastante lenta ya que generalmente se manifiesta luego de 5 a 15 años
- Reacción Álcali – Carbonato: Producida entre los álcalis presentes en la solución de poros y algunos compuestos carbónicos que forman parte de ciertos agregados calizas o dolomíticos. En este caso la reacción suele ser bastante rápida manifestándose luego de algunos meses
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
B.- Ataque Interno de sulfatos Se debe a la formación de estringita diferida en el concreto
endurecido sin el aporte externo de sulfatos, Las fuentes internas son:
- Utilización de agregados contaminados con yeso - Cemento Pórtland con una elevada proporción de SO3 - Uso de aditivo (aditivo que aumente volumen) - Altos contenidos de C3A
- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS
A.- Ataque por sulfatos - En general se asocia al ataque de sulfatos con
la formación de Estringita que produce una expansión de la pastas cementicia, generando en estado endurecido deformaciones y tensiones de tracción incompatibles para el material, produciendo un estado progresivo de fisuración que lo degrada .
CONCRETO EXPUESTO A SULFATOS SILICATO TRICALCICO C3S 2C3S +
6H C3S2H3 + 3Ca(OH)2
Ca(HO)2 + SO4 CaSO4 HIDROXIDO DE CALCIO SULFATO YESO
SILICATO BICALCICO C2S 2C2S + 4H C3S2H3 + Ca(OH)2
Ca(HO)2 + SO4 CaSO4
ALUMINATO TRICALCICO C3A C3A + SO4 ESTRINGITA HIDRATOS DE ALUMINATO DE CALCIO SULFOALUMINATO DE CALCIO
CONCRETOS DURABLES A SULFATOS
HIDROXIDO DE CALCIO
Ca (HO)2 + PUZOLANA GEL DE CALCIO
ALUMINATO TRICALCICO C3A
CEMENTO CON < C3A
Intensidad De La Reacción
La intensidad de la reacción depende de muchos factores, entre otros se tienen: cantidad de aluminato en el cemento, solubilidad del sulfato, tipo de catión unido al radical sulfato (Sodio, magnesio, calcio, etc.), permeabilidad del concreto, temperatura, cantidad de agua disponible, etc.
El concreto se comienza a degradar presentando un cambio de coloración en la superficie seguido de la aparición de fisuras entrecruzadas cuyo espesor va aumentando, simultáneamente se va generando una de laminación con un curvado de las capas mas externas del concreto y fisuración irregular, causado por las tensiones que generen los productos de expansión.
Degradación De Una Masa De Concreto Por Ataque De Sulfatos
- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS
B.- Ataque por Magnesio -Una alta concentración de sales de magnesio
presenta una alta agresividad hacia el concreto cuyo mecanismo varía en función del tipo de sal.
Este ataque produce la disolución del Ca(OH)2 y la precipitación de la brucita para luego afectar la estabilidad a partir de la pérdida de alcalinidad provocando un debilitamiento de la pasta
- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS
C.- Ataque por Agua de Mar - La concentración de sales en el agua de mar
resulta muy variable de acuerdo a la localización geográfica, sin embargo la constitución y proporción relativa de los compuestos resulta bastante similar.
En zonas frías y templadas la concentración resulta inferior a las zonas cálidas, siendo especialmente alta la concentración salina en las costas bajas de alta evaporación
ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS
C.- Ataque por Carbonatación - La carbonatación superficial del concreto
produce una contracción volumétrica del concreto que generalmente produce algunos efectos beneficiosos, como el aumento de la resistencia y dureza superficial del concreto. Sin embargo, este proceso también genera una importante disminución del pH que, de generalizarse en el espesor del recubrimiento, tiende a despacivar las armaduras
ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS
D.- Corrosión de Armaduras y otros metales embebidos en el hormigón
-En un medio acuoso, la corrosión metálica es un proceso del tipo electroquímico que supones la existencia de una reacción de oxidación y otra de reducción debido a la circulación de iones a través de un electrolito
Exposición Sulfato solubles Sulfato(SO4) Tipo de Relación max Resistencia a Sulfatos en agua (SO4) en el agua Cemento Agua/Mat. Cem Mínima f´c
% en peso ppm MpaInsignificante 0.0<=SO4<0.10 0<=SO4<150
Moderada 0.1<=SO4<0.20 150<=SO4<1500 II,IP(MS),IS(MS) 0.5 4500P(MS),I(PM)(MS)
I(SM) (MS)Severa 0.2<SO4<=2.00 1500<=SO4<=10000 V 0.45 4500
Muy Severa SO4 > 2.00 SO4 > 10 000 V más puzolana 0.45 4500
REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A SOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOSSOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOS
Velocidad de Ácidos Ácidos Soluciones Soluciones Varios
Ataque Inorgánicos Orgánicos Alcalinas Salinas
Clorhídrico
Fluorhídrico Acético
Nítrico Fórmico
Sulfurico
Nitrato de amonio
Sulfato de amonio Bromo (gas)
Sulfato de sodio
Sulfato de magnesio Sulfito líquido
Sulfato de calcio
hidroxido de sodio Cloruro de amonio10 - 20%
Cloruro de magnesio
Hipocorito de sodio Cloruro de sodio
hidroxido de sodio Cloruro de calcio
Oxálico10%
Cloruro de sodio Amoniaco
Tartárico Hipoclorito de sodio Nitrato de zinclíquido
Hidroxido de amonio Cromato de sodio
Despreciable
Cloruro de aluminio
Cloro (gas) Agua de mar
hidroxido de sodio 20%
Lenta Carbonico
Rápida
Moderada Fosfórico Titanico
Causas de la corrosión de armaduras
- Durante la hidratación del cemento se libera hidróxido de cálcio, también llamado portlandita, que otorga carácter básico al concreto, situando al pH entre 12 y 13. Con estos valores de pH el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto con una capa de óxidos, compacta y continua, que lo mantiene protegido de la corrosión.
Causas de la corrosión de armaduras
-Si bien existen varias causas que pueden dar lugar a la destrucción de la capa pasivante del acero, en la práctica los factores que promueven la corrosión electroquímica de las armaduras en el interior del concreto son mayoritariamente la carbonatación y la presencia de cloruros, o ambos factores en conjunto, ayudados por el fisuramiento o la porosidad del concreto que permite el paso hasta las armaduras de oxígeno, humedad y de diversos agresores del medio.
Carbonatación del Concreto
El anhídrido carbónico CO2 contenido en el aire penetra en las aberturas capilares del hormigón y se combina con el hidróxido de calcio para formar carbonato de calcio. Por consiguiente, la alcalinidad del concreto que en principio correspondía a un valor de pH de 12 a 13 se reduce poco a poco. Este proceso se conoce con el nombre de carbonatación.
Si el valor del pH llega a valores inferiores a 9,5 la alcalinidad ya no es suficiente para mantener pasiva la capa de óxido protectora de las armaduras de acero. Por lo tanto, bajo la acción de la humedad y del oxígeno, el efecto de corrosión puede comenzar. En estas condiciones de pH, el concreto en cuestión se conoce como concreto carbonatado.
Efecto de los cloruros El ion cloruro destruye la capa pasivante que protege
inicialmente a las armaduras de acero cuando están embebidas en hormigón. Los cloruros, al alcanzar el acero, causan fácilmente corrosión por "picado". Los cloruros que se encuentran en el agua de mar y en el aire salino de las zonas cercanas a la costa penetran en el hormigón por absorción capilar y difusión desde la superficie hacia el interior de las estructuras. También se pueden encontrar cloruros en las aguas subterráneas, en las aguas residuales, en las plantas de tratamiento y afluentes industriales
Acción de los Inhibidores de la corrosión para Concreto armado
Los inhibidores de corrosión modernos están basados en la combinación de inhibidores orgánicos e inorgánicos, extensamente probados, compuestos por aminoalcoholes (AMA). Los inhibidores basados en aminoalcoholes no alteran ninguna de las características del hormigón fresco o endurecido. Forman alrededor de las armaduras una película protectora. Otorgan una protección anódica (inhibe la ionización del acero) y catódica (obstruye el oxigeno disponible en la superficie del acero). Una importante ventaja frente a otros inhibidores es que no tiene ningún efecto nocivo para el medio ambiente o las personas.
Acción de los Inhibidores de la corrosión para Concreto armado
Los inhibidores de corrosión Este moderno tipo de inhibidor puede usarse como protección preventiva en una amplia gama de estructuras de concreto armado, tales como: puertos, muelles y estructuras marítimas, viaductos, puentes, túneles, construcciones bajo tierra, construcción en suelos salinos, ambientes agresivos industriales y en la rehabilitación de estructuras afectadas por corrosión
Aditivos Inhibidores de corrosión
Los aditivos inhibidores de corrosión son sustancias que adicionadas en pequeñas cantidades al hormigón, en el momento de su confección, logran inhibir las reacciones necesarias de manera que la reacción electroquímica no ocurra. Se adicionan a la mezcla en la planta o directamente al camión mixer en la obra.
Impregnación de estructuras existentes con inhibidores de corrosión Los modernos inhibidores basados en aminoalcoholes,
también se pueden aplicar como impregnaciones sobre la superficie del concreto. El líquido inhibidor de la corrosión penetra por difusión hasta varios centímetros de profundidad, a una velocidad de 2 a 20 mm por día, alcanzando las armaduras y protegiéndolas con una capa pasivante o reforzando la existente si la hubiera. La gran capacidad de penetración de estos inhibidores permite su uso para asegurar la durabilidad de estructuras nuevas y especialmente de aquellas que se someten a rehabilitación
Ensayos de Eficacia En los ensayos y monitoreo llevados a cabo dentro del
"Programa de Desarrollo Estratégico de Autopistas" (SHRP) de Estados Unidos, realizados en condiciones reales en puentes, se verificó la difusión y penetración hasta las armaduras de los inhibidores basados en aminoalcoholes. La eficacia de los inhibidores de corrosión ha sido verificada mediante Espectroscopia de masa de Ion Secundario (SIMS) con lo cual se identifica una capa superficial continua de 10-8m de espesor que cubre el ánodo y el cátodo, compuesta por la molécula central del aminoalcohol y sus radicales asociados.
Ensayos de Eficacia
Ensayos en Estados Unidos y Alemania muestran que los inhibidores basados en aminoalcoholes, al ser colocados en soluciones con cloruros forman la película protectora desplazando los cloruros de la superficie del acero, aún con el acero inmerso en una solución salina diluida. También ha sido demostrado que la película protectora del aminoalcohol no es removida cuando la superficie de acero es lavada con agua, lo que indica la estabilidad del inhibidor frente al flujo de agua en el concreto.
Ensayos de Eficacia
Ensayos realizados en el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja de España, indican que el inhibidor basado en aminoalcohol actúa como un eficaz inhibidor al formar una película adsorbida sobre la superficie del acero que previene la acción de iones agresivos sobre él.
En ensayos realizados en vigas con hormigón agrietado, sometido a ciclos de humedecimiento y secado en presencia de soluciones salinas, se evaluó la capacidad del inhibidor para proteger las armaduras, determinando el potencial de corrosión y la corriente de corrosión, así como el tiempo hasta el inicio de la corrosión. Los resultados indican que el inhibidor basado en aminoalcohol es efectivo en retardar la aparición de la corrosión y en reducir paralelamente su magnitud. Impregnación de estructuras existentes con inhibidores de corrosión
- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS
A.- Reacción Álcali-Agregado
Cuando se tiene indicios de que los agregados son potencialmente reactivos y que éstos agregados estarán en contacto permanente o frecuente con la Humedad, se recomienda el análisis de éstos.
ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO
CLASIFICACION.- - Internas- debido a la reacción de sus
componentes - Externas: Debido a agentes externos