DURABILIDAD
ATAQUES QUIMICOS AL CONCRETO
Dr. Ing JAVIER ARRIETA FREYRE
DURABILIDAD en el CA
CAPACIDAD DE MANTENER SURESISTENCIA Y FUNCIONALIDADREQUERIDAS DURANTE SU VIDA DESERVICIO ESPECIFICADA
Considera:
FACTORES EXTERNOS O CAUSAS INTERNAS
ACCIONES FISICAS, QUIMICAS O MECANICAS
Identificar la Etapa del Proyecto
Definir Causas
Proponer mecanismos asociados
Neutralizar causas identificadas
Ej: Fisuras en losas de concreto
por mal diseo y mala com-
pactacin
ORIGENES Y CAUSAS
PLANEAMIENTO
CONTRATACI
ON
Y
EJECUCION
ESTUDIOS
OPERACIN
Y
MANTENIMIENT
O
retroalimen
ta c i on
CAUSAS DE DETERIORO
CAUSAS MECANICAS : IMPACTO, ABRASION,
EROSION, CAVITACION
CAUSAS QUIMICAS: ATAQUE DE SULFATOS
CORROSION DEL CA
CARBONATACION
Rx ALCALI-AGREGADO
ATAQUE AGUA DE MAR
MATERIAS ORGANICAS
AGUAS PURAS Y ACIDAS
CAUSAS FISICAS: RETRACCION
ALTAS TEMPERATURAS
GRADIENTES TERMICA
CONGELAMIENTO-DESHIELO
CONCRETO
Agregado
Pasta de Cemento Hidratada
Zona de Transicin
Concreto: muestra pulida
Pasta hidratada
LAS TRES FASES DEL CONCRETO
Agregados
Zona de transicin
Micrografia: Microscopio
electronico de barrido
Agregado
Los AgregadosNORMAS Y ENSAYOS
NTP 400 037
ASTM C 33
Rx lcali- agregado:
Agregados siliceos amorfos
reactivos con lcalis del cemento:
Na2O K2O
Fisuracin interna del elemento
a largo plazo, destruccin
El Cemento
Fig: Resistencia de las fases puras
del cemento
Qumica del cemento:
C3A C2S C3S C4AF
Materiales calcreos y arcillosos
llevados a fusin incipiente
1450C
Composicin de Oxidos:
CaO Cal
SiO2 Slice
Al2O3 Almina
Fe2O3 Oxido de fierro
MgO Oxido de magnesio
K2O Alcalis
Na2O
C3S2H2 + Ca (OH)2 + C6AS3H32
+ K2O, Na2O, MgO, CPnh
+ H sol ionica (Ca++ Na++ ..)
+ Red de Vacios ( aire atrapado,
poros capilares, poros gel, ..)
C3A + C2S + C3S +
C4AF + yeso + H2O
Hidratacin
RX Aluminatos:C3A + CaSO4.2H2O +26H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O
C4AF + 10H2O + Ca(OH)2 6CaO.Al2O3.Fe2O3.12H2O
RX Silicatos :2C3S + 6H2O C3S2H3 + 3Ca(OH)2 + Ch
2C2S + 4H2O C3S2H3 + Ca(OH)2 + Ch
1. Formacin portlandita a partir del C3S:
2[(CaO)3 . (SiO2)] + 6 H2O .. (CaO)3 . (SiO2)2 . (H2O)2 + 3Ca (OH)2 +
Ch
2 [ 40+16)3 + (28 + 2x16)] + 6( 2x1 + 16) .. 242 + 3 (40+(16+1)2 )
2[ 168 + 60 ] + 108 .. 241 + 222
456 + 108 ..... 241 + 222
564 .. 241 + 222
% Ca(OH)2 = (222 / 564) x 100 = 39.4 %
Ca = 40
Si = 28
O = 16
H = 1
C = 14
2. Formacin de CO2CO3.Ca + Ch --- CO2 + CaO
Hidratos de cemento
Pasta de cemento hidratadoC3S2H2 . gel
Ca(OH)2...Portlandita
C6AS3H32 ... Etringita
REACCIONES HIDRATACION
2 (3CaO.SiO2) + 11 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + 3 (CaO.H2O)
Silicato tricalcico Silicato de calcio hidratado Hidrxido de calcio
2 (2CaO.SiO2) + 9 H2O --> 3CaO.2SiO2.8H2O + CaO.H2O
Silicato dicalcico Silicato de calcio hidratado Hidrxido de calcio
___________________________________________________________________________
3CaO.Al2O3 + 3(CaO.SO3.2H2O) + 26 H2O --> 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O
Aluminato triclcico YESO Etringita
2(3CaO.Al2O3) + 6CaO. Al2O3.3SO3.32H2O + 4 H2O --> 3(4CaO. Al2O3.SO3.12H2O)
Aluminato triclcico Etringita Monosulfoaluminato de calcio
___________________________________________________________________________
4CaO.Al2O3.Fe2O3) + 2(CaO.H2O) + 10 H2O --> 6CaO. Al2O3.Fe2O3.12H2O)
Ferroaluminato tetraclcico Hidrxido de calcio Ferroaluminato de calcio hidratado
Micrografia de Hidratos de
Cemento
Fuente: Notas de clase Dra Rosaura Vasquez
Maestria Tecnologia de la Construccion
Solucin ionica
H sol ionica (Ca++ Na++ ..):
agua de combinacin
agua adsorbida
agua poros gel
*Burbujade aire1er cristal
Burbuja
de aire
Lmax
RED DE VACIOS
POROS GEL POROS CAPILARES
AIRE INCORPORADO AIRE ATRAPADO
CANGREJERAS
Aire atrapadoAire incorporadoPoros capilaresPoros gel
ATAQUE POR
SULFATOS
ATAQUE POR SULFATOS
SINTOMAS
Micro fisuracin interna
Fisuracin exterior
Eflorescencia
Desprendimiento de material
CAUSAS
Presencia de sulfatos
hidrosolubles en con-
diciones de humedad
y de permeabilidad
en el concreto
MECANISMO
REACCION DE LOS SULFATOS
I) Rx Sulfato de Sodio
Con el Ca (OH)2:
Ca (OH)2 + Na2 SO4. 10 H2O
CaSO4.2H2O + 2NaOH + 8H2O
yeso
Con el C3A:
2(3CaO.Al2O3.12H2O) + 3Na2 SO4. 10 H2O
3CaOAl2O3.3CaO SO4.32H2O + 2Al(OH)3
etringita + 6NaOH + 17 H2O
Etringita, yeso : materiales expansivos !!!
MECANISMO
REACCION DE LOS SULFATOS
Rx Sulfato de Calcio
Con el C3A:
C3A + 3Ca SO4.2H2O + 26 H2O C6AS3H32etringita
Rx Sulfato de magnesio
Con los silicatos:
3CaO.2SiO2 aq + MgSO4.7H2O
CaSO4.2H2O + Mg (OH)2 + SiO2 aqetringita, yeso, brucita : materiales expansivos !!!!
Resistencia a Sulfatos
CP Tipo I
CP Tipo II
CP Tipo V
Leyenda
CP Tipo V: 3.8% C3A
CP Tipo II: 6.3 % C3A
CP Tipo I: 12.6 % C3A
Criterio: % C3A
0 % C3ANivel de
Dao
C (Kg/m3)
6
5
4
3
2
1
223 307 390
Nivel 1
Sin daoNivel 6
rotura
Clasificacin visual
ENSAYOS DE INALTERABILIDAD
Nivel 1
Sin daoNivel 6
rotura
ASTM C-88
* SULFATO DE SODIO
SULFATO DE
MAGNESIO
PERDIDA DE MASA
DESPUES DE 5 CICLOS
Clasificacion Visual
TERAPIA (en el Diseo)
Cla
se
Grado de
exposicin
Sulfato hidrosoluble
% (SO4) en el suelo
Sulfato en el
agua mg/L
Fc
Mpaa/c Tipo de
cemento
E1 Muy severo > 2.00 >10 000 35 0.40 V
E2 Severo 0.20 a 2.00 1 500 a
10 000
32 0.45 V
E3 moderado 0.10 a 0.20 150 A 1500 30 0.50 II, V,
Puzol-
nicos
CP Tipo II........ C3A < 8 %
CP Tipo V....... C3A < 5%
ATAQUE DE SULFATOS
TERAPIA (en el Diseo)
Clas
e
Grado de
exposicin
Sulfato hidrosoluble %
(SO4) en el suelo
Sulfato en el agua
mg/L
Fc
Mpa
a/c Tipo de
cemento
E1 Muy severo > 2.00 >10 000 35 0.40 V
E2 Severo 0.20 a 2.00 1 500 a
10 000
32 0.45 V
E3 moderado 0.10 a 0.20 150 A 1500 30 0.50 II, V, Puzol-
nicos
CP Tipo II........ C3A < 8 %
CP Tipo V....... C3A < 5%
ATAQUE DE SULFATOS
TERAPIA (en la construccin)
DENSIFICACION DE LA PASTA
ALARGAR TIEMPO DE CURADO
CONTROL DE CALIDAD DEL AGUA
CONCRETO BAJA PERMEABILIDAD
IMPERMEABILIZANTES: AIA, BREA, GEOTEXTILES
CAMBIO DE TERRENO DE CIMENTACIN
SOLADOS SIGNIFICATIVO: espesor, f^c
ATAQUE DE SULFATOS
CORROSION en el CONCRETO ENDURECIDO
CORROSION en el CONCRETO ENDURECIDO
CAUSAS
Variedad de metales
Diferencia en rugosidad
superficial
Presencia de in Cl
Recuperacin de su
estado natural
SNTOMAS
Fisuracin preferencial
Coloracin rojiza
Desprendimiento de material
CORROSION
Celda Galvnica
ANODO: 2 Fe 2 Fe++ + 4e-
2 Fe++ + 4 OH- 2 Fe (OH)2
Celda Galvnica
CATODO
4e - + O2 +2H2O 4 OH-
MECANISMO
pH > 12.5
Capa de pasivacin
CO2O2H20
Cl
CARBONATACIN
ACCIN DEL CO2SOBRE LA CAL DEL
CONCRETO
FORMACIN DESDE LA
SUPERFICIE DE
VARIEDAD DE CO3Ca
PERO CON Ph < 10
PRDIDA DE SU
BASICIDAD QUE
PROTEGE EL ACERO
Profundidad de penetracin d
segn la 2da ley de difusin de FICK
d = k (t) 1/2
Identificacin mediante la
fenoltaleina
Ion Cloro: Cl-
in Cl-Vol material deoxidacion
tiempo
despasivacin
xxx
xxxxxxx
xxx
xx
xxx
x
xxxx
recubrimiento
oxidacion
CORROSIN
PROTECCIN CATDICA
CORRIENTE IMPRESA
ANODOS DE SACRIFICIO
SINTOMATOLOGIA
FISURAMIENTO
DESPRENDIMIENTOS
PERDIDA DE MATERIAL
DEFORMACIONES EXCESIVAS
EFLORESCENCIAS
AGRIETAMIENTO
REVISION DE DOCUMENTACION
PROGRAMA DE ENSAYOS
REPLANTEO
ANALISIS
INFORME FINAL
TERAPIA Y REPARACION
TRABAJO DE GABINETE
CONCRETOS DE ALTA PERFORMANACE
y CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA
fc > 450 kg/cm2
Comercial: 800 a 1200 kg/cm2
Laboratorio: 2000 kg/cm2
Piedra de menor dimetro
Alto contenido de cemento
Baja rlacin a/c (0.2 - 0.45)
Adiciones minerales muy finas
ADITIVOS
QUIMICOS
FLOCULACION DEL
CEMENTO
PLASTIFICANTES
SUPERPLASTIFICANTES
Slumps: > 8
Concretos reoplasticos
ADITIVOS
WRAADITIVOS REDUCTORES DE AGUA
Con Aditivo
Sin Aditivo
PROPIEDADES
Trabajabilidad.
Calor de hidratacin.
Resistencia a la compresin.
Mdulo de Elasticidad.
Permeabilidad.
El CAR
frecuentemente
est asociado a
altas cuantas de
acero.
Gonzales Isabel, Concretos de Alta Resistencia.
Calor de Hidratacin:
Tipo de Cemento y uso de
Materiales puzolnicos
Permeabilidad:
En funcin de la densificacin
de la pasta y la eliminacin de
vacos
Resistencia a la compresin.
Resistencia a la Compresin
Prensa de ensayo a compresin
www.iaf.es/enciclopedia/averly/image/prensan.jpg
Evolucin fc
Mdulo de Elasticidad
REFERENCIA LIMITES FRMULA
ACI 318 fc < 40 MPa E = 4740*RAIZ(fc)MPa
ACI 363 21 Mpa 45 MPa MPafE ckc 314 810
NORMA NORUEGA
NS3473Efc 85MPa MPafE cc
3.0410
GONZLES-ISABEL 57MPa fc 104MPa MPafE cc43.0
5560
Ajustes Ec
RECOMENDACIONESCONCRETOS EN ZONAS CLIDAS
ANTES DEL INICIO DE LA CONSTRUCCIN SE DEBE TENERINFORMACIN HISTRICA SOBRE:
TEMPERATURAS MXIMAS Y MINIMAS
VELOCIDAD DE VIENTO
HUMEDAD RELATIVA.
REALIZAR DISEO DE MEZCLA ADECUADO ACORDE CON ELADITIVO A UTILIZAR.
COLOCAR EL CONCRETO EN HORAS DE MENOR TEMPERATURA.
SIENDO UN TEMA TAN AMPLIO E INTERESANTE DEBERA SERINCLUIDO EN LA FORMACIN DEL INGENIERO CIVIL.
FIN
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