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P á g . 1
E l a t a q u e p o r s u l f a t o s e s t á
c o n s i d e r a d o c o m o u n a d e l a s
c a u s a s d e d e t e r i o r o p r e m a t u r o
m á s f r e c u e n t e s e n e s t r u c t u r a s
d e h o r m i g ó n a r m a d o , j u n t o a l a
r e a c c i ó n á l c a l i - s í l i c e y a l a
c o r r o s i ó n d e a r m a d u r a s . S i b i e n
l o s p r i m e r o s e s t u d i o s d e
c o r r o s i ó n p o r s u l f a t o s a l
h o r m i g ó n s e r e m o n t a n a
p r i n c i p i o s d e 1 9 0 0 , a ú n s e e s t a
l e j o s d e e n t e n d e r l o s
p a r á m e t r o s q u e r i g e n e s t e t i p o
d e p a t o l o g í a y c o n t i n u a m e n t e
n u e v a s i n v e s t i g a c i o n e s a p o r t a n
l u z a c e r c a d e l o s d i f e r e n t e s
t i p o s d e a t a q u e y l a s m e d i d a s
p r e v e n t i v a s q u e s o n i n d i c a d a s
p a r a e v i t a r l o s d e t e r i o r o s e n e l
h o r m i g ó n .
R e c i e n t e m e n t e , s e a b r i ó u n
n u e v o c a p í t u l o e n e s t a
p r o b l e m á t i c a , c o n l a
i n c o r p o r a c i ó n d e l a n á l i s i s y
RESUMEN
N° 9:N° 9:Ing. Guillermo Di Pace, Luis Octavio YepesConsultores Internacionales en Tecnología del Concreto y del CementoIng. Guillermo Di Pace, Luis Octavio YepesConsultores Internacionales en Tecnología del Concreto y del Cemento
RESUMENRESUMEN
l a p r e d i c c i ó n d e l a v i d a ú t i l
r e s i d u a l d e e s t r u c t u r a s
s o m e t i d a s a a t a q u e p o r s u l f a t o s ,
c o m o u n a h e r r a m i e n t a e f i c a z e n
l a t o m a d e d e c i s i o n e s a c e r c a d e l
t i p o , p r o f u n d i d a d y a l c a n c e d e l a
r e p a r a c i ó n o p r o t e c c i ó n d e l a
e s t r u c t u r a d a ñ a d a , p a r a
m a x i m i z a r l a e f i c i e n c i a d e l o s
g a s t o s i n v o l u c r a d o s e n e l
a u m e n t o d e l a v i d a ú t i l d e l a
e s t r u c t u r a .
E n e l p r e s e n t e a r t í c u l o , s e
r e s u m e l o s m e c a n i s m o s d e l o s
p r i n c i p a l e s t i p o s d e a t a q u e p o r
s u l f a t o s e s t u d i a d o s ,
a n a l i z á n d o s e l o s m e c a n i s m o s d e
d e t e r i o r o a s o c i a d o s a c a d a c a s o .
S e g u i d a m e n t e s e a p l i c a n e s t o s
c o n c e p t o s a l o s d i f e r e n t e s t i p o s
d e c e m e n t o t a n t o P o r t l a n d o
c e m e n t o s a d i c i o n a d o s y a l a s
p r o p i e d a d e s d e l h o r m i g ó n , p a r a
a n a l i z a r c u á l e s s o n l o s c e m e n t o s
Ataque de sulfatos a los
compuestos cementicios
E l a t a q u e p o r s u l f a t o s e s t á
c o n s i d e r a d o c o m o u n a d e l a s
c a u s a s d e d e t e r i o r o p r e m a t u r o
m á s f r e c u e n t e s e n e s t r u c t u r a s
d e h o r m i g ó n a r m a d o , j u n t o a l a
r e a c c i ó n á l c a l i - s í l i c e y a l a
c o r r o s i ó n d e a r m a d u r a s . S i b i e n
l o s p r i m e r o s e s t u d i o s d e
c o r r o s i ó n p o r s u l f a t o s a l
h o r m i g ó n s e r e m o n t a n a
p r i n c i p i o s d e 1 9 0 0 , a ú n s e e s t a
l e j o s d e e n t e n d e r l o s
p a r á m e t r o s q u e r i g e n e s t e t i p o
d e p a t o l o g í a y c o n t i n u a m e n t e
n u e v a s i n v e s t i g a c i o n e s a p o r t a n
l u z a c e r c a d e l o s d i f e r e n t e s
t i p o s d e a t a q u e y l a s m e d i d a s
p r e v e n t i v a s q u e s o n i n d i c a d a s
p a r a e v i t a r l o s d e t e r i o r o s e n e l
h o r m i g ó n .
R e c i e n t e m e n t e , s e a b r i ó u n
n u e v o c a p í t u l o e n e s t a
p r o b l e m á t i c a , c o n l a
i n c o r p o r a c i ó n d e l a n á l i s i s y
l a p r e d i c c i ó n d e l a v i d a ú t i l
r e s i d u a l d e e s t r u c t u r a s
s o m e t i d a s a a t a q u e p o r s u l f a t o s ,
c o m o u n a h e r r a m i e n t a e f i c a z e n
l a t o m a d e d e c i s i o n e s a c e r c a d e l
t i p o , p r o f u n d i d a d y a l c a n c e d e l a
r e p a r a c i ó n o p r o t e c c i ó n d e l a
e s t r u c t u r a d a ñ a d a , p a r a
m a x i m i z a r l a e f i c i e n c i a d e l o s
g a s t o s i n v o l u c r a d o s e n e l
a u m e n t o d e l a v i d a ú t i l d e l a
e s t r u c t u r a .
E n e l p r e s e n t e a r t í c u l o , s e
r e s u m e l o s m e c a n i s m o s d e l o s
p r i n c i p a l e s t i p o s d e a t a q u e p o r
s u l f a t o s e s t u d i a d o s ,
a n a l i z á n d o s e l o s m e c a n i s m o s d e
d e t e r i o r o a s o c i a d o s a c a d a c a s o .
S e g u i d a m e n t e s e a p l i c a n e s t o s
c o n c e p t o s a l o s d i f e r e n t e s t i p o s
d e c e m e n t o t a n t o P o r t l a n d o
c e m e n t o s a d i c i o n a d o s y a l a s
p r o p i e d a d e s d e l h o r m i g ó n , p a r a
a n a l i z a r c u á l e s s o n l o s c e m e n t o s
P á g . 2
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
ANTECETENDES1.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
más convenientes para resistir los
diferentes tipos de ataque y las medidas
constructivas adecuadas a cada caso.
Por último se reseñan las
investigaciones recientes llevadas a
cabo en la Universidad de Texas,
(Austin) la Universidad Nacional de La
Plata (Argentina) y la Universidad
Santiago de Guayaquil ( Ecuador)
aparecen cementos altamente
resistentes a los sulfatos o
moderadamente resistentes a los
sulfatos, según la intensidad de la
agresión. Más recientemente, aparecen
para el mismo fin, cementos con
adiciones hidráulicamente activas
(puzolanas, cenizas volantes, escoria de
alto horno, microsílice, etc.) También
los diferentes códigos de edificación
como el ACI 318 o el INEN especifican
condiciones técnicas a cumplir por el
hormigón, como la relación
agua/cemento máxima, contenido de
cemento mínimo, etc.
Lamentablemente, estas
especificaciones, por carecer de un
sustento científico exacto por lo ya
apuntado, han servido en la práctica
para mitigar el daño , pero no para
evitarlo completamente. Muchas
veces, por razones de incertidumbre o
ignorancia, las especificaciones de las
obras han sido en exceso conservadoras
impactando negativamente en el costo
de la construcción y sin lograr una
mejora en la durabilidad de las
estructuras sometidas al ataque por
sulfatos.
Esta investigación intenta llenar el
bache del conocimiento que permita
ASAS
El ataque por sulfatos a la pasta
cementicia es la principal causa de
deterioro de las estructuras de
hormigón en todo el mundo. El sulfato
puede provenir de suelos y aguas
contaminadas, antiguos depósitos de
yeso (sulfato de calcio) o en las zonas
costeras y estructuras al exterior del
agua de mar. Por su importancia , este
fenómeno es uno de los más estudiados
desde principios del siglo XX por los
principales investigadores e
instituciones del mundo. Sin embargo,
se está aún bastante lejos de encontrar
una solución integral al problema. El
avance de las investigaciones motivó la
aparición de cementos especiales para
mitigar el deterioro del hormigón
atacado por sulfatos. Es así como
APARECEN
ANTECETENDES1. ANTECETENDES1.
más convenientes para resistir los
diferentes tipos de ataque y las medidas
constructivas adecuadas a cada caso.
Por último se reseñan las
investigaciones recientes llevadas a
cabo en la Universidad de Texas,
(Austin) la Universidad Nacional de La
Plata (Argentina) y la Universidad
Santiago de Guayaquil ( Ecuador)
El ataque por sulfatos a la pasta
cementicia es la principal causa de
deterioro de las estructuras de
hormigón en todo el mundo. El sulfato
puede provenir de suelos y aguas
contaminadas, antiguos depósitos de
yeso (sulfato de calcio) o en las zonas
costeras y estructuras al exterior del
agua de mar. Por su importancia , este
fenómeno es uno de los más estudiados
desde principios del siglo XX por los
principales investigadores e
instituciones del mundo. Sin embargo,
se está aún bastante lejos de encontrar
una solución integral al problema. El
avance de las investigaciones motivó la
aparición de cementos especiales para
mitigar el deterioro del hormigón
atacado por sulfatos. Es así como
APARECEN
aparecen cementos altamente
resistentes a los sulfatos o
moderadamente resistentes a los
sulfatos, según la intensidad de la
agresión. Más recientemente, aparecen
para el mismo fin, cementos con
adiciones hidráulicamente activas
(puzolanas, cenizas volantes, escoria de
alto horno, microsílice, etc.) También
los diferentes códigos de edificación
como el ACI 318 o el INEN especifican
condiciones técnicas a cumplir por el
hormigón, como la relación
agua/cemento máxima, contenido de
cemento mínimo, etc.
Lamentablemente, estas
especificaciones, por carecer de un
sustento científico exacto por lo ya
apuntado, han servido en la práctica
para mitigar el daño , pero no para
evitarlo completamente. Muchas
veces, por razones de incertidumbre o
ignorancia, las especificaciones de las
obras han sido en exceso conservadoras
impactando negativamente en el costo
de la construcción y sin lograr una
mejora en la durabilidad de las
estructuras sometidas al ataque por
sulfatos.
Esta investigación intenta llenar el
bache del conocimiento que permita
ASAS
P á g . 3
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
analizar las causas de deterioro
prematuro de las estructuras por acción
de los sulfatos o del agua de mar, de esta
manera se estima con mayor exactitud
la vida útil residual de las estructuras y
la necesidad de repararlas y
construirlas .
Si se puede modelar el grado de
deterioro de una estructura sometida a
ataque por sulfatos o agua de mar, se
podrá acertar en la vida útil residual de
la misma y en la necesidad o no de su
reparación, así como en los métodos
más adecuados para repararla. Las
técnicas usadas hasta el día de hoy para
este fin son insuficientes. Por ejemplo,
el indicador universalmente aceptado
para medir el deterioro de un hormigón
por sulfatos es el alargamiento sufrido
que tienen las probetas de mortero
cementicio sometidas a un ambiente
rico en sulfatos. Obviamente esta
técnica es tan solo predictiva y permite
evaluar al cemento a ser utilizado en
una obra nueva pero no puede ser
aplicada a estructuras ya construídas.
La introducción hace 20 años atrás de la
mecánica de fractura de los materiales
en el hormigón, abrió un nuevo campo
de investigación y nuevas posibilidades
de abordar este problema. Hubo que
esperar hasta mediados de la década del
90 para que las Cátedras más
prestigiosas de las Universidades
líderes en Ingeniería Civil del mundo,
incorporen la enseñanza de Mecánica
de Fractura en el Hormigón a los cursos
tanto de grado como de postgrado. Con
esta incorporación se logró un avance
sustancial en la incorporación de estas
modernas tecnologías y en su difusión
masiva. De la mano de ello, los
diferentes organismos científicos y
asociaciones profesionales están
trabajando en técnicas de ensayo
adecuadas que permitan la aplicación
de la moderna mecánica de fractura en
el hormigón al estudio de las causas de
deterioro del mismo.
Paralelamente, a la aplicación de la
mecánica de fractura al hormigón, las
técnicas internacionales de estudio de
este material deteriorado han llevado al
desarrollo y uso de técnicas cada vez
más complejas para medir la
permeabilidad del hormigón.
Se probó inicialmente con la medición
de la permeabilidad al agua a alta
presión y a diferentes gases, pero hoy en
día existen métodos de medición de la
permeabilidad
Se probó inicialmente con la medición
de la permeabilidad al agua a alta
presión y a diferentes gases, pero hoy en
día existen métodos de medición de la
permeabilidad
analizar las causas de deterioro
prematuro de las estructuras por acción
de los sulfatos o del agua de mar, de esta
manera se estima con mayor exactitud
la vida útil residual de las estructuras y
la necesidad de repararlas y
construirlas .
La introducción hace 20 años atrás de la
mecánica de fractura de los materiales
en el hormigón, abrió un nuevo campo
de investigación y nuevas posibilidades
de abordar este problema. Hubo que
esperar hasta mediados de la década del
90 para que las Cátedras más
prestigiosas de las Universidades
líderes en Ingeniería Civil del mundo,
incorporen la enseñanza de Mecánica
de Fractura en el Hormigón a los cursos
tanto de grado como de postgrado. Con
esta incorporación se logró un avance
sustancial en la incorporación de estas
modernas tecnologías y en su difusión
masiva. De la mano de ello, los
diferentes organismos científicos y
asociaciones profesionales están
trabajando en técnicas de ensayo
adecuadas que permitan la aplicación
de la moderna mecánica de fractura en
el hormigón al estudio de las causas de
deterioro del mismo.
Si se puede modelar el grado de
deterioro de una estructura sometida a
ataque por sulfatos o agua de mar, se
podrá acertar en la vida útil residual de
la misma y en la necesidad o no de su
reparación, así como en los métodos
más adecuados para repararla. Las
técnicas usadas hasta el día de hoy para
este fin son insuficientes. Por ejemplo,
el indicador universalmente aceptado
para medir el deterioro de un hormigón
por sulfatos es el alargamiento sufrido
que tienen las probetas de mortero
cementicio sometidas a un ambiente
rico en sulfatos. Obviamente esta
técnica es tan solo predictiva y permite
evaluar al cemento a ser utilizado en
una obra nueva pero no puede ser
aplicada a estructuras ya construídas.
Paralelamente, a la aplicación de la
mecánica de fractura al hormigón, las
técnicas internacionales de estudio de
este material deteriorado han llevado al
desarrollo y uso de técnicas cada vez
más complejas para medir la
permeabilidad del hormigón.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 4
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
permeabilidad al aire que pueden ser
aplicadas a estructuras construídas y
sometidas a deterioro.
Este proyecto de investigación intenta
validar las hipótesis de aplicabilidad de
la mecánica de fractura del hormigón
para evaluar el daño por acción de
sulfatos y agua de mar de estructuras de
hormigón y correlacionar estos
resultados con la medición de la
permeabilidad al aire del hormigón de
recubrimiento de estas estructuras.
Esto permitirá una estimación racional
de la vida útil residual de la estructura
en proceso de deterioro para determinar
la política más acertada de reparación
de las mismas.
patrón de fisuración. Esto puede llevar a
mejores estimaciones de la vida de
servicio residual de estructuras
dañadas. Esta aproximación fue
aplicada por el Asesor del Proyecto con
buenos resultados hace varios años al
ataque por sulfatos y al deterioro de
hormigón en contacto con agua de mar
(1). Más recientemente, el profesor
Swamy (2) aplicó exitosamente técnicas
no destructivas (ultrasonido) relativas a
la detección de fisuras para monitorear
el deterioro del hormigón debido a la
reacción álcali-sílice. En este año 2002,
el Asesor del Proyecto concluyó
exitosamente un proyecto de
investigación donde se ha utilizado la
Fracto Mecánica para evaluar el daño a
estructuras de hormigón causado por la
formación de etringita secundaria que
origina un mecanismo de agresión
idéntico a la agresión de sulfatos o
ataque de agua de mar .
2. MECÁNICA DE FRACTURA
DEL HORMIGÓN
2. MECÁNICA DE FRACTURA
DEL HORMIGÓN
2. MECÁNICA DE FRACTURA
DEL HORMIGÓN
Si se pueden desarrollar métodos
simples de ensayo que provean valores
consistentes de parámetros de Fracto-
Mecánica en elementos de hormigón
dañados por la formación de etringita
secundaria, entonces podríamos
complementar datos de expansión con
otros indicadores mejor relacionados
con la capacidad de carga remanente de
la estructura de hormigón y con el
proceso
Si se pueden desarrollar métodos
simples de ensayo que provean valores
consistentes de parámetros de Fracto-
Mecánica en elementos de hormigón
dañados por la formación de etringita
secundaria, entonces podríamos
complementar datos de expansión con
otros indicadores mejor relacionados
con la capacidad de carga remanente de
la estructura de hormigón y con el
proceso
Los sulfatos provenientes del agua de
mar o como contaminantes en suelos y
aguas en contacto con las estructuras de
hormigón, reaccionan con los
aluminatos presentes en la pasta de
cemento endurecida lo cual produce la
formación de sulfoaluminatos.
permeabilidad al aire que pueden ser
aplicadas a estructuras construídas y
sometidas a deterioro.
Este proyecto de investigación intenta
validar las hipótesis de aplicabilidad de
la mecánica de fractura del hormigón
para evaluar el daño por acción de
sulfatos y agua de mar de estructuras de
hormigón y correlacionar estos
resultados con la medición de la
permeabilidad al aire del hormigón de
recubrimiento de estas estructuras.
Esto permitirá una estimación racional
de la vida útil residual de la estructura
en proceso de deterioro para determinar
la política más acertada de reparación
de las mismas.
patrón de fisuración. Esto puede llevar a
mejores estimaciones de la vida de
servicio residual de estructuras
dañadas. Esta aproximación fue
aplicada por el Asesor del Proyecto con
buenos resultados hace varios años al
ataque por sulfatos y al deterioro de
hormigón en contacto con agua de mar
(1). Más recientemente, el profesor
Swamy (2) aplicó exitosamente técnicas
no destructivas (ultrasonido) relativas a
la detección de fisuras para monitorear
el deterioro del hormigón debido a la
reacción álcali-sílice. En este año 2002,
el Asesor del Proyecto concluyó
exitosamente un proyecto de
investigación donde se ha utilizado la
Fracto Mecánica para evaluar el daño a
estructuras de hormigón causado por la
formación de etringita secundaria que
origina un mecanismo de agresión
idéntico a la agresión de sulfatos o
ataque de agua de mar .
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
Los sulfatos provenientes del agua de
mar o como contaminantes en suelos y
aguas en contacto con las estructuras de
hormigón, reaccionan con los
aluminatos presentes en la pasta de
cemento endurecida lo cual produce la
formación de sulfoaluminatos.
P á g . 5
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
Esta sal llamada etringita secundaria
tiene un gran poder de absorción de
agua y en presencia de humedad
aumenta varias veces su volumen,
originando tensiones en el seno de la
masa de hormigón que pueden conducir
a la fisuración e incluso la destrucción
de esta.
considerar al elemento de hormigón
estructural como sujeto a un estado
elástico, con la zona del vértice de la
fisura (siempre y cuando su dimensión
sea despreciable respecto de la
dimensión del elemento de hormigón)
al estado plástico. Con esta suposición
se puede aplicar la Mecánica de
Fractura Elástica Lineal, que es mucho
más sencilla. La figura 3 muestra la
distribución de tensiones cerca del
vértice de la fisura.
La etringita secundaria se nucleará
presumiblemente en el vértice de las
zonas fisuradas (3) (4) y no en las zonas
planas. Si las condiciones son
adecuadas, la nucleación de etringita
continuará y se desarrollarán tensiones
en o cerca de los vértices de las fisuras
(figura 1). Si la energía disponible (del
aumento de tensión en el vértice de la
fisura mas la energía liberada en la zona
de fisura - figura 2) excede de cierto
valor crítico, la fisura se propagará.
Este valor característico de la matriz
del material es:
Gf = Energía Especifica de Fractura
(energía necesaria para abrir una fisura
de área unitaria)
Esta sal llamada etringita secundaria
tiene un gran poder de absorción de
agua y en presencia de humedad
aumenta varias veces su volumen,
originando tensiones en el seno de la
masa de hormigón que pueden conducir
a la fisuración e incluso la destrucción
de esta.
Gf = Energía Específica de Fractura
(energía necesaria para abrir una fisura
de área unitaria)
La fractura del elemento ocurrirá
comenzando en la fisura predominante,
cuando la energía liberada en la zona de
fisura excede Gf. Desde el punto de
vista de las tensiones, podemos
sddsfdsfsdf
La fractura del elemento ocurrirá
comenzando en la fisura predominante,
cuando la energía liberada en la zona de
fisura excede Gf. Desde el punto de
vista de las tensiones, podemos
sddsfdsfsdf
Donde K1 es el factor de intensidad de
tensiones.
Al ocurrir la fractura, K1 tiende a K1C
que es llamado Tenacidad a la Fractura,
característica del material. La
Tenacidad a la Fractura y la Energía
Específica de Fractura están
relacionadas por medio de la ecuación
[2].
Si r ➡ 0, luego ƒ (r) ➡ ∞Si r ➡ 0, luego ƒ (r) ➡ ∞
. f (geometría) (1) . f (geometría) (1)
(2)(2)
E’ es el Módulo Efectivo; E’ = E
(Módulo de Young) para Tensiones
Planas o
(3)(3)
E’ es el Módulo Efectivo; E’ = E
(Módulo de Young) para Tensiones
Planas o
La etringita secundaria se nucleará
presumiblemente en el vértice de las
zonas fisuradas (3) (4) y no en las zonas
planas. Si las condiciones son
adecuadas, la nucleación de etringita
continuará y se desarrollarán tensiones
en o cerca de los vértices de las fisuras
(figura 1). Si la energía disponible (del
aumento de tensión en el vértice de la
fisura mas la energía liberada en la zona
de fisura - figura 2) excede de cierto
valor crítico, la fisura se propagará.
Este valor característico de la matriz
del material es:
considerar al elemento de hormigón
estructural como sujeto a un estado
elástico, con la zona del vértice de la
fisura (siempre y cuando su dimensión
sea despreciable respecto de la
dimensión del elemento de hormigón)
al estado plástico. Con esta suposición
se puede aplicar la Mecánica de
Fractura Elástica Lineal, que es mucho
más sencilla. La figura 3 muestra la
distribución de tensiones cerca del
vértice de la fisura.
Donde K1 es el factor de intensidad de
tensiones.
Al ocurrir la fractura, K1 tiende a K1C
que es llamado Tenacidad a la Fractura,
característica del material. La
Tenacidad a la Fractura y la Energía
Específica de Fractura están
relacionadas por medio de la ecuación
[2].
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 6
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
Para deformaciones Planas; ν: Módulo
de Poisson.
K1C puede ser medido mediante
técnicas de laboratorio como Bazant,
Z.P. y Planas, J. (1998) RILEM (1989).
K1C está fuertemente influenciado por
el efecto tamaño y se debe hacer una
gran cantidad de ensayos con probetas
de diferentes tamaños, pero para un
caso particular podemos también
obtener un valor particular de K1C que
será valido mientras no cambiemos el
dispositivo de ensayo o la forma y
tamaño de la probeta. En dicho caso,
K1C se transforma en K1NU, llamado
Tenacidad de Fractura Aparente.
En un escenario más realista la zona
plástica puede ser pequeña, pero no
despreciable. La Mecánica de Fractura
Elástica Lineal ya no será válida en esa
zona, donde tiene lugar la fisuración y el
patrón de fisuración es azaroso y no
puede ser modelado en forma
confiable. Pero con un error pequeño
Bazant, Z.P. y Planas, J. (1998) para
describir el efecto debido al cuadro de
fisuración real, podemos imaginar una
Extensión de Fisura Equivalente que
responda a la Mecánica de Fractura
Elástica Lineal.
(4)(4)
Por otra parte, al progresar el deterioro,
el cuadro de fisuración se va a
incrementar y por lo tanto se va a
reducir la Velocidad de Pulso
Ultrasónico y va a aumentar la longitud
de las probetas de hormigón.
Se buscará correlacionar todas estas
variables con los cambios previsibles en
la permeabilidad al aire de los
elementos de hormigón, debidos al
aumento de la fisuración de la
estructura.
Con todo ello, se formulará un modelo
numérico de predicción de la vida útil
que servirá para estimar la conveniencia
y profundidad de una eventual
reparación, como el ejemplificado en la
figura 5. En caso de decidirse esta
reparación, este mismo modelo servirá
para monitorear el desempeño de la
estructura en el tiempo (9).
Para deformaciones Planas; ν: Módulo
de Poisson.
: Extensión Crítica de Fisura
: Longitud de Fisura Equivalente
: Longitud de Fisura Inicial.
Donde:
Equivalente
: Extensión Crítica de Fisura
: Longitud de Fisura Equivalente
: Longitud de Fisura Inicial.
Donde:
Equivalente
tamaño de la probeta. En dicho caso,
K1C se transforma en K1NU, llamado
Tenacidad de Fractura Aparente.
En un escenario más realista la zona
plástica puede ser pequeña, pero no
despreciable. La Mecánica de Fractura
Elástica Lineal ya no será válida en esa
zona, donde tiene lugar la fisuración y el
patrón de fisuración es azaroso y no
puede ser modelado en forma
confiable. Pero con un error pequeño
Bazant, Z.P. y Planas, J. (1998) para
describir el efecto debido al cuadro de
fisuración real, podemos imaginar una
Extensión de Fisura Equivalente que
responda a la Mecánica de Fractura
Elástica Lineal.
K1C puede ser medido mediante
técnicas de laboratorio como Bazant,
Z.P. y Planas, J. (1998) RILEM (1989).
K1C está fuertemente influenciado por
el efecto tamaño y se debe hacer una
gran cantidad de ensayos con probetas
de diferentes tamaños, pero para un
caso particular podemos también
obtener un valor particular de K1C que
será valido mientras no cambiemos el
dispositivo de ensayo o la forma y
Por otra parte, al progresar el deterioro,
el cuadro de fisuración se va a
incrementar y por lo tanto se va a
reducir la Velocidad de Pulso
Ultrasónico y va a aumentar la longitud
de las probetas de hormigón.
Se buscará correlacionar todas estas
variables con los cambios previsibles en
la permeabilidad al aire de los
elementos de hormigón, debidos al
aumento de la fisuración de la
estructura.
Con todo ello, se formulará un modelo
numérico de predicción de la vida útil
que servirá para estimar la conveniencia
y profundidad de una eventual
reparación, como el ejemplificado en la
figura 5. En caso de decidirse esta
reparación, este mismo modelo servirá
para monitorear el desempeño de la
estructura en el tiempo (9).
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 7
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
Figura 1. Formación de la sal de
etringita en los vértices de las fisuras
Figura 2. Mecánica de fractura del
hormigón
Figura 3. Concentración de
tensiones en el vértice de la fisura
Figura 1. Formación de la sal de
etringita en los vértices de las fisuras
Figura 2. Mecánica de fractura del
hormigón
Figura 3. Concentración de
tensiones en el vértice de la fisura
Figura 4: Método Bazant-RILEM de
ensayo fracto-mecánico
Figura 4: Método Bazant-RILEM de
ensayo fracto-mecánico
Figura 5: Factor de Degradación del
Hormigón
3. OBJETIVOS3. OBJETIVOS3. OBJETIVOS
Esta investigación intenta llenar el
bache del conocimiento que permita
analizar las causas de deterioro
prematuro de las estructuras por acción
de los sulfatos o del agua de mar, lo
cual permite estimar con mayor
exactitud la vida útil residual de las
estructuras y la necesidad o no de
reparación y reconstrucción.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
Figura 5: Factor de Degradación del
Hormigón
3. OBJETIVOS3. OBJETIVOS3. OBJETIVOS
Esta investigación intenta llenar el
bache del conocimiento que permita
analizar las causas de deterioro
prematuro de las estructuras por acción
de los sulfatos o del agua de mar, lo
cual permite estimar con mayor
exactitud la vida útil residual de las
estructuras y la necesidad o no de
reparación y reconstrucción.
P á g . 8
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
al aire del hormigón de recubrimiento.
3.3. Establecer un modelo de predicción
de vida útil residual de la estructura
sometida al ataque (9).
3.4. Adecuar los requisitos del código de
edificación INEN para asegurar una
vida útil adecuada a las estructuras,
teniendo en cuenta el clima y los
materiales del Ecuador.
3.5. Adecuar las normas INEN de
cementos para que se fabriquen en
Ecuador brinden
las prestaciones necesarias y aseguren
una vida útil adecuada a las estructuras
o los producto de reparación de
estructuras en contacto con agua de mar
o sometidas a ataque de sulfatos.
4. METODOLOGÍA4. METODOLOGÍA4. METODOLOGÍA
4.1. Se realizó una búsqueda
bibliográfica internacional para
considerar los últimos avances en el
tema. Se usaron al efecto el
Engineering Index y la Base de Datos
del Texas Department of
Transportation (Tex-Dot).
4.2. Se obtuvieron muestras de dos
cementos de producción del Ecuador,
uno de alto aluminato y otro de bajo
alumi
3.1. Desarrollar parámetros de Fracto-
Mecánica (K1C y �aec) para evaluar el
cuadro de situación de una estructura
de hormigón afectada por sulfatos (en
el terreno, agua de contacto o agua de
mar).
3.2. Correlacionar los parámetros
Fracto-mecánicos con la Velocidad de
Pulso Ultrasónico, el alargamiento de
probetas moldeadas y la permeabilidad
GGH
aluminato y muestra de los dos
agregados más usuales. Considerando
las propiedades de la costa de Ecuador,
se eligió una muestra de caliza y una
muestra de basalto, provenientes de
Guayaquil.
4.3. Se dosificaron hormigones usando
los dos cementos y los dos agregados.
4.4. Se diseñó un método acelerado para
producir el ataque por sulfatos y agua de
mar de las probetas de hormigón. El
método consistió en la construcción de 6
recipientes de plástico, aislados
térmicamente, en los que se hicieron 3
soluciones: agua de mar, proveniente de
la ciudad de salinas , agua sulfatada con
agregado de sulfato de Sodio al 5% y
agua pura.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
3.1. Desarrollar parámetros de Fracto-
Mecánica (K1C y �aec) para evaluar el
cuadro de situación de una estructura
de hormigón afectada por sulfatos (en
el terreno, agua de contacto o agua de
mar).
3.2. Correlacionar los parámetros
Fracto-mecánicos con la Velocidad de
Pulso Ultrasónico, el alargamiento de
probetas moldeadas y la permeabilidad
GGHal aire del hormigón de recubrimiento.
3.3. Establecer un modelo de predicción
de vida útil residual de la estructura
sometida al ataque (9).
3.4. Adecuar los requisitos del código de
edificación INEN para asegurar una
vida útil adecuada a las estructuras,
teniendo en cuenta el clima y los
materiales del Ecuador.
3.5. Adecuar las normas INEN de
cementos para que se fabriquen en
Ecuador brinden
las prestaciones necesarias y aseguren
una vida útil adecuada a las estructuras
o los producto de reparación de
estructuras en contacto con agua de mar
o sometidas a ataque de sulfatos.
4.1. Se realizó una búsqueda
bibliográfica internacional para
considerar los últimos avances en el
tema. Se usaron al efecto el
Engineering Index y la Base de Datos
del Texas Department of
Transportation (Tex-Dot).
4.2. Se obtuvieron muestras de dos
cementos de producción del Ecuador,
uno de alto aluminato y otro de bajo
alumi
aluminato y muestra de los dos
agregados más usuales. Considerando
las propiedades de la costa de Ecuador,
se eligió una muestra de caliza y una
muestra de basalto, provenientes de
Guayaquil.
4.3. Se dosificaron hormigones usando
los dos cementos y los dos agregados.
4.4. Se diseñó un método acelerado para
producir el ataque por sulfatos y agua de
mar de las probetas de hormigón. El
método consistió en la construcción de 6
recipientes de plástico, aislados
térmicamente, en los que se hicieron 3
soluciones: agua de mar, proveniente de
la ciudad de salinas , agua sulfatada con
agregado de sulfato de Sodio al 5% y
agua pura.
P á g . 9
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
4.5.1. Parámetros Fracto-Mecánicos
(K1C y ) usando el método
Bazant-Rilem (5)(7), sintetizado en la
figura 4.
4.5.2. Velocidad de Pulso Ultrasónico
Las probetas fueron moldeadas y
sumergidas en agua a 23 °C durante 7
días y luego colocadas en los baños
durante 6 meses. Para acelerar el
proceso de deterioro, los baños fueron
mantenidos a 40 °C.
4.5. Sobre las probetas se hicieron los
siguientes ensayos:
Longitudinal ASTM C 597-97.
Longitudinal
5.1 Cementos
Se usaron dos cementos comerciales:
un cemento respondiendo a la Norma
5. MATERIALES
COMPONENTES Y
DOSIFICACIÓN DE LOS
HORMIGONES
5. MATERIALES
COMPONENTES Y
DOSIFICACIÓN DE LOS
HORMIGONES
5. MATERIALES
COMPONENTES Y
DOSIFICACIÓN DE LOS
HORMIGONES
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
ASTM C 150 Tipo II con C3A = 7,2% y
un cemento ASTM C 595 Tipo IP con
una adición aproximada de 20% de
Puzolana y clinker conteniendo 11,9%
de AC3.
5.2 Agregados
Se usaron dos diferentes tipos de
agregados. Un basalto triturado con
tamaños comprendidos entre 6 y 20
mm y una caliza triturada con tamaños
comprendidos entre 5 y 20 mm y
módulos de finura de 6.54 y 6.70
respectivamente. Se utilizó un único
tipo de agregado fino: una arena silícea
natural de módulo de finura de 1,82.
5.3 Proporciones de las mezclas
Todas las mezclas se trabajaron con la
misma dosificación, con contenidos de
cemento de 300 kg/m3, relación A/C
de 0,62 y un revenimiento (ASTM C 143)
de 100 + 20 mm. A efectos de obtener
siempre el mismo revenimiento sin
alterar la relación A/C se utilizó un
aditivo Sika ViscoCrete, con
propiedades de superplastificante a ser
usado en hormigón autocompactante.
4.5.3. Variación de Longitud ASTM C
490.
4.5.4. Permeabilidad al aire del
hormigón de revestimiento. Se
utilizó un permeabilímetro Torrent
de Proceq.
4.5.5. Ensayo de Resistencia.
4.5.1. Parámetros Fracto-Mecánicos
(K1C y ) usando el método
Bazant-Rilem (5)(7), sintetizado en la
figura 4.
4.5.2. Velocidad de Pulso Ultrasónico
Las probetas fueron moldeadas y
sumergidas en agua a 23 °C durante 7
días y luego colocadas en los baños
durante 6 meses. Para acelerar el
proceso de deterioro, los baños fueron
mantenidos a 40 °C.
4.5. Sobre las probetas se hicieron los
siguientes ensayos:
Longitudinal ASTM C 597-97.
Longitudinal
4.5.3. Variación de Longitud ASTM C
490.
4.5.4. Permeabilidad al aire del
hormigón de revestimiento. Se
utilizó un permeabilímetro Torrent
de Proceq.
4.5.5. Ensayo de Resistencia.
5.1 Cementos
Se usaron dos cementos comerciales:
un cemento respondiendo a la Norma
ASTM C 150 Tipo II con C3A = 7,2% y
un cemento ASTM C 595 Tipo IP con
una adición aproximada de 20% de
Puzolana y clinker conteniendo 11,9%
de AC3.
5.2 Agregados
Se usaron dos diferentes tipos de
agregados. Un basalto triturado con
tamaños comprendidos entre 6 y 20
mm y una caliza triturada con tamaños
comprendidos entre 5 y 20 mm y
módulos de finura de 6.54 y 6.70
respectivamente. Se utilizó un único
tipo de agregado fino: una arena silícea
natural de módulo de finura de 1,82.
5.3 Proporciones de las mezclas
Todas las mezclas se trabajaron con la
misma dosificación, con contenidos de
cemento de 300 kg/m3, relación A/C
de 0,62 y un revenimiento (ASTM C 143)
de 100 + 20 mm. A efectos de obtener
siempre el mismo revenimiento sin
alterar la relación A/C se utilizó un
aditivo Sika ViscoCrete, con
propiedades de superplastificante a ser
usado en hormigón autocompactante.
5. MATERIALES
COMPONENTES Y
DOSIFICACIÓN DE LOS
HORMIGONES
P á g . 1 0
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
6. ENSAYOS6. ENSAYOS6. ENSAYOS
6.1 Ciclo de Curado
En primer lugar , todos los especímenes
fueron curados en agua saturada de cal
a 23 °C durante 7 días. Luego de este
período , un tercio de todos los
especímenes fueron sumergidos dentro
de tanques plásticos con una solución
altamente sulfatada (5% deSO4Na2) a
40 °C + 1 °C; un tercio de los los
especímenes restantes fueron
sumergidos en las mismas condiciones
en agua de mar y los especímenes
sobrantes fueron sumergidos también
a 40 °C. El agua de mar recogida del
puerto de Salinas, Ecuador tiene la
siguiente composición:
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
SO4 – 2.7 kg/m3
Cl – 20 kg/m3
Na – 1.1 kg/m3
Mg – 1.4 kg/m3
K – 0.4 kg/m3
Todos los especímenes se mantuvieron
en estas condiciones hasta los ensayos
realizados a 30, 45, 90 y a los 180 de
inmersión.
6.1 Ciclo de Curado:
En primer lugar , todos los especímenes
fueron curados en agua saturada de cal
a 23 °C durante 7 días. Luego de este
período , un tercio de todos los
especímenes fueron sumergidos dentro
de tanques plásticos con una solución
altamente sulfatada (5% deSO4Na2) a
40 °C + 1 °C; un tercio de los los
especímenes restantes fueron
sumergidos en las mismas condiciones
en agua de mar y los especímenes
sobrantes fueron sumergidos también
a 40 °C. El agua de mar recogida del
puerto de Salinas, Ecuador tiene la
siguiente composición:
SO4 – 2.7 kg/m3
Cl – 20 kg/m3
Na – 1.1 kg/m3
Mg – 1.4 kg/m3
K – 0.4 kg/m3
Todos los especímenes se mantuvieron
en estas condiciones hasta los ensayos
realizados a 30, 45, 90 y a los 180 de
inmersión.
P á g . 1 1
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
Tabla 1 . Variación de LongitudTabla 1 . Variación de Longitud
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
6.2 Variación de Longitud (Δl / l)
El ensayo fue realizado de acuerdo con
ASTM C 490, con una precisión de =/-
0,02 %; los especimenes eran vigas de
100 x 100 x 200 mm. La Tabla 1 resume
los valores obtenidos de la variación de
longitud del hormigón a diferentes
edades. También se incluye una
fotografía del ensayo.
6.2 Variación de Longitud (Δl / l):
El ensayo fue realizado de acuerdo con
ASTM C 490, con una precisión de =/-
0,02 %; los especímenes eran vigas de
100 x 100 x 200 mm. La Tabla 1 resume
los valores obtenidos de la variación de
longitud del hormigón a diferentes
edades. También se incluye una
fotografía del ensayo.
P á g . 1 2
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
6.4 Tenacidad a la Fractura (K1NU)
La tenacidad aparente a la fractura
(K1NU) fue medida de acuerdo con el
método Bazant, adoptado por RILEM.
Los especimenes fueron vigas de 100 x
100 x 200 mm entallados 20 mm en el
centro. La velocidad de carga se
mantuvo constante para todos los los
ensayos, en un valor de 75 N /seg.
ensdfdfd
El esquema de disposición para este
ensayo está señalado en la fIgura 4, los
mismos que fueron realizados en el
Laboratorio de Estructuras de la
Facultad de Ingeniería. Para este caso
particular, de acuerdo a la figura 4, los
valores son los siguientes: B = 100 mm,
D = 100 mm y S = 170 mm. Para este
caso , resulta entonces:y
Donde:
es la tensión de rotura en el ensayo a
flexión.
Donde:
es la tensión de rotura en el ensayo a
flexión.
P: carga de rotura, S: separación entre
apoyos, B y D ancho y alto de la probeta
P: carga de rotura, S: separación entre
apoyos, B y D ancho y alto de la probeta
= a / D es la relación entre la entalla
y la altura de la probeta
α = a / D es la relación entre la entalla
y la altura de la probeta.
Tabla 2 . Velocidad de Pulso Ultrasónico
6.4 Tenacidad a la Fractura (K1NU):
La tenacidad aparente a la fractura
(K1NU) fue medida de acuerdo con el
método Bazant, adoptado por RILEM.
Los especímenes fueron vigas de 100 x
100 x 200 mm entallados 20 mm en el
centro. La velocidad de carga se
mantuvo constante para todos los los
ensayos, en un valor de 75 N /seg.
ensdfdfd
Tabla 2 . Velocidad de Pulso Ultrasónico
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
El esquema de disposición para este
ensayo está señalado en la fIgura 4, los
mismos que fueron realizados en el
Laboratorio de Estructuras de la
Facultad de Ingeniería. Para este caso
particular, de acuerdo a la figura 4, los
valores son los siguientes: B = 100 mm,
D = 100 mm y S = 170 mm. Para este
caso , resulta entonces:y
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TECNOLOGÍA PARA
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=P( ) es un polinomio de cuarto grado
que se deduce para cualquier relación de
a partir de dos relaciones establecidas:
S/D = ∞ y S/D = 4
α α
α
Por lo comentado hasta aquí se deduce
que podemos cuantificar el valor de
KINU
=P( ) es un polinomio de cuarto grado
que se deduce para cualquier relación de
a partir de dos relaciones establecidas:
S/D = ∞ y S/D = 4
K1NU a partir de un simple ensayo de
flexión con carga centrada. Los valores
de la Tabla 3 resumen los resultados
obtenidos en este ensayo, y se incluye
una fotografía del dispositivo de ensayo
usado.
Por lo comentado hasta aquí se deduce
que podemos cuantificar el valor de
KINU
K1NU a partir de un simple ensayo de
flexión con carga centrada. Los valores
de la Tabla 3 resumen los resultados
obtenidos en este ensayo, y se incluye
una fotografía del dispositivo de ensayo
usado.
Tabla 3 . Tenacidad a la Fractura y Longitud de Fisura EquivalenteTabla 3 . Tenacidad a la Fractura y Longitud de Fisura Equivalente
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 1 4
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
6.5 Longitud de Fisura Equivalente
El valor de K1NU depende del grado de
fisuración que posee la probeta al ser
ensayada. Para evaluar dicho grado de
fisuración se recurre al concepto de
extensión crítica efectiva de la fisura,
en el cual se supone que una fisura
ficticia equivale al cuadro de fisuración
del elemento ensayado. El planteo
matemático para este parámetro es el
siguiente:
: es la extensión crítica efectiva de
la fisura, : longitud de la fisura
equivalente y : es la longitud de la
fisura inicial que coincide con el valor
de la entalla de la probeta en el estado
inicial. El valor de se considera
nulo para las probetas en agua pura y se
midieron los valores correspondientes
para las probetas sumergidas en agua de
mar y alta concentración de sulfatos a
90 y 180 días. En la Tabla 3 se resumen
los resultados obtenidos.
6.5 Longitud de Fisura Equivalente:
El valor de K1NU depende del grado de
fisuración que posee la probeta al ser
ensayada. Para evaluar dicho grado de
fisuración se recurre al concepto de
extensión crítica efectiva de la fisura,
en el cual se supone que una fisura
ficticia equivale al cuadro de fisuración
del elemento ensayado. El planteo
matemático para este parámetro es el
siguiente:
para las probetas sumergidas en agua de
mar y alta concentración de sulfatos a
90 y 180 días. En la Tabla 3 se resumen
los resultados obtenidos.
: es la extensión crítica efectiva de
la fisura, : longitud de la fisura
equivalente y : es la longitud de la
fisura inicial que coincide con el valor
de la entalla de la probeta en el estado
inicial. El valor de se considera
nulo para las probetas en agua pura y se
midieron los valores correspondientes
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 1 5
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
6.6 Permeabilidad
Se moldearon cilindros de 150 X 300
mm de todas las mezclas, los mismos
que fueron curados en agua saturada de
cal durante 7 días. En ese momento se
cortaron rodajas con disco diamantado
de 100 mm de alto. Luego de esto, se
sumergieron los cilindros resultantes
de 100 mm de altura con 150 mm de
diámetro en las 3 soluciones de ensayo a
40°C. Luego de 90 y 180 días de
inmersión en esas condiciones, las
probetas fueron secadas en un horno
eléctrico a 50°C por una semana, hasta
asegurar la condición de secos. En esa
condición se realizó el ensayo de
permeabilidad al aire con el método
Torrent. Probetas similares de todas las
4 mezclas estudiadas fueron ensayadas
previamente a la inmersión en líquidos
agresivos, o sea se hizo el ensayo luego
de 7 días de curado normal y 7 días de
secado a 50°C. A pesar de que los
valores de permeabilidad susceptibles
de ser medidos por el permeabilímetro
Torrent son en general inferiores a los
correspondientes a las probetas de
ensayo, donde se buscó una alta
permeabilidad para acelerar el
deterioro, con el método señalado aún
se pueden obtener valores de
permeabilidad relativa, computando la
caída de presión obtenida en la celda
interna del equipo luego de 30 seg. de
comenzado el ensayo. La Tabla 4
resume los valores obtenidos
inicialmente y luego de 90 y 180 días de
exposición. También se incluye una
fotografía del ensayo. se
Tabla 4. Permeabilímetro al Aire Torrent y Resistencia a Comprensión Tabla 4. Permeabilímetro al Aire Torrent y Resistencia a Comprensión
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
6.6 Permeabilidad
Se moldearon cilindros de 150 X 300
mm de todas las mezclas, los mismos
que fueron curados en agua saturada de
cal durante 7 días. En ese momento se
cortaron rodajas con disco diamantado
de 100 mm de alto. Luego de esto, se
sumergieron los cilindros resultantes
de 100 mm de altura con 150 mm de
diámetro en las 3 soluciones de ensayo a
40°C. Luego de 90 y 180 días de
inmersión en esas condiciones, las
probetas fueron secadas en un horno
eléctrico a 50°C por una semana, hasta
asegurar la condición de secos. En esa
condición se realizó el ensayo de
permeabilidad al aire con el método
Torrent. Probetas similares de todas las
4 mezclas estudiadas fueron ensayadas
previamente a la inmersión en líquidos
agresivos, o sea se hizo el ensayo luego
de 7 días de curado normal y 7 días de
secado a 50°C. A pesar de que los
valores de permeabilidad susceptibles
de ser medidos por el permeabilímetro
Torrent son en general inferiores a los
correspondientes a las probetas de
ensayo, donde se buscó una alta
permeabilidad para acelerar el
deterioro, con el método señalado aún
se pueden obtener valores de
permeabilidad relativa, computando la
caída de presión obtenida en la celda
interna del equipo luego de 30 seg. de
comenzado el ensayo. La Tabla 4
resume los valores obtenidos
inicialmente y luego de 90 y 180 días de
exposición. También se incluye una
fotografía del ensayo. se
P á g . 1 6
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
6.7 Resistencia a Compresión.
Se moldearon cilindros de 100 x 200
mm, los mismos que fueron curados
en agua saturada con cal a 7 días y a
23°C de temperatura. Luego de esto,
se los introdujo en los baños
previamente descritos y se los ensayo
a compresión según la Norma ASTM
C 42 a 180 días. La Tabla 4 resume los
valores obtenidos.
7. ESTUDIOS DE DIFRACCIÓN
DE RAYOS X Y DE
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA
DE BARRIDO.
Se realizaron ensayos de RX y de MEB
para corroborar la presencia de etringita
(AFt, C3A.3CF.32H) y de
monosulfoaluminato (AFm,
C3A.CF.12H). Para hacer estos ensayos
se eligieron 2 combinaciones:
A) hormigón de Cemento tipo II y
Basalto como agregado grueso,
sumergido 90 días en una solución de
alto contenido de sulfato a 40 °C.
B) hormigón de Cemento tipo 1P y
Basalto como agregado grueso,
sumergido 90 días en una solución de
agua de mar a 40 °C.
7.1 Difracción por Rayos X
Se utilizo un difractómetro Phillip PW
3710, con radiación CuKa . El barrido de
las muestras fue efectuado desde
3° hasta 70° 2 θ a una velocidad de 1.2
grados x min, para identificar los picos
máximos de la fase (9.1° 2 θ - d: 0.97
nm) y monosulfoaluminato (9.9° 2 θ - d:
0.89 nm).
7.2 Microscopio Electrónico de Barrido
Los especímenes fueron rotos y se
obtuvieron muestras de la interfase
pasta
Se realizaron ensayos de RX y de MEB
para corroborar la presencia de etringita
(AFt, C3A.3CF.32H) y de
monosulfoaluminato (AFm,
C3A.CF.12H). Para hacer estos ensayos
se eligieron 2 combinaciones:
A) hormigón de Cemento tipo II y
Basalto como agregado grueso,
sumergido 90 días en una solución de
alto contenido de sulfato a 40 °C.
B) hormigón de Cemento tipo 1P y
Basalto como agregado grueso,
sumergido 90 días en una solución de
agua de mar a 40 °C.
7.1 Difracción por Rayos X
Se utilizó un difractómetro Phillip PW
3710, con radiación CuKa . El barrido de
las muestras fue efectuado desde
3° hasta 70° 2 θ a una velocidad de 1.2
grados x min, para identificar los picos
máximos de la fase (9.1° 2 θ - d: 0.97
nm) y monosulfoaluminato (9.9° 2 θ - d:
0.89 nm).
7.2 Microscopio Electrónico de Barrido
Los especímenes fueron rotos y se
obtuvieron muestras de la interfase
pasta
6.7 Resistencia a Compresión.
Se moldearon cilindros de 100 x 200
mm, los mismos que fueron curados
en agua saturada con cal a 7 días y a
23°C de temperatura. Luego de esto,
se los introdujo en los baños
previamente descritos y se los ensayo
a compresión según la Norma ASTM
C 42 a 180 días. La Tabla 4 resume los
valores obtenidos.
7. ESTUDIOS DE DIFRACCIÓN
DE RAYOS X Y DE
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA
DE BARRIDO.
7. ESTUDIOS DE DIFRACCIÓN
DE RAYOS X Y DE
MICROSCOPIA ELECTRÓNICA
DE BARRIDO.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 1 7
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
pasta de cemento/agregado. Estas
muestras fueron recubiertas con una
película de plata, para evitar la
superposición del pico de S y de Au. Se
utilizo un Microscopio Electrónico de
Barrido Phillips 505 con EDX. Las
fotografías anexas ilustran imágenes de
la interfase existente entre el agregado
y la pasta de cemento. A refleja
claramente la presencia de etringita,
mientras B refleja el
Monosulfoaluminato.
pasta de cemento/agregado. Estas
muestras fueron recubiertas con una
película de plata, para evitar la
superposición del pico de S y de Au. Se
utilizó un Microscopio Electrónico de
Barrido Phillips 505 con EDX. Las
fotografías anexas ilustran imágenes de
la interfase existente entre el agregado
y la pasta de cemento. A refleja
claramente la presencia de etringita,
mientras B refleja el
Monosulfoaluminato.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
P á g . 1 8
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
una aparente disminución en la
permeabilidad, pero al mantener el
ataque, la continua apertura de la fisura
ocasiona el incremento de la
permeabilidad e incluso en un caso, el
aparato de medición no pudo realizar la
lectura. Este hecho se correlaciona con
la variación de longitud máxima
registrada con la misma combinación
de cemento y agregados en una solución
con alto contenido de sulfatos.
Asimismo se demuestra que, cuando el
curado se realiza en agua de mar, la
permeabilidad disminuye con el
tiempo.
Los autores piensan que el ensayo de
permeabilidad in-situ puede ser muy
útil para medir el deterioro del
hormigón expuesto a ambientes con
contenido de sulfatos, pero se deben
desarrollar equipos más sofisticados
para medir altos valores de
permeabilidad. La Resistencia a
Compresión muestra una correlación
pobre con el deterioro por sulfatos.
8.2 Materiales
Como se esperaba, el cemento Tipo II se
comporta muy bien en ambientes
marinos y pobremente en ambientes
con
8.1 Ensayos
La variación de longitud claramente
muestra el deterioro del hormigón
debido al ataque por sulfatos, pero es
muy difícil de monitorear en
estructuras existentes.
La velocidad de pulso ultrasónico no
refleja con precisión el deterioro del
hormigón ,principalmente, debido al
auto- sellado de las fisuras y el
relleno de las mismas con productos
de hidratación secundarios.
Los parámetros de la mecánica de
fractura reflejan el deterioro del
hormigón en curso. K1NU muestra el
deterioro de la pasta de cemento,
principalmente, por la agresión del
sulfato de Mg presente en el agua de
mar y refleja el incremento de
la fisura en ambientes con alto
contenido de sulfatos. Esto ha sido
previamente demostrado en
morteros (1) y en Hormigón (10). El
ensayo de permeabilidad al aire
muestra una buena correlación con el
deterioro. Inicialmente, las fisuras y
poros son rellenados con productos de
hidratación secundarios provocando
ddf
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS8. ANÁLISIS DE RESULTADOS8. ANÁLISIS DE RESULTADOS
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
8.1 Ensayos
La variación de longitud claramente
muestra el deterioro del hormigón
debido al ataque por sulfatos, pero es
muy difícil de monitorear en
estructuras existentes.
La velocidad de pulso ultrasónico no
refleja con precisión el deterioro del
hormigón ,principalmente, debido al
auto- sellado de las fisuras y el
relleno de las mismas con productos
de hidratación secundarios.
Los parámetros de la mecánica de
fractura reflejan el deterioro del
hormigón en curso. K1NU muestra el
deterioro de la pasta de cemento,
principalmente, por la agresión del
sulfato de Mg presente en el agua de
mar y refleja el incremento de
la fisura en ambientes con alto
contenido de sulfatos. Esto ha sido
previamente demostrado en
morteros (1) y en Hormigón (10). El
ensayo de permeabilidad al aire
muestra una buena correlación con el
deterioro. Inicialmente, las fisuras y
poros son rellenados con productos de
hidratación secundarios provocando
ddf
una aparente disminución en la
permeabilidad, pero al mantener el
ataque, la continua apertura de la fisura
ocasiona el incremento de la
permeabilidad e incluso en un caso, el
aparato de medición no pudo realizar la
lectura. Este hecho se correlaciona con
la variación de longitud máxima
registrada con la misma combinación
de cemento y agregados en una solución
con alto contenido de sulfatos.
Asimismo se demuestra que, cuando el
curado se realiza en agua de mar, la
permeabilidad disminuye con el
tiempo.
Los autores piensan que el ensayo de
permeabilidad in-situ puede ser muy
útil para medir el deterioro del
hormigón expuesto a ambientes con
contenido de sulfatos, pero se deben
desarrollar equipos más sofisticados
para medir altos valores de
permeabilidad. La Resistencia a
Compresión muestra una correlación
pobre con el deterioro por sulfatos.
8.2 Materiales
Como se esperaba, el cemento Tipo II se
comporta muy bien en ambientes
marinos y pobremente en ambientes
con
P á g . 1 9
TECNOLOGÍA PARA
E L C O N C R E T O
Como fue previamente probado en los
ensayos sobre morteros (1) y en ensayos
de hormigón sometidos a la formación
de etringita diferida (10) , los
parámetros de la mecánica de fractura
son aplicables para monitorear el
deterioro del hormigón debido al ataque
de sulfatos. K1NU muestra una caída de
la resistencia del hormigón en
ambientes marinos y muestra
un incremento de la fisura debido al
ambiente con alto contenido de
sulfatos.
Estos 2 parámetros pueden utilizarse
para modelación numérica del
comportamiento de las estructuras
reales en ambientes con sulfatos.
El ensayo de permeabilidad al aire
puede ser muy útil para medir el
deterioro de las estructuras de
hormigón sometidas a medioambientes
con alto contenido de sulfatos , pero se
deben desarrollar equipos especiales
para ampliar el rango de medición de
permeabilidad de los equipos
existentes. El cemento Tipo 1P con
clinker conteniendo alto AC3 resiste el
ataque por sulfatos mejor que el
cemento Tipo II, siempre que la
puzolana
con alta concentración de sulfatos.
Los hormigones con piedra caliza
soportaron mucho mejor el ataque
por sulfatos en ambos ambientes que
los hormigones con basalto. Para
explicar este hecho, los autores hacen
hincapié en que la piedra caliza
utilizada en este proyecto es un
producto de alta calidad y densidad.
Considerando que los hormigones
fueron dosificados con bajo contenido
de cemento y alto A/C para acelerar
el ataque por sulfatos,
presumiblemente la adhesión en la
interfase entre la pasta de cemento y
la piedra caliza es mayor que la
adhesión entre la pasta de cemento y
el basalto, debido a la reacción
química. Para este tipo de
hormigones de alta relación A/C y
bajo contenido de cemento, la
adhesión de la interfase pasa a ser el
eslabón más débil de la cadena en lo
que se refiere a desempeño, por lo
que esta reacción química
presumiblemente explica el mejor
comportamiento de los hormigones
con caliza respecto a los basálticos.
9. CONCLUSIONES9. CONCLUSIONES9. CONCLUSIONES
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
con alta concentración de sulfatos.
Los hormigones con piedra caliza
soportaron mucho mejor el ataque
por sulfatos en ambos ambientes que
los hormigones con basalto. Para
explicar este hecho, los autores hacen
hincapié en que la piedra caliza
utilizada en este proyecto es un
producto de alta calidad y densidad.
Considerando que los hormigones
fueron dosificados con bajo contenido
de cemento y alto A/C para acelerar
el ataque por sulfatos,
presumiblemente la adhesión en la
interfase entre la pasta de cemento y
la piedra caliza es mayor que la
adhesión entre la pasta de cemento y
el basalto, debido a la reacción
química. Para este tipo de
hormigones de alta relación A/C y
bajo contenido de cemento, la
adhesión de la interfase pasa a ser el
eslabón más débil de la cadena en lo
que se refiere a desempeño, por lo
que esta reacción química
presumiblemente explica el mejor
comportamiento de los hormigones
con caliza respecto a los basálticos.
Como fue previamente probado en los
ensayos sobre morteros (1) y en ensayos
de hormigón sometidos a la formación
de etringita diferida (10) , los
parámetros de la mecánica de fractura
son aplicables para monitorear el
deterioro del hormigón debido al ataque
de sulfatos. K1NU muestra una caída de
la resistencia del hormigón en
ambientes marinos y muestra
un incremento de la fisura debido al
ambiente con alto contenido de
sulfatos.
Estos 2 parámetros pueden utilizarse
para modelación numérica del
comportamiento de las estructuras
reales en ambientes con sulfatos.
El ensayo de permeabilidad al aire
puede ser muy útil para medir el
deterioro de las estructuras de
hormigón sometidas a medioambientes
con alto contenido de sulfatos , pero se
deben desarrollar equipos especiales
para ampliar el rango de medición de
permeabilidad de los equipos
existentes. El cemento Tipo 1P con
clinker conteniendo alto AC3 resiste el
ataque por sulfatos mejor que el
cemento Tipo II, siempre que la
puzolana
TECNOLOGÍA PARA
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puzolana usada sea adecuada. El
cemento Tipo II soporta ambientes
marinos mucho mejor que el cemento
Tipo 1P. Dentro de la gama de
agregados de Guayaquil, la piedra
caliza parece resistir la agresión por
sulfatos mejor que el basalto. Para
generalizarse esto último, debería ser
demostrado para hormigones con
mayor contenido de cemento y
menor relación A/C.
10. BIBLIOGRAFÍA10. BIBLIOGRAFÍA10. BIBLIOGRAFÍA
1. Di Pace, G; Torrent, R y Bunge, H.
“Evaluation of the Damage Caused by
Sea Water to Concrete-like
Materials” RILEM International
Symposium of Offshore Structures,
Brasil, 1979.
2. Swamy, N. y Wan, R. M. “Use of
Non-destructive Test Methods to
Monitor Concrete Deterioration due to
Alkali-Silica Reaction” Cement,
Concrete and Aggregates, V. 15, n 1,
University of Sheffield, UK, 1993.
3. Day, R.L. “The effect of Secondary
Ettringite Formation on the
Durability of Concrete: A literature
analysis”. Portland Cement
Association, USA, 1992.
4. Fu, Y. “Delayed Ettringite Formation
in Portland Cement Products” PhD
Thesis, University of Ottawa, Canada,
1996.
5. Bazant, Z.P. y Planas, J. “Fracture and
Size Effect in Concrete and other
Quasibrittle Materials”, CRC Press,
USA, 1998.
6. RILEM Report “Fracture Mechanics of
Concrete Structures: From theory to
applications”, Chapman & Hall, UK, 1989.
7. RILEM Report 5 “Fracture Mechanics
Test Methods for Concrete”, C&H, UK,
1991.
8. Di Pace, G. y otros, “Use of fracture
mechanics parameters to monitor
concrete deterioration due to delayed
ettringite formation”, ACI-CANMET
Durability International Seminar,
Tesalónica, Grecia, 2003.
9. RILEM Report 12, Kropp, J. y Hilstorf,
H. “Performance criteria for concrete
durability”, E & FN Spon, UK, 1992.
10. Bergol, L et al. 2003. Use of Fracture
Mechanics Parameters to Monitor
Concrete Deterioration due to Delayed
Ettringite Formation. Sixth
CANMET/ACI International Conference
on Durability of Concrete, Malhotra.
Thessalonica
1. Di Pace, G; Torrent, R y Bunge, H.
“Evaluation of the Damage Caused by
Sea Water to Concrete-like
Materials” RILEM International
Symposium of Offshore Structures,
Brasil, 1979.
2. Swamy, N. y Wan, R. M. “Use of
Non-destructive Test Methods to
Monitor Concrete Deterioration due to
Alkali-Silica Reaction” Cement,
Concrete and Aggregates, V. 15, n 1,
University of Sheffield, UK, 1993.
3. Day, R.L. “The effect of Secondary
Ettringite Formation on the
Durability of Concrete: A literature
analysis”. Portland Cement
Association, USA, 1992.
N° 9 Ataque de sulfatos a loscompuestos cementicios
puzolana usada sea adecuada. El
cemento Tipo II soporta ambientes
marinos mucho mejor que el cemento
Tipo 1P. Dentro de la gama de
agregados de Guayaquil, la piedra
caliza parece resistir la agresión por
sulfatos mejor que el basalto. Para
generalizarse esto último, debería ser
demostrado para hormigones con
mayor contenido de cemento y
menor relación A/C.
4. Fu, Y. “Delayed Ettringite Formation
in Portland Cement Products” PhD
Thesis, University of Ottawa, Canada,
1996.
5. Bazant, Z.P. y Planas, J. “Fracture and
Size Effect in Concrete and other
Quasibrittle Materials”, CRC Press,
USA, 1998.
6. RILEM Report “Fracture Mechanics of
Concrete Structures: From theory to
applications”, Chapman & Hall, UK, 1989.
7. RILEM Report 5 “Fracture Mechanics
Test Methods for Concrete”, C&H, UK,
1991.
8. Di Pace, G. y otros, “Use of fracture
mechanics parameters to monitor
concrete deterioration due to delayed
ettringite formation”, ACI-CANMET
Durability International Seminar,
Tesalónica, Grecia, 2003.
9. RILEM Report 12, Kropp, J. y Hilstorf,
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durability”, E & FN Spon, UK, 1992.
10. Bergol, L et al. 2003. Use of Fracture
Mechanics Parameters to Monitor
Concrete Deterioration due to Delayed
Ettringite Formation. Sixth
CANMET/ACI International Conference
on Durability of Concrete, Malhotra.
Thessalonica
