Semana 10 O_Durability_Metha Chapter 5.pdf

Durabilidad
CAPÍTULO 5
hormigón en agua de mar. Dado que numerosas causas físicas y
químicas de deterioro actúan simultáneamente,
controlar la permeabilidad de la pasta de cemento, agregados,
variedad de razones, ahora deben volverse conscientes de la durabilidad.
Considerando que debidamente constituidos, colocados y curados
Se supone que el material llega al final de su vida útil cuando
los costos de las estructuras derivados de fallas en los materiales se
han convertido en una parte sustancial del presupuesto total de
construcción. Por ejemplo, se estima que en los países industrialmente
desarrollados más del 40 por ciento de los recursos totales
y capacidad de servicio cuando se expone a su entorno.
DEFINICIÓN
Las propiedades del agua se describen con especial referencia
acero en hormigón. Se discuten en detalle la importancia, las
manifestaciones físicas, los mecanismos y el control de varias causas
del deterioro del concreto.
La consideración debe evaluarse tan cuidadosamente como otros
aspectos como las propiedades mecánicas y el costo inicial. Primero,
se acostumbra incluir una referencia general al medio ambiente cuando
se define la durabilidad. De acuerdo con el Comité 201 de ACI, la
durabilidad del concreto de cemento portland se define como su
capacidad para resistir la acción de la intemperie, el ataque químico, la
abrasión o cualquier otro proceso de deterioro; que
práctica.
El agua está generalmente involucrada en todas las formas de
deterioro, y en la permeabilidad de los sólidos porosos del material para
Los efectos incluyen lixiviación de la pasta de cemento por soluciones
ácidas y reacciones expansivas que implican el ataque de sulfatos.
Efectos físicos que influyen negativamente en la durabilidad.
estructuras ocurren y proporcionan lecciones valiosas para
durabilidad. Dado que la durabilidad bajo un conjunto de condiciones
SIGNIFICADO
sus propiedades en determinadas condiciones de uso se han deteriorado
hasta el punto de que el uso continuado del material es
El hormigón disfruta de una larga vida útil en la mayoría de condiciones naturales y
y concretos, se presentan.
un estudio del comportamiento del hormigón en agua de mar proporciona
Al final, se presta especial atención al desempeño de
Los diseñadores de estructuras de hormigón se han interesado
principalmente en las características de resistencia del material; para
a su efecto destructivo sobre materiales porosos; entonces factores
Ningún material es inherentemente duradero; como resultado de
las interacciones ambientales, la microestructura y, en consecuencia,
las propiedades de los materiales cambian con el tiempo. A
61
ataque de agregados alcalinos y corrosión de los elementos incrustados
el agua generalmente determina la tasa de deterioro. Por lo tanto, al
comienzo de este capítulo la estructura y
AVANCE
es decir, el hormigón duradero conservará su forma original, calidad,
hay una mejor apreciación de las implicaciones socioeconómicas de la
durabilidad. Cada vez más, la reparación y el reemplazo
del concreto incluyen el desgaste de la superficie, el agrietamiento
debido a la presión de cristalización de las sales en los poros y la
exposición a temperaturas extremas, como las heladas o el fuego. químico nocivo
control de los factores responsables de la falta de durabilidad.
problemas de durabilidad que afectan a las estructuras de hormigón en campo
no significa necesariamente durabilidad bajo otro, es
Se acepta generalmente ahora que en el diseño de estructuras las
características de durabilidad de los materiales bajo
una excelente oportunidad para apreciar la complejidad de
Una larga vida útil se considera sinónimo de
ambientes industriales, fallas prematuras del concreto
declarado inseguro o antieconómico.
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En forma de agua de mar, aguas subterráneas, ríos, lagos,
la acumulación por presiones de vapor diferenciales puede conducir a
tensiones internas elevadas dentro de un sólido húmedo. Una breve revisión de la
entornos hostiles, como las plataformas marinas en el
líquido abundante en la naturaleza. Al ser pequeñas, las moléculas de agua
fenómenos.
historias de casos de estructuras en el campo, porque es difícil en el
laboratorio simular la combinación de condiciones a largo plazo
normalmente presentes en la vida real. Sin embargo, en
los costos humanos y económicos asociados con la prematuridad
62
El hormigón no es el único material vulnerable a
está confinado a la superficie del concreto, o si también está
En sólidos porosos, movimientos internos y cambios de
en lugar del costo inicial están obligando a los ingenieros a ser conscientes
de la durabilidad. A continuación, hay una comprensión de que un cierre
muy alto.1
explica la presencia de muchos iones y gases en algunos
tanto la creación como la destrucción de muchos materiales naturales,
La molécula de HOH está unida covalentemente. Debido a las
diferencias en los centros de carga de hidrógeno y oxígeno,
debe tratarse con cierto cuidado. Dado que el propósito de
entre los líquidos comunes; por lo tanto, a temperaturas ordinarias tiene
tendencia a permanecer en un material en el
una fuente de procesos químicos de degradación. Segundo,
poros finos, desarrollo de presión osmótica debido a diferencias en la
concentración iónica y presión hidrostática
Se espera que las aguas ácidas sean particularmente dañinas para
CAPÍTULO 5. DURABILIDAD
EL AGUA COMO AGENTE DE DETERIORO
seco.
los movimientos en los sólidos porosos están controlados por la
permeabilidad del sólido. Por ejemplo, la tasa de deterioro químico
dependería de si el ataque químico
La mayor parte de nuestro conocimiento de los procesos físico-
químicos responsables del deterioro del hormigón proviene de
en Noruega, Terranova y Brasil mostró que ambos
sustancias que cualquier otro líquido conocido. Esta propiedad
ser útil En primer lugar, el agua, que es el principal agente de
Estructura del agua
en hielo, formación de una estructura ordenada de agua en el interior
productos de hidratación de pasta de cemento portland); por lo tanto,
de las estructuras y el creciente énfasis en el costo del ciclo de vida
principal agente de destrucción de materiales.
vehículo para el transporte de iones agresivos, el agua también puede ser
es responsable de la estructura ordenada del agua.
de los procesos de deterioro del hormigón en categorías claras
Tenga en cuenta que el agua tiene el mayor calor de vaporización.
tales clasificaciones es explicar, sistemática e individualmente, los diversos
fenómenos involucrados, hay una tendencia a pasar por alto las
interacciones cuando varios fenómenos están presentes simultáneamente.
estado líquido, en lugar de vaporizar y dejar el material
los fenómenos físico-químicos asociados al agua
a nuevas instalaciones. La escalada en los costos de reposición
la industria nuclear Fallas de estructuras de acero en alta mar
Como disolvente, el agua se destaca por su capacidad para disolver más
Antes de una discusión de aspectos importantes de la durabilidad del
concreto, se harán algunos comentarios generales sobre el tema.
en el trabajo. En general, las causas físicas y químicas de
deterioro están tan estrechamente entrelazados y se refuerzan mutuamente
que incluso la separación de la causa del efecto a menudo se vuelve
imposible. Por lo tanto, una clasificación
descomposición química de materiales sólidos. también puede
en general, las características del agua que la hacen la
cambios de muchos tipos. Por ejemplo, la congelación del agua.
agua y por la composición química del sólido. A diferencia de las rocas y
minerales naturales, el concreto es un material básico (porque los
compuestos alcalinos de calcio constituyen el
los usos del hormigón se están extendiendo a cada vez más
lluvia, nieve y vapor, el agua es sin duda lo más
estructura del agua será útil para entender estos
de muchos tipos de procesos físicos de degradación. Como un
electrones de las moléculas de agua vecinas. Esta fuerza de atracción
relativamente débil, llamada enlace de hidrógeno,
Mar del Norte, contenedores para manipular gases licuados a temperaturas
criogénicas y recipientes de reacción de alta presión en
son capaces de penetrar poros o cavidades extremadamente finas.
OBSERVACIONES GENERALES
En la práctica, el deterioro del hormigón rara vez se debe a una sola causa;
por lo general, en etapas avanzadas de degradación del material se
encuentran más de un fenómeno deletéreo
procesos físicos y químicos de deterioro asociados con el agua. Por lo
tanto, será conveniente revisar,
Se sabe que la estructura del agua causa un volumen disruptivo.
en el trabajo dentro del material. En tercer lugar, la tasa de deterioro se ve
afectada por el tipo de concentración de iones en
de la industria de la construcción se aplica a la reparación y mantenimiento
de estructuras existentes, y menos del 60 por ciento
aguas, que, a su vez, se vuelven instrumentales para causar
pasa a ser fundamental para la mayoría de los problemas de durabilidad
en el hormigón. En los sólidos porosos, se sabe que el agua es la causa
el protón cargado positivamente del ion hidrógeno perteneciente a una
molécula de agua atrae al protón cargado negativamente
y la falla repentina del material de construcción puede ser
concreto.
Existe una relación entre la durabilidad de los materiales y la ecología. La
conservación de los recursos naturales haciendo que los materiales duren
más es, después de todo, un paso ecológico. También,
1El 27 de marzo de 1980, Alexander Kjeland, una plataforma de perforación de estructura de acero frente a la costa de Stavanger (Mar del Norte) falló repentinamente, lo que resultó en la
muerte de 123 personas. Poco después de este incidente, una estructura de acero de perforación petrolera en alta mar se derrumbó cerca de Terranova, causando la muerte de 64 personas.

por una variedad de razones, las predicciones de difusividad necesitan
y si las fuerzas de atracción en la superficie de los poros
de los enlaces de hidrógeno se rompen. Como resultado de la ruptura
parcial de la direccionalidad del enlace tetraédrico,
Los datos de este capítulo se refieren a la permeabilidad del hormigón.
que el agua líquida, al solidificarse, se expande en lugar de
agua que es congelable y que también es libre para inter
Lµ
iones a través de poros llenos de agua) o permeabilidad (la tasa
La más alta manifestación del orden de largo alcance en
muchos sistemas En los sólidos, la energía superficial debida a las
cargas insatisfechas depende del área superficial; por lo tanto,
de un tetraedro. En las tres direcciones las moléculas
un agente plastificante eficiente en mezclas de concreto hasta
En concreto, el papel del agua tiene que ser visto de forma adecuada.
propiedad general de transporte de fluidos del material.
movimiento final, un hormigón no será vulnerable a los fenómenos
destructivos relacionados con el agua, siempre que quede poca o
ninguna agua evaporable después del secado y siempre que
permeabilidad.
cargas superficiales insatisfechas, que dan origen a la energía superficial.
La energía superficial en los líquidos provoca tensión superficial, lo que
explica la tendencia de un gran número
dt
de un concreto a gases o vapor de agua es mucho menor que
La propiedad de transporte de la estructura de poros del material está
cambiando continuamente debido a los ciclos continuos de estrechamiento.
= k
productos con difusividad (la tasa de difusión de
moléculas de agua separadas) lo que impide que actúe como
63
los poros vacíos o insaturados. Ya que es el evaporable
agua que no tiene aire disuelto. A menos que se indique lo contrario,
PERMEABILIDAD
el agua ordenada, al ser menos densa que el agua a granel, requerirá
más espacio y, por lo tanto, tenderá a causar expansión (Fig. 5-1b).
la reversibilidad del proceso explica el fenómeno
se da a entender que el término, en un sentido crudo, cubre el
el espesor del sólido. El coeficiente de permeabilidad
estructura al penetrar un fluido externo. Tenga en cuenta que el
Se sabe que la unión en microporos causa expansión en
molécula en el centro y las otras cuatro en las esquinas
el principio. Gradualmente, dependiendo de las condiciones ambientales
y del espesor de un elemento de hormigón, la mayoría de
dq
Practique dejar el adjetivo y referirse a K simplemente como el
lazos rotos. Los materiales en estado de enlace roto tienen
y una parte del agua absorbida, p. 27) se perderá dejando
1Ha
Garboczi2 ha revisado varias teorías que intentan relacionar los
parámetros microestructurales del cemento
de moléculas para adherirse. Es la alta tensión superficial del agua
(definida como la fuerza requerida para jalar el
en hielo (Fig. 5-1a). Cada molécula de agua en el hielo está rodeada por
cuatro moléculas tales que el grupo tiene una
que contiene iones sería diferente de la permeabilidad al agua.
se puede probar la utilidad. Para efectos prácticos, por lo tanto, en este
texto sólo se discute la permeabilidad. Sin embargo,
agua a granel y orientar las moléculas a una estructura ordenada
(análoga a la estructura del hielo), esta orientada o
vecinos, aumentando así la densidad de 0,917 a 1. El
esta última, en gran medida, depende de la conductividad hidráulica,
también conocida como coeficiente de permeabilidad (K). Nótese que
en la tecnología del hormigón es común
En comparación con la estructura del hielo, el agua a temperatura
ambiente tiene aproximadamente el 50 por ciento del hidrógeno
En una pasta de cemento hidratada, el tamaño y la continuidad de
materiales como el hormigón, con numerosas microfisuras, un factor de
propiedad de transporte de estructura de poro satisfactorio es difícil de
determinar debido a cambios impredecibles en el poro
Formación de la estructura orientada del agua por hidrógeno .
los minerales de la pasta de cemento. Según Garboczi,
presente. Si el agua es capaz de penetrar tales microporos,
vinculación El hielo se derrite a 0ÿC cuando aproximadamente el 15 por ciento
líquido, 1H el gradiente de presión, A el área superficial y L
componentes de las mezclas de concreto, el agua está presente
la velocidad de flujo de un fluido en un sólido poroso. Para flujo en
estado estacionario, el coeficiente de permeabilidad (K) se determina a
partir de la expresión de Darcy:
al agua pura. También se puede notar que debido a su interacción con
la pasta de cemento las permeabilidades de las soluciones
más desarrollo y validación antes de su práctica
son lo suficientemente fuertes como para romper la tensión superficial de
cada molécula de agua puede adquirir más de cuatro más cercano
el agua evaporable en el hormigón (toda el agua capilar
Permeabilidad de la pasta de cemento
donde dq/dt es la tasa de flujo de fluido, µ viscosidad del
de flujo viscoso de fluidos a través de la estructura porosa). Para
se añaden las mezclas adecuadas (pág. ??).
se ve la estructura del agua debido a los enlaces de hidrógeno
La permeabilidad se define como la propiedad que gobierna
que la exposición posterior del hormigón al medio ambiente no provoque
la resaturación de los poros. los
se encoge
perspectiva porque, como ingrediente necesario para la reacción de
hidratación del cemento y como agente plastificante para la
el coeficiente para agua líquida; por lo tanto, las pruebas para medir la
permeabilidad generalmente se llevan a cabo usando
y ensanchamiento de poros y microfisuras debido a interacciones físico
químicas entre el fluido penetrante y
y los grupos de moléculas se mantienen unidos por el hidrógeno
la energía superficial es alta cuando hay numerosos poros finos
2E.J. Garboczi: Investigación de cemento y hormigón, vol. 20, No. 4, págs. 591-601, 1990.

controlar el coeficiente de permeabilidad. Como se discutió anteriormente
(pág. ??), el agua de mezcla es indirectamente responsable
tortuoso que una mayor disminución en la porosidad de la pasta
los coeficientes de permeabilidad de los áridos son tan variables como los
de las pastas de cemento hidratadas de agua/cemento
el contenido determina primero el espacio total y posteriormente
En general, cuando la relación agua/cemento es alta y
u hormigón con la misma relación agua/cemento y grado
de granito, piedra caliza, areniscas y sílex muestran valores
64
Con algunos pedernales y liestones, la distribución del tamaño de poro
porque, al principio, a medida que avanza el proceso de hidratación del
cemento, incluso una pequeña disminución en el capilar total
curado, respectivamente. Dado que la relación agua/cemento en la mayoría
que la permeabilidad del agregado sería mucho menor
los poros en cualquier punto durante el proceso de hidratación
con el progreso de la hidratación a medida que disminuye la porosidad
capilar, también lo hace el coeficiente de permeabilidad (Tabla 5-
su coeficiente de permeabilidad será alto. como hidratación
cuanto mayor sea el tamaño del agregado, mayor será el coeficiente de
permeabilidad. Típicamente, los coeficientes de permeabilidad para
concreto de resistencia moderada (que contiene agregado de 38 mm y 356
mucho más grande. La mayor parte de la porosidad capilar en una madura
la permeabilidad cae en una cantidad mucho mayor (es decir, crece
de 10ÿ12 cm/seg. Se observa que en cemento normal
porcentaje de porosidad capilar representan un punto en el que las
interconexiones entre los poros ya se han vuelto tan
de baja permeabilidad en una pasta de cemento se espera que reduzca la
permeabilidad del sistema (especialmente con pastas de alta relación
agua/cemento en edades tempranas cuando el capilar
en los agregados son, en promedio, mayores de 10 µm.
producir sólo una pequeña caída en la permeabilidad. Esto es
esto generalmente sucede en 3, 14, 180 y 365 días de humedad
interceptar los canales de flujo dentro de la matriz de pasta de cemento.
En comparación con la pasta de cemento puro, por lo tanto, el mortero
del orden de 1 a 10 × 10ÿ12 cm/seg, algunas variedades
la pasta de cemento es del orden de 10-4 a 10-5 cm/seg;
número de poros grandes y bien conectados y, por tanto,
la adición de áridos a una pasta de cemento oa un mortero aumenta
considerablemente la permeabilidad; de hecho, cuanto más grande
canales de flujo en la pasta de cemento. Por lo general, alrededor de 30
Teóricamente, la introducción de partículas de agregado
En comparación con el 30 a 40 por ciento de porosidad capilar de
y rara vez supera el 10 por ciento. Se espera, por tanto,
movimiento y la presión hidrostática resultante.
de permeabilidad de la pasta de cemento cuando la mayoría de los vacíos
capilares son pequeños y no están interconectados es del orden
del orden de 1×10ÿ10 y 30×10ÿ10 cm/seg, respectivamente.
tienen una permeabilidad mucho mayor que las pastas de cemento porque
el tamaño de los poros capilares en los agregados suele ser
40 por ciento a 30 por ciento (Fig. 2-11), el coeficiente de
o el concreto es más alto que la permeabilidad de la pasta de cemento
correspondiente yace en las microfisuras que están presentes
pasta de cemento se encuentra en el rango de 10 a 100 nm, mientras que los poros
alrededor de 110 a 20 × 1012 cm/seg). Sin embargo, una disminución
adicional en la porosidad del 30 por ciento al 20 por ciento
pastas, la discontinuidad en la red capilar se alcanza generalmente cuando
la porosidad capilar es de alrededor del 30 por ciento. Con pastas con
relación agua/cemento de 0,4, 0,5, 0,6 y 0,7
poros en la mayoría de los agregados naturales es generalmente menos del 3 por ciento
Mientras que el coeficiente de permeabilidad de la mayoría de mármol,
traprock, diorita, basalto y granito denso puede ser
reacciones de hidratación del cemento o evaporación al medio ambiente.
El coeficiente de permeabilidad de recién mezclado
alta porosidad capilar; contendrá una cantidad relativamente grande
Los dos conjuntos de datos3 en la figura 5-2 muestran claramente que el
algunos agregados, con tan solo un 10 por ciento de porosidad, pueden
Por ejemplo, cuando la porosidad capilar disminuye de
la permeabilidad es baja pero los agregados están sujetos a expansión y
agrietamiento asociados con la humedad lenta
poros grandes, lo que reduce en gran medida el tamaño y el número de
principal factor de contribución al coeficiente de permeabilidad.
Permeabilidad de los agregados
rocas naturales y pastas de cemento (Tabla 5-2) parece que
para la permeabilidad de la pasta de cemento hidratada porque su
no se acompaña de una disminución sustancial del coeficiente de
permeabilidad.
tamaño (por ejemplo, 100 nm o menos) y también perderán sus
interconexiones; por lo tanto, la permeabilidad cae. el coeficiente
148 kg/m3 de cemento y una relación agua/cemento de 0,75) son de
proporciones en el rango de 0,38 a 0,71.
el espacio vacío después de que el agua es consumida por
el grado de hidratación es bajo, la pasta de cemento tendrá
de madurez debe dar un coeficiente de permeabilidad más bajo. Los datos
de las pruebas indican que, en la práctica, este no es el caso.
La explicación de por qué la permeabilidad del mortero
implica un contenido considerable de poros más finos; por lo tanto,
La porosidad se asocia con una segmentación considerable de
mezclas de concreto rara vez excede 0.7, debe ser obvio que en concreto
bien curado la pasta de cemento no es la
Permeabilidad del Concreto
pastas de cemento típicas en hormigón endurecido, el volumen de
1), pero no existe una proporcionalidad directa entre los dos.
progresa, la mayoría de los poros se reducirán a pequeños
kg/m3 de cemento y una relación agua/cemento de 0,5), y hormigón de
baja resistencia utilizado en presas (árido de 75 a 150 mm,
que son superiores en dos órdenes de magnitud. La razón
la porosidad es alta) porque las partículas de agregado deben
que la de la típica pasta de cemento. Este puede no ser necesariamente
el caso. A partir de los datos de permeabilidad de algunos
cm/seg.
3El coeficiente de permeabilidad en unidades SI se expresa como kg/Pa·m·seg, que es aproximadamente 10ÿ3 veces menor que el coeficiente expresado en

de acero en hormigón.
DETERIORO POR DESGASTE SUPERFICIAL
matriz de pasta de cemento, y por lo tanto instrumental en el establecimiento
de las interconexiones, que aumentan la permeabilidad
entre las causas físicas y químicas del deterioro
se producen debido a la abrasión, la erosión y la cavitación. El término
gradientes de humedad, presiones de cristalización de sales en
Dado que la resistencia y la permeabilidad están relacionadas entre sí
en la zona de transición entre el árido y la pasta de cemento. Como se
indicó anteriormente (p. 22), el tamaño agregado
zona de transición, que parece ser una de las principales causas de alta
por el Comité ACI 224.5 Agrietamiento del hormigón debido a
un agregado que en sí mismo carece de resistencia al desgaste. Usando
y carga aplicada externamente. Las grietas en la transición
expansión del destino, expansión de agregados alcalinos y corrosión
más procesos de deterioro químico. Del mismo modo, el
y tuberías para el transporte de agua o aguas residuales. Otra posibilidad
de daño a las estructuras hidráulicas es por cavitación,
por agua blanda; (2) reacciones de intercambio de cationes entre fluidos
agresivos y la pasta de cemento; y (3) reacciones
contenido adecuado de cemento y condiciones apropiadas de compactación
y curado. Del mismo modo, la atención adecuada a los agregados
vulnerable a la abrasión y la erosión.
acortado en condiciones de ciclos repetidos de desgaste,
varios procesos químicos serán discutidos aquí.
Mehta y Gerwick4 agruparon las causas físicas de
sesenta y cinco
y evitar la carga prematura o excesiva son pasos necesarios para reducir
la incidencia de microfisuras en el
se publica el control de todo tipo de fisuración en el hormigón
porosidad o baja resistencia, y está inadecuadamente protegido por
cavitación; y agrietamiento debido a la temperatura normal y
que se describirá a continuación, una breve revisión del factor que controla
la permeabilidad del hormigón debería ser útil.
concreto, que luego se convierte en la causa principal de uno o
partículas sólidas en suspensión. La erosión tiene lugar en estructuras
hidráulicas, por ejemplo, en el revestimiento de canales, aliviaderos,
categorías: (1) hidrólisis de los componentes de la pasta de cemento
sales de cristalización en poros, ciclos de hielo-deshielo, fuego y
DETERIORO
inducida generalmente por contracción por secado, contracción térmica,
del elemento concreto.
La pasta de cemento endurecida no posee una alta resistencia al
desgaste. La vida útil del hormigón puede verse seriamente
resistencia de las superficies de concreto, el Comité ACI 201 recomienda
que en ningún caso la resistencia a la compresión
Esto debería ser posible utilizando una baja relación agua/cemento,
la porosidad del hormigón, lo que hace que el material sea más
Las resistencias se pueden lograr con una baja relación agua/cemento,
tamaño y clasificación, deformaciones por contracción térmica y por secado,
Una excelente revisión de las causas, mecanismos y
especialmente cuando la pasta de cemento en el hormigón es de alta
zona de transición. Durante los primeros períodos de hidratación, la zona
de transición es débil y vulnerable al agrietamiento debido a las
deformaciones diferenciales entre la pasta de cemento y el agregado.
Debido a la importancia de la permeabilidad a los procesos físicos y
químicos de deterioro del hormigón,
El desgaste superficial y el agrietamiento aumentan la permeabilidad de
caso de desgaste en pavimentos y pisos industriales por tránsito vehicular.
El término erosión se usa normalmente para describir el desgaste por la
acción abrasiva de fluidos que contienen
agruparon las causas químicas del deterioro en tres
los vacíos en la matriz de la pasta reducirían la permeabilidad.
pasta de cemento por agua blanda o fluidos ácidos aumentaría
señaló que la tortuosidad de la trayectoria del flujo de fluido que determina
la permeabilidad también está influenciada por el espesor
en el Capítulo 4; deterioro por desgaste superficial, presión de
CLASIFICACIÓN DE CAUSAS DE CONCRETO
más ancho que la mayoría de las cavidades capilares presentes en el
Es necesario enfatizar nuevamente que la distinción
La pérdida progresiva de masa de una superficie de concreto puede
de dirección en aguas que fluyen rápidamente.
entre la relación agua/cemento y la resistencia a la abrasión del hormigón
(Fig. 5-4a). En consecuencia, para obtener abrasión
del sistema.
es puramente arbitrario; en la práctica, los dos se superponen con
frecuencia. Por ejemplo, la pérdida de masa por
la abrasión generalmente se refiere al desgaste seco, como en el
poros, carga estructural y exposición a temperaturas extremas como la
congelación o el fuego. Del mismo modo, los autores
de hormigón sea inferior a 4000 psi (28 MPa). Apropiado
permeabilidad del hormigón en la práctica. Finalmente, debe ser
se discutieron los gradientes normales de temperatura y humedad
un método de prueba especial, Liu6 encontró una buena correlación entre
y la clasificación afectan las características de sangrado de una mezcla de
hormigón que, a su vez, influyen en la resistencia de la
los efectos perjudiciales de los fenómenos químicos son físicos; por
ejemplo, la lixiviación de los componentes de endurecido
que se relaciona con la pérdida de masa por formación de burbujas de
vapor y su posterior colapso debido al cambio repentino
que conduce a la formación de productos expansivos, como en sul
a través de la porosidad capilar (Fig. 2-11), como primera aproximación los
factores que influyen en la resistencia del hormigón (Fig. 3-14) también
influyen en la permeabilidad. Una reducción en el volumen de capilares
grandes (p. ej., > 100 nm)
deterioro del concreto (Fig. 5-3) en dos categorías: desgaste de la superficie
o pérdida de masa debido a la abrasión, erosión y
son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, pero son
5Informe ACI 224R-90, Manual de Práctica Concreta, Parte 3, 1991.
6T.C. Liu, J. Aci. Proc., vol. 78, núm. 5, pág. 346, 1981.
4P.K. Mehta y BC Gerwick, Jr., Concr. internacional, vol. 4, núm. 10, págs. 45-51, 1982.

proporcionar una medida cuantitativa de la duración del servicio que se
puede esperar de una superficie concreta dada;
que si la cantidad y el tamaño de los sólidos es pequeño, por ejemplo, limo
en un canal de riego, la erosión será insignificante
a través de la cavitación. En el agua que fluye, se forman burbujas de vapor
resistencia del hormigón.
que una determinada partícula puede ser transportada). cuando es severo
resistencia. Además, el uso de aditivos minerales, como
de la entrada de agua a alta velocidad en el previamente
66
5-4b); el daño fue causado por cavitación atribuible
Cuando un fluido que contiene partículas sólidas en suspensión se
calidad. Para reducir la formación de una superficie débil llamada
POROS
milímetro; para coberturas de 25 mm) y un contenido de aire mínimo acorde
con las condiciones de exposición.
de las condiciones de campo de desgaste no es fácil en el laboratorio. Por lo
tanto, los métodos de laboratorio no están destinados a
prueba de la rueda de preparación, la carga se aplica a través de ruedas de
preparación giratorias de acero; y en la prueba del disco giratorio, los discos
giratorios de acero se utilizan junto con un silicio
curado antes de la exposición al ambiente agresivo. ACI
en polvo debido a la atrición también se puede lograr mediante la aplicación
de soluciones de endurecimiento superficial a nuevos bien curados
a la erosión oa la abrasión, un concreto fuerte puede no ser necesariamente
efectivo para prevenir el daño debido a la cavitación;
arena de sílice impulsada por aire. No hay pruebas satisfactorias para
que el proceso de desgaste físico del concreto ocurre en
concreto, y de la cantidad, tamaño, forma, densidad, dureza y velocidad de
las partículas en movimiento. Es reportado
consistente en un hormigón de baja relación agua/cemento que contiene
árido duro de tamaño máximo 12,5 mm. Porque
Pendiente. En 1984, se necesitaron reparaciones extensas para el
revestimiento de hormigón de un túnel de la presa Glen Canyon (Fig.
la resistencia a la abrasión y erosión, los datos de resistencia a la abrasión
se pueden utilizar como guía para la resistencia a la erosión.
asegurarse de que al menos el hormigón en la superficie sea de alta
son cada vez más populares para la abrasión o la erosión
CRAQUEO POR CRISTALIZACIÓN DE SALES EN
mayor presión, implosionan con gran impacto porque
el material desgastado se elimina por circulación de agua; en el
(41 MPa) resistencia a la compresión a los 28 días y adecuadamente
concreto después del curado húmedo, el concreto fresco que contiene
aditivos minerales es menos propenso a sangrar. Resistencia al deterioro
por permeación de fluidos y reducción
la erosión superficial dependerá de la porosidad o resistencia de
puede estar diseñado para tener una cobertura de 25 a 75 mm de espesor,
para una correcta colocación y consolidación (revenimiento máximo 75
hormigón no siempre son satisfactorias, porque la simulación
En cuanto a las medidas adicionales para mejorar la durabilidad del
hormigón a la abrasión o erosión, cabe señalar
o silicato de sodio, que reaccionan con hidróxido de calcio
irregular o picado, en contraste con la superficie suavemente desgastada por
la erosión de los sólidos en suspensión. También, en contraste
cubre la determinación de las características de resistencia a la abrasión del
hormigón sometiéndolo al impacto de
la superficie.
la mejor solución radica en la eliminación de las causas de la cavitación,
tales como desalineaciones superficiales o cambios bruscos de
resistencia a la erosión. Debido a una relación directa entre
la superficie; por lo que se debe prestar especial atención a
tamaño máximo a 25 mm), la consistencia más baja practicable
el agua se reduce a la presión de vapor ambiental del núcleo de agua que
responde a la temperatura ambiente. A medida que las burbujas de vapor
que fluyen río abajo con el agua entran en una región de
ensayo de la resistencia relativa a la abrasión de superficies horizontales de
hormigón. En la prueba de abrasión con bolas de acero, la carga se aplica a
un cabezal giratorio que contiene bolas de acero mientras el
que, además del uso de agregados duros, el concreto debe ser proporcionado
para desarrollar al menos 6000 psi
Además de provocar una reducción sustancial de la porosidad de
Por tanto, la superficie de hormigón afectada por la cavitación es
se puede medir en términos de pérdida de peso después de un tiempo
específico. ASTM C 418 describe la prueba de chorro de arena, que
Métodos de ensayo para la evaluación de la resistencia al desgaste de
La acción de las partículas provocará el desgaste de la superficie. La tasa de
sangrar agua Pavimentos o pisos industriales de alta resistencia
Mientras que el hormigón de buena calidad muestra una excelente resis
conductos cerrados) puede causar una severa erosión del hormigón
se pueden utilizar para evaluar los efectos de los materiales de hormigón y
los procedimientos de curado o acabado sobre la abrasión
en el fondo velocidades de hasta 1,8 m/seg (velocidad igual o superior
curado húmedo después de que el concreto ha sido terminado.
utilizados para este propósito son fluosilicato de magnesio o zinc
cuando la presión absoluta local en un punto dado de la
ASTM C 779 describe tres métodos opcionales para
existen condiciones de erosión o abrasión , se recomienda
humo de sílice condensado, presenta interesantes posibilidades.
presente en la pasta de cemento portland para formar productos de reacción
insolubles, sellando así los poros capilares en o cerca
a las irregularidades superficiales en el revestimiento.
en contacto con el concreto, el choque, deslizamiento o rodadura
lechada (el término se usa para una capa de finos de cemento y agregados),
se recomienda retrasar el fratasado y el fratasado hasta que el concreto haya
perdido su superficie
El Comité ACI 201 cita evidencia de que una acción puramente física
(que no implica un ataque químico al cemento)
clasificación adecuada de agregados finos y gruesos (limitar el
abrasivo de carburo. En cada una de las pruebas, el grado de desgaste
Comité 201 recomienda al menos 7 días de continuo
pisos o pisos viejos desgastados. Soluciones más comúnmente
espacio ocupado por vapor, lo que provoca graves picaduras locales.
de muy baja relación agua/cemento, acabados de hormigón que contienen
aditivos de látex o aditivos superplastificantes
tancia al flujo constante de alta velocidad de agua clara, flujo no lineal a
velocidades superiores a 12 m/seg (7 m/seg en

y 654 atm de presión, respectivamente. el estrés es fuerte
pasta a menos que cada cavidad capilar en la pasta esté
curva alrededor de dos de las cuatro esquinas de la losa). Este
1835 atm a 0ÿC y 2190 atm a 50ÿC.
desde el límite de escape más cercano. tan de cerca
de reducir el riesgo de daño al hormigón por acción de las heladas. Los
mecanismos por los cuales se produce el daño por heladas en
de cristalización de las sales de sulfato en los poros del hormigón puede
causar daños considerables. Por ejemplo,
mayor es la presión de cristalización. Winkler7 determinado
Durante este proceso, se genera presión hidráulica .
La muestra que contenía 10 por ciento de aire arrastrado mostró
que es causado por la expansión progresiva del cemento pasado
para producir presiones lo suficientemente grandes como para causar
grietas. De hecho, los efectos de la humedad y la cristalización de la sal son
cristalizando a 0ÿC, 25ÿC y 50ÿC produce 554, 605,
fue eficaz en la reducción de las expansiones asociadas con la
su hipótesis se muestra en la figura 5-6. Durante la congelación a
la acción de las heladas puede estar relacionada con la microestructura compleja
cuando la concentración del (C) excede la saturación
el agua requiere una dilatación de la cavidad igual
se observó elongación permanente (Fig. 5-6a). los
se forma La experiencia muestra que se desarrollarán presiones
disruptivas en una muestra saturada de
Powers también propuso que, además de la hidráulica
Se sabe que los agregados en las losas de concreto causan grietas,
67
mayor sea la relación C/ Cs (o grado de sobresaturación), la
límites de la muestra, o algunos de ambos efectos.
800 millonésimas de elongación al congelar y una elongación residual de
menos de 50 millonésimas al descongelar (Fig. 5-6b).
El más común es el agrietamiento y desconchado del hormigón .
La inclusión de aire ha demostrado ser un medio eficaz
en pasta de cemento, y también explicó por qué la incorporación de aire
Los datos de Powers y una representación esquemática de
La acción de las heladas (ciclos de congelación y descongelación) es uno
de los principales problemas que requiere grandes gastos de reparación y
reemplazo. Las causas del deterioro del hormigón endurecido por
del material intermedio, y la velocidad a la que el hielo
La hipótesis de Powers se muestra en la figura 5-6d.
la superficie acabada se descascarilla o se despega). cierto grueso
Los lados están sujetos a la evaporación, el material puede deteriorarse por
las tensiones resultantes de la presión de las sales que cristalizan en los
poros. En muchos materiales porosos se conoce la cristalización de sales a
partir de soluciones sobresaturadas.
volumen molecular para una relación C/ Cs de 2, se muestran en la Tabla
5-3. A este grado de sobresaturación, NaCl (Halita)
descongelación a la temperatura original alrededor de 500 millonésimas
resistente a las heladas en una determinada condición de congelación-descongelación puede ser
La cristalización de una solución salina sólo puede ocurrir
aumento de volumen que acompaña a la congelación de
El daño por heladas en el concreto puede tomar varias formas.
concentración (Cs) a una temperatura dada. Por regla general, el
al 9% del volumen de agua congelada, o el forzado de la cantidad
de exceso de agua a través de la
espécimen que contenía 2 por ciento de aire arrastrado mostró aproximadamente
el concreto está en contacto con una solución salina y el otro se muestran en las fotografías de la Fig. 5-5.
Powers describió acertadamente los mecanismos de acción de las heladas.
un agente inclusor de aire adecuado.8
En climas fríos, los daños a pavimentos de hormigón, muros de
contención, tableros de puentes y barandas atribuibles a
los daños se describen a continuación.
Cuando el agua comienza a congelarse en una cavidad capilar, el
encontrado en poros de rocas, piedras y concreto; estas presiones,
calculadas a partir de la densidad, peso molecular y
distancia a un "límite de escape", la permeabilidad
observó que la pasta con aire incorporado mostró contracción durante la
congelación (Fig. 5-6c). Una ilustración esquemática de
expuestos a congelación y descongelación en presencia de humedad y productos
químicos descongelantes son susceptibles a la formación de incrustaciones (es decir,
de monumentos históricos de piedra.
suficiente para romper la mayoría de las rocas. Cuando el grado de
sobresaturación es 10, la presión de cristalización calculada es
no más de tres o cuatro milésimas de pulgada
sin aire arrastrado se alargó alrededor de 1600 millonésimas, y en
no sólo de las características del hormigón, sino también de las condiciones
ambientales específicas. Así un concreto que es
El tipo de agrietamiento se describe mediante el agrietamiento en D. Los
diferentes tipos de deterioro del hormigón por acción de las heladas
Acción helada sobre pasta de cemento endurecida
Los límites del espacio son proporcionados por el uso correcto de
DETERIORO POR ACCIÓN DE LAS HELADA
destruido bajo una condición diferente.
las presiones de cristalización de las sales que son comúnmente
y la magnitud de esa presión depende de la
sin dilatación apreciable durante la congelación y sin dilatación residual al
final del ciclo de descongelación. También, puede ser
matriz de ciclos repetidos de congelación-descongelación. Losas de hormigón
cuando un lado de un muro de contención o losa de un permeable
fenómeno:
ÿ24ÿC, la muestra de pasta de cemento saturada que contiene
del material; sin embargo, el efecto nocivo depende
la pasta de cemento y el arrastre son capaces de prevenir
presión causada por la congelación del agua en grandes cavidades, la
generalmente paralelo a las juntas y los bordes, que finalmente adquiere un
patrón que se asemeja a una gran letra D mayúscula (grietas
se cree que son los dos factores más dañinos en la descomposición
presión osmótica resultante de la congelación parcial de solu 7E.M.
Winkler, Stone: Properties, Durability in Man's Environment, Springer-Verlag, Nueva York, 1975. p. 120.
8T.C. Power, The Physical Structure and Engineering Properties of Concrete, Bulletin 90, Portland Cement Association, Skokie, Ill., 1958.

el agua que existe en un estado ordenado es bastante limitada. Generalmente,
cuanto más rígidamente se retiene un agua, menor será la
el volumen de hielo en los poros capilares de manera constante hasta que haya
los gradientes entre los capilares se conciben como la fuente
de agua se mantienen físicamente en la pasta de cemento; con el fin de
la tendencia del agua sobreenfriada a fluir hacia las regiones que contienen
hielo obviamente causaría presión interna
cuerpos; esto incluye agregados producidos a partir de materiales porosos
en el fluido de los poros, no parecen ser las únicas causas de
68
principal causa de expansión en cuerpos porosos. De acuerdo a
agua sobreenfriada en poros de gel, que se encuentra en un estado de alta energía
aire arrastrado mostró contracción durante la congelación (Fig. 5-
pequeños poros hacen que el agregado se sature fácilmente y
temperaturas más bajas que el agua pura; en general, cuanto mayor sea
punto de congelación normal del agua porque la movilidad de
Se estima que el agua en los poros de gel no se congela
por las condiciones (por ejemplo, un gran gradiente de temperatura, baja
número y continuidad de los poros (es decir, sobre la distribución del tamaño
de los poros y la permeabilidad).
Análogo a la formación de lentes de hielo en el suelo, un efecto capilar,
existen como agua líquida en un estado sobreenfriado. Esto crea un
de agua adsorbida de CSH). El efecto neto sobre un espécimen es,
obviamente, el resultado de las dos tendencias opuestas. Esto explica
satisfactoriamente por qué la pasta de cemento
el agua de los poros del gel a los poros capilares aumenta
Dependiendo de cómo responda el agregado a la acción de las heladas,
un concreto que contenga aire ocluido en el cemento
el alivio puede estar disponible ya sea en forma de cualquier vacío
desde pequeños poros hasta grandes cavidades, se cree que es el
en los capilares, que adquiere un estado de baja energía, y la
(Fig. 5-6a), mientras que la pasta de cemento que contiene 10 por ciento
una pasta de cemento saturada también es aplicable a otros porosos
del orden de 500 nm y menores. Fuerzas capilares en tales
pasta de cemento) o en la superficie del agregado. La distancia crítica para el
alivio de la presión en un pasado de cemento endurecido si de la
la presión osmótica debido a las diferencias de concentración de sal
y el agua de la capa interna en la estructura CSH.
del transporte de humedad es considerablemente menor que la demandada
daño; el comportamiento de una partícula de agregado cuando se expone a
ciclos de congelación-descongelación depende principalmente del tamaño,
(cavidades grandes), donde se puede congelar. Este nuevo suministro de
encontrar un límite de escape para aliviar la presión. Presión
puro; contiene varias sustancias solubles, como álcalis, cloruros e hidróxido
de calcio. Las soluciones se congelan en
en la pasta de cemento no puede reorganizarse para formar hielo en el
pasta, la tendencia de ciertas regiones a expandirse es balanceada por otras
regiones que experimentan contracción (p. ej., pérdida
En la primera categoría están los agregados de baja permeabilidad.
líquido de poros en lugar de agua.
grandes cavidades se convierte en hielo el agua de los poros de gel continúa
fractura. En la segunda categoría están los agregados de permeabilidad
intermedia, es decir, aquellos que tienen una proporción significativa de la
porosidad total representada por pequeños poros de
que implican la migración a gran escala de agua
desequilibrio termodinámico entre el agua congelada
que no contiene aire arrastrado mostró un gran alargamiento
Expansiones en pasta de cemento. El agua en los capilares no es
La presión hidráulica debida a un aumento del volumen específico de
agua al congelarse en grandes cavidades, y
capilares (10 a 50 nm), el agua adsorbida en los poros del gel,
Es posible que los cuerpos porosos uratados no provoquen necesariamente
daños mecánicos. El daño mecánico ocurre cuando la velocidad
esquistos No todos los agregados porosos son susceptibles a las heladas
cuando el benceno, que se contrae al congelarse, se usó como
está sujeta a condiciones de congelación, mientras que el agua en
por el CSH (tanto entre capas como adsorbido en los poros del gel)
el agua obliga a estos últimos a migrar a los sitios de menor energía
Acción de escarcha en agregado
y la distancia que debe recorrer el agua a presión para
punto de congelación. La existencia de concentraciones locales de sal.
punto de congelación. Puede recordarse (p. 27) que tres tipos
No hay espacio para acomodar más hielo. Cualquier subsiguiente
Cabe señalar que durante la acción de las heladas sobre el cemento
acción de las heladas, que se puede atribuir al agregado, Verbeck y Landgren12
propusieron tres clases de agregados.
de la presión osmótica.
aumento de la rigidez estos son el agua capilar en pequeñas
y expansión del sistema. Además, según Lit van, el transporte de humedad
asociado con el enfriamiento de sat
rocas, como ciertos cherts, sadstones, calizas y
y alta resistencia, de modo que al congelarse el agua, la tensión elástica en la
partícula se adapta sin causar
a la teoría propuesta por Litvan,11 el agua retenida rígidamente
estado. La diferencia en la entropía del hielo y el sobreenfriado.
6c).
para retener el agua. Al congelarse, la magnitud de la presión desarrollada
depende principalmente de la tasa de caída de temperatura.
ciones en los capilares pueden ser otra fuente de destrucción
por encima de ÿ78ÿC. Por lo tanto, cuando una pasta de cemento saturada
permeabilidad y alto grado de saturación).
Desde el punto de vista de la falta de durabilidad del hormigón hasta
expansión de pastas de cemento expuestas a la acción de las heladas. Se
observó expansión de especímenes de pasta de cemento9 incluso
la matriz de pasta aún puede dañarse. El mecanismo que subyace al desarrollo
de la presión interna sobre la congelación
poro dentro del agregado (análogo al aire arrastrado en
la concentración de una sal en una solución, menor es la
10U. Meier y AB Harnik, Cem. concr. Res., vol. 8, págs. 545-51, 1978.
12G.J. Verbeck y R. Landgren, Proc. ASTM, No. 60, págs. 1063-79, 1960.
JJ Beaudoin y C. McInnis, Cem. concr. Res., vol. 4, págs. 139-48, 1974.
11G.G. Kitván, Cem. concr. Res., vol. 6, págs. 351-56, 1976.
10
9

D, E y F produjeron 24 000, 49 000, 55 000, 170 000,
y la sobrevibración tienden a reducir el contenido de aire. Para éstos
enfriamiento, y la resistencia a la tracción del material que debe
pasta de cemento, y las correspondientes probetas de hormigón
tamaño crítico de los agregados con respecto al daño por heladas. Con
sale con la escama de mortero.
último mediante el uso de proporciones de mezcla adecuadas y curado.
orden de 0,2 mm; es mucho mayor para la mayoría de las rocas porque
de aire dependiendo del tamaño de las burbujas de aire, el número
La clasificación de los agregados también afecta el volumen de aire
incorporado, que se ve disminuido por un exceso de partículas muy finas.
de saturación o la velocidad a la que se absorberá el agua
gran volumen de poros muy finos (es decir, < 1 µm de diámetro).
límites de escape (la distancia por la cual el agua tiene que
uno de cinco diferentes agentes inclusores de aire. Agentes A, B,
es el criterio más fácil para el control de calidad de
que contiene una mezcla 50:50 de varios tamaños de cuarzo y
no dañado como resultado de la acción de las heladas. Por cierto, esto
hormigón contra daños por heladas. Al agregar una pequeña cantidad
de resistencia a las heladas. Contenido total de aire especificado para escarcha
hormigones que contienen chert de 12 a 5 mm.13
concreto. Además, mezclado insuficiente o sobremezclado, tiempo excesivo
para el manejo o transporte de concreto fresco,
Generalmente, cuando los agregados más grandes que el tamaño crítico son
69
0,05% en peso del cemento) es posible incorporar burbujas de 0,05 a 1 mm.
Así, para un volumen dado
se muestra en la Tabla 5-4.
porque esto dependerá de la velocidad de congelación, el grado de saturación
y la permeabilidad del agregado. La permeabilidad juega un papel doble:
primero, determina el grado
pieza de árido permanece en el hormigón y la otra parte
distribución específica del tamaño de poro que se caracteriza por una
que son relativamente fáciles de controlar; el primero puede controlarse
mediante incorporación de aire en el hormigón, y el
Aunque el volumen de aire incorporado no es una medida suficiente para
la protección del hormigón contra la acción de las heladas, asumiendo que en
su mayoría están presentes pequeñas burbujas de aire,
no. Por ejemplo, cuando especímenes de concreto de 14 días
se expulsa agua a presión de una partícula de agregado. En tales casos, las
propias partículas de agregado son
capaz de contener más aire que uno muy húmedo o uno muy rígido
congelación (y por lo tanto el desarrollo de la presión hidráulica).
características tanto de la pasta de cemento como del agregado.
por la interacción de varios factores, como la ubicación
al 6 por ciento de aire se incorporó al concreto usando
de elasticidad, en comparación con 448 ciclos para curado similar
Se cree que en pavimentos de hormigón expuestos a
el cemento endurecido, que es necesario para la protección de
necesitaría más incorporación de aire para un grado equivalente
responsable del fenómeno del agrietamiento D. Las compuertas de agregados
que probablemente causen el agrietamiento en D parecen tener un
de ciertos agentes inclusores de aire a la pasta de cemento (p. ej.,
resistencia, de acuerdo con el Código de Construcción ACI 318, son
No existe un tamaño crítico único para un tipo de agregado
En cada caso, sin embargo, el resultado se controla realmente
modificación de su estructura porosa son los dos parámetros
muestran una expansión del 0,1 por ciento, respectivamente.
daño, pero partículas más pequeñas del mismo agregado
se debe a que la zona de transición entre la superficie del agregado y la matriz
de la pasta de cemento puede dañarse cuando
espaciamiento del orden de 0,1 a 0,2 mm dentro de cada punto en
hormigones ricos con pequeños áridos; por lo tanto, este último
la acción de las heladas puede variar mucho. En un experimento,14 5
la ceniza, o el uso de cementos muy finamente molidos, tiene un efecto similar.
En general, una mezcla de concreto más cohesiva es
tasa a la cual el agua será expulsada del agregado en
A estas alturas debería ser obvio que la capacidad de un hormigón para
resistir el daño debido a la acción de las heladas depende de la
saturación (cantidad de agua congelable presente), la tasa de
y 800.000 vacíos de aire por centímetro cúbico de endurecido
Estas consideraciones han dado lugar al concepto de
183 ciclos para mostrar una reducción del 50 por ciento en el módulo
las pruebas con agregados por sí solas no siempre son confiables para predecir
su comportamiento en el concreto.
excederse para causar la ruptura. Como se analiza a continuación, la provisión
de límites de escape en la matriz de pasta de cemento y
requirió 29, 39, 82, 100 y 550 ciclos de congelación-descongelación para
dada la distribución del tamaño de poro, la permeabilidad, el grado de
saturación y la velocidad de congelación, un agregado grande puede causar
Los agregados de alta permeabilidad, que generalmente contienen una
gran cantidad de poros grandes, pertenecen a la tercera categoría. Aunque
permiten una fácil entrada y salida de agua, pueden causar problemas de
durabilidad. Este
acción de las heladas, algunos agregados de piedra caliza o arenisca son
de vacíos, espaciamiento de vacíos y grado de protección contra
partículas de arena Adición de aditivos minerales como mosca
en un período de tiempo determinado; y segundo, determina la
Factores que controlan la resistencia a las heladas del hormigón
de su mayor permeabilidad que la pasta de cemento.
mezclas de concreto. Dado que el contenido de pasta de cemento generalmente
está relacionado con el tamaño máximo de los agregados, los concretos
magros con agregados grandes tienen menos pasta de cemento que
el pedernal utilizado como agregado grueso se expuso a ciclos de congelación
y descongelación, se requirieron aquellos que contenían pedernal de 25 a 12 mm
muestra por qué los resultados forman congelación-descongelación y solidez
Incorporación de aire. No es el aire total, sino el vacío.
presente en un hormigón, la congelación se acompaña de saltos, es decir,
falla del agregado en el que una parte del
recorrido para aliviar la presión), la estructura de poros del sistema (tamaño,
número y continuidad de los poros), el grado de
14H. Woods, Durability of Concrete, ACI Monografía 4, 1968, p. 20
13D.L. Bloem, Carretera Res. REc., N° 18, págs. 48-60, 1963.

la resistencia a las heladas del hormigón, como se explica en la Fig. 5-8.
edades más tempranas de curado. Datos experimentales de Verbeck y
el primero puede ser de mayor fuerza, pero el segundo será
y el más peligroso deterioro de la sal es consecuencia
cambio en la relación agua/cemento, un 5 por ciento de incorporación de aire
las sales descongelantes superan con creces el efecto positivo; por lo tanto,
Se sabe que la resistencia del hormigón frente a la influencia combinada
de las sales de congelación y descongelación,15 que son
recomendado antes de la exposición a las heladas.
70
pasta (fig. 2-8). Dado que el agua fácilmente congelable reside en poros
grandes, se puede suponer que
Fuerza. Aunque generalmente existe una relación directa entre
resistencia y durabilidad, esto no
hidratación. En general, cuanto mayor sea la relación agua/cemento
los efectos negativos son: (1) y aumento en el grado de
de la permeabilidad del hormigón es por lo tanto importante en
La resistencia del hormigón está reconocida por los códigos de construcción.
0,50 para otros elementos. Obviamente, estos agua/cemento
que el hormigón sin aire incorporado correspondiente.
en la permeabilidad, como resultado del agrietamiento debido a cualquier condición física
de alrededor de 4 a 5 por ciento.
Es probable que el concreto se agriete y se astille cuando se expone a muy
Escalado de hormigón
al menos 7 días de curado húmedo a temperatura normal es
está determinada por la relación agua/cemento y el grado de
crecimiento de cristales en soluciones sobresaturadas en poros. En general,
los efectos negativos asociados con la aplicación de
para que puedan hibernar sin congelarse; otros
DETERIORO POR INCENDIO
tiene efectos negativos y positivos sobre el daño por heladas,
puede ser visto como un efecto positivo. Por otra parte,
La importancia de la relación agua/cemento en la helada
la resistencia del hormigón en aproximadamente un 5 por ciento. Sin ningún
puede volver a alcanzar o superar el grado crítico de saturación cuando se
expone a un ambiente húmedo. El papel
son capaces de reducir el contenido de agua en sus cuerpos
la superficie del hormigón por descamación se produce a concentraciones de sal
caja). Existe un grado crítico de saturación por encima del cual
será el volumen de poros grandes en el cemento hidratado
descrito por el método estándar ASTM C 457.
el agua sobreenfriada en los poros eventualmente se congela; (3) el desarrollo
de tensiones diferenciales causadas por capa por capa
Desde el punto de vista del daño por heladas, el efecto del aumento
Tratándose de bordillos, cunetas, barandales o sus secciones, y
mantener el nivel deseado de trabajabilidad. Cuanto más nuevo cuanto
menos, el hormigón con aire incorporado es generalmente de menor resistencia
(4) choque de temperatura como resultado de la aplicación en seco de sales
de deshielo sobre hormigón cubierto con hielo y espectáculo; y (5)
o causas químicas, deben ser aparentes.
los límites de relación suponen una hidratación adecuada del cemento; por lo tanto,
Relación agua/cemento y curado. Anteriormente se explicó cómo la
estructura de poros de una pasta de cemento endurecido
espaciamiento puede estimarse por determinación microscópica como
(es decir, la disminución de la temperatura de formación de hielo)
después de un curado adecuado, pero dependiendo de la permeabilidad,
se muestra en la figura 5-7b.
Como regla general, en hormigones de resistencia media y alta, cada aumento
del 1 por ciento en el contenido de aire reduce
El concreto sujeto a congelación y descongelación en condiciones húmedas
debe tener una relación agua/cemento máxima de 0.45 en
pérdida al reducir un poco la relación agua/cemento
Los insectos no se congelan hasta morir en invierno. algunos errores
las sustancias parcialmente secas no sufren daños por heladas (ver
de hidratación para una relación agua/cemento dada, mayor
crítico y el grado real de saturación que determina
el agua será más con relaciones agua/cemento más altas y en
comparar el hormigón sin aire con el con aire incluido,
generalmente inferior a su resistencia a las heladas sola. Muchos
investigadores han observado que el daño máximo a la
las sales; (2) un aumento en el efecto disruptivo cuando el
sino también el grado crítico de saturación previo a la congelación.
de ambos efectos, el efecto sobreenfriador de la sal en el agua
Un hormigón puede fallar por debajo del grado crítico de saturación
Klieger confirmó esta hipótesis (fig. 5-7a). La influencia de la relación agua/
cemento en la resistencia a las heladas del hormigón
tienen una mayor durabilidad a la acción de las heladas debido a la protección
contra el desarrollo de altas presiones hidráulicas.
congelamiento del concreto debido a gradientes de concentración de sal;
la resistencia a las heladas del hormigón bajo la influencia combinada de
sales de congelación y descongelación se reduce significativamente.
comúnmente utilizado para derretir el hielo y mostrar desde los pavimentos, es
Grado de saturación. Es bien sabido que seco o
para un determinado grado de hidratación o cuanto menor sea el grado
razones, se recomienda que el contenido de aire se determine sobre el
concreto tal como se coloca, y la adecuación del vacío
la acción de las heladas porque controla no solo la presión hidráulica asociada
con el movimiento interno del agua al congelarse
Por ejemplo, ACI 318-83 requiere que el peso normal
por lo tanto, reduciría la resistencia del hormigón en un 25 por ciento. Debido
a la trabajabilidad mejorada como resultado del aire incorporado, es posible
compensar una parte de la fuerza
saturación del hormigón debido al carácter higroscópico de
contienen un anticongelante natural en la sangre.
Según Harnik et al.,16 el uso de sal de deshielo
temperaturas bajas. De hecho, es la diferencia entre el
aguantar en caso de daños por heladas. por ejemplo, cuando
a una determinada temperatura de congelación la cantidad de congelable
16A.B. Harnik, U. Meier y Alfred Fosli, ASTM STP 691, 1980, págs. 474-84.
¨
15 Por lo general, se utilizan cloruros de amoníaco, calcio o sodio.

forma está asociada con una expansión repentina del orden
El hormigón puede tener lugar en forma de desconchado superficial.
personas fueron rescatadas porque el edificio mantuvo su
Efecto de la alta temperatura en la pasta de cemento
el material se especifica rutinariamente en los códigos de construcción.
Las variables incluyeron el tipo de agregado (carbonato, silíceo,
ejercer una influencia importante en el comportamiento del hormigón expuesto
al fuego. Áridos porosos, dependiendo de la
La seguridad humana en caso de incendio es una de las consideraciones
en el diseño de edificios residenciales, públicos e industriales. Concrete tiene
un buen historial de servicio en este
de después del enfriamiento a la temperatura y humedad ambiente).
permitiendo así las operaciones de rescate al reducir el riesgo de
de los productos de descomposición gaseosos. Las pruebas de fuego tienen
la temperatura del concreto. Sin embargo, desde el punto de vista de la
protección contra incendios, se puede señalar que debido a la
mineralogía de agregados. Por ejemplo, la minería de agregados determina
las expansiones térmicas diferenciales entre el agregado y la pasta de
cemento y la temperatura final.
agua CSH intercapa, y parte del agua químicamente combinada de CSH e
hidratos de sulfoaluminato,
son necesarios para la descomposición completa de la CSH.
el agregado consta de componentes que se descomponen en
sobre la resistencia a compresión de especímenes de concreto con
resistencia original y probado en caliente; y probado sin carga
sin embargo, estar libre de problemas relacionados con los movimientos de
humedad.
antes de la exposición.
La porosidad y la mineralogía del agregado parecen
elemento, y la tasa de aumento de la temperatura son importantes porque
gobiernan el desarrollo de las presiones internas
71
resistencias finas a temperaturas de hasta 1200 ÿ F (650 ÿ C).
˜
agua y agua capilar, además del agua adsorbida. Los diversos tipos de agua
se pierden fácilmente al elevar
Cuando la temperatura alcanza los 300°C, la
hasta 100 mm de revestimiento de hormigón o cualquier otro material resistente al fuego
La respuesta del concreto al fuego está influenciada de otras maneras por
o el agregado liviano lijado (60 por ciento del
calentado con carga a un nivel de estrés que es el 40 por ciento de la
el caso del ataque de heladas. Los agregados de baja porosidad deben,
(es decir, si los especímenes se prueban calientes y bajo carga,
mantener la fuerza suficiente durante períodos razonablemente largos,
La presencia de grandes cantidades de agua evaporable.
Los datos de Abram17 que se muestran en la Fig. 5-9 ilustran el efecto
de la exposición de corta duración hasta 1600 ÿ F (870 ÿ C)
a unos 500ÿC, pero temperaturas del orden de 900ÿC,
El concreto es importante porque tanto la pasta de cemento como
la permeabilidad de la pasta de cemento es baja, el daño a
promedio 3900 psi (27 MPa) f
Efecto de la alta temperatura en el agregado
calefacción. La permeabilidad del hormigón, el tamaño de la
temperatura del muslo. A diferencia del acero, cuando se somete a
temperaturas del orden de 700 a 800 ÿC, el concreto es capaz
descrito anteriormente, consiste principalmente en hidrato de silicato de
calcio, hidróxido de calcio e hidratos de sulfoaluminato de calcio. Una pasta
saturada contiene grandes cantidades de
la angustia puede comenzar por encima de los 700 °C como resultado de la
reacción de descarbonización. Además de las posibles transformaciones de
fase y descomposición térmica del agregado, la
el material aumenta a un ritmo más rápido que el alivio de presión por la
liberación de vapor a la atmósfera.
forman el punto de vista de la seguridad contra incendios de las estructuras de acero, un 50-
comienza la pasta debido a la descomposición del hidróxido de calcio
controlar la respuesta del hormigón al fuego. Composicion de
9a), las probetas realizadas con el árido carbonatado
expansiones que conducen a pop-outs del tipo descrito en
resistencia del hormigón, también está influenciada por las condiciones de ensayo
573ÿC porque la transformación del cuarzo de ÿ a ÿ
la alta temperatura es el resultado de muchos factores en interacción
simultánea que son demasiado complejos para un análisis exacto. Sin
embargo, con el fin de comprender su significado, a continuación se analizan
algunos de los factores.
edificio de hormigón armado en Sao Paulo (Brasil) estuvo expuesto a un
incendio de alta intensidad durante más de 4 h, más de 500
(calentado sin tensión, es decir, sin carga y probado en caliente;
no suba hasta que se haya eliminado toda el agua evaporable.
Efecto de la alta temperatura en el concreto
El efecto del aumento de la temperatura sobre la pasta de cemento
hidratada depende del grado de hidratación y del estado de humedad. Una
pasta de cemento portland bien hidratada, como
de 0,85 por ciento. En el caso de las rocas carbonatadas, un
El desconchado se produce cuando la presión de vapor del vapor en el interior
integridad estructural durante el incendio. Cabe señalar que
puede causar un problema. Si la velocidad de calentamiento es alta y
Cuando se calienta sin carga y se prueba en caliente (Fig. 5-
o lutita expandida liviana) y condiciones de prueba
velocidad de calentamiento y el tamaño de los agregados, la permeabilidad y
el estado de humedad, pueden ser ellos mismos susceptibles a perturbaciones
demostrado que el grado de microfisuración, y por lo tanto la
respeto. A diferencia de la madera y los plásticos, el hormigón es
incombustible y no emite humos tóxicos al exponerse a
fuerza de la zona de transición.
también se perdería. Deshidratación adicional del cemento.
Como ocurre con otros fenómenos, muchos factores
considerable calor de vaporización necesario para la conversión de agua en
vapor, la temperatura del hormigón
A esta temperatura, las probetas de hormigón que contienen el
después de enfriar a temperatura ambiente).
Los agregados silíceos que contienen cuarzo, como el granito y la
arenisca, pueden causar deterioro en el concreto a aproximadamente
colapso estructural. Por ejemplo, en 1972 cuando un edificio de 31 pisos
De nuevo, el comportamiento real de un concreto expuesto a
0
C
17MS Abrams, Temperatura y Concreto, ACI SP-25, 1973, pp. 33-50.

los de los especímenes compañeros descargados, pero el superior
mismo tiempo y pueden incluso reforzarse mutuamente. Para el
desequilibrio cuando entra en contacto con un ácido
desde el punto de vista del hormigón de cemento portland, la mayoría de
las aguas industriales y naturales pueden clasificarse como agresivas. Sin
embargo, la tasa de ataque químico sobre el concreto
En una pasta de cemento portland bien hidratada, el sólido
estudio18 se observó que en comparación con compresión
de condensación de niebla o vapor de agua, y agua blanda
72
como aumento de la porosidad y la permeabilidad, disminución de la
agregar.
y CIÿ en aguas subterráneas
desencadenada por reacciones químicas implica generalmente, pero
21ÿC (Fig. 5-9c). Las microfisuras en la zona de transición asociadas con
la contracción térmica probablemente fueron las responsables
responsable del deterioro de un gran número de estructuras de hormigón.
Finalmente, la última sección de este capítulo
Hidrólisis de componentes de pasta de cemento
por encima de 6, la tasa de ataque químico se considera demasiado lenta
Abrams descubrió que la resistencia original del hormigón
resistencia y módulo elástico que en la resistencia a la compresión
de escurrimiento de agua o filtraciones a presión, dilución del
retenido después de la exposición a altas temperaturas. En una subsiguiente
los constituyentes de la pasta de cemento portland. Agua pura
aguas, iones ácidos como SO2ÿ
concreto.
La resistencia del hormigón a los procesos de deterioro.
y corrosión del acero embebido, ya que estos fenómenos son
puede tildarse de agresivo porque una reducción de la alcalinidad del
fluido poroso conduciría, eventualmente, a la desestabilización de los
productos cementosos de hidratación. De este modo,
cuando los especímenes fueron probados después de enfriar a 70°F o
Los iones explican el alto valor de pH, de 12,5 a 13,5, de la
más rápidamente a medida que aumentaba la temperatura. Por ejemplo,
a 304 y 427 °C, los módulos eran del 70 al 80 por ciento y del 40 al 50 por
ciento del valor original, respectivamente. Esto se puede atribuir a
microfisuras en la zona de transición, que tiene un efecto más dañino en
la flexión.
disolver los productos que contienen calcio. Una vez que la solución de
contacto alcanza el equilibrio químico, se detendría la hidrólisis adicional
de la pasta de cemento. Sin embargo, en el caso
Una vez más, es necesario enfatizar que las reacciones químicas se
manifiestan en efectos físicos perjudiciales, como
a una fuerte zona de transición y menor diferencia en los coeficientes de
expansión térmica entre la matriz y el
reacciones álcali-agregado que ocurren entre el álcali se encuentra en la
pasta de cemento y ciertos materiales reactivos cuando
(23 a 45 MPa),
procesos químicos y físicos de deterioro interrelacionados, que demuestran
adecuadamente las complejidades de los problemas de durabilidad del
hormigón en la práctica.
el hormigón es bajo y el pH del agua agresiva es
y MgO si está presente en cantidades excesivas en el cemento portland,
y la corrosión electroquímica del acero incrustado en
tuvo poco efecto sobre el porcentaje de resistencia a la compresión
El agua del suelo, lagos y ríos contiene cloruros, sulfatos y
bicarbonatos de calcio y magnesio; generalmente es agua dura y no ataca
ser tomado en serio. CO2 libre en aguas blandas y estancadas
fuerza hasta alrededor de 800 ÿ F (427 ÿ C). El rendimiento superior de
los hormigones de carbonato o de agregados livianos a la temperatura
más alta de exposición puede deberse a
DETERIORO POR REACCIONES QUÍMICAS
mineralogía en la resistencia del concreto se redujo significativamente
en la figura 5-10, y discutidos uno a la vez. Se prestará especial atención
al ataque de sulfatos, ataque de áridos alcalinos,
Teóricamente, cualquier entorno con menos de 12,5 de pH
estructuras costeras y en alta mar están expuestas a un laberinto de
la permeabilidad del hormigón. Cuando la permeabilidad de
líquido de poros. Grandes concentraciones de Na+, K+ y OHÿ
poco o nada de iones de calcio. Cuando estas aguas entran en contacto
con la pasta de cemento portland, tienden a hidrolizarse o
considerado perjudicial para el hormigón de cemento portland.
Las resistencias de los especímenes probados en caliente pero
cargados en compresión (Fig. 5-9b) fueron hasta un 25 por ciento más altos que
Los procesos químicos y físicos de deterioro actúan en el
El concreto de cemento portland estaría en un estado de química
hormigones elaborados con los tres tipos de árido arrojados
agentes presentes en el ambiente externo y los constituyentes de la pasta
de cemento. Entre las excepciones se encuentran
En el rango de 3300 a 6500 psi f
Se reafirmó el comportamiento de los hormigones carbonatados y de
áridos ligeros. Sin embargo, el efecto del agregado
propósito de desarrollar una comprensión clara, los procesos químicos se
pueden dividir en tres subgrupos que se muestran
ambiente.
presente en agregado, hidratación retardada de CaO cristalino
compuesta primaria o relativamente insoluble de hidratos de calcio (como
CSH, CH y CAS H), existe en un estado de equilibrio estable con un pH
alto.
resistencia de los especímenes calentados, los módulos elásticos de
de la lluvia o del derretimiento de la nieve y el hielo, puede contener
y agua de mar, y el H+ en algunas aguas industriales son frecuentemente
responsables de bajar el pH por debajo de 6, lo cual es
los agregados silíceos retuvieron solo el 25 por ciento de la fuerza original;
habían conservado el 75 por ciento del original
para esto.
se dedica a la durabilidad del concreto en agua de mar, porque
será función del pH del fluido agresivo y
no necesariamente, interacciones químicas entre agresivos
de hormigón
Fluido poroso en pastas de cemento portland. Eso es obvio
resistencia, agrietamiento y desconchado. En la práctica, varios
18C.R. Cruz, J.Res. & Dev., Portland Cement Association, Skokie, Ill., No. 1, pp. 37-45, 1966.
C
4
0

es reversible, una cierta cantidad de CO2 libre denominada
de cloruro de amonio y sulfato de amonio, que son
Además de la pérdida de resistencia, la lixiviación del hidróxido de
calcio del hormigón puede considerarse indeseable por motivos estéticos.
Con frecuencia, el lixiviado interactúa con el CO2
,
Con base en el intercambio catiónico, los tres tipos de reacciones
nocivas que pueden ocurrir entre soluciones químicas
Formación de calcio insoluble y no expansivo.
(5.2)
tendrá lugar la solución de contacto, proporcionando así la condición para
una hidrólisis continua. En las pastas de cemento portland hidratado, el
hidróxido de calcio es el componente que, debido a su solubilidad
relativamente alta en agua pura (1230
acetato y bicarbonato de calcio, que se eliminan
de dos investigaciones que muestran la pérdida de resistencia de las
pastas de cemento portuario por lixiviación de cal son citadas por Bic
zok19 (Fig. 5-18c). En otro caso,20 un hormigón que había
El ácido carbónico, H2CO3, está presente en los refrescos; CO2 alto
Cabe señalar que, dado que tanto los productos de reacción
en la pasta hidratada en el bicarbonato de calcio soluble. El equilibrio del
contenido de CO2 de un agua depende de
no aumenta la porosidad y la permeabilidad de la
hidróxido de calcio presente en el cemento portland hidratado
ejemplo, el ácido clorhídrico, sulfúrico o nítrico puede ser
Se encuentra en concentraciones significativas en aguas minerales, agua
de mar y aguas subterráneas cuando los desechos vegetales o animales
en descomposición están en contacto con el agua. El agua subterránea
normal contiene de 15 a 40 mg/litro de CO2 ; sin embargo, no son
infrecuentes concentraciones del orden de 150 mg/litro; el agua de mar
contiene de 35 a 60 mg/litro de CO2 . Por regla general, cuando el
a continuación), o eliminado por la erosión debido a la solución que fluye,
El CO2 está presente en el agua. Al transformar el calcio
la concentración es generalmente insignificante; cuando el pH es inferior
a 7, puede haber una concentración dañina de CO2 libre.
Ca(OH)2+ H2CO3 ÿ CaCO3+ 2H2O
El ácido fórmico o láctico se encuentran en muchos productos alimenticios.
73
el concreto está expuesto a desechos animales o vegetales en descomposición
2NH4Cl + Ca(OH)2 ÿ CaCl2+ 2NH4OH. (5.1)
productos altamente solubles, por ejemplo:
Reacciones de intercambio de cationes
proceso de transformación del hidróxido de calcio presente
calcio; su formación puede no causar daño al concreto a menos que el
producto de la reacción sea expansivo (ver
Después de la precipitación del carbonato de calcio que es insoluble, la
primera reacción se detendría a menos que algo de agua libre
los constituyentes de la pasta de cemento portland dan lugar a sales
solubles de calcio, tales como cloruro de calcio, calcio
del hidróxido de calcio se ha lixiviado; esto expone a los demás
constituyentes del cemento a la descomposición química. Eventualmente,
el proceso deja geles de sílice y alúmina con poca o ninguna fuerza.
Resultados
y Mg(OH)2. Dado que este último es insoluble, su formación
Cabe señalar que la acidez del agua del anillo que se produce
naturalmente se debe generalmente al CO2 disuelto que es
pasta de cemento, es deseable discutirlo más a fondo. Las reacciones
típicas de intercambio de cationes entre el ácido carbónico y
se encuentran con frecuencia en la práctica industrial. Para
El pH del agua subterránea o del agua de mar es de 8 o superior, el CO2 libre
La pasta se puede mostrar de la siguiente manera:
presentes en los efluentes de la industria química. Acético,
la hidrólisis de la pasta de cemento continúa hasta que la mayoría
,
sería agresivo para la pasta de cemento porque al conducir la segunda
reacción hacia la derecha aceleraría la
son capaces de transformar los componentes de la pasta de cemento en
costras de carbonato de calcio en la superficie. El fenómeno se conoce
como eflorescencia.
Debido a ciertas características del ataque del ácido carbónico sobre
Formación de sales de calcio solubles. Soluciones ácidas que
contienen aniones que forman sales de calcio solubles
(5.3)
reacción de intercambio catiónico entre las soluciones ácidas y
segunda reacción, la presencia de CO2 congelado ayuda a la hidrólisis
del hidróxido de calcio. Desde la segunda reacción
A través de la reacción de intercambio catiónico, las soluciones
a la mitad de la fuerza original.
puede reaccionar con la pasta de cemento para formar sales insolubles de
por ejemplo, solución de MgCl2 , que formaría CaCl2
presentes en solución).
es necesario mantener la reacción equi
el equilibrio de CO2
librium. Cualquier CO2 libre por encima del CO2 de equilibrio
comúnmente encontrado en la industria de fertilizantes y agricultura,
presente en el aire y resulta en la precipitación de blanco
sales. Ciertos aniones cuando están presentes en agua agresiva
CaCO3+ CO2+ H2O Ca(HCO3)2
también se encuentran concentraciones en aguas naturales. los
mg/litro), es más susceptible a la hidrólisis. Teóricamente,
su dureza (es decir, la cantidad de calcio y magnesio
sistema.
y los componentes de la pasta de cemento portland son los siguientes.
son solubles, los efectos del ataque son más severos que,
filtraciones o tráfico vehicular. Los productos de reacción entre el hidróxido
de calcio y los ácidos oxálico, tartárico, tánico, húmico, fluorhídrico o
fosfórico pertenecen a la categoría de las sales de calcio insolubles y no
expansivas. Cuando
carbonato en bicarbonato soluble de acuerdo con la
perdido alrededor de una cuarta parte de su contenido original de cal se redujo
lixiviación
19I. Biczok, Concrete Corrosion and Concrete Protection, Chemical Publishing Company, Inc., Nueva York, 1967, p. 291.
20R.D. Terzaghi, Inc., J. ACI, Proc., vol. 44, pág. 977, 1948.

Reacciones químicas que implican la formación de expansivos
puede transformarse en ácido sulfúrico por acción bacteriana.
agresivo porque el ion sulfato puede ser perjudicial para
Hidróxido de calcio y fases que contienen alúmina de
sobre la pasta de cemento portland es que el ataque es, eventualmente,
la costa del Golfo del este de Arabia Saudita mostró que la mayoría
como el desplazamiento de las paredes del edificio debido a la horizontal
74
Frecuentemente presente en suelos y aguas agrícolas. Efluentes de
hornos que utilizan combustibles con alto contenido de azufre y de la
Ataque químico por soluciones que contienen sales de
magnesio. El cloruro, el sulfato o el bicarbonato de magnesio se
encuentran con frecuencia en aguas subterráneas, agua de mar y
La mayoría de los suelos contienen algo de sulfato en forma de
suma de yeso (típicamente 0.01 a 0.05 por ciento expresado como SO4);
la mayor parte de la alúmina en forma de hidrato de monosulfato,
juntas, deformaciones y desplazamientos en diferentes partes de
Degradación del hormigón como resultado de reacciones químicas
entre el cemento portland hidratado y los iones de sulfato
el catión asociado) en el agua de contacto y la composición de la pasta
de cemento en el hormigón. El ataque de sulfato puede
son reemplazados por iones de magnesio. El producto final de
Creta.
el oeste de los Estados Unidos. De hecho, ya en 1936 un manual de
construcción con hormigón publicado por la Oficina de EE.UU.
y sigue el control del ataque de sulfato.
Un estudio21 de 42 estructuras de concreto ubicadas a lo largo
el agua penetra más fácilmente en el interior, acelerando así el proceso
de deterioro. En ocasiones, la dilatación del hormigón provoca serios
problemas estructurales como
cuya formación está asociada con la pérdida de las características
cementosas.
Reacciones químicas involucradas en el ataque de sulfato
con más del 5 por ciento de potencial C3A
concentraciones nocivas de sulfato en ambientes naturales e industriales.
Un rasgo característico del ataque de iones de magnesio.
el estrés eventualmente se manifiesta por el cierre de la expansión
el mundo, incluidas las provincias de las praderas canadienses y
debido al deterioro de la cohesión de los productos de hidratación del
cemento. Una breve revisión de algunos aspectos teóricos de las fallas
generadas por sulfatos, historias de casos seleccionados,
de magnesio y sulfatos alcalinos. El sulfato de amonio es
tener un efecto grave.
del 8 por ciento, los productos de hidratación también contendrán
son: ataque de sulfato, ataque de agregados alcalinos, hidratación
retardada de CaO y MgO libres, y corrosión del acero en contacto con
procesos de deterioro es predominante en un caso dado depende de la
concentración y la fuente de iones de sulfato (es decir,
La pasta de cemento portland pierde gradualmente iones de calcio, lo que
ATAQUE DE SULFATOS
manifiesta en forma de expansión del hormigón. Cuando el concreto se
agrieta, aumenta su permeabilidad y el agresivo
la reacción de sustitución es un hidrato de silicato de magnesio,
agua) ponen en peligro el hormigón y más del 0,5 por ciento de sulfato
soluble en el suelo (más de 2000 mg/litro de SO4 en agua) puede
contendrá
cualquier daño al concreto, pero el aumento de la acumulación de interna
evaporación del agua. Por lo tanto, no es raro encontrar
pegar.
son claramente diferentes entre sí. cual de los
contacto con soluciones de magnesio, el CSH en hidratado
la forma de una pérdida progresiva de fuerza y pérdida de masa
sulfato en las aguas subterráneas se deben generalmente a la presencia
PRODUCTOS PASIVOS
tuberías de alcantarillado a menudo conduce a la formación de H2S, que
pastas de cemento para formar sales solubles de calcio. Como se
analiza en la siguiente sección, la solución de MgSO4 es la más
sobre hormigón se ha informado de muchas otras partes de
Si el contenido de C3A del cemento es más
fenómenos asociados con reacciones químicas expansivas
El cemento portland hidratado es más vulnerable al ataque de los iones
de sulfato. En hidratación, cementos portland
Los productos de hormigón endurecido pueden provocar ciertos efectos
nocivos. La expansión puede, al principio, tener lugar sin
De acuerdo con el Comité 201 de ACI, el agua utilizada en las torres de
enfriamiento de concreto también puede ser una fuente potencial de
ataque de sulfatos debido a la acumulación gradual de sulfatos de
los hidratos que contienen alúmina presentes en el cemento portland
las estructuras sufrieron un grado indeseablemente alto de deterioro en
un corto período de 10 a 15 años; el deterioro se atribuyó principalmente
a dos causas: la corrosión del refuerzo y el ataque de los sulfatos.
Ataque de sulfato
empujado por una losa en expansión. El ataque de sulfato también puede tomar
esta cantidad es inofensiva para el hormigón. La solubilidad del yeso en
agua a temperaturas normales es bastante limitada (aproximadamente
1400 mg/litro de SO4). Mayores concentraciones de
materia, es la presencia de ácido húmico lo que causa el deterioro
químico.
la estructura, agrietamiento, descascarillado y salientes. El cuatro
de una fuente externa se sabe que toma dos formas que
extendido al hidrato de silicato de calcio, que es el principal constituyente
del cemento. Parece que durante mucho tiempo
C3A·CS·H18 .
de Recuperación advirtió que las concentraciones de sulfatos solubles
superiores al 0,1 por ciento en el suelo (150 mg/litro de SO4 en
REACCIONES QUE IMPLICAN LA FORMACIÓN DE EX
algunos efluentes industriales. Las soluciones de magnesio reaccionan
fácilmente con el hidróxido de calcio presente en portland
industria química puede contener ácido sulfúrico. Descomposición de la
materia orgánica en pantanos, lagos poco profundos, pozos de minería y
22
21Rasheeduzzafar et al., J. ACI, Proc., vol. 81, No. 1, págs. 13-20, 1984.
22 Para las abreviaturas de la química del cemento, consulte la Tabla 6.1.

yeso por ataque de sulfatos:
Cementos C3A , que contenían cantidades inusualmente grandes
El ataque de los sulfatos es, por tanto, más severo sobre el hormigón.
MgSO4+ Ca(OH)2+ 2H2O ÿ CaSO4· 2H2O + Mg(OH)2
Un interesante caso histórico de ataque de sulfatos en primavera
ÿÿ
se volvió relativamente poroso o débil y, eventualmente,
Se ha observado24 que el deterioro de la pasta de cemento portuario
endurecido por la formación de yeso pasa por un
C3A·CH·H18 .
Se reportaron estructuras de 5 a 30 años de antigüedad. Investigar
C3A·3CS·H32:
Bellport26 describió la experiencia de la Oficina de Reclamación de
EE. UU. con respecto al ataque de sulfato en estructuras hidráulicas
ubicadas en Wyoming, Montana, Sur
En el primer caso (ataque de sulfato de sodio), formación de
aguas subterráneas, debido enteramente a los sulfatos alcalinos, fue hasta
Existe un acuerdo general de que las expansiones relacionadas con el
sulfato en el concreto están asociadas con la etringita; sin embargo,
etringita cristalina, son dos de las varias hipótesis
gran agrietamiento, que obligó a demoler
pastas.27 Casos similares de deterioro de sulfato se reportan en los
suelos de las praderas en el oeste de Canadá, que
Na2SO4+ Ca(OH)2+ 2H2O ÿ CaSO4· 2H2O + 2NaOH
Dependiendo del tipo de catión presente en el sulfato
frecuentemente contienen de 4000 a 9000 mg/litro de sulfato).
Típicamente, como consecuencia del ataque de sulfato, el concreto
La formación de yeso como resultado de reacciones de intercambio
de cationes también es capaz de causar expansión. De todos modos, eso
condiciones ambientales, y proporcionando una protección adecuada
contra el ataque de sulfatos cuando sea necesario.
75
ÿÿ
ÿ
(5.7)
(5.5)
(5.4)
Presa en Montana (Fig. 5-11). El contenido de sulfato de
Sacramento, California. Probetas de concreto hechas con
transformación del material en una masa blanda o no cohesiva.
mg/litro. Muchos casos de deterioro grave del hormigón.
contacto con los iones de sulfato, tanto los hidratos que contienen alúmina
se convierten en la forma con alto contenido de sulfato (etringita,
es esencial para la estabilidad de la fase cementosa principal
yeso formado a expensas de los componentes cementosos normalmente
presentes en el cemento portland hidratado
a la adsorción de agua en ambiente alcalino por mal
el hormigón levantó los pilares 8 cm en 4 años y provocó
el yeso va acompañado de la formación de hidróxido de magnesio
relativamente insoluble y poco alcalino; de este modo
contener hasta 1 1/2% de sulfatos alcalinos (aguas subterráneas
que son apoyados por la mayoría de los investigadores.
y reconstruir los muelles. Obviamente, tales ocurrencias de expansión de
sulfato pueden evitarse mediante un estudio exhaustivo de
pastas de cemento portland, cuando entra la pasta de cemento
3(CaSO4·2H2O) + 3Mg(OH)2 + 2SiO2· H2O
se reportó pérdida de estructuras de concreto del Ft. Picotear
C3A· CH· H18+ 2CH + 3S+ 11H ÿ C3A·3CS·H32
C3A· CS· H18+ 2CH + 2S+ 12H ÿ C3A·3CS·H32
presión por el crecimiento de cristales de etringita, y la hinchazón debido
el agua contenía 2040 mg/litro de SO4 . La expansión de la
esto es seguido por expansión y agrietamiento, y eventual
y la concentración de sulfato de agua fue de hasta 9900
el CSH de la pasta de cemento portland se puede convertir en
al 3 por ciento potencial C3A se desempeñó mejor que el 0 por ciento
también es atacado por la solución de sulfato. el magnesio
Verbeck28 reportó los resultados de una investigación a largo plazo
sobre el desempeño del concreto en suelos sulfatados ubicados en
la continuación de alta alcalinidad en el sistema, que
especímenes de hormigón (Fig. 5-12) mostraron grandes cantidades de
3MgSO4+3CaO·2SiO2· 3H2O + 8H20 ÿ
Como resultado de la exposición al sulfato durante 20 años, la fuerza
de silicato tricálcico (58 a 76 por ciento).
Historias de casos seleccionados
(CSH). Por otro lado, en el segundo caso (ataque de sulfato de magnesio)
la conversión de hidróxido de calcio a
reducido a una masa arenosa (no cohesiva).
proceso que conduce a la reducción de la rigidez y la resistencia;
Dakota, Colorado y California. En algunos casos, el contenido de sulfato
soluble del suelo fue tan alto como 4.55 por ciento,
En presencia de hidróxido de calcio en
10.000 mg/linter. Una investigación del deterioro
los mecanismos por los cuales la formación de etringita provoca la
expansión sigue siendo un tema de controversia.23 El esfuerzo de
Biczok informa sobre el agua en los pilares del puente del río Elba en
Magdeburg, Alemania Oriental.25 La operación de hundimiento del muelle
en un cajón cerrado abrió un manantial. La primavera
hidróxido de sodio como subproducto de la reacción asegura
(5.6)
solución (es decir, Na+ o Mg2+), tanto hidróxido de calcio como
la estabilidad de la CSH en el sistema se reduce y se
Los estudios mostraron que los cementos resistentes a los sulfatos que contienen 1
24P.K. Mehta, Cem. concr. Res., vol. 13, núm. 3, págs. 401-6, 1983.
27 TE Lectura, ACI SP 47, 1975; págs. 343-66; y PK Mehta, J. ACI, Proc., vol. 73, núm. 4, págs. 237-38, 1976.
26BP Bellport, en Performance of Concrete, ed. EG Swenson, University of Toronto Press, Toronto, 1968, págs. 77-92.
25Biczok, Corrosión del Hormigón y Protección del Hormigón.
23M.D. Cohen y B. Matgher, ACI Materials Jour., vol. 88, No. 1, págs. 62-69, 1991.
28G.J. Verbeck, en Performance of Concrete, ed. EG Swenson, Prensa de la Universidad de Toronto, Toronto, 1968.

las inmediaciones del mortero. Parece que, debido a la contaminación del
aire, los sulfatos presentes en el agua de lluvia (ver cuadro a continuación) pueden
1500 mg/litro o más están involucrados (que normalmente son
del cemento C3A al 4 por ciento (Fig. 5-13a). Con un cemento alto en C3A
(11 por ciento de C3A), el contenido efectivo de C3A
los factores que influyen
(4) la forma de construcción, y (5) la calidad del concreto. Si no se puede
evitar que el agua sulfatada llegue al concreto, la única defensa contra el
ataque radica en el
• Ataque moderado: Cuando el contenido de sulfato es 0,1
Candlestick Park Stadium (fig. 1-7) en San Francisco, California.29
Aparentemente, la lechada no se compactó adecuadamente durante la
construcción; por lo tanto, la lixiviación del material cementicio resultó en
una gran pérdida de resistencia30 y
76
Cemento Portland que contiene menos del 5 por ciento de C3A
Los resultados demuestran claramente que el contenido de cemento (en La calidad del hormigón, en concreto una baja permeabilidad, es la
mejor protección contra el ataque de los sulfatos. Espesor adecuado del
concreto, alto contenido de cemento, baja relación agua/cemento y
compactación y curado adecuados de
Basado en estándares desarrollados originalmente por los EE. UU.
hidróxido en la hidratación funcionan mucho mejor: por ejemplo, cementos
con alto contenido de alúmina, escoria de alto horno portland
atención de los autores, que demostraron que el suelo, las aguas
subterráneas, el agua de mar y las aguas industriales no son las únicas
perdido por evaporación de una o más superficies. Por lo tanto,
• Ataque insignificante: Cuando el contenido de sulfato está por
debajo del 0,1 por ciento en el suelo, o por debajo de 150 ppm (mg/litro)
Control del ataque de sulfato
la etringita y el yeso se formaron como resultado del ataque de los sulfatos.
tipo y relación agua/cemento.
vigas de gradas de hormigón vaciadas en el lugar se informó de
son más vulnerables que los cimientos y pilotes.
Según un resumen de BRE,
variación, (3) el flujo de agua subterránea y la porosidad del suelo,
que los cementos contienen potencialmente poco o nada de calcio
provocando así un efecto beneficioso sobre la resistencia a los sulfatos.
y cuando durante el diseño y la construcción no se toman las precauciones
adecuadas para el drenaje del agua de lluvia.
con una relación agua/cemento inferior a 0,5 para hormigón de
peso normal.
material mostró la presencia de cantidades considerables de
mediante el uso de cementos resistentes a los sulfatos.
tasa promedio de deterioro se muestran en la Fig. 5-13. los
que contiene los siguientes requisitos:
Un caso interesante de ataque de sulfato fue llevado a la
expuesto al agua sulfatada es menor que si la humedad puede ser
en agua, no habrá restricción en el cemento
fuentes de sulfato Deterioro de la lechada seca entre las vigas
prefabricadas de hormigón en voladizo y la
sótanos, alcantarillas, muros de contención y losas en el suelo
las muestras de hormigón se evaluaron mediante inspección visual y
mediante la medición de la resistencia y el módulo dinámico de elasticidad
después de varios períodos de exposición. Los datos de Ver Beck sobre
el efecto del contenido de C3A del cemento portuario y el contenido de
cemento del concreto en el
presente, (2) el nivel de la capa freática y su estacionalidad
Es probable que esto suceda cuando el material es permeable,
cationes), el cemento portland Tipo V puede no ser efectivo contra las
reacciones de intercambio de cationes que involucran la formación de
yeso, especialmente si el contenido de C3S del cemento es alto.32 Bajo
estas condiciones, la experiencia muestra
de una mezcla puzolánica como las cenizas volantes (Fig. 5-13b),
puzolana, arcilla calcinada o cenizas volantes bajas en calcio).
la tasa de ataque en una estructura de hormigón con todas las caras
los alrededores. Análisis de difracción de rayos X de los deteriorados.
a la contracción por secado, la acción de las heladas, la corrosión del
refuerzo u otras causas, se puede proporcionar seguridad adicional
drenaje, se encontró que el agua de lluvia se había acumulado en
condiciones moderadas de ataque de sulfato (es decir, cuando las
reacciones de formación de etrigitas son la única consideración). Sin
embargo, cuando altas concentraciones de sulfato del orden de
tres veces mejor que el hormigón que contiene 310 kg/m3
se utilizará puzolana o cemento de escoria portland,
cuatro grados de severidad en el Código de Construcción ACI 318-83,
ataque de sulfato son (1) la cantidad y naturaleza del sulfato
provocar el deterioro del mortero o del hormigón sobre el suelo.
asociado con la presencia de magnesio y álcali
en la mezcla cementosa se puede reducir mediante la adición
a 0.2 por ciento en suelo, o 150 a 1500 ppm en agua, cemento
portland ASTM Tipo II o cemento portland
provocó la formación de estalactitas de carbonato de calcio en
El hormigón fresco se encuentra entre los factores importantes que
contribuyen a la baja permeabilidad. En caso de agrietamiento debido
Se utilizaron diferentes tipos de cemento portland en tres contenidos de
cemento. El suelo de la cuenca contenía aproximadamente un 10 por
ciento de sulfato de sodio. El deterioro de
Bureau of Reclamation, la exposición a los sulfatos se clasifica en
cementos con más del 70 por ciento de escoria, y cementos portland
puzolánicos con al menos 25 por ciento de puzolana (natural
control del factor 5, como se analiza a continuación. Se observa que
Cabe señalar que la junta que contiene la lechada se encuentra entre 18
y 30 m sobre el nivel del suelo. Debido a inadecuado
es decir, la permeabilidad del hormigón) influyó más en la resistencia a los
sulfatos que la composición del cemento. Por ejemplo, el desempeño del
concreto que contiene 390 kg/m3 de cemento C3A al 10 por ciento fue de
dos a
(ASTM Tipo V) es suficientemente resistente a los sulfatos bajo
31
29Nuevo registro de ingeniería, p. 32, 5 de enero de 1984.
Los núcleos de 30Group mostraron alrededor de 600 a 1000 psi frente a la resistencia a la compresión normal de 4000 psi.
32Bellport, en Performance of Concrete, p. ??.
31Building Research Establishment Digest 250, Her Majesty's Stationery Office, Londres, 1981. En adelante, BRE Digest 250.

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