vida util del concreto expuesto a diferentes...
TRANSCRIPT
VIDA UTIL DEL CONCRETO
EXPUESTO A DIFERENTES
AMBIENTES
Weak And Powerless
Ing. Diego Velandia
Ing. Wilmar Echeverri
CONTENIDO:
¿Por qué el concreto es el material del futuro?
Daños químicos
Desarrollo de Estudio y Normatividad
Análisis y resultados
Conclusiones
La tecnologia del concreto se ha interesado en desarrollar novedosas investigaciones en temas relacionados con construcción sostenible.
Aplicaciones en desarrollo.
Concreto con agregados reciclados
Concreto poroso o permeable.
Concreto liviano
Concretos de alto desempeño
POR QUE EL CONCRETO ES
EL MATERIAL DEL FUTURO
El desarrollo actual de la actividad humana no debe
estar comprometida con la posibilidad de que las
próximas generaciones puedan seguir desarrollándola.
CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO.
CONCRETOS DE ALTA RESISTENCIA
CONCRETOS DE MAYOR MODULO ELASTICO
CONCRETOS EVALUADOS POR DURABILIDAD
CONCRETOS CON UNA VIDA UTIL MAYOR
Como se logra?Siguiendo la normativa midiendo
AMBIENTES
DAÑOS
NECESIDAD DE VIDA UTIL
DAÑOS QUÍMICOS
CLORUROS
SULFATOS
CARBONATACIÒN
ATAQUE POR
CARBONATACIÓN
La carbonatación es un tipo particular de reacción ácida.
Se debe a la penetración del CO2 del aire atmosférico en la estructura porosa del concreto.
Se caracteriza por una disminución del pH del concreto de valores del orden de 13 a 9,
perdiendo su basicidad, dejando de ser un elemento protector de los aceros de refuerzo.
El proceso de carbonatación se desarrolla desde la superficie hacia el interior de la masa.
Se crea así un “frente de carbonatación”. La reacción principal ocurre con el hidróxido de
calcio, siendo el carbonato de calcio el producto más importante.
Se expresa químicamente: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
ENSAYO CARBONATACIÓN
ACELERADA
El contenido de CO2 en el aire
La humedad relativa del medio ambiente
La cantidad de cemento (kg/m3)
La relación A/C
La microestructura del material
La velocidad del proceso de carbonatación depende de
(1) Ca(OH)2 + Na2SO4.10H2O = CaSO4.2H2O + 2Na(OH) + 8H2O
(2) 3CaO.Al2O3.12H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 13H2O
= 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O
(3) 2(3CaO.Al2O3.12H2O) + 3(NaSO4.10H2O)
= 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O + 2Al(OH)3 + 6NaOH + 17H2O
(4) 3CaO.2SiO2.aq. + MgSO4.7H2O + Mg(OH)2
= CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 + SiO2.aq
Reacciones que producen
expansión
ATAQUE POR SULFATOS
El ataque de sulfatos ocurre en concentraciones relativamente altas de sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, en suelos y aguas
El ataque de sulfatos se debe a la
combinación de ion sulfato( SO4=) con el
aluminato de calcio hidratado del cemento
formando ettringita o sulfo aluminato de
calcio (3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O).
La expansión, es atribuida a la formación de
precipitados insolubles cuyos cristales van a
incrementar su volumen en la fase sólida,
produciendo presión y ruptura sobre la masa
circundante.
Varias investigaciones demostraron que
cementos con bajo contenido de C3A y hasta
con un 15 % de C4AF eran muy resistentes
a los sulfatos, aunque otros con poco C3A y
poco o nada de C4AF no lo eran. Se atribuye
un efecto protector al gel de hidróxido de
hierro formado.
CEMENTOS DE USO CONCRETERO
FRENTE A EXPANSIÓN POR SULFATOS
El C3A no esta relacionado directamente si existen bajas adiciones pues dependede otros procesos de hidratación.
CEMENTOS DE USO GENERAL FRENTE
A EXPANSIÓN POR SULFATOS
Aunque el C3A cumple los % de expansión no lo hacen en el ensayo de la ASTM 1012.
El método ASTM C-452 que se basa en
mezclar cemento con yeso para obtener un
sulfato de 7 %, preparando especímenes en
barras y sometiéndolos a curado en agua a
temperatura normal. Este método se utiliza
en cementos con adiciones ≤ 5%
El método ASTM C-1012 basado en la
inmersión del mortero en solución de sulfato
de sodio anhidro, evalúa el cambio de
longitud del mortero expuesto. Se cura el
mortero recién preparado en agua a 35ºC,
previo sellado del molde, durante 24 horas;
Este método se recomienda para todos los
tipos de cemento con adiciones > a 5%.
Medición de expansión e identificación
de etringita secundaria.
Verificación de comportamiento de
cementos enfrenteados a ataques
químicos.
Mezclas asociadas a diferentes
sistemas de colocación tuberías –
canales – plantas de tratamiento.
ATAQUE POR CLORUROS
Los cloruros ingresan al concreto de dos maneras
Presencia en agregados, agua, cementos
contaminados o en aditivos.
Mecanismo de difusión o combinado con el
transporte de agua por succión capilar y
evaporación, ubicándose en los poros
interiores del concreto.
La consecuencia final es la corrosión de la
armadura.
El riesgo depende de la resistencia del
concreto a la penetración del cloruro y su
capacidad de enlace, puesto que los iones
libres serán agresivos a las armaduras.
Equipo de permeabilidad a cloruros
Para determinar la resistencia a la penetración se utilizó la norma ASTM C-1202.Se mide la cantidad de corriente eléctrica que pasa a través de una muestra de concreto de 10 cm de diámetro y 5 cm de espesor, manteniendo el sistema a un voltaje de 60V por un período de 6 horas.
Valoración de penetración.
DESARROLLO DE ESTUDIO
Y NORMATIVIDAD
Se verifican los concretos producidos en zonas donde el ambiente establezca condiciones de daños químicos.
Implementar métodos de ensayo de
durabilidad para encontrar el desempeño de
diferentes concretos frente a diferentes
ambientes.
Verificar el cumplimiento de la normativa
OBJETIVOS:
NSR 10
NTC 5551
ALCANCE:
– Relación a/mc
– Uso de adiciones
• Humo de sílice
• Ceniza Volante
• Escoria
• Puzolana Naturales
– Curado
Normatividad
NTC 5551
NSR 10
Diseños
actualesDesempeño
Cloruros
Sulfatos
CO2
DETERMINACION DE AMBIENTES
DISTRIBUCIÓN POR
ATAQUE
Fuente: PCA
Fuente: PCA
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
Humedo Humedo-Intemperie Plastico- Intemperie Intemperie
Carg
a [
Co
ulo
mb
s]
4000 0% 4500 0% 5000 0% 4000 30% 4500 30% 5000 30%
Moderada
Baja
SUR OCCIDENTE
PERMEABILIDAD A
CLORUROS
4000 PSI – a/mc=0.53, mc=358kg/cm3
4500 PSI – a/mc=0.49, mc=389kg/cm3
5000 PSI – a/mc=0.45, mc=420kg/cm3
NORTE
PERMEABILIDAD A
CLORUROS
4000 PSI – a/mc=0.56, mc=335kg/cm3
4500 PSI – a/mc=0.53, mc=355kg/cm3
5000 PSI – a/mc=0.48, mc=387kg/cm3
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
Humedo Intemperie
Carg
a [
Co
ulo
mb
s]
4000 - 0% 4500 - 0% 5000 - 0% 4000 - 30% 4500 - 30% 5000 - 30%
Moderada
Baja
30% CENIZA
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Humedo Interperie
Carg
a [
Co
ulo
mb
s]
4000 PSI 4500 PSI 5000 PSI
0% CENIZA
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Humedo Interperie
Ca
rga
[C
ou
lom
bs
]
4000 PSI 4500 PSI 5000 PSI
Moderada
Baja
4000 PSI – a/mc=0.56, mc=335kg/cm34500 PSI – a/mc=0.53, mc=355kg/cm35000 PSI – a/mc=0.48, mc=387kg/cm3
NORTE
PERMEABILIDAD A CLORUROS
Components of Concrete Service Life. ACI 365
Desempeño del concreto
x
txCDJ
,
x
J
t
C
2
2
x
CD
t
C
0,
,0
00,
tC
CstC
xC
Dt
XerfcCstxC
2),(
Primera ley de difusión
Conservación de masa
Segunda Ley de Fick
Condiciones
VIDA ÚTIL
ATAQUE DE CLORUROS
KmolJR
molJU
CTref
eDD
díast
ECVm
t
tDD
D
dtexerfc
erfc
Dt
XerfcCstxC
TTrefR
U
refT
ref
m
ref
reft
mca
x
t
/314472,8
/35000
20
28
70
%
50
%4,02,0
10
2)(
ariocomplementerror defunción
2),(
11
)/4,206,12(
28
2
12)4,04,206,12(
28 109433,710D
2017,070
%30
50
%04,02,0
70
%
50
%4,02,0
ECVm
12
2017,0
12 108667,260602436512
60602428109433,7
m
ref
reftt
tDD
12293
1
293
1
314472,8
35000
12
11
866710.2108667,2 eDeDD T
TTrefR
U
refT
%042,0101563,4)60602436512866710.2(2
3,00008,
2),( 4
12erfc
Dt
XerfcCstxC
EJEMPLO
Datos de entrada:
r a/c: 0,4Escoria:30%Años de análisis: 12
Concentración cloruros superficie:
0.08%Recubrimiento: 3 cmT=20 CConcentración límite de cloruros=0,05%
Fuente: LIFE 365
2
2
x
CD
t
C
CCCCCd
c
b
a
x
tD
dCcCbCa
CCCCCCCC
x
CCC
x
CCCD
t
CC
n
j
n
j
n
j
n
jj
j
j
j
j
n
jj
n
jj
n
jj
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
2)2)2)(1(
2
2
1
2
2
212
22
21
2
11
2
1
1
11
1
11
1
1
11
1
1
2
11
2
1
1
11
1
1
VARIACIÓN TEMPERATURA, CONCENTRACIÓN
CLORUROS EN LA SUPERFICIE
Solución por medio de diferencias finitas: Método de Crank-Nicholson
12)4,04,206,12(
28 109433,710D
2017,070
%30
50
%04,02,0
70
%
50
%4,02,0
ECVm
12
2017,0
12 108335,760602430
60602428109433,7
m
ref
reftt
tDD
12293
1
293
1
314472,8
35000
12
11
8335,7108335,7 eDeDD T
TTrefR
U
refT
seg 2592000días 30
01,0
t
mx
Datos de entrada:
r a/c: 0,4Escoria:30%Años de análisis: 12
Concentración cloruros superficie: variable
Temperatura ambiente: variableRecubrimiento: 20 mmEspesor analizado 30 mm
EJEMPLO – CÁLCULO A
MANO, MATLAB
0)0x020)(5,01(2
4061,00)2)(1(
2
0)0x020)(5,01(2
4061,00)2)(1(
2
40152,1)0x02%1,0)(5,01(2
4061,00)2)(1(
2
1015,02
4061,05,0
2
1,2031x0,40615,011
1015,02
4061,05,0
2
5,0
4061,001,0
12x2592000-E8335,722
113
112
111
22
1
1
11
1
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
n
j
j
j
j
j
n
jj
n
jj
n
jj
CCCCd
CCCCd
ECCCCd
c
b
a
x
tD
dCcCbCa
0
040152,1
1015,0
1015,0
1015,0
2031,1
2031,1
2031,1
1015,0
1015,0
1015,0
1
4
1
3
1
2
1
3
1
2
1
1
1
2
1
1
1
0 E
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Si
%0
%01,0
%10,0
1
3
1
2
1
1
C
C
C
%0
%10,0
1
4
1
0
C
C
Mes 1
Mes 2
411,0
4896,1
4992.8
3
2
1
Ed
Ed
Ed
%0
%06,0
%63,0
1
3
1
2
1
1
C
C
C
1120,0
2031,1
1120,0
c
b
a
Entonces
CENTRO
CARBONATACIÓN
4000 PSI – a/mc=0.53, mc=344kg/cm3
5000 PSI – a/mc=0.44, mc=416kg/cm3
CARBONATACIÓN 2 SEMANAS
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
Humedo Humedo-Intemperie Plastico- Intemperie Intemperie
Carb
on
ata
ció
n [
mm
]
4000 - 0% 4000 - 10 4000 - 20% 5000 - 0% 5000 - 10% 5000 - 20%
SUROCCIDENTE
CARBONATACIÓN
4000 PSI – a/mc=0.54, mc=358kg/cm3
5000 PSI – a/mc=0.46, mc=420kg/cm3
CARBONATACIÓN 2 SEMANAS
0
1
2
3
4
5
6
Humedo Humedo-
Intemperie
Plastico-
Intemperie
Intemperie
Curado
Carb
on
ata
ció
n [
mm
]
4000PSI - 0% 4000PSI - 10% 5000 PSI - 0% 5000 PSI - 10%
NOROCCIDENTE
CARBONATACIÓN
4000 PSI – a/mc=0.5, mc=384kg/cm3
5000 PSI – a/mc=0.42, mc=457kg/cm3
CARBONATACIÓN 2 SEMANAS
0,0
0,51,0
1,52,0
2,5
3,03,5
4,04,5
5,0
Humedo Humedo-
Intemperie
Plastico-
Intemperie
Intemperie
Curado
Ca
rbo
na
tació
n [
mm
]
4000PSI - 0% escoria 4000PSI - 10% escoria 5000PSI - 0% escoria 5000PSI - 10% escoria
Cálculo de K campo según diferentes autores (Helene, Tutti, CEB, EHE,
Misión Danesa), teniendo en cuenta a/mc, cantidad mc, resistencia. Con los
diferentes valores se maneja un rango.
Cálculo de K laboratorio. K dependerá de las una humedad relativa (80%),
concentración CO2, tiempo (14 días)
El K acelerado es afectado por una sola correlación la cual permite entrar al
rango calculado en el punto 1 ; la correlación depende de la cámara de
carbonatación (humedad, temperatura) y el tiempo.
Validación en campo.
K ENSAYO ACELERADO VS. K MEDICIONES CAMPO
K vs a/c
0
1
2
3
4
5
6
7
0,4 0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7
a/c
K [
mm
/añ
o]
CEB TUUTTI HELENE
K vs f'c
0
1
2
3
4
5
6
7
8
200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370
f'c [kg/cm2]
K [
mm
/añ
o]
CEB TUUTTI HELENE DANES EHE
4000 PSI
0
10
20
30
40
50
60
70
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo [año]
Pro
fun
did
ad
[m
m]
CEB TUUTTI HELENE DANES
EHE CENTRO NOROCCIDENTE SUROCCIDENTE
5000 PSI
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo [año]
Pro
fun
did
ad
[m
m]
CEB TUUTTI HELENE DANES
EHE CENTRO NOROCCIDENTE SUROCCIDENTE
Expansión x Sulfatos
0,000%
0,010%
0,020%
0,030%
0,040%
0,050%
0,060%
0,070%
0,080%
0,090%
0,100%
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48
Tiempo [Semanas]
Exp
an
sió
n [
%]
4000 PSI - 0% 4000 PSI -10%4500 PSI - 0% 4500 PSI - 10%5000 PSI - 0% 5000 PSI - 10%
4000 PSI – a/mc=0.53, mc=358kg/cm34500 PSI – a/mc=0.49, mc=389kg/cm35000 PSI – a/mc=0.45, mc=420kg/cm3
SUR OCCIDENTE
EXPANSIÓN POR SULFATOS
Incluir mas datos
actualizar
Expansión x Sulfatos
-0,005%
0,005%
0,015%
0,025%
0,035%
0,045%
0,055%
0,065%
0,075%
0,085%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Tiempo [Semanas]
Exp
an
sió
n [
%]
4000 PSI - 0% 4000 PSI -10%4500 PSI - 0% 4500 PSI - 10%5000 PSI - 0% 5000 PSI - 10%
EXPANSIÓN X SULFATOS
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Edad [Dias]
Expansio
n (
%)
Testigo 1
2- 20% Ceniza
3-30%Ceniza
EXPANSIÓN X SULFATOS
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Edad [Días]
Exp
an
sio
n (
%)
4-20%Ceniza
1-Testigo
a/mc=0.53
NORTE
EXPANSIÓN POR SULFATOS
Incluir mas datos
actualizar
TESTIGO
20% DE CENIZA
56 DÍAS DE INMERSION
EN SULFATOS
TESTIGO
(20%) DE CENIZA
56 DÍAS DE INMERSION
EN SULFATOS
1 2 3
Exposición AmbienteParametro de
diseño NormaEspecificación Zona Producto
DESCRIPCIÓN
Penetrabilidad moderada.
Carga de 1000 –2000
Coulombs - ASTM 1202
Penetrabilidad moderada.
Carga de 1000 –2000
Coulombs - ASTM 1202
Penetrabilidad moderada.
Carga de 2000 –4000
Coulombs - ASTM 1202Baja
permeabilidad a
Cloruros
ACI/NSR10
Penetrabilidad moderada.
Carga de 2000 –4000
Coulombs - ASTM 1202
Norte
Concreto
expuesto a
humedad
pero no a
cloruros
Norte
Sur Occidente
No aplicable
Moderada
Concreto
seco o
protegido
contra
humedad
Severa
Concreto
expuesto a
humedad y
cloruros
A/C=0,45
Adición=30%
MC=420 kg/m3
35 MPa
Sur Occidente
Sur Occidente
Norte
- -
A/C=0,48
Adición=30%
MC=387 kg/m3
35 MPa
Todos los
concretos
A/C=0,53
Adición=30%
MC=358 kg/m3
28 MpaA/C=0,56
Adición=30%
MC=335 kg/m3
28 MPa
A/C=N/A 2500
PSI
A/C=0.4 5000 PSI
Especificador debe pensar sobre la vida util del material decir condiciones de
exposición
Los diferentes ambientes en Colombia exigen que los concretos entreguen un
desempeño frente a los requerimientos. Consideraciones adicionales a las
propuestas en normativa, como por ejemplo el uso de adiciones, permiten
entregar un concreto con mayores capacidades de resistencia frente
ambientes agresivos químicamente.
Relaciones bajas agua-material cementante, resistencias altas, un buen
curado y porcentajes altos de adición garantizan que los diseños propuestos
en la normatividad para cloruros y sulfatos cumplan con un buen desempeño.
Así mismo, los concretos propuestos para carbonatación cumplen teniendo
las mismas consideraciones con excepción de una menor dosificación de
adición por diseño.
Los datos de entrada de diseño propuesto por la normatividad nacional no
son suficientes para categorizar o clasificar un concreto para un ambiente,
para esto es necesario contar con una evaluación que proporcione un
desempeño; esto se justifica con el estudio realizado, en donde a pesar de
tener diseños que cumplían, tenían un desempeño pobre.
CONCLUSIONES
MUCHAS GRACIAS