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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

“Año de la Integración Nacional y reconocimiento de Nuestra Diversidad” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL CURSO: TECNOLOGIA DEL CONCRETO DOCENTE: ING. JUAN OLAECHEA HUARCAY TRABAJO: PATOLOGIA DEL CONCRETO

ALUMNOS INTEGRANTES:  CAMPOS AYALA JIMMY  HUARANCCA SOLORZANO JUNIOR ARMANDO  HUARIPAUCAR QUISPE LUIS

 ARCE ROMERO JHONNY D  TIPISMANA ALVITES GERARDO D

CICLO-SECCION: IV – “B”

2012

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PATOLOGIA DEL CONCRETO: Definición.- Es la parte de la durabilidad que se refiere a los signos, causas posibles y diagnostico del deterioro que experimentan las estructuras del concreto. También se le define como el tratamiento sistemático de los defectos del concreto, sus causas, sus consecuencias y sus soluciones.

PATOLOGIA DEL CONCRETO: La aplicación del término PATOLOGIA, merece que previamente anotemos su definición: Es parte de la medicina que estudia las enfermedades. Vemos que a partir de esta definición el nombre no sería acertado aplicarlo al concreto. Así mismo etimológicamente podemos decir Patología: del griego pathos: enfermedad, y logos: tratado. Si asimilamos el término Patología al estudio de los defectos y fallos, en este caso del Concreto, habremos encontrado el origen del termino, es justo lo que hicieron los franceses al adoptar este termino propio de la medicina a la ingeniería. Reconocemos que si bien hay estudios aislados sobre los daños y fallos en el concreto, es importante agruparlos por su origen, de esta manera podemos prever o por lo menos tentar la solución de los mismos o de otros similares sino fuesen resueltos convenientemente. Conociendo primero el origen es posible encontrar la solución, o por lo menos se podrá amenguar o evitar que se presente el fallo o defecto. Este tema lo expuse recientemente en un curso de Actualización de Conocimientos de la FIC UNI, a egresados del ANTEGRADO hace algunos años, algunos veían con escepticismo el tema, desde el nombre no es ampliamente aceptado; sin embargo he tenido algunas experiencias con otros que como cualquier ingeniero de obra, se ha encontrado con problemas -a veces sin conocer las causas- en plena ejecución o después de entregada la obra, aplicando estos conocimientos básicos se puede llegar a la solución, esto implicará no hacer gastos innecesarios yendo por el camino equivocado, perdiéndose notables recursos materiales y económicos, por esconocimiento. Es momento de centrarnos al tema por lo que pasaré a unas breves eferencias. El concreto es un material que revolucionó la construcción, tiene la gran FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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ventaja de moldearse en un estado liquido- plástico, que permite adoptar casi cualquier forma, de diferentes resistencias y durabilidad,... Las patologías no son un mal exclusivo de los seres vivos. Las edificaciones donde vivimos, los puentes y las calles por las que transitamos, también pueden enfermarse. La patología de la construcción es la ciencia creada para entender síntomas, encontrar causas y entregar soluciones cuando una estructura o un material no se comportan de la manera esperada. Al utilizar el término término Patología del concreto se hace referencia a la parte de la durabilidad asociada a los signos, causas posibles y diagnostico de deterioro que experimentan las estructuras. Comunmente este término también hace referencia al tratamiento sistemático de los defectos del concreto, sus causas, consecuencias y soluciones.

IMPORTANCIA DE LA PATOLOGÍA DEL CONCRETO Por su importancia en el estudio de materiales de construcción y con el objetivo de profundizar en el analísis de los factores que pueden afectar la vida útil de las estructuras de concreto se propone este curso como un complemento al curso tecnología del concreto. El curso tiene como objetivo general estudiar las posibles causas de deterioro del concreto en cada una de sus etapas y como tratarlo.

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TIPOS DE ATAQUES AL CONCRETO ATAQUES QUIMICOS Los concretos constituidos con materiales apropiados convenientemente proporcionados y bien consolidados, aseguran la durabilidad de las construcciones. Al efecto, además de las estructuras construidas durante el antiguo Imperio Romano, edificaciones contemporáneas con más de 100 años de antigüedad, brindan testimonio de la durabilidad del concreto. Sin embargo, a la par del desarrollo tecnológico que permita utilizar cementos de mejor calidad y concretos relativamente impermeables, la contaminación que se acrecienta producto de nuestra época, ofrece nuevos retos a la ingeniería. En los últimos 50 años se ha producido una importante cantidad de trabajos e investigaciones sobre el ataque químico al cemento y al concreto; que han sido recuperados en nutridos análisis bibliográficos. Sin embargo, el conocimiento alcanzado no guarda relación con la magnitud del esfuerzo. En general se aprecia falta de correlación en las investigaciones que en su mayoría dirigen en dos vertientes: sea desde un aspecto científico privilegiando las reacciones con que ocurren en la matriz orientados principalmente por químicos 0 se llevan con criterio tecnológico, dando importancia a la

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compacidad del material y considerando la cinética de la penetración del agua y de los gases en la estructura del concreto. CLASIFICACIONES La alteración química del concreto puede ser de carácter intrínseco o extrínseco, según se deba a la reacción de sus componentes o se origine por agentes externos. La descomposición del concreto puede presentarse por: - Acción del suelo y del agua, de la napa freática, de ríos y del mar que toman contacto con las estructuras. - Fluidos que circulan en canalizaciones o tuberías de concreto. - Líquidos o materias secas polvorientas que son almacenados en reservorios o silos. En Cuanto a la forma como se presenta el ataque químico, este puede darse: 1. En profundidad.- a través de los canalículos del concreto poco compacto, por las microfisuras de contracción o los vacíos que se encuentran en concretos mal dosificados. Este tipo de ataque es el más peligroso en cuanto altera la estructura misma del concreto, es de difícil control y muchas veces imposible de corregir cuando es detectado. 2. Superficial.- que actúa como una forma de erosión en los concretos bien compactados. Su acción destructiva es menor y es posible tomar medidas que detengan la degradación del material.

FACTORES INTERNOS Entre los factores internos debemos considerar las reacciones del agregado y el cemento independientemente y la reacción cemento agregado. La Reacción de los Agregados El ataque químico más importante que se produce en el concreto por acción de los agregados, lo ocasiona el ácido sulfúrico que se forma por oxidación de los sulfuros de fierro, ocasionando tensiones internas que llevan a la rotura del material, generalmente precedida por una coloración localizada de color marrón. Fenómenos similares han sido estudiados en África del Sur, Canadá y Suecia. Los minerales de sulfuro de hierro se encuentran frecuentemente en los agregados en forma de pirita, marcasita y pirratina. La pirita se puede presentar en todo tipo de rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas su coloración es amarilla, generalmente forma cristales cúbicos. La marcasita es poco común se le encuentra en rocas sedimentarias tiene Ilustre o brillo metálico, de color ligero. Se oxida fácilmente con liberación de ácido sulfúrico y formación de óxidos e hidróxidos de hierro.

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Reacción del Cemento Con el desarrollo actual de la tecnología en la producción de cemento y las especificaciones normalizadas a nivel internacional, no se dan casos de deterioro del concreto por acción química del cemento. Sin embargo, en atención a la literatura técnica y a las disposiciones normativas, creemos necesario referirnos a desarreglos en los concretos que pudieron presentarse hace más de 50 años y que en la actualidad podrían ser excepcionales. Cal Libre La cal libre en el cemento (Ca0) cuando excede cierto valor produce expansiones en los concretos. Este fenómeno ocurría inicialmente en la producción de cemento, a principios del presente siglo. En la actualidad el porcentaje de cal libre en los cementos modernos no excede del 1% de su composición, lo que hace imposible cualquier desarreglo. En los cementos peruanos el Ca0 varía entre 0.6 y 0.8%. Reacción Álcalis - Agregados Una de las causas del deterioro del concreto, que ha sido objeto de más estudios en los treinta últimos años es la denominada reacción álcali-agregado, que se origina entre determinados agregados activos y los óxidos de sodio y potasio del cemento. La reacción se inicia en la superficie del agregado y se produce en la interface con la pasta de cementos formando un gel que toma agua y se dilata creando presiones internas que llevan a la rotura del material. Reacción Álcali – Sílice: La reacción álcali-sílice se ha presentado únicamente en algunas regiones del globo. Se encuentra de manera preponderante en los Estados Unidos de Norteamérica, extendida en la zona central que comprende los estados de Oklahoma, Kansas, Nebraska e Iowa. También en algunas áreas de Australia, Nueva Zelandia, Dinamarca y la India. En Latinoamérica, no se han presentado desarreglos de este tipo, con excepción de algunos localizados en Brasil y Chile. En el Perú, no se conocen casos, pero tampoco se cuenta con un estudio de yacimientos de agregados a nivel nacional Reacción Álcali-Carbonato Este tipo de reacción se produce por los álcalis del cemento que actúan sobre ciertos agregados calcáreos, como por ejemplo, los calcáreos de grano fino que contienen arcilla, que son reactivos y expansivos. Este fenómeno se presenta de preferencia cuando el concreto está sometido a atmósfera húmeda. Reacción Álcali-Silicato: Este tipo de reacción no debe ser confundida con aquellas otras comprendidas dentro de la denominación álcali-agregados. Sin embargo, en algunos casos puede presentarse conjuntamente con la reacción álcali-sílice. Se caracteriza porque progresa más lentamente y forma gel en muy pequeña cantidad. Se estima que esta reacción Se debe a la presencia de ciertos filosilicatos. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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FACTORES EXTERNOS Ataque de Sulfato Una de las formas más frecuentes de ataque químico al concreto es la acción de los sulfatos. Se estima que el 75% de las publicaciones que tratan de la durabilidad del concreto se ocupan de este tema. El ión sulfato aparece en mayor o menor proporción en todas las aguas libres subterráneas. El contenido de ión sulfato de las aguas subterráneas es considerable en los terrenos arcillosos, constituyendo uno de los más importantes alimentos de los vegetales. En zonas áridas los sulfatos se pueden presentar en las arenas como material de aporte y en rocas carbonatadas de origen sedimentario. Los sulfatos más abundantes en los suelos son : sulfatos de calcio, de magnesia, de sodio y calcio y de sodio, todos ellos de diferente solubilidad. El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce al concreto a un estado quebradizo y hasta suave. Acción del Agua de Mar La acción del agua de mar en el concreto ha sido materia de numerosas investigaciones y trabajos, desde el inicio del siglo. Existe una tendencia que considera el ataque del agua de mar como un fenómeno bien definido y homogéneo. Pese a ello, es conveniente tener en cuenta la multiplicidad de factores incidentes, como es la variación del clima, la presencia de factores mecánicos como la erosión y la acción de. Las mareas, que modifican las condiciones de inmersión, aparte de los factores biológicos. Puede asegurarse que la acción del agua de mar difiere a la acción conjunta o independiente de los sulfatos que contiene. Como en otros casos, la durabilidad del concreto se asegura por su buena compacidad. En este sentido, en las investigaciones que se realizan, resulta esencial definir la porosidad del cemento y del concreto, sea la abierta y total, la dimensión y geometría de los poros la distribución granulométrica. El ataque del agua de mar corresponde a la de las sales disueltas, principalmente cloruros y sulfatos sobre los constituyentes del cemento por cuanto ninguno de los componentes hidratados es estable al medio marino. Ataque Por ácido Los ácidos atacan las bases y las sales básicas -formadas por la hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente ácido son la fuerza del álcali y su concentración, vale decir el valor del Ph. La gran influencia del Ph, es 5 la razón Por la cual se puede estimar que las aguas ácidas de reducido pH, menor de 4.5 atacan fuertemente los concretos. Cualquiera que sea el cemento utilizado. En la prácticas puede estimarse que ningún cemento portland resiste la acción de aguas con Ph inferior a 4.

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ATAQUE DE AGENTES BIOLÓGICOS Los agentes biológicos que pueden actuar sobre el concreto generando un deterioro de orden químico, son diferentes tipos de microorganismos: Bacterias, hongos y líquenes, estos últimos en cuanto forman colonias de tamaño microscópico. El desarreglo que generan es superficial y sólo se produce en concretos carbonatados, húmedos, cuya superficie se encuentra sucia o ha acumulado materia orgánica que sustente su crecimiento El ataque no es directo sino por la acción química del metabolismo. Los microorganismos no pueden existir dentro del concreto, por constituir un ambiente hostil, no sólo carente de nutrientes orgánicos sino con un valor de Ph alto que impide su vida. Se ha comprobado también deterioros en los concretos en obras marítimos y en zonas costeras, especialmente en climas cálidos por la acción de moluscos marinos que llegan a perforar el material con una acción combinada química y mecánica.

Caso de tuberías de desagües La destrucción de concreto en los sistemas de alcantarillado tiene un origen bacterial, debido al ácido sulfúrico que producen ciertas bacterias cuando el oxígeno que se encuentra en la tubería tiende a agotarse. En este caso los organismos anaeróbicos reducen los sulfatos y compuestos orgánicos sulfurados del desagüe a sulfuro de hidrógeno y sulfuros orgánicos volátiles que atacan la superficie interior de las tuberías de concreto, suprimiendo la adherencia entre la pasta y el agregado. Productos Industriales Las grasas y aceite de animales y vegetales, son dañinos cuando están compuestos de glicerinas y un ácido graso. Esto abarca el cebo y la manteca, el aceite de palma y otros aceites vegetales. ATAQUES BIOLÓGICOS  Alcance La actividad biológica es otro factor de deterioro del concreto debido a sus interacciones con el material. La presencia de organismos y microorganismos de origen vegetal o animal sobre las estructuras, no solamente pueden afectar el confort ambiental y la estética de las construcciones, sino también puede producir una gran variedad de daños y defectos de carácter físico, mecánico, químico o biológico. Se identifican cuatro tipos de procesos de degradación ambiental: biofísico,

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biomecánico, bioquímico, y biológico propiamente dicho. Los dos primeros, afectan principalmente la permeabilidad, la resistencia y la rigidez del concreto; mientras qué los dos segundos, provocan la transformación de los compuestos del cemento endurecido y/o los agregados del concreto. La vegetación situada sobre una estructura puede retener agua sobre la superficie del concreto, conduciendo a la saturación del material y por lo tanto a causar daños físicos por acción de ciclos de humedecimiento y secado o de congelación y deshielo. Esa misma vegetación, puede causar daños mecánicos por penetración de las raíces de plantas arbustos y árboles, a través de juntas, fisuras y puntos débiles que, al crecer, generan fuerzas de expansión que incrementan la fisuración y deterioro. Además, durante el ciclo de vida de esa vegetación se producen sustancias que pueden causar ataques químicos al concreto (pe. Ácido tánico, ácidos húmicos, sales, u otros). También puede ocurrir un deterioro del Concreto por acciones biológicas o microbiológicas como consecuencia de la asimilación de compuestos del propio material o por la excreción de productos agresivos (metabolitos ácidos), que causan la disolución de la pasta. Del mismo modo los organismos y microorganismos de origen animal, pueden afectar la superficie y el interior de la masa de concreto, por acciones físicas(p.e. cambios de humedad que causan manchas y cambios de color); por acciones mecánicas (sobrecargas por la presencia de incrustaciones y capas de colonias establecidas); por acciones químicas (agresión química por fluidos orgánicos

como

la

sangre,

los

jugos

gástricos,

los

lixiviados

de

descomposición, u otros; o materiales excretados como el estiércol o la orina); o por acciones biológicas o microbiológicas (p.e. bacterias que consumen algunos compuestos del concreto). Por lo anterior, el deterioro de origen biológico debe ser identificado, estudiado, prevenido y tratado, con la misma importancia que cualquiera de los otros mecanismos de daño que se han estudiado hasta el momento. Sin embargo, la patología moderna del concreto tiende a asociar este tipo de deterioro más con la acción de los microorganismos que de los organismos. Por ello definiremos algunos conceptos básicos como biorreceptividad, biocapa, biodeterioro y biocorrosión.Clasificaremos los microorganismos según su origen, y finalmente, haremos referencia a los diferentes tipos de ataque biológico; mecanismos de FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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acción, ciclo de azufre, biocorrosión de materiales metálicos y biodegradación de hidrocarburos.

 CONCEPTO DE BIORRECEPTIVIDAD La biorreceptividad del concreto corresponde al estudio de aquellas propiedades

de

éste

que

contribuyen

a

favorecer

la

colonización,

establecimiento y desarrollo de microorganismos de origen animal o de origen vegetal, y que afectan su durabilidad como material de una construcción. Pero además, para que la biorreceptividad del concreto funcione, se requieren cuatro condiciones; presencia de agua, disponibilidad de nutrientes, condiciones ambientales apropiadas, y superficie de colonización. Todas las formas conocidas de vida en la tierra, necesitan de agua para crecer y reproducirse. De manera que, para que haya deterioro biológico se requiere agua; y ésta puede proceder de fuentes externas (humedad relativa del medio ambiente) o estar presente en los poros del concreto (humedad relativa efectiva) Los microorganismos forman colonias donde hay fuentes disponibles de nutrientes. El medio ambiente puede ser una fuente, las sustancias que se depositan o impregnan la superficie del concreto pueden ser otra fuente, y el mismo concreto puede constituirse también en una fuente de alimentación. El medio ambiente contiene muchos gases y partículas que pueden servir FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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como alimento de diferentes microorganismos. Por ejemplo, las bacterias autotróficas se alimentan del CO2 atmosférico. También de muchos contaminantes del aire o del suelo, como los hidrocarburos. Por otra parte, las estructuras que se encuentran relacionadas con la industria de la alimentación, sistemas de tratamiento de aguas residuales, procesamiento de materiales de origen orgánico, transporte de hidrocarburos, etc., son estructuras que favorecen la presencia de agua, nutrientes y posiblemente temperaturas confortables para la proliferación de microorganismos. Aunque el microclima que rodea la superficie del concreto, es determinante para el desarrollo de microorganismos, hay ciertos géneros que pueden sobrevivir por largos períodos en condiciones muy adversas. Por ejemplo, la presencia de oxígeno no siempre es necesaria o determinante, pues las bacterias anaeróbicas viven con concentraciones de oxígeno inferiores a 0,1 mg/l; mientras que las aeróbicas lo hacen con concentraciones de oxígeno superiores a 1 gr/l. Los valores de pH próximos a 7 (neutro) y un intervalo de temperatura entre 20°C y 35°C favorecen sustancialmente la multiplicación, crecimiento y desarrollo de colonias de microorganismos. Pero, los microorganismos, también pueden cambiar el microclima alterando el pH, la concentración de oxígeno, favoreciendo la acumulación y mantenimiento de cierto nivel de humedad y/o desarrollando y manteniendo cierto nivel de temperatura, entre otros, con el objeto de posibilitar el desarrollo de otros microorganismos y trayendo como consecuencia ciclos de colonización y deterioro. Para que se establezcan los asentamientos y colonias de microorganismos sobre la superficie del concreto, deben establecerse unos mecanismos de fijación, y ellos se dan en virtud de la textura que ofrece la superficie de anclaje. Usualmente las texturas rugosas y porosas ofrecen mejores condiciones para el asentamiento porque favorecen la retención de agua y el crecimiento del microorganismo invasor; aunque para algunas superficies lisas y densas también pueden servir como superficie de invasión. En general, se ha demostrado que el mortero es más bioreceptivo que el concreto estimandándose que, probablemente, su composición tenga alguna FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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influencia. De otra parte, las estructuras que se encuentran relacionadas con la industria de la alimentación, sistemas de tratamiento de aguas residuales, procesamiento de materiales de origen orgánico, transporte de hidrocarburos, etc. son estructuras que favorecen la presencia de agua, nutrientes y posiblemente

temperaturas

conformables

para

la

proliferación

de

microorganismos.  DEFINICION DE CAPA BIOLOGICA La capa biológica se puede definir como la película o costra que se forma sobre la superficie de concretos y morteros, como consecuencia del asentamiento y presencia de microorganismos con actividad metabólica; cuyo ciclo de vida también favorece la formación y espesor de la biocapa (por excreción de sustancias como polisacáridos y productos ácidos), y por la descomposición de microorganismos muertos. La capa biológica se caracteriza por ser una masa de consistencia gelatinosa o mucilaginosa, de coloración variada (manchas con diversas pátinas de color verde, marrón o negro) según la presencia o ausencia de oxígeno. De acuerdo con los investigadores, la biocapa sobre concretos o morteros puede formarse desarrollando la siguiente secuencia: 

Fijación de los microorganismos en la superficie del material húmedo y su probable interacción con las moléculas orgánicas previamente



adheridas a la superficie. Absorción de agua y nutrientes, con rápida reproducción de los

 

microorganismos. Excreción de productos que alteran químicamente el entorno. Muerte y descomposición de microorganismos que sirven de alimento o



como masa de relleno de la biocapa. Como resultado de la alteración del entorno y/o la descomposición de los microorganismos muertos, se pueden desarrollar nuevas y diferentes especies y géneros que poseen distintas necesidades de oxígeno y



abultan la biocapa. Adicionalmente, por la presencia de humedad, se pueden atrapar partículas de polvo, polen, esporas, partículas de carbón, u otras, procedentes del medio ambiente, que pueden servir como nutriente o como ingrediente adicional de cultivo para engrosar la biocapa. A veces,

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lo anterior da lugar a una costra de pátina dura, difícil de remover. En ocasiones, la biocapa puede llegar a tener un espesor significativo de tierra acumulada (humus), favoreciendo la retención de agua y nutrientes qué pueden permitir el crecimiento de organismos más grandes, como vegetación.  MECANISMOS DE DETERIORO BIOLOGICO El deterioro microbiológico o BIODETERIORO del concreto, consiste en el ataque de microorganismos que causan disolución de los componentes cementantes o de los agregados del concreto, como consecuencia de la acción de metabolismos ácidos. El biodeterioro puede ocurrir a través de la asimilación de los compuestos minerales del concreto o por la excreción de productos agresivos, durante su reproducción, tales como ácidos inorgánicos (p.e. ácido sulfúrico) o ácidos orgánicos (p.e. ácido acético, cítrico, oxálico o húmico, entre otros). Entre los mecanismos de deterioro biológico del concreto, están el biodeterioro del concreto, la biodegradación de hidrocarburos y la biocorrosión de los metales. La fuga de hidrocarburos derivados del petróleo (compuestos orgánicos formados solamente por hidrógeno y carbono) y su infiltración en sistemas acuíferos es un problema que sucede con alguna frecuencia. Cuando un hidrocarburo entra en contacto con el agua, éste se disuelve parcialmente y la contamina. Los contaminantes más habituales son el benceno, etil benceno, tolueno y xileno. La mayoría de los acuíferos contienen microorganismos con capacidad metabólica para oxidar hidrocarburos y por su acción, los hidrocarburos se pueden degradar en condiciones aeróbicas y anaeróbicas. La biodegradación de algunos hidrocarburos, por la acción de ciertos microorganismos aeróbicos, es consecuencia de una reacción de oxireducción, en la cual se producen dióxido de carbono, metano, sales inorgánicas, hierro reducido y agua. En una biodegradación anaeróbica de benceno y tolueno, principalmente se pueden producir altas concentraciones de ácidos orgánicos (sobre todo ácido acético). Si los hidrocarburos o los productos de su biodegradación entran en contacto con el concreto, pueden ocurrir agresiones significativas de carácter químico FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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y/o biológico. La corrosión microbiológica o BIOCORROSION se aplica a los metales cuando existe evidencia de fenómenos de naturaleza electroquímica, que están relacionados con la presencia y participación de microorganismos locales. En estos casos se ha identificado el SO4H2 de origen biológico, como el principal agente de la biocorrosión del acero de refuerzo y de algunos fenómenos de biodeterioro del concreto.

CLASIFICACION Y ACCION DE LOS MICROORGANISMOS. Entre los microorganismos que fomentan el deterioro microbiológico del concreto, se pueden distinguir géneros y especies principalmente de origen vegetal. Entre ella, se encuentran las bacterias, los hongos, las algas, los líquenes, el musgo, y los perforadores de roca. a) BACTERIAS En general, las bacterias son microorganismos cuyo tamaño es del orden de una micra o menos y están constituidas por una sola célula rudimentaria. Algunas son patógenas para los seres vivos del reino animal y otras no. Según su forma se distinguen en cocos, bacilos, vibrios y espirilos. Además pueden ser aeróbicas (si utilizan el oxigeno para sus procesos vitales) o anaeróbicas (si necesitan un ambiente carente de oxigeno). Como bacterias dañinas para el concreto, en virtud de los procesos químicos que se derivan de su metabolismo, se distinguen las siguientes: 

BACTERIAS HETEROTROFICAS

Son bacterias que necesitan compuestos de carbono mas complejos que el CO2 atmosférico para su metabolismo y usualmente el producto de su metabolismo

son

ácidos

orgánicos.

Entre

ellas,

se

encuentran

las

sulfobacterias y el nitro bacterias. Las primeras, son bacterias que oxidan el azufre a sulfato, el cual al combinarse con la pasta de cemento de un concreto, forman el sulfato de calcio, con el consecuente daño por ataque de sulfatos. Las segundas son bacterias qué transforman el amoniaco presente en la

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atmósfera en nitritos y nitratos que se combinan con la pasta de cemento para formar nitrato de calcio, con el consecuente ataque de sales. 

BACTERIAS SULFO-OXIDANTES

Algunas bacterias (Tiobacterias) producen oxidación de uno o más compuestos reducidos del azufre (incluyendo sulfuro, azufre elemental, tiosulfato, politionato y tiocinato), y dan lugar a la formación de sulfatos. Estas por necesitar oxigeno (bacterias aeróbicas) para sus procesos vitales, causan oxidación del anhídrido sulfúrico (H2S), transformándolo en ácido sulfúrico (SO4H2), aunque también producen ácido acético, sulfatos, azufre, sulfitos y politíonatos. La temperatura óptima para su crecimiento está en el rango de 20ºC á 43°C, con pH que puede variar entre 2,0 (Thiobacillus Tiooxydans) y 8,0 (Thiobacillus Thioparus). Una de las bacterias más eficientes en la oxidación del azufre, es el Thiobacillus Thiooxydans que resiste ambientes extremadamente ácidos. 

BACTERIAS SULFO-REDUCTORAS

Son bacterias que reducen los sulfatos existentes en las aguas y los transforman en sulfuros de hidrogeno y gas sulfúrico (H2S), que causa biocorrosión en el acero de refuerzo. Estas, son bacterias anaeróbicas. La temperatura óptima para su crecimiento está en el rango de 25° a 44° C con pH que puede variar entre 5,5 y 9,0, siendo el óptimo un pH casi neutro de 7,2

b) HONGOS Los hongos, constituyen un grupo de plantas orgánicas las cuales tienen un rol importante en la naturaleza al destruir los remanentes de animales y vegetales. Entre los microorganismos vegetales, se encuentran en primera instancia los hongos de superficie, que son capaces de crecer en condiciones anaeróbicas y con cantidades de agua inferior a la necesaria para el crecimiento de bacterias. Sin embargo, pueden sobrevivir en agua o en la tierra, siempre y cuando exista presencia de materia orgánica. Un aspecto importante de los hongos de superficie, es que durante su crecimiento pueden causar daños mecánicos por acción de las hifas que penetran la micro estructura del concreto, y alteraciones químicas debidas al

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desprendimiento de ácidos orgánicos e inorgánicos y otras sustancias químicas que producen. Las características más evidentes y notorias de su presencia en una superficie de concreto son: La formación de manchas de coloración macromorfólica diferente (verdes rosáceos y ceniza oscuro) y el desagradable olor a moho que impregna el medio ambiente. Los hongos se presentan en forma de bandas de expansión sobre las superficies interiores de concretos, especialmente los pisos. Janczewski ha reportado casos de daño considerable al revestimiento de túneles de concreto, debido a la acción de los hongos "Merelius Lacrymans y Poria Vaporia". El ataque es debido fundamentalmente al pH resultante, habiéndose encontrado que la acidez delos fluidos tomados del hongo fresco da un pH de 1.9 para el "Poria Vaporia" y de 2.8 para el "Merulius Lacrymans". Los fluidos provenientes del "Poria Vaporia" contenían ácidos orgánicos, incluyendo ácidos cítrico y oxálico. Ambos hongos pueden penetrar en el concreto 30 mm en un período de 3 á 4 meses Los hongos que pueden infectar los encofrados de un concreto cuyo revestimiento es medianamente impermeable, tienen aire insuficiente para su desarrollo. Al buscar aire, los hongos ingresan al revestimiento del concreto y esta acción produce cantidades importantes de ácido, el cual disuelve la pasta de recubrimiento y permite que se alcance la cara interior del concreto afectándolo seriamente en profundidad. Se recomienda fungicidas que contengan arseniato de mercurio como medio para combatir los hongos. Se ha reportado la infección de los encofrados de madera con el hongo "Merillus Lacrymand" como una causa del retardo en el fraguado del concreto y otros daños.

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1. ATAQUE POR CONGELACION  INTRODUCCION El agua al penetrar al concreto por absorción y congelarse en los poros capilares de la pasta, pasa a hielo con aumento de volumen en un 9% y generación de presiones, con el resultado que los esfuerzos producidos, al exceder la resistencia a la tensión de la pasta, generan agrietamiento y, en muchos casos, deterioro en un proceso que puede, por ciclos sucesivos, tornarse dañino por renovación del medio agresivo, pudiendo llegarse a destrucción parcial o total del concreto. En la actualidad se acepta que el concreto debe ser producido para resistir procesos de deterioro por congelación y deshielo y que una de las formas es empleando aire incorporado en una pasta de alta calidad y agregados durables. Igualmente se acepta qué si no se toman las medidas líquido al sólido pueden dar lugar a agrietamiento y deterioro de la pasta.  IMPORTANCIA DEL GRADO DE SATURACION Todo concreto al secarse se contrae y la pasta puede reabsorber sólo el 95% del agua que originalmente era capaz de contener. Si al concreto se le elimina el aire de sus poros y luego se le satura él tiende a disgregarse rápidamente al sólo resistir el 95% de los ciclos de congelación que inicialmente podía tomar. El concreto totalmente saturado no es capaz de resistir las presiones que se desarrollan cuando el agua congela en los poros capilares. Si los concretos aparentemente saturados no fallan en la primera congelación, es evidente que no están totalmente saturados y tienen en la pasta suficientes espacios como para acomodar la expansión que acompaña a la congelación.

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 ATAQUE POR CONGELACION El agua al congelarse expande, y si está encerrada se origina una presión interna lo Suficientemente grande para destruir aún los concretos más fuertes. El concreto puede tomar procesos repetidos de congelación si: a) El agua en el concreto no está necesariamente congelada cuando se presenta hielo en la superficie o b) El hielo que se forma en los poros capilares tiene la posibilidad de expandir debido a que no todos los poros están llenos de agua. Se considera que para que un concreto sea resistente a la congelación deben darse cuatro condiciones: a) La porosidad será mínima y la impermeabilidad lo más alta posible. Bajas absorción y permeabilidad. b) Los poros capilares nunca estarán totalmente llenos de agua c) El concreto contendrá aire incorporado El contenido de cementante será alto y la relación agua-cementante baja, para tomar los esfuerzos que se presenten durante la congelación. El daño causado en el concreto por la congelación del agua es debido al crecimiento de cristales de hielo en los poros capilares. Estos cristales atraen, por succión, el agua no congelada presente en los pequeños poros que los rodean, con el consiguiente crecimiento de los cristales. En este proceso, la fuerza ejercida por el hielo es perpendicular a la superficie, formando planos débiles paralelos a la superficie conforme los cristales de hielo crecen por extracción del agua de los poros mayores primero y posteriormente de los más pequeños. El crecimiento de los cristales se reduce conforme se dispone de menos agua. La entrega de calor latente por la congelación del agua no es suficiente para mantener la Temperatura constante en el punto de formación del hielo, tendiendo ésta a caer. La reducción de temperatura del concreto progresa de la superficie hacia el interior, pero la congelación no tiene lugar hasta que el frente de baja temperatura llegue a poros suficientemente alejados de los cristales de hielo

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anteriores como para contener la cantidad de agua necesaria para permitir la formación y crecimiento de nuevos cristales. Como consecuencia el concreto contendrá un conjunto de planos de debilidad paralelos a la superficie de éste, los que pueden originar el descascaramiento de la misma. En concretos sujetos a ciclos de congelación y deshielo, el hielo se formará nuevamente en los niveles anteriores dado que los polos habrán sido dilatados por el crecimiento de los primeros cristales de hielo. En este proceso los poros deberán ser mayores y el punto de congelación del agua en ellos mayor que en la pasta que los rodea. El daño en el concreto será causado no tanto por el incremento del agua en los poros en el momento de la congelación como por el posterior crecimiento del hielo y su concentración en los poros. Los puentes en las carreteras presentan un serio problema cuando se exponen al congelamiento y descongelamiento. La mayoría de los estribos de los puentes están en áreas donde se presentan fluctuaciones en los niveles de agua. El concreto en puentes debería, por lo tanto, recibir máxima protección a la acción del congelamiento y descongelamiento. En las estructuras de concreto una indicación común del deterioro es la aparición de grietas, las cuales corren aproximadamente paralelas a las juntas o bordes de la superficie de concreto. A medida que progresa el deterioro, estas grietas se van presentando cada vez más lejos de la junta. Este tipo de agrietamiento ha sido designado como agrietamiento en línea D (línea de deterioro). El deterioro empieza en la junta de la acera y las grietas en línea D se desarrollan paralelas a la junta. Con el tiempo, el concreto cerca de la junta se desintegra y astilla.

El agrietamiento patrón puede definirse como grietas muy finas abiertas sobre

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la superficie del concreto. Este generalmente ocurre en las superficies del concreto cuando experimenta una reducción de volumen sobre dichas superficies o un incremento de volumen en el interior del concreto. El congelamiento y deshielo podrían causar un agrietamiento patrón en la superficie del concreto por la expansión de agua congelada tanto en los vacíos de la pasta de cemento como en los poros del agregado grueso. El agotamiento del agua del gel durante el congelamiento, cuando hay una abundancia de vacíos de aire, sugiere la posibilidad de encogimiento en la pasta bajo condiciones de congelamiento. Períodos prolongados de frío causan la difusión del agua de los poros del gel hacia los vacíos de aire y el consiguiente agotamiento del agua en los poros. Ello tendería a causar un resquebrajamiento en forma de grietas finas en la superficie de las losas.

2. ATAQUE POR AGUA  ATAQUE POR AGUA PURA Las aguas puras conocidas como aguas blandas, atacan el concreto por disolución de la pasta al actuar sobre el Hidróxido de calcio libre. La lixiviación consiste en una forma de erosión de tipo químico por lavado más o menos continuo de sustancias propias del cemento hidratado. El caso más

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conocido es el del ataque por aguas más o menos puras. El principal efecto es la disolución de la portlandita, dado que su solubilidad es considerablemente elevada. Se entiende por aguas puras aquellas que llevan muy pocas sales disueltas, como las que proceden de deshielo y fluyen a través de rocas poco solubles (granito, basalto). Conocido es el ataque de las aguas puras procedentes de deshielo cuya capacidad de disolución es muy elevada. La lixiviación finalmente provoca la disolución del calcio, que es arrastrado y poco a poco se desmorona el sistema cohesionante. : Afortunadamente, el proceso de carbonatación por el C02 del aire, que actúa en contacto con el agua como ácido débil, provoca la precipitación de carbonato cálcico que forma una barrera protectora y disminuye el peligro. En aguas cargadas de C02 disuelto, tenemos además la reacción de bicarbonatación,

convirtiendo

el

carbonato

cálcico

(poco

soluble)

en

bicarbonato cálcico (soluble).También se puede producir por el ataque de aguas ácidas (su agresividad depende de su PH y contenido de CO2).  AGUAS CASI PURAS Las aguas de manantial generalmente libres de sales, pueden volverse ácidas debido a la formación de ácido carbónico, derivado del bióxido de carbono contenido en la atmosfera, transformándose en corrosivo al concreto, especialmente si este es pobre o permeable. Las aguas naturales provenientes de zonas minerales pueden tener un alto contenido de ácido carbónico agresivo para el concreto.  Aguas Residuales En pocas ocasiones estas aguas atacan de forma directa al hormigón. Se pueden producir si bajo la acción bacteriana el gas sulfhídrico disuelto en agua se transforma en ácido sulfúrico. Incluso en este caso, la concentración de ácido debe sobrepasar las 150 ppm para que el ataque se produzca. Esta concentración de ácidos no se alcanza con facilidad en aguas residuales domésticas.  AGUA DE PANTANO FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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Las aguas de pantano pueden contener elementos tales como ácido carbónico, o humico, sulfatos solubles, ácido sulfúrico libre, o combinación de estos. La acción del sulfúrico y carbónico ya se menciono en líneas anteriores. El ácido humico, producido por la descomposición vegetal ataca la superficie del concreto al formarse humato de calcio.

 AGUA DE MAR Las sales contenidas en el agua de mar se cristalizan, favoreciendo la corrosión y expansión del acero de refuerzo y del concreto adyacente, se producen también acción destructiva de los organismos marinos, formación expansiva de sulfoaluminatos y su posterior descomposición. Los procesos sucesivos de humedecimiento y secado con renovación del medio agresivo, multiplican los problemas descritos. En vista de que la cristalización tiene lugar en el momento de la evaporación del agua, esta forma de ataque se produce en concretos sobre el nivel del agua; sin embargo, la solución salina asciende en el concreto por acción capilar, por lo que la impermeabilidad es una vez más una característica muy importante. El concreto situado entre las mareas altas y baja esta sometido a ciclos alternados de humedecimiento y secado recibiendo ataques severos, mientras que en el concreto sumergido el ataque es menor. El avance real del ataque por el agua de mar varía y es retardado por el bloqueo de los poros del cemento mediante acumulación de hidróxido de magnesio. En climas tropicales el ataque es más rápido. En algunos casos la acción del agua de mar sobre el concreto va acompañada por la acción destructiva de la congelación, el impacto de las olas y la abrasión, todo esto tiende a agravar el deterioro del concreto. En el caso de concreto reforzado, la absorción de sales establece áreas anódicas y catódicas; debido a la acción electrolítica resultante, se acumulan en el acero productos corrosivos y en consecuencia se produce una ruptura del concreto alrededor del refuerzo; es decir, los efectos del agua de mar son más severos en el concreto reforzado que en el concreto simple, por esto es necesario dar suficiente recubrimiento al refuerzo, mínimo 5 cm. de preferencia 7,5 cm. Y emplear un concreto compacto e impermeable.

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La destrucción del concreto por acción del agua de mar es debida a uno o varios de los siguientes factores: a) Acción mecánica del oleaje. b) Evaporación provocada por el viento lo cual deposita las sales por encima del nivel de baja marea. c) Diferencia de mareas que favorece la acción destructiva debido a la cristalización de sales. d) Reacción química entre las sales del agua y el concreto, la cual favorece a la corrosión del acero de refuerzo. e) Los organismos marinos y los productos de su actividad biológica. f) La acción destructiva debido a la corrosión y expansión del acero de refuerzo.  ATAQUE POR AGUA DE DESAGUE Bajo condiciones de alta concentración de aguas de desagüe, baja velocidad de flujo, y alta temperatura en la tubería de desagüe, se puede generar en ésta hidrogeno, sulfurado como resultado de la acción oxidante de las bacterias aeróbicas sobre los compuestos de azufre presentes en el desagüe. Entre hidrógenos sulfurados se condensa en las superficies húmedas por encima del agua y es oxidado, por las bacterias aeróbicas, a anhídrido sulfuroso y luego a anhídrido sulfúrico, el cual en presencia de la humedad forma el altamente corrosivo ácido sulfúrico y destrucción del concreto. El concreto atacado presenta un revestimiento de color blanco amarillento sobre su superficie escamosa, la misma que sufre un descascaramiento intermitente que puede producir ablandamiento y desprendimiento del agregado. 3. ATAQUES POR GASES  ATAQUE POR ANHIDRIDO CARBÓNICO

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Si una concentración adecuada de bióxido de carbono, o anhídrido carbónico toma concentración con el concreto la superficie de éste puede ser seriamente afectada, variando la magnitud y profundidad del ataque, con la concentración de gas, temperatura ambiente, y humedad relativa. La superficie afectada se tornará blanda y pulverulenta, no pudiendo el daño ser reparado por subsecuente curado o tratamiento.

 ATAQUE POR ANHIDRIDO SULFUROSO El anhídrido sulfuroso, producido por la combustión del petróleo o carbón tiene poco o ningún efecto sobre el concreto. En combinación con el agua forman ácido sulfuroso el cual reaccionan gradualmente con el oxigeno del aire para formar ácido sulfúrico. Ambos ácidos corroen el concreto.  ATAQUE POR OTROS GASES Gases industriales disueltos en agua pueden formar ácidos. El cloro y el cloruro de hidrogeno forman ácido clorhídrico, el fluoruro de hidrógeno forma ácidos fluorhídrico; el bromuro de hidrógeno forma ácidos bromhídrico; y el yoduro de hidrógeno forma ácido yohídrico, todos éstos ácidos atacan al concreto pudiendo ser la corrosión muy fuerte si la concentración es alta. ATAQUES POR REACCIÓN DEL AGREGADO  ATAQUE POR REACCIÓN CEMENTO – AGREGADO El concreto se forma usualmente por la mezcla de cemento, agregados gruesos (grava, caliza triturada u otras piedras duras) y agregados finos (generalmente arena y ocasionalmente caliza finamente triturada). Las propiedades de los agregados afectan las características del concreto tales como la densidad, resistencia, durabilidad, conductividad térmica, contracción y arrastre. La forma y la textura de la superficie de las partículas agregadas y sus clasificaciones (distribución del tamaño de las partículas) son factores importantes que influencian la maleabilidad y fuerza del concreto. Los FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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agregados no deberían ser de un tipo ni contener impurezas suficientes que pudieran ocasionar un efecto adverso sobre las propiedades del fraguado del cemento o en las propiedades de durabilidad del concreto. En consecuencia se requiere que sean duras, durables, limpias y libres de arcillas, carbón, material orgánico, pirita, sulfatos solubles y no deberían estar sujetas a ataques del medio ambiente alcalino del cemento. La reacción sílice - álcalis puede inducir al concreto a la expansión y fisuramiento. Esta es una reacción química entre formas desordenadas de sílice, que puede ocurrir en los agregados, e iones hidroxilo, formados por la liberalización de componentes alcalinos a partir del cemento. La reacción forma un gel que se hincha el cual puede inducir tensiones provocando expansión y fisuras. Se han presentado expansiones excesivas, acompañados de agrietamientos importantes, en concretos preparados, agregados gruesos de pequeño tamaño y altamente silicosis, a los que se conocen como “arenosos – gravosos” y que se presentan feldespatos y granitos de grano grueso como constituyentes importantes. Estos agregados arenosos – gravosos presentan composición diversa y diferencias expansivas que permiten concluir que el tipo de agrietamiento producido es causado por reacciones fundamentalmente diferentes de aquellas involucradas en la reacción álcali – sílice. Los concretos afectados por esta reacción suelen contener partículas reactivas con los álcalis, presentándose gel similar al hallado en la reacción álcalis – sílice, aun cuando no hay correlación entre la extensión del agrietamiento y el contenido de álcalis del cemento, habiéndose observado con excesiva expansión. Y el consiguiente agrietamiento en mezclas con cemento cuyo contenido de álcalis era solo del 0.17 % expresado como óxido de sodio.

ATAQUE POR DESGASTE O EROSION

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Existen procesos muy variados de erosión del concreto, parte de ellos ligados a usos industriales específicos; otros son de tipo más general, y aquí se presentan:



DESGASTE POR ABRASION

Se la define por el desgaste de la superficie por procesos de fricción o rozamiento. La causa más importante de abrasión de pisos y pavimentos es producida por el paso de personas, circulación de vehículos, o rodadura de objetos o maquinas, más que las articulas arrastradas por el viento. Siendo producido por acciones mecánicas debido al tráfico, cuando el agua lleva agregado grueso. La resistencia la da el árido grueso.



DESGASTE POR EROSION

Se la define por el deterioro causado por la acción abrasiva de fluidos o sólidos en movimiento. La magnitud de la erosión depende del número, velocidad, tamaño, perfil, densidad y dureza de las partículas en movimiento por unidad de tiempo. Siendo producido por acciones mecánicas debido al oleaje. La resistencia la da el árido grueso.



DESGASTE POR CAVITACION

Se la define como la erosión progresiva del concreto originada por el flujo no lineal de aguas limpias a velocidades sobre los 12 m/seg2. Donde se forman burbujas de vapor, que cuando ingresan a una región de lata presión colapsan con un gran impacto, pueden desgastar grandes áreas de la superficie de concreto en tiempos comparativamente pequeños. Se da cuando la forma no está bien estudiada y se producen zonas de baja presión. La resistencia es proporcionada por la pasta de cemento.

RECOMENDACIONES PARA EL CONTROL DE LA ABRASIÓN Teniendo claros estos conceptos, es obvio que en la medida que desarrollemos las capacidades resistentes de la capa de concreto que soportará la abrasión,

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lograremos controlar el desgaste. Se estima que la superficie aludida debe tener una resistencia en compresión mínima de 280 kg/cm2 para garantizar una durabilidad permanente respecto a la abrasión, lo cual indica que es necesario emplear relaciones agua/ cemento bajas, el menor slump compatible con la colocación eficiente, agregados bien graduados y que cumplan con los límites ASTM C-33 para gradación y abrasión, así como la menor cantidad posible de aire atrapado. Al margen de estas precauciones previas a la producción, está demostrado que un elemento fundamental en el resultado final la constituye la mano de obra y la técnica de acabado. Cuando se procede a realizar el acabado sin permitir el sangrado de la mezcla, la capa superficial se vuelve débil al concentrarse el agua exudada, incrementándose localmente la relación agua/ cemento. Se considera que en condiciones normales, el acabado debe ejecutarse alrededor de las dos horas luego de la colocación del concreto y habiéndose eliminado al agua superficial. La cantidad de energía que pone el operario en el proceso de acabado tiene relación directa en el grado de compactación de la superficie habiéndose comprobado experimentalmente una gran diferencia cuando éste trabajo se ejecuta con acabadoras mecánicas (de uso no muy corriente en nuestro medio). Es usual apreciar la costumbre generalizada de espolvorear cemento sobre la superficie húmeda con objeto de “secarla” y terminar antes con el acabado, lo cual constituye una práctica negativa si aún continua el sangrado, pues la película de cemento actúa como una barrera impermeable reteniendo el agua y favoreciendo que disminuye localmente la relación agua/ cemento. Si este procedimiento se efectúa luego de el sangrado y se integra el cemento o un mortero seco con el resto de la pasta, el efecto es muy beneficioso pues se consigue reducir localmente la relación agua/ cemento e incrementa la resistencia, por lo que el concepto básico está en la oportunidad en que se hace esto y no en la acción misma. Otra precaución importantísima está constituida por la técnica de curado, pues de nada sirve tener materiales y un diseño de mezcla excelentes si luego no propiciamos las condiciones para que desarrolle la resistencia, y que son temperatura y humedad adecuadas. El curado debe iniciarse después de concluido el acabado superficial siendo recomendable mantenerlo no menos de 7 días cuando se emplea cemento Tipo I y un tiempo mayor si se emplea cementos de desarrollo lento.

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Las técnicas convencionales de curado, como son el riego continuo o las “arroceras” son alternativas simples y efectivas si se aplican bien y con continuidad. Una técnica probada mundialmente, que mejora notablemente la resistencia a la abrasión de las superficies de concreto consiste en emplear el denominado “concreto fibroso”.

ATAQUES POR ALTAS TEMPERATURAS Se da cuando al concreto se le somete a temperaturas mayores que las normales, como su utilización para chimeneas conductos de gas caliente, pantallas contra radiación, o fuego accidental por un incendio. Los efectos sobre el material concreto: disminución de resistencia, alargamiento de longitud original, considerable expansión permanente, disminución del modulo de elasticidad y dureza, descomposición del agregado con liberación de cal libre, descascaramiento superficial; todo ello con posible expansión y fisuramiento y desprendimiento de trozos de concreto. Sobre el acero produce también disminución de resistencia, de adherencia, y efectos sobre las deformaciones. Se sabe que el espesor del recubrimiento es esencial para la resistencia al ataque tratado, además que el concreto va cambiando de color conforme la temperatura a la que se expone, yendo de gris natural, a rosa cuando alcanza más de 300 °C, a gris claro cuando alcanza más de 600 °C, y a blanco o amarillo claro cuando alcanza más de 900 °C.

USO DEL CONCRETO REFRACTARIO El concreto refractario es un tipo de concreto con propiedades refractarias, es decir un material que retiene su dureza al someterse a altas temperaturas. Para fabricar este tipo de concreto se suele utilizar óxido de aluminio (alúmina), sílice y óxido de calcio, entre otros elementos, comunes en materiales refractarios. El tipo de material refractario a utilizar va a depender de la aplicación en particular. Por ejemplo tienes al cemento aluminoso, para el que se utiliza caliza (esta roca tiene calcita, carbonato de calcio) y bauxita (contiene alúmina, sílice y óxido de hierro). Si te fijas son los materiales refractarios que te mencioné. La

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mezcla antes de fraguar contiene finalmente cal y alúmina a un 40% (más en detalle aproximadamente un 40% de óxido de calcio, un 40% de alúmina, entre un 5 y 10% de óxido de hierro, 5% de óxido de silicio y aprox. un 1% de óxido de titanio, todo dependiendo de la clase de cemento aluminoso en cuestión), lo que se combina con agua para lograr un concreto refractario que se utiliza por ejemplo en hornos. Este tipo de concreto es indicado para este tipo de aplicaciones (de alta temperatura) específicas, pero no para estructuras ya que con el tiempo va perdiendo resistencia (ya comienza en un mes a perderla, a pesar de que se endurece de manera muy rápida al fabricarlo).

CORROSION ATAQUES QUIMICOS A LA ARMADURA El concreto debido a su alta alcalinidad, baja permeabilidad y su relativamente alta resistividad eléctrica tiene entre otras funciones, la de proteger de la corrosión a los elementos metálicos embebidos en él. En condiciones normales al acero no se corroe dentro del concreto, debido a que el oxigeno reacciona con el acero formando una fina capa de oxido sobre la armadura, en un proceso llamado pasivación, que lo protege de cualquier corrosión posterior; y debido a que el recubrimiento denso, de poca porosidad y de espesor suficiente impide la acción de los agentes agresivos al reducir la carbonatación. Esta corrosión se produce por un proceso electroquimico generado internamente o por alguna fuente externa de electricidad, siendo la presencia del ion cloro la causa principal de la corrosión del acero de refuerzo. La sección transversal del acero se reduce pudiendo presentarse en el tiempo además problemas estructurales debido a la perdida de adherencia, por agrietamiento de este o la reducción en la sección transversal de aquel.

CORROSION DE MATERIALES EMBEBIDOS El acero presforzado podría corroerse en idénticas circunstancias que el acero ordinario. El aluminio embebido podría corroerse y agrietar el concreto, y la posibilidad es mayor si ambos metales están en contacto; aun el aluminio con el concreto fresco aumente la posibilidad de corrosión al presentarse el hidrogeno.

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El plomo con el concreto húmedo puede ser atacado por el hidróxido de calcio y ser destruido al poco tiempo. El cobre es atacado por el concreto y presenta corrosión si esta presente el amoniaco o pequeñas cantidades de nitratos. El zinc reacciona con los materiales alcalinos del concreto pudiéndose producirse corrosión, especialmente si el acero es sin galvanizar. Los aceros inoxidables pueden producir agrietamientos debido a la corrosión, especialmente si la temperatura es mayor a 60 °C.

CORROSION BIOLOGICA DEL CONCRETO Las bacterias y hongos, capaces de producir ácidos por mecanismos similares a los de los desagües domésticos. Pueden llegar a disolver la pasta del recubrimiento y afectar seriamente al concreto. Algunos tipos de moluscos pueden horadar rocas y obviamente a concretos, o a morteros de baja calidad utilizados como revestimientos de pilotes o pontones.

COMO COMBATIR LA CORROSIÓN Los cloruros pueden estar dentro del concreto desde su colocación, si los agregados en el agua de mezcla o los aditivos ya la incluían, luego el primer paso consiste en evaluar los materiales del concreto para estimar si contribuirán a la corrosión; de ser así existen alternativas en cuanto a cambiarlos por otros que no lo contengan o en caso de los agregados someterlos a lavados para reducir su concentración. La otra forma como se puede incluir es entrando en la solución por los poros capilares de concreto. Esto se verifica cuando en concreto está en exposición directa a agua con cloruros como es el caso de estructuras marinas o en el aire con alta humedad relativa y en mucho caso se va depositando sobre el concreto por la humedad ambiental y el viento que arrastra partículas de suelo contaminado, introduciéndose la solución cuando llueve. Como se apreciará, para que se introduzca el ingreso es necesario que el concreto sea lo suficientemente permeable para que los cloruros lleguen hasta donde se encuentre el acero de refuerzo, por lo que se aplica las mismas recomendaciones que para la agresividad de los sulfatos, con la condición adicional de la importancia extrema del concreto de recubrimiento, que es la

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barrera principal para el ingreso en los casos de ambientes agresivos con cloruros deben especificarse recubrimientos mayores de los normales y calidades de concreto que aseguren baja permeabilidad.

Acciones Variables, Permanentes y Accidentales Para el diseño estructural de un edificio se requiere identificar las acciones que se consideran que van a incidir o que tienen posibilidad de actuar sobre el sistema estructural durante su vida útil. Entre estas acciones se encuentra, por ejemplo, las acciones permanentes como la carga muerta, acciones variables como la carga viva. Acciones accidentales como el viento y el sismo. Cuando se sabe de antemano que en el diseño se tienen que considerar las acciones accidentales es posible seleccionar en base a la experiencia la estructuración más adecuada para absorber dichas acciones.

Atendiendo los conceptos de seguridad estructural y de los criterios de diseño, la clasificación más racional de las acciones se hace en base a la variación de su intensidad con el tiempo. Se distinguen así los siguientes tipos de acciones:

 Acciones Permanentes Son las que actúan en forma continua sobre la estructura y cuya intensidad pude considerarse que no varía con el tiempo. Pertenecen a este grupo las siguientes: Cargas muertas debidas al propio peso de la estructura y al de los elementos no estructurales de la construcción Empujes estáticos de líquidos y tierras Deformaciones y desplazamientos debido al esfuerzo de efecto del preesfuerzo y a movimientos diferenciales permanentes en los apoyos Contracción por fraguado del concreto, flujo plástico del concreto, etc.

 Acciones Variables Son aquellas que inciden sobre la estructura con una intensidad variable con el tiempo, pero que alcanzan valores importantes durante lapsos grandes. Se pueden considerar las siguientes:

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Cargas vivas, o sea aquellas que se deben al funcionamiento propio de la construcción y que no tienen carácter permanente. Cambios de temperaturas Cambios volumétricos

 Acciones Accidentales Son aquellas que no se deben al funcionamiento normal de la construcción y que puede tomar valores significativos solo durante algunos minutos o segundos, a lo más horas en toda la vida útil de la estructura. Se consideran las siguientes: Sismos Vientos Oleajes Explosiones

Para evaluar el efecto de las acciones sobre la estructura requerimos modelar dichas acciones como fuerzas concentradas, lineales o uniformemente distribuidas. Si la acción es de carácter dinámico podemos proponer un sistema de fuerzas equivalentes o una excitación propiamente dinámica.

AGUA DE MAR Las sales contenidas en ella se cristalizan, favoreciendo la corrosión y expansión del acero de refuerzo y del concreto adyacente, se producen también acción destructiva de los organismos marinos, formación expansiva de sulfoaluminatos y su posterior descomposición. Los procesos sucesivos de humedecimiento y secado con renovación del medio agresivo, multiplican los problemas descritos.

El concreto se ha usado en ambientes marinos por décadas con buen desempeño. Sin embargo, son necesarios cuidados especiales en el diseño de FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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las mezclas y en la selección de los materiales para estos ambientes severos. Una estructura expuesta al agua del mar o al rociamiento del agua del mar es más vulnerable en la zona de marea o salpicadura, donde hay ciclos repetidos de mojadura y secado y/o congelamiento y deshielo. Los sulfatos y los cloruros presentes en el agua del mar requieren el uso de concretos de baja permeabilidad para minimizar la corrosión de la armadura y el ataque de sulfatos.

Un cemento resistente a exposición moderada a sulfatos es útil. Los cementos con contenido de aluminato tricálcico (C3A) del 4% al 10% ofrecen protección satisfactoria contra el ataque de sulfatos del agua del mar, bien como protección contra la corrosión de la armadura por cloruros. Se debe garantizar un cubrimiento adecuado sobre el refuerzo (consulte ACI 318). La relación agua- material cementante no debe exceder 0.40. En climas más fríos, el concreto debe contener un mínimo del 6% de aire incluido.

El concreto de alta resistencia se puede utilizar donde las grandes formaciones de hielo desgastan la estructura.

La Abrasión La fricción y la abrasión son palabras que están interrelacionadas, así la abrasión es un proceso de desgaste de un material en su superficie por la fricción. Si no hay fricción, la abrasión no podrá ocurrir. Sin embargo los dos tópicos son frecuentemente considerados separadamente. La fricción y la abrasión son las dos propiedades de mayor importancia cuando los productos elastoméricos tendrán aplicaciones dinámicas. Por ejemplo, los sellos dinámicos estarán sometidos a abrasión cuando hay un deslizamiento sobre una superficie seca en donde la fricción será correspondientemente alta. Tipos de Abrasión 1. Abrasión Adhesiva.- La abrasión adhesiva ocurre entre dos superficies que se encuentran en contacto, las cuales se adhieren fuertemente formando uniones entre ellas. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de material de la superficie suave. Si el material es dúctil, la deformación que se produce en la partícula va a ser mayor, la partícula que ha sido separada de la aspereza puede permanecer unida a la otra aspereza como material transferido de una superficie a otra o puede ser liberada como partícula de desgaste.

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2. Abrasión corrosiva.- Es caracterizado como la degradación de materiales en donde la corrosión y los mecanismos de abrasión se encuentran involucrados. La combinación de abrasión y corrosión puede resultar en una pérdida total de mucho mas grande que si se presentara por adición o individualmente. La deformación plástica por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida en el mecanismo de desgaste por impacto puede hacer las superficies sean más susceptibles a la corrosión. El modelo de abrasión corrosiva se explica en dos etapas: 1) Formación de una película de oxido en la superficie. Esta película de oxido puede operar como lubricante, en la mayoría de los materiales no es posible ya que dicha película es muy frágil. 2) Al expuesto esta capa de oxido frágil queda expuesta a los fenómenos de deslizamiento de sistema, siendo esta removida. 3. Abrasión erosiva.- la abrasión producida por el mecanismos de erosión genera la perdida de material en la superficie, debido a estar expuesta a repetidos impactos de partículas solidas o liquidas. Algunas de las formas de erosión son: a) Erosión por lodos: puede ser definida como la perdida de material que experimenta una superficie debido al flujo de una mezcla de partículas solidas dentro de un liquido de altas velocidades. b) Erosión por impacto de partículas solidas: se define como la perdida de material que resulta de repetidos impactos de pequeñas partículas solidas. 4. Abrasión por fatiga.- Es el resultado de esfuerzos cíclicos entre las asperezas de dos superficies de contacto. El coeficiente de fricción es factor determinante, ya que al estar las superficies lubricadas la adhesión es mínima, pero en sistemas con altos coeficiente de fricción, tendremos zonas de intensas deformación muy cercanas a la superficie, creando grietas superficiales y sub-superficiales, las cuales coalesceran. 5. Abrasión por fretting.- el fretting se debe a la existencia de movimientos oscilatorios de amplitud pequeña entre dos superficies de contacto. El mecanismo se presenta cuando se mantiene el sistema sometido a un gran número de ciclos. Fretting ocurre entre componentes que tiene como función evitar el movimiento. En medio ambiente juega un papel importante en este tipo de abrasión, ya que en condiciones húmedas ha sido mucho mayor que en condiciones secas. Esto se debe a fretting es iniciado por adhesión, amplificado por corrosión, y sus principales efectos son por abrasión. 6. Abrasión oxidativo.- se presenta en superficies metalicas bajo deslizamiento sin lubricación o poca lubricación, en presencia de aire u oxigeno. El calor generado por la fricción en contacto deslizante, en presencia, en presencia de oxigeno provocan la oxidación acelerada. La abrasión oxidativo también se pueden presentar bajo sistemas de

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deslizamientos lubricados, en donde le espesor de la película del lubricante se encuentre por debajo de los valores de la rugosidad de las superficies en contacto. Control de calidad Los métodos de ensayo están descritos en las normas ISO 4649, ASTM D2228, D394, D1630, D2228 y D3389, BS 903: parte A9 y la DIN 53516. En todos estos métodos, una pieza del compuesto de ensayo se coloca contra una superficie abrasiva sobre una carga y una velocidad especificada. La pérdida volumétrica del compuesto de caucho es medida y el resultado es expresado como un porcentaje (o pérdida volumétrica) en comparación con un patrón estándar. Muchos nombres famosos han sidoasociados a los abrasímetros, tales como Akron, Dunlop, Du Pont,National Bureau of Standars, Pico y Schiefer y Taber. En esta parte se dará más importancia al abrasímetro ISO (DIN), ya que es el más utilizado en el medio. Abrasímetro ISO, El abrasímetro descrito en la norma ISO 4649 (también conocido como el abrasímetro DIN) fue la máquina que se difundió más rápidamente en Europa. Es muy fácil y rápida de usar, sobre todo para el control de calidad. Sin embargo, como sucede en la mayoría de los ensayos, no hay relación estrecha entre los resultados y el desempeño en servicio. El principio de la máquina se muestra en la figura No. 21. Se coloca una pieza de ensayo sobre un sostenedor apropiado el cual recorre un tambor rotativo que está cubierto por un papel abrasivo. Las piezas de ensayo son de forma cilíndrica de 16 mm de diámetro y con un espesor no menor de 6 mm. Si el espesor de la pieza no es el adecuado, se puede unir a otra pieza con un espesor no menor de 2 mm y con una dureza no menor de 80 IRHD. El sostenedor o cabezal se mueve lateralmente a lo largo del tambor a una velocidad de 4.2 mm por cada revolución del tambor y debe tener un arreglo apropiado tal que la pieza de ensayo viaje a una velocidad de una revolución por cada 50revoluciones del tambor. La pieza se presiona contra el tambor por una fuerza vertical que generalmente es de 10 newton, la cual se coloca en la parte superior del cabezal o sostenedor. El tambor tiene un diámetro de 150 mm y una longitud de 500 mm y con una rotación de 40 rev/min. El tambor se cubre con un papel abrasivo estándar. Después que la pieza ha hecho un recorrido de 40 mm, el cual corresponde a 84 revoluciones, la pieza es removida del cabezal. En casos especiales donde la pérdida de masa sea superior a 600 mg en los40 m, la corrida debe reducirse a los 20 m y el resultado deberá multiplicarse por dos. La pieza de ensayo es pesada antes y después de la corrida. La pérdida de peso es convertida a pérdida volumétrica dividiéndola por la densidad del material. Se deben hacer tres corridas a la temperatura del laboratorio y se saca el promedio entre estas lecturas. Para obviar la dificultad de mantener las

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condiciones de ensayo consistentes, los ensayos son relacionados a los obtenidos con un caucho estándar. Se utilizan dos fórmulas para expresar los resultados. Uno cuando se expresan como pérdida de volumen y el otro cuando se expresa como índice de resistencia a la abrasión. Las dos fórmulas son:

Notas: 1. Esta fórmula requiere una carga de 10N y la pieza de ensayo no debe rotar. 2. la resistencia a la abrasión es el recíproco de la pérdida volumétrica.

Otros abrasímetros. El abrasímetro Akron, en el cual los resultados son comparados con un compuesto patrón y son expresados como un índice de abrasión. Los métodos estándar para el ensayo son especificados en las normas ASTMD394 y la BS 903: parte A9. El abrasímetro Dunlop, en el cual la máquina y el método de preparación de la pieza de ensayo son muy complicados, además que este abrasímetro no está cubierto por ninguna norma estándar. El abrasímetro Du Pont, en el cual la resistencia a la abrasión es calculada por la pérdida de peso después de un número específico de revoluciones en un disco abrasivo, y se expresa como un índice de resistencia a la abrasión. Las normas empleadas son la ASTM D394 y la BS 903: parte A9. El abrasímetro de la National Bureau of Standards (NBS), en el cual los resultados obtenidos son comparados con una muestra patrón. La norma que cubre este ensayo es la ASTM D1630. El Abrasímetro Pico, en el cual los resultados se expresan como un índice de resistencia a la abrasión. La norma empleada es la ASTM D2228. El abrasímetro Taber, especialmente fabricado para realizar ensayos de abrasión sobre capas o fibras textiles. Los métodos de ensayo son cubiertos por las normas ISO 5470, ASTM D3389 y la BS 903: parte A9.

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La Abrasión La fricción y la abrasión son palabras que están interrelacionadas, así la abrasión es un proceso de desgaste de un material en su superficie por la fricción. Si no hay fricción, la abrasión no podrá ocurrir. Sin embargo los dos tópicos son frecuentemente considerados separadamente. La fricción y la abrasión son las dos propiedades de mayor importancia cuando los productos elastoméricos tendrán aplicaciones dinámicas. Por ejemplo, los sellos dinámicos estarán sometidos a abrasión cuando hay un deslizamiento sobre una superficie seca en donde la fricción será correspondientemente alta. Tipos de Abrasión 7. Abrasión Adhesiva.- La abrasión adhesiva ocurre entre dos superficies que se encuentran en contacto, las cuales se adhieren fuertemente formando uniones entre ellas. Un deslizamiento producirá un desprendimiento de material de la superficie suave. Si el material es dúctil, la deformación que se produce en la partícula va a ser mayor, la partícula que ha sido separada de la aspereza puede permanecer unida a la otra aspereza como material transferido de una superficie a otra o puede ser liberada como partícula de desgaste. 8. Abrasión corrosiva.- Es caracterizado como la degradación de materiales en donde la corrosión y los mecanismos de abrasión se encuentran involucrados. La combinación de abrasión y corrosión puede resultar en una pérdida total de mucho mas grande que si se presentara por adición o individualmente. La deformación plástica por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida en el mecanismo de desgaste por impacto puede hacer las superficies sean más susceptibles a la corrosión. El modelo de abrasión corrosiva se explica en dos etapas: 3) Formación de una película de oxido en la superficie. Esta película de oxido puede operar como lubricante, en la mayoría de los materiales no es posible ya que dicha película es muy frágil. 4) Al expuesto esta capa de oxido frágil queda expuesta a los fenómenos de deslizamiento de sistema, siendo esta removida. 9. Abrasión erosiva.- la abrasión producida por el mecanismos de erosión genera la perdida de material en la superficie, debido a estar expuesta a repetidos impactos de partículas solidas o liquidas. Algunas de las formas de erosión son: c) Erosión por lodos: puede ser definida como la perdida de material que experimenta una superficie debido al flujo de una mezcla de partículas solidas dentro de un liquido de altas velocidades.

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UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA d) Erosión por impacto de partículas solidas: se define como la

perdida de material que resulta de repetidos impactos de pequeñas partículas solidas. 10. Abrasión por fatiga.- Es el resultado de esfuerzos cíclicos entre las asperezas de dos superficies de contacto. El coeficiente de fricción es factor determinante, ya que al estar las superficies lubricadas la adhesión es mínima, pero en sistemas con altos coeficiente de fricción, tendremos zonas de intensas deformación muy cercanas a la superficie, creando grietas superficiales y sub-superficiales, las cuales coalesceran. 11. Abrasión por fretting.- el fretting se debe a la existencia de movimientos oscilatorios de amplitud pequeña entre dos superficies de contacto. El mecanismo se presenta cuando se mantiene el sistema sometido a un gran número de ciclos. Fretting ocurre entre componentes que tiene como función evitar el movimiento. En medio ambiente juega un papel importante en este tipo de abrasión, ya que en condiciones húmedas ha sido mucho mayor que en condiciones secas. Esto se debe a fretting es iniciado por adhesión, amplificado por corrosión, y sus principales efectos son por abrasión. 12. Abrasión oxidativo.- se presenta en superficies metalicas bajo deslizamiento sin lubricación o poca lubricación, en presencia de aire u oxigeno. El calor generado por la fricción en contacto deslizante, en presencia, en presencia de oxigeno provocan la oxidación acelerada. La abrasión oxidativo también se pueden presentar bajo sistemas de deslizamientos lubricados, en donde le espesor de la película del lubricante se encuentre por debajo de los valores de la rugosidad de las superficies en contacto. Control de calidad Los métodos de ensayo están descritos en las normas ISO 4649, ASTM D2228, D394, D1630, D2228 y D3389, BS 903: parte A9 y la DIN 53516. En todos estos métodos, una pieza del compuesto de ensayo se coloca contra una superficie abrasiva sobre una carga y una velocidad especificada. La pérdida volumétrica del compuesto de caucho es medida y el resultado es expresado como un porcentaje (o pérdida volumétrica) en comparación con un patrón estándar. Muchos nombres famosos han sidoasociados a los abrasímetros, tales como Akron, Dunlop, Du Pont,National Bureau of Standars, Pico y Schiefer y Taber. En esta parte se dará más importancia al abrasímetro ISO (DIN), ya que es el más utilizado en el medio. Abrasímetro ISO, El abrasímetro descrito en la norma ISO 4649 (también conocido como el abrasímetro DIN) fue la máquina que se difundió más rápidamente en Europa. Es muy fácil y rápida de usar, sobre todo para el control de calidad. Sin embargo, como sucede en la mayoría de los ensayos, no hay relación estrecha entre los resultados y el desempeño en servicio. Se

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coloca una pieza de ensayo sobre un sostenedor apropiado el cual recorre un tambor rotativo que está cubierto por un papel abrasivo. Las piezas de ensayo son de forma cilíndrica de 16 mm de diámetro y con un espesor no menor de 6 mm. Si el espesor de la pieza no es el adecuado, se puede unir a otra pieza con un espesor no menor de 2 mm y con una dureza no menor de 80 IRHD. El sostenedor o cabezal se mueve lateralmente a lo largo del tambor a una velocidad de 4.2 mm por cada revolución del tambor y debe tener un arreglo apropiado tal que la pieza de ensayo viaje a una velocidad de una revolución por cada 50revoluciones del tambor. La pieza se presiona contra el tambor por una fuerza vertical que generalmente es de 10 newton, la cual se coloca en la parte superior del cabezal o sostenedor. El tambor tiene un diámetro de 150 mm y una longitud de 500 mm y con una rotación de 40 rev/min. El tambor se cubre con un papel abrasivo estándar. Después que la pieza ha hecho un recorrido de 40 mm, el cual corresponde a 84 revoluciones, la pieza es removida del cabezal. En casos especiales donde la pérdida de masa sea superior a 600 mg en los40 m, la corrida debe reducirse a los 20 m y el resultado deberá multiplicarse por dos. La pieza de ensayo es pesada antes y después de la corrida. La pérdida de peso es convertida a pérdida volumétrica dividiéndola por la densidad del material. Se deben hacer tres corridas a la temperatura del laboratorio y se saca el promedio entre estas lecturas. Para obviar la dificultad de mantener las condiciones de ensayo consistentes, los ensayos son relacionados a los obtenidos con un caucho estándar. Se utilizan dos fórmulas para expresar los resultados. Uno cuando se expresan como pérdida de volumen y el otro cuando se expresa como índice de resistencia a la abrasión. Las dos fórmulas son:

Notas: 1. Esta fórmula requiere una carga de 10N y la pieza de ensayo no debe rotar. 2. la resistencia a la abrasión es el recíproco de la pérdida volumétrica.

Otros abrasímetros. El abrasímetro Akron, en el cual los resultados son comparados con un compuesto patrón y son expresados como un índice de abrasión. Los métodos estándar para el ensayo son especificados en las normas ASTMD394 y la BS 903: parte A9. FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

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El abrasímetro Dunlop, en el cual la máquina y el método de preparación de la pieza de ensayo son muy complicados, además que este abrasímetro no está cubierto por ninguna norma estándar. El abrasímetro Du Pont, en el cual la resistencia a la abrasión es calculada por la pérdida de peso después de un número específico de revoluciones en un disco abrasivo, y se expresa como un índice de resistencia a la abrasión. Las normas empleadas son la ASTM D394 y la BS 903: parte A9. El abrasímetro de la National Bureau of Standards (NBS), en el cual los resultados obtenidos son comparados con una muestra patrón. La norma que cubre este ensayo es la ASTM D1630. El Abrasímetro Pico, en el cual los resultados se expresan como un índice de resistencia a la abrasión. La norma empleada es la ASTM D2228. El abrasímetro Taber, especialmente fabricado para realizar ensayos de abrasión sobre capas o fibras textiles. Los métodos de ensayo son cubiertos por las normas ISO 5470, ASTM D3389 y la BS 903: parte A9.

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