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DURABILIDAD EN EL CONCRETO

Ing. Ana Biondi Shaw

IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO



P.KUMAR MEHTA La durabilidad del concreto llamó la atención en los EE.UU. después de la publicación de un informe en 1987 por la NATIONAL MATERIALS ADVISORY BOARD. Según este informe aproximadamente 253,000 puentes de plataforma de concreto algunos de ellos construidos hacía menos de 20 años, se encontraban en distintos estados de deterioro y 35,000 se agregaban a esta lista cada año. En respuesta a la aparición de fisuras en las plataformas de concreto de los puentes, en los años 70 la práctica de la construcción en los EE.UU. Se dirigió gradualmente hacia el uso de mezclas de concreto con resistencias más altas. Esto no parece haber ayudado.

IMPORTANCIA DE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO





Principalmente debido a factores económicos ahora la durabilidad del concreto se está tomando más seriamente que antes. Las estimaciones para la reparación y rehabilitación de estructuras de concreto existentes llegan a billones de dólares. La altas resistencia tempranas y baja permeabilidad han hecho a estas mezclas atractivas para su uso en ambientes agresivos como la exposición al agua de mar y otros este enfoque asume que cuanto más resistente es el concreto, más durable será bajo condiciones medioambientales severas. Esta suposición necesita un examen crítico.

MANTENIMIENTO Y DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS



ADAM NEVILLE Una parte de la dificultad para establecer la importancia de mi tema se debe al hecho de que la comunidad internacional de ingeniería estuvo, durante muchos años bastante equivocada en lo relativo a la durabilidad de las estructuras de concreto y la necesidad de su mantenimiento. A este respecto yo soy tan culpable como cualquier otro, y es mejor admitirlo, en la primera edición de mi libro, PROPIEDADES DEL CONCRETO, publicada en 1963,escribí lo siguiente:”generalmente el requisito de un buen concreto en su estado endurecido es una satisfactoria resistencia a la compresión,esto no sólo para asegurar que el concreto pueda soportar esfuerzos de compresión prescritos,sino también porque otras propiedades deseables en el concreto son concomitantes con la alta resistencia”.

MANTENIMIENTO Y DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS



FISURAS MICROFISURAS Y DURABILIDAD Generalmente se acepta que en orden decreciente de importancia,las causas principalmente responsables del deterioro de estructuras de concreto son la corrosión del acero de refuerzo,la exposición a ciclos de hielo y deshielo,la reacción álcali sílice y el ataque por sulfatos.En cada uno de estos cuatro casosde deterioro del concreto,el agua está implicada en los mecanismos de expansión y agrietamiento .También el agua es el vehículo primario para la difusión de iones agresivos(por ejemplo cloruro y sulfato hacia el interior del concreto.

Durabilidad del Concreto : Capacidad del concreto para ofrecer un comportamiento adecuado en el transcurso de la vida en servicio del elemento estructural. ¡Atención! El concreto no sólo debe agentes agresivos. Durabilidad

ser resistente sino durable frente a los

Permeabilidad

Agua

FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL CONCRETO ARMADO.

• Acciones Mecánicas.- Cargas, sobrecargas, impactos, vibraciones. • Acciones Físicas.-

Variaciones de temperatura o de humedad,

heladas, fuego, etc • Acciones Químicas.- Atmósferas contaminadas, aguas agresivas, agregados reactivos, productos químicos, suelos y terrenos agresivos (sulfatos) • Acciones Biológicas.gicas Hongos bacterias, algas o musgos. • Corrosión del Acero.- Presencia de cloruros y carbonatación.

AGENTES AGRESIVOS

Corrosión-carbonatación Ataque por sulfatos Congelación y deshielo Reacción alcali-sílice

Placas de concreto

Reacción álcali- sílice









Esta reacción aun no se ha presentado en el Perú Sin embargo existen posibilidades

La reacción se produce entre los álcalis del cemento y el agregado que es sílice amorfa en presencia de humedad Es una rección lenta y compleja y que genera fuertes expansiones a largo plazo.

Reacción alcali-sílice








Las primeras evidencias de de este fenómeno datan del año 1940 en Estados Unidos. Se constató que el deterioro se producía por la formación de un gel alcalino expansivo en la superficie de los agregados. Este gel era productode la reacción entre los álcalis solubles del cemento (Na20 y K2O)y algunos tipos de minerales presentes en los agregados (sílice amorfa)

Normas relativas para determinación de la reacción


Método de la barra de mortero-NTP 334.067




Método Químico-NTP 334.099




Método de la barra-Ensayo acelerado-NTP 334.110




Examen Petrográfico-ASTM C295

Control de la reacción álcali sílice ADICIONES- Puzolanas,Escorias

Inhibidores de la reacción-uso del litio

Cementos de bajo contenido de álcalis

Reación álcali-sílice

Como resistir a los agentes agresivos: Concretos más densos

• Relaciones agua/cemento bajas entre 0.40 y 0.50 • Altos contenidos de cemento • Cementos con características especiales Cementos de bajo contenido de álcalis

En nuestro país debemos referirnos básicamente a tres fenómenos. •

Corrosión-Carbonatación

•

Ataque por sulfatos

•

Congelación y deshielo

•

Consideraremos también el ataque por agua de mar,que consiste en la combinación de ataques por cloruros y sulfatos,además de otros factores

CORROSIÓN Ataque por cloruros

Carbonatación

La Corrosión constituye en la actualidad el principal fenómeno que afecta la durabilidad de las estructuras de concreto. Falta de acceso (visual) al acero no permite la detección temprana.

Factores Desencadenantes

Concreto

-

Permeabilidad Recubrimiento Fisuras

Acero

-

Tensiones mecánicas Cuplas bimetálicas

Ambiente

-

Humedad Hidróxido de Carbono

CORROSIÓN

PROCESO DE CORROSIÓN – PROCESO ELECTROQUÍMICO

Corrosión por carbonatación Portlandita + CO2 --

Carbonato de Calcio

Se reduce la alcalinidad del concreto y por tanto la protección al acero de refuerzo. Ca(OH)2 + CO2 PH=8

A

=

PH=13

CaCO3 + H2O solución de fenoltaleina

CORROSIÓN POR CLORUROS - AMBIENTE MARINO Ion cloruro presente en el agua o niebla marina actúa como catalizador de la oxidación. Cloruro Férrico ( FeCl3)-

Hidróxido de Fierro. Fe(OH)2

2Fe + 6Cl- = 2(FeCl3)- + 4e(FeCl )- + 2(OH)- = Fe(OH)2+ 3Cl-

CONCENTRACION DE CLORUROS-UMBRAL DE CLORUROS




Cloruros totales Cloruros libres




Depende :










Temperatura y humedad Aluminato tricálcico Agua Fuente de cloruro

CLORUROS EXTERNOS

CLORUROS INTERNOS Cemento Agua Agregados Aditivos

Agua de Mar Brisa Marina

Condición de exposición

Concreto que se pretende tenga baja permeabilidad en exposición al agua. Concreto expuesto a congelación y deshielo en condición húmedo o a descongelantes Para proteger de la corrosión del refuerzo en el concreto de sales descongelantes, sal agua salobre o sal picaduras del mismo origen.

Concreto con agregado de peso normal; relación máxima agua/materiales cementosos en peso

Concreto con agregado normal y ligero, f´c mínima, MPa

Concreto preesforzado

0.50

28

0.45

31

0.40

Tipo de elemento

35

Contenido máximo de iones cloruro (CI) solubles en agua en el concreto, porcentaje en peso de cemento. 0.06

Concreto armado que en servicio estará expuesto a cloruros

0.15

Concreto armado que en servicio estará seco o protegido contra la humedad

1.00

Otras construcciones del concreto armado

0.30

PARA EVITAR LA CORROSIÓN

• Cemento apropiado • Baja permeabilidad • Recubrimiento del acero • Inhibidores de corrosión

ATAQUE POR SULFATOS El ion sulfato aparece en variadas concentraciones en las aguas libres subterráneas. Suelos arcillosos

Ataque por sulfatos

-

alta concentración

Expansión

Desintegración

Proceso














Ion Sulfato + Hidróxido de Calcio = Sulfato de Calcio + Aluminato Tricálcico= Sulfoaluminato de Calcio Hidratado ETRINGITA Expansión total 200%

CONDICIONES QUE AFECTAN EL ATAQUE POR SULFATOS

EXTERNAS Condiciones de Exposición Cantidad de agua disponible INTERNAS Permeabilidad del Concreto Dimensiones del elemento

NUEVAS INVESTIGACIONES


Recientes estudios parecen demostrar que el principal motivo de deterioro del concreto por sulfatos no es el tradicional sino el proceso de cristalización y expansión de sales.

ACCION FISICA MAS QUE QUIMICA
Según un estudio realizado en USA durante 16 años. Kumar Mehta opina en el mismo sentido, al decir que el ataque sólo por sulfatos en estructuras de concreto es raro si no intervienen la permeabilidad, la humedad y los cambios climáticos (Laboratorio).

TABLA DEL REGLAMENTO PARA EL ATAQUE DE SULFATOS

Exposición a sulfatos

Sulfato solubles en agua (SO4) presente en suelo, porcentaje en peso.

Sulfato (SO4) en el agua, ppm

Tipo de Cemento

Concreto con Agregado de Peso normal Relación máxima agua / materiales cementos en peso

Concreto con agregado de peso normal y ligero Resistencia mínima a compresión, f` cMP a`

Insignificante

0.00 ≤ SO4 2.00

SO4 > 10,000

V más puzolana (***)

0.45

31

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO

Selección del Cemento : Adicionado Tipo II Tipo V Relación agua / cemento baja Altos contenidos de cemento Compacidad de la mezcla Buen curado

ATAQUE POR SULFATOS

1. Etringita 2. Pasta de cemento 3. Agregado

ENSAYO





Acción de sulfatos

NORMATIVIDAD NTP

334.009

–

Requisitos Químicos para Cementos

Norma Prescriptiva

Cementos

Portland

Tradicionales NTP

334.082

-

Norma de comportamiento

Norma de Performance Ensayos Físicos Todos los cementos

EL ATAQUE POR AGUA DE MAR El agua de mar ataca al concreto de diferentes formas:

Por cloruros Por sulfatos Por el oleaje Por las mareas Por microorganismos

El agua de mar ataca al concreto básicamente por cloruros que por sulfatos a pesar de tener altas concentraciones de estos últimos, debido a la acción de los cloruros. Para resistir al ataque de cloruros nos conviene un cemento con alto aluminato tricálcico ya que éste fija cloruros y por tanto atenúa sus efectos pero por otro lado el C3A se combina con los iones sulfato para formar la dañina etringita. En resumen lo ideal es un cemento con un valor medio de C3A de aproximadamente 10%

PLATAFORMA

MUELLE DE BAYOVAR PILOTES

CONGELACION Y DESHIELO


El concreto sujeto a ciclos de congelación y deshielo puede sufrir graves daños si no se toman las debidas precauciones.

AIRE INCORPORADO Y DENSIDAD Relación a/c =0.5

PROCESO DE ACCION Debido a que al congelarse el agua en los poros de la pasta aumenta su volumen ejerciendo fuertes presiones. El aire incorporado da impermeabilidad al concreto al romper las conexiones entre capilares y aliviar la presión causada por el congelamiento del agua libre. Es importante destacar que el aire incorporado mejora la trabajabilidad de las mezclas.

AGREGADOS Es importante el contar con agregados de buena calidad para que soporten el fenómeno de congelación y deshielo.

Ensayo de inalterabilidad a sulfatos de sodio o magnesio

EXTRAÑO CASO





Extraño caso en un tarrajeo en una residencia de Máncora. Uso de cal artesanal en el mortero, cal que no fue bien apagada.

BIBLIOGRAFIA

-GUIDE TO DURABLE CONCRETE-ACI201 -WHY CONCRETE IS NOT ALWAYS DURABLE-Ajoy Mullick -VIII Coloquio de Química del Cemento-ASOCEM -La corrosión del Concreto en Ambiente MarinoIng.Manuel Gonzales de la Cotera -Evaluación del Comportamiento de Cementos Portland frente al Ataque3 de Sulfatos-Ing. Hernan La Jara