130405

1

DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIN APARENTE DEL IN CLORURO EN CONCRETO EXPUESTO A AMBIENTES CON CLORUROS

CLAUDIA LEN MONCADA SANDRA ASTRID ORSTEGUI OLARTE

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA

2009

2

DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIN APARENTE DEL IN CLORURO EN CONCRETO EXPUESTO A AMBIENTES CON CLORUROS

CLAUDIA LEN MONCADA SANDRA ASTRID ORSTEGUI OLARTE

Trabajo de grado presentado como requisito para optar al ttulo de Ingeniero Qumico

Director CUSTODIO VASQUEZ QUINTERO

Ingeniero Metalrgico MSc

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER FACULTAD DE INGENIERAS FISICOQUMICAS

ESCUELA DE INGENIERA QUMICA BUCARAMANGA

2009

5

Yo, SANDRA ASTRID ORSTEGUI OLARTE, mayor de edad, vecino de

Bucaramanga, identificada con la Cdula de Ciudadana No. 37747.188 de

BUCARAMANGA, actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del trabajo

de grado, del trabajo de investigacin, o de la tesis denominada(o):

DETERMINACIN EXPERIMENTAL DEL COEFICIENTE DE DIFUSIN APARENTE DEL IN CLORURO EN CONCRETO EXPUESTO A AMBIENTES CON CLORUROS,

hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, para que en los trminos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, decisin Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y dems normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproduccin, comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamo pblico e importacin) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. PARGRAFO: La presente autorizacin se hace extensiva no slo a las facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino tambin para formato virtual, electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer.

EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presente autorizacin es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autora y detenta la titularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR / ESTUDIANTE, asumir toda la responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados; para todos los efectos la Universidad acta como un tercero de buena fe.

Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Bucaramanga, a los 01 das del mes de Junio de Dos Mil Nueve 2009.

EL AUTOR / ESTUDIANTE:

SANDRA ASTRID ORSTEGUI OLARTE

ENTREGADETRABAJOSDEGRADO,TRABAJOSDEINVESTIGACIONOTESISYAUTORIZACINDESUUSOA

FAVORDELAUIS

6

Yo, CLAUDIA LEN MONCADA, mayor de edad, vecino de Bucaramanga,

identificada con la Cdula de Ciudadana No. 63552.786 de

BUCARAMANGA, actuando en nombre propio, en mi calidad de autor del trabajo

de grado, del trabajo de investigacin, o de la tesis denominada(o):

DETERMINACIN EXPERIMENTAL DEL COEFICIENTE DE DIFUSIN APARENTE DEL IN CLORURO EN CONCRETO EXPUESTO A AMBIENTES CON CLORUROS,

hago entrega del ejemplar respectivo y de sus anexos de ser el caso, en formato digital o electrnico (CD o DVD) y autorizo a LA UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER, para que en los trminos establecidos en la Ley 23 de 1982, Ley 44 de 1993, decisin Andina 351 de 1993, Decreto 460 de 1995 y dems normas generales sobre la materia, utilice y use en todas sus formas, los derechos patrimoniales de reproduccin, comunicacin pblica, transformacin y distribucin (alquiler, prstamo pblico e importacin) que me corresponden como creador de la obra objeto del presente documento. PARGRAFO: La presente autorizacin se hace extensiva no slo a las facultades y derechos de uso sobre la obra en formato o soporte material, sino tambin para formato virtual, electrnico, digital, ptico, uso en red, Internet, extranet, intranet, etc., y en general para cualquier formato conocido o por conocer.

EL AUTOR ESTUDIANTE, manifiesta que la obra objeto de la presente autorizacin es original y la realiz sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto la obra es de su exclusiva autora y detenta la titularidad sobre la misma. PARGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamacin o accin por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la obra en cuestin, EL AUTOR / ESTUDIANTE, asumir toda la responsabilidad, y saldr en defensa de los derechos aqu autorizados; para todos los efectos la Universidad acta como un tercero de buena fe.

Para constancia se firma el presente documento en dos (02) ejemplares del mismo valor y tenor, en Bucaramanga, a los 01 das del mes de Junio de Dos Mil Nueve 2009.

EL AUTOR / ESTUDIANTE:

CLAUDIA LEN MONCADA

ENTREGADETRABAJOSDEGRADO,TRABAJOSDEINVESTIGACIONOTESISYAUTORIZACINDESUUSOA

FAVORDELAUIS

7

AGRADECIMIENTOS

Las autoras expresan sus ms sinceros agradecimientos a:

Custodio Vsquez Quintero, Ingeniero metalrgico MSc. director de sta

investigacin y Daro Yesid Pea, Ingeniero metalrgico Ph. D., Grupo de

Investigacin en Corrosin.

Colciencias y la Armada Nacional.

Escuela de Ingeniera Qumica.

Jairo Hernndez Salazar, tcnico del Centro de Caracterizacin de Materiales, de

la Escuela de Ingeniera Civil.

Nuestros compaeros Nancy, Blanca y Diego, por su constante apoyo y

colaboracin y a los miembros del Grupo de Investigacin en Corrosin-GIC.

8

A mis padres.

Caya

9

A Dios, por darme la oportunidad de vivir, amar, rer y soar.

A mis Padres y Hermanos, con el tributo pleno de mi amor inmenso; a ellos que han sido faro en mis tinieblas y puerto en mis naufragios; el sitio seguro donde

siempre puedo acampar.

A mi Esposo; fuente de amor y fuerza, de dulzura y generosidad, cimiento de mi vida, alivio en la adversidad, manantial de aguas tranquilas donde siempre

encuentro la paz.

A mi ms grande Amor, ese que en mi vientre anida, el que me hace soar, que me transforma la vida, que mi ser llena de gozo y en el que siempre encuentro la

encuentro la dicha.

Sandra Astrid Orstegui Olarte

10

TABLA DE CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN 1

1. CONCEPTOS TERICOS 3

1.1 ASPECTOS GENERALES DEL CONCRETO 3

1.1.1 Concreto 3

1.1.2 Hidratacin 3

1.1.3 Refuerzo 4

1.2 MECANISMOS DE TRANSPORTE EN CONCRETO 4

1.3 CORROSIN INDUCIDA POR CLORUROS 5

1.4 DIFUSIN DEL IN CLORURO 6

1.5 COEFICIENTE DE DIFUSIN 7

1.5.1 Coeficiente de difusin aparente del in cloruro (Dap) 7

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL 9

2.1 METODOLOGA 9

2.2 PRUEBAS PRELIMINARES 10

2.2.1 Caracterizacin de materiales 10

2.2.2 Equipos 10

2.2.3 Preparacin de probetas de concreto 11

2.2.4 Pruebas de compresin 12

2.2.5 Condiciones de las pruebas electroqumicas 12

2.3 EXPERIMENTACIN 12

2.3.1 Absorcin de agua 12

2.3.2 Ensayo de resistencia a la penetracin del in cloruro (RCPT) 13

2.3.3 Prueba de migracin acelerada del in cloruro (ACMT) 13

2.3.3.1 Mtodo colorimtrico 14

11

2.3.4 Difusin natural 15

2.3.4.1 Perfil de concentracin de cloruros 15

2.3.4.2 Mtodo colorimtrico 16

3. RESULTADOS Y ANLISIS 18

3.1 PRUEBAS DE COMPRESIN 18

3.2 ABSORCIN CAPILAR 19

3.3 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA PENETRACIN DEL IN

CLORURO

20

3.4 PRUEBA DE MIGRACIN ACELERADA DEL IN CLORURO 21

3.5 DIFUSIN NATURAL 21

3.5.1 Ajuste a la funcin exponencial 23

3.5.2 Ajuste a la funcin error 24

3.5.3 Mtodo colorimtrico 25

3.6 COMPARACIN DE LOS COEFICIENTES DE DIFUSIN 26

3.6.1 Comparacin de los coeficientes con la relacin agua/cemento 26

3.6.2 Comparacin de los mtodos experimentales 27

CONCLUSIONES 29

RECOMENDACIONES 30

BIBLIOGRAFIA 31

ANEXOS 34

12

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1. Procesos de transporte en concreto 4

Figura 2. Cloruros en el sistema poroso del concreto 6

Figura 3. Metodologa 9

Figura 4. Equipo de vaco 10

Figura 5. Equipo para pruebas electroqumicas 11

Figura 6. Esquema RCPT 13

Figura 7. Esquema ACMT 14

Figura 8. Celda de inmersin a) Esquema, b) Lugar de inmersin 15

Figura 9. Resultados de las pruebas de compresin 18

Figura 10. Absorcin capilar a) Wa vs t1/2 b) t vs z2 19

Figura 11. Carga vs Relacin agua/cemento 20

Figura 12. Perfiles de concentracin a) 30 das, b) 45 das, c) 60 das 22

Figura 13. Linealizacin a 60 das 23

Figura 14. Ajuste de la funcin exponencial al perfil de 60 das 23

Figura 15. Ajuste de la funcin error al perfil de 60 das 24

Figura 16. Profundidad de penetracin vs Tiempo 25

Figura 17. Coeficientes de difusin por relacin agua/cemento 26

Figura 18. Comparacin de los coeficientes de difusin 27

Figura 19. Formacin del concreto 36

Figura 20. Resistencia a la compresin 37

Figura 21. Espectrometra de fluorescencia de rayos X 39

Figura 22. Morfologa del concreto 40

Figura 23. Composicin del agua del acueducto de Bucaramanga 43

Figura 24. Mezclado 49

13

Pg.

Figura 25. Moldeo y fraguado 49

Figura 26. Curado 49

Figura 27. Corte y pintura 49

Figura 28. Pruebas de compresin 51

Figura 29. Cantidad de agua absorbida en funcin del tiempo 53

Figura 30. Ensayo de absorcin 55

Figura 31. Frente de absorcin de agua 55

Figura 32. Medicin de la profundidad de penetracin 58

Figura 33. Fractura de las probetas 58

Figura 34. Medicin de la penetracin 58

Figura 35. Colorimetra probetas ACMT 59

Figura 36. Colorimetra probetas difusin natural 59

Figura 37. Esquema de las zonas de muestreo 64

Figura 38. Extraccin de muestras para perfil de concentracin 65

Figura 39. Agua absorbida vs Tiempo 67

Figura 40. Tiempo vs Profundidad de penetracin 67

Figura 41. Corriente RCPT (6 horas) 69

Figura 42. Corriente ACMT (9 horas) 70

Figura 43. Corriente ACMT (2 horas) 70


Figura 45. Ajuste a la funcin exponencial a 30 das 72





Figura 50. Extrapolacin polinomial a 30 das 76

Figura 51. Ajuste a la funcin error a 30 das 76



14

Pg.



15

LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla 1. Productos de hidratacin del concreto 3

Tabla 2. Reactivos 10

Tabla 3. Diseo de mezcla para cada relacin agua/cemento 11

Tabla 4. Coeficiente de absorcin, resistencia y porosidad 19

Tabla 5. Penetrabilidad del in cloruro basada en la carga pasada 20

Tabla 6. Profundidad detectada por colorimetra 21

Tabla 7. Profundidad y la constante de penetracin K para cada

relacin agua/cemento

25

Tabla 8. Composicin del cemento 39

Tabla 9. Gravedades especficas del agregado 45

Tabla 10. Propiedades del agregado 45

Tabla 11. Anlisis granulomtrico del agregado fino 45

Tabla 12. Anlisis granulomtrico del agregado grueso 45

Tabla 13. Equipos utilizados 47

Tabla 14. Coeficientes a partir de la difusin natural 80

Tabla 15. Coeficientes a partir de la migracin acelerada 80

16

LISTA DE ANEXOS

Pg.

ANEXO A Conceptos sobre la formacin del concreto 35

ANEXO B Cemento Portland Tipo I 38

ANEXO C Composicin del agua del acueducto de Bucaramanga 42

ANEXO D Granulometra de los agregados 44

ANEXO E Equipos 46

ANEXO F Preparacin de las probetas 48

ANEXO G Pruebas de compresin 50

ANEXO H Coeficiente de absorcin 52

ANEXO I Mtodo colorimtrico 56

ANEXO J Perfil de contenido de cloruros 60

ANEXO K Curvas de absorcin capilar 66

ANEXO L Curvas de corriente vs tiempo 68

ANEXO M Linealizacin y ajuste de la funcin exponencial 71

ANEXO N Extrapolacin y ajuste a la funcin error 75

ANEXO O Coeficientes de difusin aparente 79

17

RESUMEN

TTULO: DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE DIFUSIN APARENTE DEL IN CLORURO EN CONCRETO EXPUESTO A AMBIENTES CON CLORUROS*

AUTORES: CLAUDIA LEN. SANDRA A. ORSTEGUI.**

PALABRAS CLAVES: Coeficiente, difusin, cloruro, migracin, concreto

RESUMEN

Para determinar la relacin entre el coeficiente de difusin en estado no estable y la relacin agua/cemento, se han realizado ensayos experimentales siguiendo el procedimiento de la prueba de migracin acelerada de cloruro (ACMT) y de la prueba de difusin natural (Bulk diffusion test). En la mezcla se us cemento portland tipo I como aglutinante y se utilizaron relaciones agua/cemento de 0,4, 0,5 y 0,6. El perfil de cloruros fue medido despus de 30, 45 y 60 das de inmersin. Adems, el coeficiente de difusin fue calculado a partir de la segunda ley de Fick y de la segunda ley de Fick modificada basado en mediciones de la profundidad de penetracin del in cloruro por el mtodo colorimtrico despus del ensayo de la difusin natural y ACMT, respectivamente. Debido a que el ensayo de inmersin es relativamente lento (toma al menos un mes), la aplicacin de campos elctricos para acelerar el transporte inico se utiliza para reducir el tiempo de experimentacin. Los resultados muestran que los ensayos de migracin en estado no estable presentan una buena correlacin experimental con los obtenidos por difusin natural. En la difusin natural, el coeficiente de difusin obtenido por el mtodo de perfil de concentracin y el mtodo colorimtrico se correlaciona linealmente. Tambin se recomienda el uso del ensayo de migracin acelerada de cloruros con fines comparativos.

____________________________________________ * Proyecto de Grado ** Facultad Ingenieras Fisicoqumicas. Escuela ingeniera Qumica. Director Custodio Vsquez Quintero.

18

ABSTRACT

TITLE: DETERMINATION OF APPARENT CHLORIDE DIFFUSION COEFFICIENT IN CONCRETE EXPOSED TO CHLORIDE ENVIRONMENTS*

AUTHORS: CLAUDIA LEN, SANDRA A. ORSTEGUI**

KEYWORDS: Diffusion, coefficient, chloride, migration, concrete

ABSTRACT

In order to determinate the relationship between non steady state chloride diffusion coefficient and water/cement ratio, experimental tests have been carried out following accelerated chloride migration test (ACMT) and bulk diffusion test procedure. The binder of mix was ordinary portland cement and 0,4, 0,5 and 0,6 water/cement radios were used. The chloride profile was measured after 30, 45 and 60 days of inmersion test. The diffusion coefficient was calculated by the Ficks second law and the modified Ficks second law based on measurements of the chloride penetration depth from colourimetric method after diffusion test and ACMT, respectively. Due to the inmersion test is relatively slow (it takes at least one month), the application of electrical fields to accerate ionic transport is used to reduce the experimentation time. The results shows that migration tests in non steady state give a good experimental correlation with the obtained from natural diffusion tests. In bulk diffusion test, the diffusion coefficient obtained from the profile method and colourimetric method is linearly correlated. Also, the accelerated chloride migration test is recommended with comparative purposes.

________________________________________ * Degree Project. **Faculty of Physical-Chemical Engineerings. Department of Chemical Engineering. Director: M.Sc. Custodio Vsquez Quintero.

1

INTRODUCCIN

El hormign es uno de los materiales de construccin artificiales ms antiguo que

se conoce caracterizndose por su durabilidad y estabilidad en el tiempo. Se

utiliza para proteger el acero en las armaduras, actuando como una barrera fsica

que lo separa del medio ambiente.1

Las reacciones de hidratacin del cemento (curado), inducen la formacin de una

capa protectora en la superficie del acero, provocada por la presencia de especies

alcalinas, como son KOH, NaOH y Ca(OH)2 que pasivan al elemento metlico y lo

protegen qumicamente. Si embargo, la interaccin con el medio ambiente provoca

que la proteccin se vea disminuida.2

A nivel mundial existen numerosas estructuras de concreto que se encuentran en

medios particularmente agresivos, es el caso de las que se hallan expuestas a

ambientes marinos donde el principal responsable de la corrosin es el in cloruro.

Al llegar a la superficie del metal, los cloruros provocan que la corrosin se

desencadene y se manifieste de diversas maneras: una sobre el acero, con una

disminucin de su dimetro inicial y por lo tanto de su capacidad mecnica; otra

sobre el concreto, debido a que al generarse acumulacin de xidos expansivos

en la interface acero-concreto, provoca fisuras y desprendimientos; y por ltimo

sobre la adherencia del concreto.3

1MEJIA, Ruby. Durabilidad y corrosin en materiales cementicios. Colombia, 1999. p.1. 2BHNI, Hans. Corrosion in concrete reinforced structures. England, 2005. p.2.3 CORDERO, Mariela. Estudio de la vida til de estructuras de hormign pretensado frente a la corrosin por cloruros. Barcelona, 2005. p.15.

2

Por estas razones es de vital importancia evaluar la velocidad de penetracin del

in cloruro en concreto utilizando tcnicas que proporcionen datos experimentales

acordes con las condiciones del sistema a estudiar.

Actualmente distintos mtodos y normas han establecido diferentes tipos de

ensayo, tanto en condiciones de estado estable como no estable, que permiten

establecer el coeficiente de difusin del in cloruro en concreto.

En este trabajo se aplican tres de estas tcnicas: Ensayo de resistencia a la

penetracin del in cloruro (RCPT), normalizado por la ASTM C1202, el ensayo

acelerado de migracin de cloruros (ACMT) y por ltimo el ensayo de inmersin o

difusin natural, normalizado por la NT 443, simulando condiciones de salinidad

marina, con el fin de obtener la relacin entre los coeficientes de difusin y la

relacin agua/cemento (A/C) del concreto.

Adicionalmente se comparan los diferentes mtodos con el fin de minimizar el

tiempo de experimentacin y dar una herramienta confiable para determinar el

coeficiente de difusin aparente del in cloruro. Este trabajo esta enmarcado

dentro del proyecto de investigacin titulado: DESARROLLO METODOLGICO

ELECTROQUMICO DE UN MODELO DE PREDICCIN DE LA CORROSIVIDAD

DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO SOMETIDAS A LOS AMBIENTES

MARINOS DE LAS COSTAS DEL PACFICO COLOMBIANO, llevado a cabo por

la Universidad Industrial de Santander y la Universidad de Antioquia con el

auspicio de Colciencias y la Armada Nacional.

3

1. CONCEPTOS TERICOS

1.1 ASPECTOS GENERALES DEL CONCRETO 1.1.1 Concreto El concreto es bsicamente la mezcla del cemento portland con agregados finos

(arena) y gruesos (grava). Al mezclarse con agua, el cemento se hidrata formando

un conglomerado slido, compacto, denso y poroso que resulta permeable a

lquidos y gases.4 (Ver Anexo A)

1.1.2 Hidratacin A las reacciones qumicas que se llevan a cabo entre los componentes del

cemento y el agua se les conoce con el nombre de hidratacin. Los productos de

hidratacin del cemento poseen baja solubilidad en agua, como lo demuestra la

estabilidad del concreto en contacto con el agua. (Ver Tabla 1).5

Tabla 1. Productos de hidratacin del concreto

Componente Productos de hidratacin 2(3CaO*SiO2) + 6H2O

Silicato triclcico(Torbemorita) + agua

3CaO*2SiO2*3H2O + 3Ca(OH)2 Gel de tobermorita + hidrxido

de Calcio

2(2CaO*SiO2) + 4H2O Silicato diclcico + agua

3CaO*2SiO2*3H2O + Ca(OH)2 Gel de tobermorita + hidrxido

de Calcio

4CaO*Al2O3*Fe2O3 + 10H2O+ 2Ca(OH)2

Ferrialuminato tetraclcico + agua + hidrxido de calcio(Portlandita)

6CaO*Al2O3*Fe2O3 Ca(OH)2*12H2O

Ferrialuminato tetraclcico hidratado

3CaO*Al2O3 + 12H2O + Ca(OH)2 Aluminato triclcico + agua +

hidrxido de Calcio

3CaO*Al2O3*Ca(OH)2*12H2O Aluminato triclcico hidratado

4HERNNDEZ, Rodolfo. SUREZ, Sandra. Efecto del in cloruro en el acero de refuerzo expuesto a soluciones simuladas de concreto. UIS, 1999.5DEL VALLE, A. PREZ, T. MARTNEZ, M. El fenmeno de la corrosion en estructuras de concreto reforzado. Sanfandila, 2001. p.32.

4

3CaO*Al2O3 + 10H2O + CaSO4*2H2O

Aluminato triclcico + agua + yeso

3CaO*Al2O3*CaSO4*12H2O Monosulfoaluminato clcico

Fuente: Del Valle, Prez, Martnez

1.1.3 Refuerzo El componente metlico que proporciona resistencia a la traccin a la masa de

concreto es acero de refuerzo o armadura. La alta alcalinidad del agua en los

poros del concreto (pH>12.5) conduce a la formacin de una capa pasivante en el

acero que reduce el ataque corrosivo a valores insignificantes. Los procesos ms

importantes que pueden destruir esta capa protectora son el ataque de cloruros y

la carbonatacin.6

La corrosin del refuerzo puede presentar diferentes formas, cambiando desde

una extendida corrosin general hasta un ataque local. La corrosin debida a los

iones cloruro presenta picaduras, distribuidas aleatoriamente a lo largo de las

barras de acero.

1.2 MECANISMOS DE TRANSPORTE EN CONCRETO El transporte de gases (O2, CO2), agua e iones (Cl-) en concreto solo es posible en

el sistema poroso del concreto. Este transporte se debe a fuerzas capilares,

gradientes de presin (agua, gases) o de concentracin (iones), diferencia de

presin absoluta (agua, gases) y migracin (ver Figura 1).7

Figura 1. Procesos de transporte en concreto

TIPO FUERZA CONDUCTORA POROS

Difusin

(gases e iones)

Gradiente de concentracin dc Diferencia de presin parcial dp

Llenos con aire

o agua

6BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.17BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.13.

5

Succin Capilar

(lquidos)

Tensin de superficie s

ngulo de contacto q Llenos con aire

Permeacin

(gases y lquidos)

Diferencia de presin absoluta dp Llenos con aire

o agua

Fuente: Bohni, Hans

1.3 CORROSIN INDUCIDA POR CLORUROS La mayora de modelos de vida til asociados con la corrosin del acero de

refuerzo en concreto siguen el modelo introducido por Tuutti (1982), donde se

considera el mecanismo de corrosin como un proceso de dos etapas8:

1. Periodo de iniciacin, durante el cual el acero permanece en un estado de

pasivacin. El inicio de la corrosin corresponde a la despasivacin del

refuerzo debido a la acumulacin de iones cloruro en la capa del refuerzo de

acero.

2. Periodo de propagacin, durante el cual la estructura se deteriora como

resultado de la prdida de rea transversal y la acumulacin de productos de

corrosin alrededor de la superficie de la barra.

Los iones cloruro pueden estar incorporados en el concreto desde la mezcla de

ingredientes en el momento de su fabricacin (agregados, agua, acelerantes) o

desde fuentes externas (sales de deshielo, agua de mar, agua subterrnea). No

todos los cloruros en el concreto estn en movimiento, parte de estos iones son

enlazados por los componentes del cemento, especialmente a los aluminatos,

mediante mecanismos qumicos (reaccin) y fsicos (adsorcin)9, (Ver Figura 2).

8MARTN, Beatrz. Service life modeling of R.C. highway structures exposed to chlorides. Toronto,1999. p.8.9DEL VALLE, A. PREZ, T. MARTNEZ, M. El fenmeno de la corrosion en estructuras de concreto reforzado. Sanfandila, 2001. p.41.

6

Los componentes del concreto que reaccionan con el anin cloruro son el

aluminato triclcico y el ferritoaluminato tetraclcico, dando lugar a la formacin de

3CaO*Al2O3*CaCl2*10H2O y de 3CaO*Fe2O3*CaCl2*10H2O respectivamente,

compuestos conocidos comnmente como Sales de Friedel, adicionalmente puede

formarse etringita 3CaO*Al2O3*CaCl2*32H2O. Se considera que solamente los

iones cloruro en estado libre, pueden llegar a desencadenar un fenmeno

corrosivo sobre la armadura del concreto10.

Figura 2. Cloruros en el sistema poroso del concreto

Fuente: Del Valle, Prez, Martnez

En la corrosin inducida por cloruros, la duracin del periodo de iniciacin

depende la tasa de penetracin de los iones cloruro en el concreto, la profundidad

de la cubierta de concreto, as como la concentracin de cloruros requerida para

iniciar el proceso de corrosin.

1.4 DIFUSIN DEL IN CLORURO Considerando el concreto en estado de saturacin, los iones cloruro entran en el

concreto por difusin debido a la existencia de un gradiente de concentracin

entre la superficie expuesta y la solucin poro del concreto.

10BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.26.

7

En condiciones de estado no estacionario, este proceso se describe

matemticamente con la Segunda Ley de Fick de difusin, que se ajusta en alto

grado a la realidad prctica del concreto, y para un flujo dimensional esta dada

por:

Ecuacin 1

Donde es el coeficiente de difusin (m2/s), y es la concentracin de cloruros disueltos en la solucin poro (mol/m3 de solucin poro).

1.5 COEFICIENTE DE DIFUSIN Evidencia experimental ha mostrado que la velocidad de difusin de cloruro en

concreto, esta definida por el coeficiente de difusin de cloruro , que depende

de parmetros internos del material como la porosidad, tipo de cemento,

temperatura, tipos de cationes asociados con los iones cloruro, contenido de

mezcla y condiciones de curado11.

1.5.1 Coeficiente de difusin aparente del in cloruro (Dap) Se obtiene usando la concentracin de cloruro en la superficie del concreto en el

ambiente dado y ajustando una funcin a los perfiles de cloruro encontrados bajo

condiciones ambientales reales (NT BUILD 443).

El coeficiente de difusin aparente:

- No es un parmetro del material, pero debe ser considerado como un

coeficiente de regresin que cuantifica la permeabilidad de un concreto

especfico bajo condiciones ambientales establecidas.

- Es una medida de la permeabilidad (porosidad, la distribucin y conectividad de

los poros) del concreto con respecto a los cloruros en el tiempo de

experimentacin bajo condiciones de saturacin.

11BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.101.

8

- Se reduce con el tiempo debido a la hidratacin.

- Aumenta con el incremento de la temperatura en una forma exponencial12.

- Tiene en cuenta la velocidad de ingreso y en consecuencia la cada en el

coeficiente de difusin en varios ordenes de magnitud para bajos grados de

saturacin de agua del concreto.

12T.S. NGUYEN, S. LORENTE, M. CARCASSES. Effect of the environment temperature on the chloride diffusion through CEM-I and CEM-V mortars: An experimental study. En: Construction and Building Materials Vol.23, 2009. p.795803.

9

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

En este captulo se describe la metodologa seguida para el desarrollo de esta

investigacin, as como los materiales y equipos usados en cada etapa.

2.1 METODOLOGA En la Figura 3 se muestra el diagrama de la secuencia utilizada en la realizacin

de este trabajo de grado.

Figura 3. Metodologa

UsuarioSello

2

2

T

2L

e F

2.2 PRUE

2.2.1 Cara

CementX por En

I utilizad

Agua: Eacueduc

Anexo C

Agregadagregad

para el a

ReactivoTabla 2. Rea

2.2.2 EquLas Figuras

el Anexo E

Figura 4. Equ

EBAS PRE

acterizaci

o: A travsnerga Disp

o en la pre

El agua usa

cto de Buc

C). En los en

dos: En la fo fino, y gr

agregado g

os: En la Tctivos

ipos s 4 y 5 pres

se encuen

uipo de vac

ELIMINARE

n de mate

s de la tcn

persa, se de

paracin de

ada en la pr

aramanga

nsayos elec

fabricacin

ravilla como

rueso se m

Tabla 2 se m

REACTIVONaCl

NaOH Sal de mar

AgNO3 Agua destila

sentan los

ntra una lista

o

10

ES

eriales

nica de Esp

etermin la

e las probe

reparacin

con un co

ctroqumico

de las pro

o agregado

muestra en e

muestran lo

O

r

da

principales

a detallada

pectrometra

composici

etas, la cual

de las prob

ontenido de

os se us a

betas de co

o grueso. E

el Anexo D

os principale

CARACTER3%

0.3 M58.46 0.3

0.1 N

equipos em

de todos lo

a de Fluore

n del cem

se muestr

betas fue s

e cloruro d

agua destila

oncreto se

El tamao d

.

es reactivos

RSTICA

M 35% Cl- N

mpleados e

os equipos

escencia de

ento portla

a en el Ane

suministrad

de 2.83 mg

ada.

utiliz aren

de partcula

s.

en este trab

.

e Rayos

nd Tipo

exo B.

a por el

g/L (Ver

na como

a usado

bajo, en

F

2

a

T

T

V

m

d

i

p

u

n

Figura 5. Equ

2.2.3 PrepEn este es

arena y gra

Tabla 3.

Tabla 3. Dise

A/C

0.40.50.6

Verificado

moldeo de

dimensiona

indicado en

Posteriorm

para su co

ubicndola

norma AST

uipo para pr

paracin dstudio, las

avilla (Ver a

eo de mezc

C

4 5 6

y corregid

e las probe

ales. Llena

n la norma A

ente se int

orrespondie

s en un lug

TM C511.

uebas electr

e probetasprobetas fu

anexo F). L

cla para cada

AGUA 210

262.5 315

o experime

etas, adapt

ados los m

ASTM C33

trodujeron

ente curado

gar a tempe

11

roqumicas

s de concrueron hech

Las proporc

a relacin ag

Unidad dCEMEN

525525525

entalmente

tando la no

moldes se

3; luego de

las probet

o. Despus

eratura am

eto has con ce

ciones en la

ua/cemento

de contenidoTO A

e el diseo

orma ASTM

almacenar

24 horas se

tas en tina

s de 28 da

biente seg

emento por

as probetas

o (kg/m3) ARENA

787 787 787

o de mezcl

M 192 a s

ron segn

e desmolda

s de 80 lit

as se retira

n las espe

rtland tipo I

s se resume

GRAVILL848 848 848

la, se proc

sus caracte

el proced

aron las pro

tros de cap

aron las mu

ecificacione

I, agua,

en en la

LA

cedi al

ersticas

dimiento

obetas.

pacidad

uestras,

es de la

12

2.2.4 Pruebas de compresin Este mtodo de prueba consiste en aplicar una carga de compresin axial a

cilindros moldeados de concreto, a una taza predeterminada, hasta que la falla

ocurre. La resistencia a la compresin de la probeta fue calculada al dividir la

carga mxima lograda durante la prueba entre el rea que resiste la carga13. El

concreto de uso generalizado tiene una resistencia a la compresin entre 3000 y

5000 lb/pulg2. (Ver Anexo G)

2.2.5 Condiciones de las pruebas electroqumicas Debido a que el coeficiente de difusin aparente se ve afectado por varios

fenmenos, en este trabajo permanecen constantes las siguientes condiciones:

Tiempo de curado: 28 das

Humedad relativa: 100%

Temperatura: 22-25oC

Concentraciones para colorimetra: Co = 0.52N, y C = 0.07N.14

2.3 EXPERIMENTACIN

2.3.1 Absorcin de agua Fagerlund describe la cintica de absorcin de agua a travs de tres coeficientes:

m, K, e.15 El mtodo normalizado consiste en colocar las muestras sobre una

esponja saturada de agua en un recipiente cubierto (Ver Anexo H). El nivel de

agua debe estar 3 mm por encima de la cara inferior de la probeta. A intervalos de

tiempo se registra el cambio de peso16. La cantidad de agua absorbida, Wa, en

funcin del tiempo es:

13Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrical Concrete Specimens. ASTM C39 / C39M 05e214Chloride Migration Coefficient From Non-Steady-State Migration Experiments, NT BUILD 492. Finland, 1999.15SANJUN, Miguel. Clculo del periodo de iniciacin de la corrosin de la armadura del hormign. Madrid, 1992. p.111.16MEJIA, Ruby. Durabilidad y corrosin en materiales cementicios. Colombia, 1999. p.128.

13

;

Ecuaciones 2 y 3

Donde es la densidad (kg/m3), la porosidad efectiva (m3/m3), la resistencia

a la penetracin del agua (s/m2) y el coeficiente de absorcin capilar (kg/m2s1/2).

2.3.2 Ensayo de resistencia a la penetracin del in cloruro (RCPT) Este mtodo consiste en monitorear la cantidad de corriente elctrica que pasa a

travs de una probeta cilndrica de 5 cm de espesor y 7.5 cm de dimetro nominal

durante un periodo de 6 horas. Se mantiene una diferencia de potencial de 60 V

entre los extremos de la probeta, uno de los cuales esta inmerso en una solucin

de cloruro de sodio al 3% y el otro en una solucin de hidrxido de sodio 0.3N.17

Figura 6. Esquema RCPT

Fuente: Lizarazo, Juan

2.3.3 Prueba de migracin acelerada del in cloruro (ACMT) Esta prueba es una versin modificada del mtodo RCPT y se muestra

esquemticamente en la Figura 7. Este mtodo consiste en acelerar la migracin

del in cloruro en probetas de concreto de 3 cm de espesor y 7.5 cm de dimetro

17Standard Test Method for Electrical Indication of Concretes Ability to Resist Chloride Ion Penetration, ASTM C 1202-97, USA, 1997.

14

nominal, bajo la aplicacin de una diferencia de potencial de 24 V, durante 2

horas.18

Figura 7. Esquema ACMT

Fuente: Yang, Cho

2.3.3.1 Mtodo colorimtrico Despus de fracturar las probetas, se aplica una solucin acuosa de nitrato de

plata (0.1N AgNO3) de forma similar a la descrita en la norma NT BUILD 492. Los

cloruros se enlazan con la plata formando cloruro de plata, una sustancia

blanquecina. En ausencia de cloruros, la plata se adhiere al hidrxido presente en

el concreto, presentando un color pardo. La profundidad de penetracin de cloruro

x, se determina midiendo la parte visible de la precipitacin blanca del cloruro de

plata [9]. El coeficiente de migracin en estado no estable se calcula a

partir de la segunda ley de Fick modificada19:

Ecuacin 4

Donde 2 1 , | | .

18C.C. YANG, S.W. CHO. An electrochemical method for accelerated migration test of diffusion coefficient in cement-based materials. En: Materials Chemistry and Physics Vol. 81, 2003 p.116-125.19TANG, L., NILSSON, L. O. Rapid determination of the chloride diffusivity in concrete by applying an electrical field. En: ACI Materials Journal. 1992. p.49-53.

15

Donde es la concentracin de cloruro en el ctodo, y es la concentracin en

la solucin poro correspondiente al lmite de cambio de color20. (Ver Anexo I)

2.3.4 Difusin natural Este mtodo consiste en sumergir probetas previamente cubiertas con pintura

epxica en una solucin de sal de mar, como se muestra en la Figura 8, siguiendo

un procedimiento similar al de la norma NT BUILD 443.21

Figura 8. Celda de inmersin a) Esquema, b) Lugar de inmersin

a) b)

Fuente: NT BUILD 443

2.3.4.1 Perfil de concentracin de cloruros Para obtener los perfiles de concentracin de cloruros en las probetas, se tomaron

muestras cada 10 mm de espesor desde la superficie expuesta hacia el interior.

Las muestras de polvo fueron analizadas para determinar el contenido total de

cloruro por espectrofotometra de absorcin atmica de llama de acuerdo con la

norma AASHTO T260.22 (Ver Anexo J)

20 C.T. CHIANG, C.C. YANG. Relation between the diffusion characteristic of concrete from salt ponding test and accelerated chloride migration test. En: Materials Chemistry and Physics. Vol.106. 2007 p.240246.21Concrete hardened: accelerated chloride penetration. NT BUILD 443, 1995.22Standard Method of Test for Sampling and Testing for Chloride Ion in Concrete and Concrete Raw Materials, AASHTO T260-97. USA, 1997.

16

Ajuste del perfil de concentracin a la funcin exponencial El contenido de cloruro se expresa como un porcentaje de la masa de muestra

seca y la profundidad es el punto medio de cada seccin de la probeta expuesta a

la solucin de cloruro23. La difusin de cloruro en concreto esta controlada por la

segunda ley de difusin de Fick, cuya solucin es:

Ecuacin 5

Donde es la concentracin de iones cloruro como una funcin de la distancia, en

cualquier tiempo , es la masa difusiva y es el coeficiente de difusin

aparente del ensayo natural a partir la funcin exponencial.

Mediante la linealizacin de la Ecuacin 5, se determina el coeficiente de difusin

aparente.

Ajuste del perfil de concentracin a la funcin error La difusin de cloruro en concreto esta controlada por la segunda ley de difusin

de Fick de donde se obtiene:

1 Ecuacin 6

Donde es la concentracin de iones cloruro como una funcin de la distancia, en

cualquier tiempo , es la funcin error y es el coeficiente de difusin

aparente del ensayo natural a partir la funcin error.

2.3.4.2 Mtodo colorimtrico La profundidad de penetracin detectada por la solucin 0.1N de AgNO3 puede

usarse para determinar el coeficiente de difusin del in cloruro despejando de la

Ecuacin 6:

1 4 Ecuacin 7

23C.T. CHIANG, C.C. YANG. Relation between the diffusion characteristic of concrete from salt ponding test and accelerated chloride migration test. En: Materials Chemistry and Physics. Vol.106. 2007 p.240246.

17

Donde es el coeficiente de difusin aparente del ensayo de difusin natural a partir del mtodo colorimtrico, y se expresa usando la profundidad dada por

colorimetra. Donde es la inversa de la funcin error, es la

concentracin de cloruro en la superficie expuesta de la probeta, y es la

concentracin de cloruro en la solucin poro correspondiente al lmite de cambio

de color.

Velocidad de avance de los cloruros La velocidad de avance de los cloruros es, en general, una funcin de la raz

cuadrada del tiempo, ya que los procesos de difusin pura as como los de

absorcin capilar, siguen una ley potencial.

Ecuacin 8

Donde es la profundidad alcanzada por una cierta proporcin de cloruros,

el tiempo y la constante.24

24DEL VALLE, A. PREZ, T. MARTNEZ, M. El fenmeno de la corrosion en estructuras de concreto reforzado. Sanfandila, 2001. p.44.

3

p

F

a

l

L

A

q

d

u

2

3.1 PRUE

En la Figur

promedio d

Figura 9. Res

De acuerdo

a la compre

los requerim

Los princip

A/C, el tiem

que la rela

debido al in

una red de

25Standard Test

EBAS DE C

ra 9 se mue

de tres prob

sultados de

o a los resu

esin para

mientos pa

pales factore

mpo y el gr

cin agua/

ncremento

porosidad

t Method for Com

Resisten

cia(psi)

3. RES

COMPRESI

estran los r

betas por ca

las pruebas

ultados, las

concreto de

ra las prueb

es que afec

rado de hid

cemento a

en el conte

mayor.

mpressive Streng

0

2000

4000

6000

0.

18

SULTADOS

IN

resultados d

ada relacin

de compres

probetas s

e uso gene

bas electro

ctan la resi

dratacin25.

umenta, la

enido de ag

gth of Cylindrical

.4 0

Relaci

S Y ANLI

de las prue

n agua/cem

in

se encuentr

eralizado (3

qumicas.

istencia a l

. De acuerd

resistencia

gua. El alto

Concrete Specim

.5 0

nA/C

ISIS

ebas de com

mento.

ran en el ra

000-5000 p

a compresi

do con lo a

a a la com

o contenido

mens. ASTM C3

.6

mpresin c

ngo de res

psi) y cump

in son la r

anterior, a

presin dis

o de agua p

39 / C39M 05e2

omo un

istencia

plen con

relacin

medida

sminuye

produce

2

19

3.2 ABSORCIN CAPILAR En la Figura 10 se muestra la cantidad de agua absorbida en funcin del tiempo

y la relacin entre el tiempo y la penetracin de agua z, de las que se

obtuvieron los coeficientes , y , que se muestran en la Tabla 4.

Figura 10. Absorcin capilar a) Wa vs t1/2 b) t vs z2

a) b)

Tabla 4. Coeficiente de absorcin, resistencia y porosidad

RELACIN A/C

COEFICIENTE DE ABSORCIN

CAPILAR

RESISTENCIA A LA PENETRACIN DEL

AGUA POROSIDAD EFECTIVA

K (kg/m2s1/2) m (x107s/m2) (%) 0.4 0.033 1.73 13.72 0.5 0.046 1.41 17.29 0.6 0.049 1.27 17.46

Teniendo en cuenta que la resistencia a la penetracin del agua se considera

como una funcin de la estructura del poro26, el concreto con relacin A/C=0.4

presenta poros ms finos en comparacin con los de 0.5 y 0.6, y por lo tanto una

penetracin ms lenta. El coeficiente de absorcin capilar aumenta con el

incremento en la relacin A/C, mostrando una clara dependencia de la porosidad 26MEJIA, Ruby. Durabilidad y corrosin en materiales cementicios. Colombia, 1999. p.129.

y=0,033x 0,053R=0,996

y=0,046x 0,018R=0,999

y=0,049x+0,084R=0,997

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 50 100

Cantidad

deagua

(kg/m

2 )

Tiempo(s1/2)

A/C=0.4A/C=0.5A/C=0.6

y=17,28x+24,51R=0,994

y=14,14x 267,5R=0,964

y=12,71x 204,8R=0,991

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 200 400

Tiem

po(s)

Profundidadz2 (mm2)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

t

d

(

3

a

o

T

F

2

C

total, que p

de porosida

(OC).

3.3 ENSA

El RCPT es

a la penet

obtenidos s

Tabla 5. Pen

Figura 11. Ca

27DJERBI, BONCement and Con

presenta un

ad concuer

AYO DE RE

s un ensayo

trabilidad d

se muestra

etrabilidad d

C

arga vs Rela

NNET, KHELIDJ,ncrete Research

2

4

6

8

10

Carga(C)

na tendenc

rdan con re

ESISTENCI

o cualitativo

del in clo

n en la Figu

del in clorur

CARGA (C)>4000

2000-4000 1000-2000 100-1000

21

Los resultados muestran que las probetas con relacin agua/cemento igual a 0.4

tienen una resistencia moderada a la penetracin del in cloruro, mientras que

para las probetas de relaciones 0.5 y 0.6 la tendencia a la penetracin es alta. La

baja resistencia a la penetracin de las probetas con relaciones A/C mayores,

concuerda con los datos de resistencia a la compresin, donde la relacin A/C=0.4

present una resistencia mayor y por ende menor grado de penetrabilidad. Por lo

tanto se espera que el coeficiente de difusin sea menor para relaciones

agua/cemento bajas. (Ver Anexo L)

3.4 PRUEBA DE MIGRACIN ACELERADA DEL IN CLORURO

En la Tabla 6 se muestran las profundidades determinadas por colorimetra para el

ensayo de migracin acelerada. Tabla 6. Profundidad detectada por colorimetra

A/C PROFUNDIDAD (cm) DESV. ESTANDAR 0.4 1.07 0.06 0.5 1.93 0.05 0.6 2.23 0.11

Las profundidades encontradas presentan una tendencia similar a la predicha por

el ensayo RCPT, ya que para mayores relaciones A/C la penetracin del in

cloruro es mayor.

3.5 DIFUSIN NATURAL

A partir el ensayo no acelerado o de difusin natural, se obtuvieron los perfiles de

concentracin de cloruros para las diferentes relaciones agua/cemento, con el fin

de ajustarlos a la funcin exponencial y a la funcin error. Los perfiles de

concentracin a 30, 45 y 60 das se muestran en la Figura 12.

22

Figura 12. Perfiles de concentracin a) 30 das, b) 45 das, c) 60 das a) b)

c)

Los perfiles de concentracin obtenidos muestran que el contenido de cloruro en

las probetas presenta una ligera disminucin con el tiempo de exposicin,

mientras que la penetracin aumenta. Esto puede atribuirse a una disminucin en

los sitios activos de los poros, ya que baja la capacidad de enlace de cloruros.

Este comportamiento tambin puede ser causado por el taponamiento de los

conductos capilares del concreto.28,29 Tamimi et al30, presenta perfiles de

concentracin de cloruros para lapsos mayores de tiempo, en los que se aprecia

un aumento moderado del contenido de cloruros en el tiempo de exposicin. 28BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.91.29 YUAN, SHI, SCHUTTER, AUDENAERT, DENG. Chloride binding of cemente-based materials subjected to a external chloride environment A rewiew. En: Constructions and Building Materials Vol.23. 2009 p.1-13.30TAMIMI, ABDALLA, SAKKA. Prediction of long term chloride diffusion of concrete in harsh environment. En: Construction and Building Materials Vol.22, 2008. p.829-836.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Concen

tracin

Cl(%en

peso

concreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 1 2 3 4

Concen

tracinCl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

23

3.5.1 Ajuste a la funcin exponencial La linealizacin de la Ecuacin 6 da como resultado la Ecuacin 9:

Ecuacin 9

Graficando contra se obtiene el valor del coeficiente de difusin aparente de in cloruro y la concentracin en la superficie en 0. En la Figura 13 se

muestra la linealizacin del perfil a 60 das de exposicin y la Figura 14 presenta la

funcin exponencial para cada relacin agua/cemento. De igual forma, se

ajustaron los perfiles de concentracin a 30 y 45 das. (Ver Anexo M)

Figura 13. Linealizacin a 60 das

Figura 14. Ajuste de la funcin exponencial al perfil de 60 das

y=0,088x 1,942R=0,947

y=0,074x 1,488R=0,968

y=0,071x 1,238R=0,961

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

0 5 10 15 20 25

LnC

x2

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

EXP0.4

EXP0.5

EXP0.6

R2=0,954

R2=0,964

R2=0,937

24

Aunque este mtodo fue planteado por Climent et al31, para concreto insaturado,

los coeficientes de determinacin mltiple R2 para cada una de las curvas indican

que la funcin exponencial ofrece un buen ajuste a los perfiles de concentracin.

3.5.2 Ajuste a la funcin error

La Ecuacin 6 se ajusta a los perfiles fijando la concentracin superficial por

extrapolacin polinmica y dejando variar el coeficiente de difusin aparente , hasta que su valor corresponde a la curva de mejor coeficiente R2.

La Figura 15 muestra el perfil a 60 das de inmersin con las respectivas curvas de

ajuste. Estas curvas presentan un mejor ajuste a los perfiles de concentracin,

comparadas con las de la funcin exponencial, por lo tanto la difusin natural

puede describirse por la segunda ley de Fick. De igual forma, se ajustaron los

perfiles de concentracin a 30 y 45 das. (Ver Anexo N)

Figura 15. Ajuste de la funcin error al perfil de 60 das

31CLIMENT, DE VERA, LOPEZ, VIQUEIRA, ANDRADE. A test method for measuring chloride diffusion coefficients through nonsaturated concrete. Part I. The instantaneous plane source diffusion case. En: Cement and Concrete Research Vol.32. 2002. p.1113-1123

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

erf0.4

erf0.5

erf0.6

R2=0.999

R2=0.989

R2=0.999

25

3.5.3 Mtodo colorimtrico Mediante colorimetra se determinaron las profundidades alcanzadas por los

cloruros a 30, 45 y 60 das. En la tabla 7 se muestran los datos de profundidad

junto con la constante de penetracin del in cloruro en concreto.

Tabla 7. Profundidad y la constante de penetracin K para cada relacin agua/cemento

Tiempo A/C 30 das 45 das 60 das

K (cm/ )

0.4 1.520.18 2.280.04 2.420.21 0.319 0.5 2.080.07 2.780.03 3.290.14 0.418 0.6 2.330.16 3.100.04 3.540.04 0.456

Figura 16. Profundidad de penetracin vs Tiempo

De la Figura 16, se tiene que la constante de penetracin aumenta con el aumento

en la relacin agua/cemento, mostrando una coherencia con los perfiles de

concentracin, en los que se detecta un contenido de cloruros mayor para la

A/C=0.6.

y=0,319x 0,033R=0,981

y=0,418x 0,046R=0,993

y=0,456x 0,031R=0,996

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 2 4 6 8 10

Profun

dida

d(cm)

Tiempo(dias0.5)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

3

3L

p

F

m

o

a

a

A

p

c

m

3

a3

np3

m

3.6 COMP

3.6.1 ComLa variaci

para 60 da

Figura 17. Co

Experiment

medida q

observacio

atribuye es

aumento en

Aunque los

perfiles de

concentrac

ms altos q

32 C.T. CHIANGaccelerated chlo33ANDRADE, Cnatural diffusion p.21-28.34SONG, Ha-Womarine environm

PARACIN

mparacin n de los c

as se mues

oeficientes d

talmente s

que aume

nes de Ch

ste increme

n la porosid

s coeficient

e concent

cin superfi

que los pres

G, C.C. YANG.ride migration te

CASTELLOTE, Atest. Part I: Com

on. LEE, Chang-ments. Cement an

D(x10

11m/s

2 )

N DE LOS C

de los coecoeficientes

tran en la F

de difusin p

se determin

nta la r

hiang et al3

ento a la

dad que pro

tes de difu

racin, su

cial , hal

sentados p

Relation betwest. En: Materials

ALONSO, GONZmparison betwee

-Hong. YONG, Knd Concrete Com

0

2

4

6

8

10

0,4

D(x10

m/s

)

26

COEFICIEN

eficientes c de difusi

Figura 17. (

por relacin a

n que los

elacin a32, Andrade

formacin

oduce una

sin

u diferenci

llados por e

or la funci

een the diffusios Chemistry and PZALES. Non-steaen several metho

Ki. Factors influenmposites Vol.30.

0,5

Relaci

NTES DE D

con la relacn respecto

(Ver Anexo

agua/cement

s coeficient

gua/cemen

e et al33 y

de trayect

mayor cant

y se

a se deb

extrapolaci

n exponen

on characteristicPhysics Vol.106.ady-state chloridods or calculatio

ncing chloride tra2008 p.113-121

0,6nA/C

DIFUSIN

cin agua/o a la relac

O)

to

tes de difu

nto. Esto

Song et a

torias de d

tidad de ag

determinar

be a que

n, para la

cial.

c of concrete fr. 2007 p.240246de diffusion coefn. En: Material a

ansport in concre.

Dncol

Dnexp

Dner

Dmcol

/cementocin agua/c

usin aume

concuerd

l34, en las

difusin de

gua en el co

ron a partir

los valo

a funcin er

rom salt pondin6fficients from migand structures V

ete structures exp

cemento

entan a

da con

que se

ebido al

oncreto.

r de los

res de

rror son

g test and

gration and Vol.33. 2000

posed to

27

3.6.2 Comparacin de los mtodos experimentales Los coeficientes de difusin aparente determinados experimentalmente (Figura 18)

se comparan con los coeficientes dados por el ajuste a la funcin error, debido a

que este mtodo es el que present el mejor R2.

Figura 18. Comparacin de los coeficientes de difusin

Los datos que se muestran son el resultado de los clculos para 60 das debido a

que este ensayo puede representar mejor el comportamiento del cloruro en largos

tiempos de exposicin. La importancia del mtodo colorimtrico radica en su

sencillez en el momento de medir la profundidad de penetracin, adicionalmente,

el mtodo de migracin de cloruros es mucho ms rpido que los mtodos de

inmersin, por tal razn en este trabajo se obtuvieron correlaciones empricas

entre los coeficientes de difusin por ajuste al perfil de concentracin y los

obtenidos por colorimetra en difusin natural y migracin.

La relacin emprica calculada por regresin lineal entre y es:

1,496 1,612 10 Ecuacin 10

La relacin emprica calculada por regresin lineal entre y es:

0,823 1,533 10 Ecuacin 11

R=0,992y=1,496x+1,612R=0,981

y=0,823x+1,533R=0,988

4

5

6

7

8

9

10

11

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Dne

r(x10

11m

2 /s)

CoeficientesdedifusinD(x1011 m2/s)

Dnexp

Dncol

Dmcol

28

De las relaciones encontradas, la Ecuacin 11 tiene un especial uso, ya que

reduce el tiempo de experimentacin de meses a horas, proporcionando una

aproximacin al coeficiente de difusin aparente por difusin natural.

Aunque se realizaron ensayos de difusin natural a 30, 45 y 60 das, no es

conveniente presentar una funcin del coeficiente de difusin en el tiempo ya que

estos intervalos de tiempo no son comparables con la vida til de una estructura

de concreto. Sin embargo, varios investigadores35,36,37,38 coinciden en afirmar que

el coeficiente de difusin aparente disminuye con el tiempo de acuerdo a una

funcin exponencial.

35BHNI, Hans. Corrosion in reinforced concrete structures. Cambridge, 2005. p.108.36 HONG, ZHAO, WITTMANN. Carbonation and chloride profiles of reinforced concrete after 26 years of exposure. En: International conference on pozzolan. Thailand, 2006.37TANG, L. GULIKERS, J. On the mathematics of time-dependent apparent chloride diffusion coefficient in concrete. De: Cement and Concrete Research Vol.37. 2007 p.589-595.38NOKKEN, BODDY, HOOTON, THOMAS. Time dependent diffusion in concrete three laboratory studies. En: Cement and Concrete Research Vol.36. 2006 p.200-207.

29

CONCLUSIONES

La importancia de la relacin agua/cemento (A/C) radica en que una pasta de

cemento con poco contenido de agua presenta una mejor compactacin,

porque tiene menos cantidad de poros interconectados, permeables a lquidos y

gases, donde pueda presentarse humedad. De esta manera el concreto

finalmente obtenido es menos poroso y menos permeable lo que reduce la

difusin de iones que pueden iniciar el proceso de corrosin.

Los coeficientes de difusin aparente muestran una marcada influencia de la

relacin agua/cemento, presentando un aumento de acuerdo al incremento de

agua en la mezcla de concreto debido a que esta produce una mayor cantidad

de poros y trayectorias para la difusin del in cloruro.

Los coeficientes de difusin aparente obtenidos de los ensayos de difusin

natural por colorimetra, presentan una buena correlacin experimental

(Ecuacin 10) proporcionando una herramienta confiable y de fcil acceso para

determinar la profundidad de penetracin del in cloruro y a su vez el

coeficiente de difusin.

El ensayo de migracin acelerada del in cloruro (ACMT) reduce el tiempo de

experimentacin, bajo condiciones de estado no estacionario. Para aprovechar

esta ventaja, la correlacin experimental dada por la Ecuacin 11 puede usarse

para relacionar el coeficiente de difusin aparente obtenido por migracin con el

coeficiente obtenido por inmersin, reproduciendo las condiciones del ensayo

electroqumico.

30

RECOMENDACIONES

Los procesos de difusin en concreto demandan gran cantidad de tiempo

debido a la baja velocidad de penetracin de los agentes agresivos, por esta

razn se recomienda continuar con los ensayos de difusin natural para obtener

una funcin que describa el comportamiento del coeficiente de difusin

aparente en el tiempo.

Se recomienda realizar la medicin de la concentracin de in cloruro en las

celdas electroqumicas para obtener una perspectiva ms amplia acerca del

fenmeno de migracin en condiciones estacionarias.

31

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Constructions and Building Materials 23 (2009) 1-13

35

ANEXO A CONCEPTOS SOBRE LA FORMACIN DEL CONCRETO

36

CONCEPTOS SOBRE LA FORMACIN DEL CONCRETO

En presencia de agua, los compuestos cristalinos anhdros que constituyen el

cemento, se hidratan producindose una cristalinizacin que conduce a un

sistema de constituyentes hidratados estables, con un desprendimiento mayor o

menor de calor en function del tipo de cemento39.

Por fraguado del cemento se entiende el instante en que la viscosidad aumenta

bruscamente (Figura 19), (Soroka, 1975).

Figura 19. Formacin del concreto

39SANJUN, Miguel. Clculo del periodo de iniciacin de la corrosin de la armadura del hormign. Madrid, 1992.

37

Posteriormente, el proceso de hidratacin del cemento continua desarrollndose

muy lentamente y, en consecuencia, propiedades tan importantes como la

resistencia mecnica y la permeabilidad varan a lo largo del tiempo (Figura 20).

Si no existen interacciones desfavorables con el entorno, estas propiedades se

mejoran con el tiempo siendo el concreto cada vez ms resistente y menos

permeable.

Figura 20. Resistencia a la compresin

38

ANEXO B CEMENTO PORTLAND TIPO I

39

A. ESPECTROMETRA DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X Figura 21. Espectrometra de fluorescencia de rayos X

Tabla 8. Composicin del cemento:

ANALITO RESULTADO (%) DESV. ESTNDAR

CaO 72.496 0.098

SiO2 14.917 0.075

Al2O3 4.312 0.065

SO3 3.297 0.021

Fe2O3 2.679 0.016

MgO 1.376 0.081

K2O 0.540 0.013

SrO 0.208 0.002

TiO2 0.132 0.014

MnO 0.026 0.004

ZrO2 0.018 0.001

40

B. SEM

Mediante esta tcnica fue posible identificar la morfologa del concreto fabricado a

partir del cemento portland tipo I. En la Figura 22 se observa la Portlandita en

forma de plaquetas hexagonales, agrupadas en depsitos masivos40[27]. La

Tobermorita gel principal producto de hidratacin del concreto, se puede apreciar

como regiones de baja cristalinidad en forma de racimos.

Los cristales de Ettringita se observan en formas alargadas, con morfologa de

agujas produciendo estructuras que asemejan un enrejillado, el cual da al cemento

mayor cohesin.

Figura 22. Morfologa del concreto

40 GARCA RODRGUEZ, NANCY ANDREA. Evaluacin del efecto de la microslice sobre el coeficiente de difusin aparente del in cloruro en concretos expuestos a ambientes con cloruros. Bucaramanga, 2009.

CristalesdePortlandita

Ettringita

41

CristalesdePortlandita

Tobermorita

Portlandita

Portlandita

EttringitaTobermorita

42

ANEXO C COMPOSICIN DEL AGUA DEL ACUEDUCTO DE BUCARAMANGA

43

COMPOSICIN DEL AGUA DEL ACUEDUCTO DE BUCARAMANGA Figura 23. Composicin del agua del acueducto de Bucaramanga

Fuente: www.amb.com.co

44

ANEXO D GRANULOMETRA DE LOS AGREGADOS

45

AGREGADOS

Tabla 9. Gravedades especficas del agregado

GRAVEDAD ESPECFICA FINO GRUESO

Real 2.69 2.70 Aparente 2.56 2.60

Aparente s s s 2.65 2.67 Tabla 10. Propiedades del agregado

FINO GRUESO Peso unitario suelto 1560 kg/m3 1530 kg/m3

Peso unitario compactado 1600 kg/m3 1590 kg/m3 Absorcin % 2.0 1.5

Porcentaje de vacos % 35.0 38.0 Tabla 11. Anlisis granulomtrico del agregado fino

TAMIZ PESO RETENIDO (g) % RETENIDO % RETENIDO ACUMULADO % QUE PASA

4 0 - - - 8 0 - - - 16 156.2 15.62 15.42 84.38 30 335.2 33.52 49.14 50.36 50 271.7 27.17 76.31 23.69 100 134.1 13.41 89.72 10.28

FONDO 100.9 10.09 99.81 0.19 TOTAL 998.1 99.81 PESO MUESTRA 1000 g

MDULO DE FINURA: 2.3

Tabla 12. Anlisis granulomtrico del agregado grueso

TAMIZ PESO RETENIDO (g) % RETENIDO % RETENIDO ACUMULADO % QUE PASA

0 - - - 757.6 10.82 10.82 89.18 3/8 3681.6 52.59 63.41 36.59 4 2560.8 36.58 99.99 0.01

FONDO - - - - TOTAL 7000 PESO MUESTRA 7000 g

TAMAO MXIMO: 3/4

46

ANEXO E EQUIPOS

47

EQUIPOS UTILIZADOS

Tabla 13. Equipos utilizados

NOMBRE EQUIPO NOMBRE EQUIPO

Balanza analtica

Conductivmetro

Manmetro

pHmetro

Bomba de vaco

Taladro

Fuente reguladora

Celda en acrlico

48

ANEXO F PREPARACIN DE LAS PROBETAS

49

PREPARACIN DE LAS PROBETAS

Figura 24. Mezclado

Figura 25. Moldeo y fraguado

Figura 26. Curado

Figura 27. Corte y pintura

50

ANEXO G PRUEBAS DE COMPRESIN

51

PRUEBAS DE COMPRESIN

Despus del curado, las probetas se preparan con azufre para las respectivas

pruebas de compresin.

Figura 28. Pruebas de compresin

52

ANEXO H COEFICIENTE DE ABSORCIN

53

COEFICIENTE DE ABSORCIN

A. CONCEPTOS TERICOS Fagerlund describe la cintica de absorcin de agua en morteros y hormigones a

travs de tres coeficientes: m, K, e. Independientemente de la forma de succin

capilar, horizontal o vertical, se define la relacin ente la profundidad de

penetracin, z (m), y el tiempo, t (s), como41:

Ecuacin 12

Donde m representa la resistencia a la penetracin del agua (s/m2) y se considera

una funcin de la estructura del poro ms no de la porosidad total.

En la figura se muestra la cantidad de agua absorbida, Wa, en funcin del tiempo:

Ecuacin 13

Donde es la densidad kg/m3 y la porosidad efectiva en m3/m3.

Figura 29. Cantidad de agua absorbida en funcin del tiempo

Fuente: Sanjuan, Miguel

41SANJUN, Miguel. Clculo del periodo de iniciacin de la corrosin de la armadura del hormign. Madrid, 1992.

54

Sustituyendo la Ecuacin 12 en 13, se obtiene:

Ecuacin 14

Donde el coeficiente de absorcin capilar, K (kg/m2s1/2), esta dado por:

Ecuacin 15

Por lo tanto, K es una funcin de la porosidad total, del estado de humedad inicial

y de la estructura de los poros.

B. MTODO DE ENSAYO

El estudio de la absorcin de agua se realiz en probetas de espesor H=50 mm y

dimetro 75mm, preacondicionadas mediante secado a 105oC durante 72 horas y

posterior enfriamiento en desecador durante 24 horas42.

El mtodo normalizado de ensayo consiste en colocar las muestras sobre una

esponja saturada de agua en un recipiente cubierto para evitar la evaporacin. El

nivel de agua debe estar 3 mm por encima de la cara inferior de la probeta. A

intervalos de tiempo se registra el cambio de peso Qt. Con base en ste, se

evalan los coeficientes m, K y e, usando las grficas de las ecuaciones 12 y 14.

42MEJA, Ruby. Durabilidad y corrosin en materiales cementicios. Colombia, 1999.

55

Figura 30. Ensayo de absorcin

Figura 31. Frente de absorcin de agua

A/C=0.4 A/C=0.5 A/C=0.6

56

ANEXO I MTODO COLORIMTRICO

57

MTODO COLORIMTRICO

El flujo de los iones cloruro a travs de las probetas de concreto se considera

como un mecanismo de difusin y migracin. El coeficiente de migracin en

estado no estable se calcula a partir de la segunda ley de Fick

modificada43: | |

Ecuacin 16

Donde es la concentracin de iones cloruro como una funcin de la distancia ,

en cualquier tiempo , la carga elctrica de cloruro, la constante de Faraday,

la intensidad de campo elctrico entre en nodo y ctodo, la constante universal

de los gases, y es la temperatura absoluta. En este mtodo se usaron las

siguientes condiciones para obtener la solucin de la Ecuacin 16, como condicin

inicial: 0, 0, 0; condicin de frontera: , 0, 0; y condicin

en el punto infinito: 0, , 0. La solucin analtica para la Ecuacin

16 es:

exp Ecuacin 17

Donde | | , y es la funcin error complementaria. De la Ecuacin

17, cuando se aplica el campo elctrico y la penetracin es suficiente44, el

coeficiente de migracin puede calcularse as:

Ecuacin 18

Donde 2 1 .

43C.T. CHIANG, C.C. YANG. Relation between the 57iffusion characteristic of concrete from salt ponding test and accelerated chloride migration test. En: Materials Chemistry and Physics Vol.106. (2007) p.240246.44MEJA, Ruby. Durabilidad y corrosin en materiales cementicios. Colombia, 1999.

58

Figura 32. Medicin de la profundidad de penetracin

Fuente: NT BUILD 492

Figura 33. Fractura de las probetas

Figura 34. Medicin de la penetracin

59

Figura 35. Colorimetra probetas ACMT

A/C Probetas ACMT

0.4

0.5

0.6

Figura 36. Colorimetra probetas difusin natural

Relacin agua/cemento

0.4 0.5 0.6

60

ANEXO J PERFIL DE CONTENIDO DE CLORUROS

61

PERFIL DE CONTENIDO DE CLORUROS

A. FUNCIN EXPONENCIAL El contenido de cloruro se expresa como un porcentaje de la masa de muestra

seca y la profundidad es el punto medio de cada seccin de la probeta expuesta a

la solucin de cloruro45. La difusin de cloruro en concreto esta controlada por la

segunda ley de difusin de Fick:

Ecuacin 18

Donde es la concentracin de iones cloruro como una funcin de la distancia,

en cualquier tiempo , y es el coeficiente de difusin aparente del ensayo

natural a partir la funcin exponencial. Asumiendo que el medio es semi-infinito y

la cantidad total de sustancia difusiva , es inicialmente depositada en la

superficie del medio semi-infinito46. La cantidad total de sustancia difusiva es

constante y puede calcularse como:

; 0 Ecuacin 19

Las siguientes condiciones se usaron para obtener la solucin de la Ecuacin 16,

la condicin inicial: 0, 0, 0; la condicin de frontera: 0, 0,

0; y la condicin en el punto infinito: , 0, 0. La solucin de la

Ecuacin 16 para un suministro limitado de iones es:

Ecuacin 20

El contenido de cloruro en la superficie , se obtiene de la Ecuacin 20 cuando 0. Mediante linealizacin, se determina el coeficiente de difusin aparente

despejndolo de la Ecuacin 20.

45 C.T. CHIANG, C.C. YANG. Relation between the 61iffusion characteristic of concrete from salt ponding test and accelerated chloride migration test. En: Materials Chemistry and Physics Vol.106. 2007 p.240246.46CLIMENT, DE VERA, LOPEZ, VIQUEIRA, ANDRADE. A test method for measuring chloride diffusion coefficients through nonsaturated concrete. Part I. The instantaneous plane source diffusion case. En: Cement and Concrete Research Vol.32. 2002 p.1113-1123.

62

Ecuacin 21

B. FUNCIN ERROR

La difusin de cloruro en concreto esta controlada por la segunda ley de difusin

de Fick:

Ecuacin 22

Donde es la concentracin de iones cloruro como una funcin de la distancia,

en cualquier tiempo , y es el coeficiente de difusin aparente del ensayo

natural a partir la funcin error.

Utilizando la condicin de frontera: , 0, 0; la condicin inicial:

0, 0, 0; y la condicin en el punto infinito: , , 0, la

solucin de la Ecuacin 22 es:

1 Ecuacin 23

C. METODO COLORIMTRICO La profundidad de penetracin detectada por la solucin 0.1N de AgNO3 puede

usarse para determinar el coeficiente de difusin del in cloruro utilizando la

condicin de frontera: , 0, 0; la condicin inicial: 0, 0,

0; y la condicin en el punto infinito: , , 0; la solucin de la

segunda ley de Fick es:

1 Ecuacin 24

63

Donde es el coeficiente de difusin aparente del ensayo de difusin natural a partir del mtodo colorimtrico, y se expresa usando la profundidad dada por

colorimetra:

1 4 Ecuacin 25

Donde es la inversa de la funcin error, es la concentracin de cloruro

en la superficie expuesta de la probeta, y es la concentracin de cloruro en la

solucin poro correspondiente al lmite de cambio de color.

D. EXTRACCIN DE MUESTRAS

El perfil de contenido de cloruros se obtiene mediante la extraccin de muestras

en polvo a diferentes profundidades, como se presenta en la figura, para el

posterior anlisis de concentracin de cloruros segn la norma ASTM C 1218M-

99. La cuantificacin se realiz por el mtodo potenciomtrico utilizando electrodo

de plata-anillo de plata, selectivo para cloruros.

Titulacin potenciomtrica Este procedimiento est descrito en las Normas ASTM C1218 y ASTM C114.

Para este anlisis, la muestra pulverizada se someti a una digestin en 50 ml de

agua destilada, seguida de ebullicin durante 5 min. Posteriormente se dej

reposar durante 24 h, se filtr y se acidul el filtrado con una solucin de cido

ntrico (1:1). A continuacin, se agreg una solucin de perxido de hidrgeno al

30%, se llev a ebullicin durante unos segundos y se filtr nuevamente. Luego,

se adicionaron 2 ml de cloruro de sodio, se introdujeron los electrodos y se agit

suavemente; se agreg peridicamente una solucin patrn de Nitrato de Plata,

64

registrando los valores de potencial y el volumen empleado de dicha solucin,

hasta llegar al punto de equivalencia47.

Los equipos empleados fueron: Titulador automtico Metrohm 751 GPD Titrino

con electrodo selectivo de anillo de plata y pH-metro Metrohm 691. Este anlisis

fue realizado en el Grupo en Investigaciones en Minerales, Biohidrometalurgia y

Ambiente, de la Universidad Industrial de Santander.

Figura 37. Esquema de las zonas de muestreo

Fuente: ANDRADE, SANJUAN, RECUERO

47LIZARAZO, Juan. Ensayos tpicos en la determinacin de la durabilidad del concreto. Bogot, 2006.

65

Figura 38. Extraccin de muestras para perfil de concentracin

66

ANEXO K CURVAS DE ABSORCIN CAPILAR

67

CURVAS DE ABSORCIN CAPILAR

Figura 39. Agua absorbida vs Tiempo

Figura 40. Tiempo vs Profundidad de penetracin

y=0,033x 0,053R=0,996

y=0,046x 0,018R=0,999

y=0,049x+0,084R=0,997

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

0 20 40 60 80 100 120

Cantidad

deagua

(kg/m

2 )

Tiempo(s1/2)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

y=17,28x+24,51R=0,994

y=14,14x 267,5R=0,964

y=12,71x 204,8R=0,991

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

11000

12000

0 200 400 600 800

Tiem

po(s)

Profundidadz2 (mm2)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

68

ANEXO L CURVAS DE CORRIENTE VS TIEMPO

69

CURVAS DE CORRIENTE VS TIEMPO La carga total es el rea bajo la curva de corriente elctrica contra el tiempo de

prueba48.

Ecuacin 25

Integrando los datos experimentales mediante la regla del trapecio, se obtuvieron

los resultados de la carga pasada.

Ecuacin 26

Las datos de corriente vs tiempo que se reportan a continuacin son el promedio

de los resultados obtenidos para tres probetas por cada relacin agua/cemento.

Figura 41. Corriente RCPT (6 horas)

48Standard Test Method for Electrical Indication of Concretes Ability to Resist Chloride Ion Penetration, ASTM C 1202-97, ASTM, USA, 1997.

0

50

100

150

200

250

300

350

0 100 200 300 400

Corriente(m

A)

Tiempo(min)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

70

Figura 42. Corriente ACMT (9 horas)

Figura 43. Corriente ACMT (2 horas)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 200 400 600

Corriente(m

A)

Tiempo(min)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140

Corriente(m

A)

Tiempo(min)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

71

ANEXO M LINEALIZACIN Y AJUSTE DE LA FUNCIN EXPONENCIAL

72

LINEALIZACIN Y AJUSTE DE LA FUNCIN EXPONENCIAL


Figura 45. Ajuste a la funcin exponencial a 30 das

y=0,462x 1,533R=0,978

y=0,347x 1,331R=0,951

y=0,266x 1,069R=0,964

5

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

0 2 4 6 8Ln

C

x2

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 1 2 3

Concen

tracinCl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

EXP0.5

EXP0.6

EXP0.4

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

R2=0,952R2=0,978

R2=0,960

73



y=0,177x 1,734R=0,960

y=0,127x 1,486R=0,970

y=0,094x 1,390R=0,935

4,5

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

0 5 10 15

LnC

x2

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0 1 2 3 4

Concen

tracinCl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

EXP0.4

EXP0.5

EXP0.6

R2=0,960

R2=0,940

R2=0,964

R2=0,963

74



y=0,088x 1,942R=0,947

y=0,074x 1,488R=0,968

y=0,071x 1,238R=0,961

4

3,5

3

2,5

2

1,5

1

0,5

0

0 5 10 15 20 25

LnC

x2

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

EXP0.4

EXP0.5

EXP0.6

R2=0,954

R2=0,964

R2=0,937

75

ANEXO N EXTRAPOLACIN Y AJUSTE A LA FUNCIN ERROR

76

Figura 50. Extrapolacin polinomial a 30 das

Figura 51. Ajuste a la funcin error a 30 das

y=0,059x2 0,284x+0,352R=1

y=0,069x2 0,338x+0,442R=1

y=0,057x2 0,318x+0,506R=1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Concen

tracinde

Cl

(%en

pesoconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 1 2 3

Concen

tracinde

Cl

(%en

pesoconcreto)

Profundidad(cm)

erf0.4

erf0.5

erf0.6

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

R2=0,998

R2=0,996R2=0,999

77



y=0,016x2 0,126x+0,261R=0,999

y=0,012x2 0,115x+0,302R=0,999

y=0,014x2 0,121x+0,335R=0,999

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 1 2 3 4

Concen

tracinCl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 1 2 3 4

Concen

tracinCl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

erf0.4

erf0.5

erf0.6

R2=0,994

R2=0,998

R2=0,999

78



y=0,007x2 0,072x+0,205R=0,999

y=0,005x2 0,075x+0,286R=0,988

y=0,008x2 0,108x+0,380R=0,999

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0 1 2 3 4 5

Concen

tracinde

Cl

(%enmasaconcreto)

Profundidad(cm)

A/C=0.4

A/C=0.5

A/C=0.6

erf0.4

erf0.5

erf0.6

R2=0,999

R2=0,989

R2=0,999

79

ANEXO L COEFICIENTES DE DIFUSIN APARENTE

80

COEFICIENTES DE DIFUSIN APARENTE

Tabla 14. Coeficientes a partir de la difusin natural

COEFICIENTE DE DIFUSIN (x10-11 m2/s)

TIEMPO DE INMERSIN

A/C

FUNCIN ERROR

FUNCIN EXPONENCIAL

MTODO COLORIMTRICO

30 das

0.4 2.43 0.1 2.09 0.2 2.02 0.4

0.5 2.99 0.08 2.78 0.2 3.76 0.2

0.6 4.40 0.2 3.63 0.15 4.74 0.6

45 das

0.4 4.55 0.06 3.63 0.12 3.02 0.1

0.5 8.31 0.09 5.06 0.14 4.51 0.1

0.6 9.24 0.2 6.84 0.1 5.59 0.15

60 das

0.4 5.38 0.2 5.48 0.2 2.56 0.4

0.5 9.05 0.19 6.52 0.19 4.73 0.4

0.6 9.55 0.17 6.79 0.27 5.47 0.1

Tabla 15. Coeficientes a partir de la migracin acelerada

COEFICIENTE DE DIFUSIN (x10-11 m2/s)

TIEMPO A/C MTODO COLORIMTRICO

2 horas

0.4 4.73 0.12

0.5 8.79 0.17

0.6 9.97 0.19

INTRODUCCIONCONCEPTOS TEORICOSAspectos generales del concretoMecanismos de transporte en concretoCorrosion inducida por clorurosDifusion del ion cloruroCoeficiente de difusionMETODOLOGIARESULTADOSCONCLUSIONESRECOMENDACIONESBIBLIOGRAFIAANEXOS

130405

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