ensayos especializados

8/17/2019 Ensayos especializados

1/13

Introducción:

Mientras el crecimiento demográfco de la humanidad siga su curso lasestructuras de concreto serán siempre una necesidad recurrente en nuestrasociedad actual, ya sea su construcción en los centros urbanos o en aéreas

apartadas (entiéndase por esto, rurales) serán muestra del progreso y eldesarrollo económico de una región o país; las estructuras, su diseo yconstrucción han e!olucionado a la par de nuestro progreso cultural ycientífco, llegándose a desarrollar comple"os métodos de análisis y calculoademás de creati!as y efcientes #ormas de construcción $ue posibilitan encon"unto la e%istencia de las mara!illas ingenieriles de hoy en día&

'l concreto, material constituyente de la gran mayoría de las estructurasactuales es un material robusto y duradero con gran resistencia a lacompresión y resistencia al ambiente, sin embargo aun teniendo en cuenta

lo anterior este no es indestructible ni inamo!ible, como todo material en lanaturalea se !e a#ectado por agentes e%ternos $ue día tras día lo !andegradando (refriéndose a su constitución #ísica mas $ue a propiedadesmecánicas) es por ello $ue el análisis de la durabilidad de dicho material estan comple"o, para tener una adecuada !isión de lo $ue pasa dentro delconcreto se deben considerar e in!estigar #enómenos $ue !an desde laarbonatación pasando por el ata$ue de sul#atos*cloruros hasta la reacción+lcali*gregado por nombrar algunos, cada uno de estos #enómenos es degran comple"idad y entenderlos no solo es benefcioso para el ingeniero dehoy si no además imprescindible para corresponder con las estructuras del

siglo --I&.ara abordar la in!estigación re#erente a la durabilidad del concreto se debedi!idir la comple"idad del área en temas más #áciles de tratar, se estudianentonces de #orma independiente los #enómenos como permeabilidad decloruros, resistencia a la carbonatación, resistencia a la compresión,propiedades #ísicas, etc para poder tener una !isión globaliada de lascondiciones en las $ue se encuentra o podría encontrar el material ygenerar no solo "uicios de !alor sobre este si no #ormulas pre!enti!as $uenos permitan cumplir con las e%igencias $ue tienen los materiales de lanue!a era, el presente traba"o tiene por tanto este fn, reunir una serie de

ensayos $ue se realiaron en la 'scuela olombiana de Ingeniería durante eldesarrollo de la materia /0ecnología del oncreto: 1urabilidad/ con fnes deobtener una !isión tal !e no !erdadera pero sí $ue nos haga un pocomenos ciegos&


2/13


3/13


4/13

2a ultima molécula descrita ( 46? 7= 46?8 • 46?8 > a(?4)6 7= a?8 > 646?• 7A74 > ?6 7= a?8 > Ai?6 B%46?

1entro del concreto e%iste una gran cantidad de hidró%ido de calcio $uepermite mantener un p4 ele!ado aun incluso mientras la carbonatación

ocurre, sin embargo llega un momento en el $ue todo el hidró%ido de calciolocal ha reaccionado precipitando el carbonato de calcio y permitiendo $ueel medio de"e de ser alcalino, lo $ue e!entualmente permitirá la des7pasi!acion de la barra seguido de su corrosión&

2os #actores $ue a#ectan la carbonatación son !ariados, sin embargo losmás importantes a considerar son la porosidad del concreto, el tipo y lacantidad de cemento, el ni!el de compactación, el tipo y el tiempo decurado, la relación agua*cemento y fnalmente pero no menos importantelas condiciones ambientales 6&

'ntre los #actores anteriormente nombrados destaca la porosidad delconcreto, puesto $ue es a tra!és de los poros (o la red de poros) el medioprincipal $ue permitirá el a!ance del ?6 disuelto en la atmos#era, este#actor esta además condicionado por la cantidad de cemento, su ni!el decompactación, el tiempo y modo de curado, entre otros; este 3ltimo #actortoma especial importancia en estructuras de grandes superfcies dondeinCuenciara en gran medida la !elocidad de carbonatación del concreto(Aobre todo en su superfcie), el tipo de cemento también inCuye en granmedida la carbonatación, dado $ue el contenido de aluminatos y álcalis delas adiciones puede modifcar la !elocidad de a!ance del #rente&


5/13

9na !e nombrados los procesos generales de la carbonatación y los#actores $ue la a#ectan #alta defnir los métodos por los cuales se puedeidentifcar y cuantifcar, entre las técnicas e%istentes se encuentra 8:

• nálisis 0ermo gra!imétrico (0D)

• nálisis 0érmico 1i#erencial (10)• 1i#racción de rayos - (-E1)&• 2a espectroscopia de In#rarro"o• 2a microscopia 'lectrónica de Farrido (A'M)• 2a cromatogra#ía de gases&• 2a medida del p4

'l ultimo método $ue utilia un indicador de p4 es el procedimiento masrápido y sencillo $ue además arro"a un adecuado ni!el de confabilidad, elindicador se obtiene con una disolución al 5G de #enol#taleína en alcoholetílico, al aplicar la solución en la superfcie en e!aluación del concreto sepodrá obser!ar $ue las onas no carbonatadas toman una coloración ro"ia,estas onas serán a$uellas $ue posean un p4 superior a H, es decir,manteniendo la alcalinidad del medio y por tanto la pasi!idad del acero, encambio si la ona no asume ninguna coloración implicara $ue el p4 seencuentra por deba"o de , poniendo en riesgo el acero del concreto& 2adistancia desde la superfcie a la cual se puede obser!ar el #rente decarbonatación se le conoce como J.ro#undidad de arbonataciónK&

ta$ue de loruros:

2os cloruros $ue penetran por el concreto y fnalmente llegan a la barrapueden pro!enir de di!ersas partes, sin embargo se pueden clasifcar en doscategorías generales:

5& loruros depositados dentro del concreto:

orresponden a a$uellos $ue #ueron agregados a la mecla y ya seencuentran dentro del concreto al #raguar, algunas de las #uentes deestos cloruros son:

gregados contaminados (9sualmente obtenidos los obtenidos

en onas costeras)& 9so de agua de mar en la mecla de concreto& .resencia de cloruros en los aditi!os acelerantes de #raguado

('l cloruro de calcio, al6, #ue ampliamente utiliado hastamediados de 5HL)&

6& loruros di#undidos en el concreto:

orresponden a a$uellos $ue se di#unden en el concreto al estar encontacto con el, algunas de las #uentes identifcadas son:

• Aal marina diluida en el agua de mar (ontacto del concretocon agua de mar)&


6/13

• Aales para deshielo (.ráctica usual en países con #uertesin!iernos para e!itar congelamiento de sus carreteras)&

• tra!és del almacenamiento o contacto con productos con unalto contenido de cloruros&

'n el estudio de los cloruros se ha identifcado $ue al igual $ue lacarbonatación este sigue las leyes de la di#usión con una di#erencia crucialen los #enómenos, el transporte de los cloruros a tra!és del concretoproduce un gradiente de concentración y no un #rente como en el caso delos carbonatos, es por ello $ue no podemos utiliar las mismas #ormas deanálisis usadas para este 3ltimo, a$uí entonces es donde cobra importanciael método de E.0 ('nsayo rápido de .ermeabilidad de loruros) $ue utiliauna inducción de !olta"e para J#orarK el paso de cloruros a tra!és de unamuestra y relacionar la carga eléctrica $ue atra!esó con la permeabilidaddel concreto a iones de cloruro&

on respecto al método por el cual los cloruros eliminan la pasi!idad de labarra de acero se debe aclarar $ue estos iones no pro!ocan una caída en elp4 del medio, sin embargo si #uncionan como cataliador de la corrosión alromper la capa pasi!a una !e se ha alcanado un !alor de concentraciónde iones, este límite para la corrosión generalmente se e%presa en términosdel ratio loruro*4idro%ilo, cuando la concentración de cloruro e%cede en &Nla concentración de hidro%ilo se presentara corrosión del acero de re#uero(4ausmann 5HNL), en términos prácticos es com3n en 'stados 9nidos $ueel limite sea de 5 lb de cloruros por &H5 mO&

Pelocidad de .ulso 9ltrasónico'l método de !elocidad de pulso es califcado como un 'nsayo Qo1estructi!o ('Q1) y es ampliamente utiliado en el ensayo de materialespara conocer su interior a tra!és de la generación, propagación y captura deuna onda $ue puede ser sónica (


7/13

V = L

t

1onde:

P T Pelocidad (m*s)

2 T 2ongitud promedio del cilindro (m)

t T 0iempo de !uelo de la onda (seg)

2os resultados obtenidos de este ensayo no pueden ser considerados como#ormas de determinar la resistencia del material ni de su modulo deelasticidad, sin embargo si es 3til para determinar la uni#ormidad y relati!acalidad del concreto seg3n se defne en la A0M RHL7H&

2a !elocidad de pulso ultrasónico se encuentra a#ectada por di#erentes#actores, entre los cuales se encuentran:

• Eelación gua*emento• ontenido de gua• antidad y 0ipo de gregados• 'dad del oncreto

.rograma '%perimental:

'nsayo de arbonatación celerada:

.ara el ensayo se utilio 56 especímenes de concreto de L&R cm % 5R cm,$ue presentaban !ariación en su diseo de mecla y el ambiente de curado,la tabla siguiente relaciona la identifcación de cada cilindro con el ambientede curado utiliado:

0ipo de uradol aire2ibre

Inmersión

6A5 645

6A6 6468A5 8458A6 846@A5 @45

@A6 @46

Ae siguieron entonces los siguientes pasos para la realiación del ensayo:

5& Ae alistan las muestras a e!aluar y se marcan por tipo de mecla a la$ue pertenecen y el ambiente de curado al cual estu!o sometida&

6& Ae recubre los e%tremos del cilindro con un epo%ico a fn de e!itar la

interacción del concreto con el ?6 del ambiente&


8/13

8& Ae programa la cámara de carbonatación con las !ariables deseadas,para este caso se utilia una 4umedad relati!a del NRG, unatemperatura ambiental de 6R U y una concentración de ?6 del NG&

@& Ae de"an las muestras en la cámara de carbonatación por 5@ díasR& l retirarlas se procede a cortar de #orma inmediata pe$ueos discos

de L&R cm de diámetro por 6 cm de altura de uno de los lados delcilindro principal&

N& Ae rocía la superfcie de concreto e%puesta con la solución al 5G de#enol#taleína obser!ando la coloración $ue toma la muestra&

L& 9na !e identifcado el #rente de carbonatación se procede a medir lapro#undidad a la $ue llego, para ello se generan traos guías desde elcentro de la circun#erencia hasta los bordes, traando una líneaperpendicular a esta en el punto de intersección con el #rentenombrado, esto se repite hasta seis !eces en la misma muestra&

& Ae procede a medir la pro#undidad del #rente de carbonataciónutiliando las guías desarrolladas en el paso inmediatamente anterior&

H& on los promedios de pro#undidad calculados se procede adeterminar la constante de carbonatación (S)&

'nsayo Eápido de .ermeabilidad de loruros:

.ara el caso del ensayo E.0 se tomaron dos discos de 5 cm de diámetrocon un espesor de R cm de cada cilindro analiado, para este caso se tienenN cilindros (5 de cada diseo de mecla) y para cada uno de los ambientesde curado considerados (l aire libre y en Inmersión 5@ días), generando así 56 muestras a usar en el ensayo&

'l ensayo se hace en cumplimiento con la normati!a A0M 566 756, lospasos seguidos son:

5& 1e los cilindros considerados se obtienen los discos necesarios comomuestras para el ensayo&

6& 'l personal e%perimentado monta los especímenes en las celdas delensayo, donde la primera mitad estará sumergida en una solución al8&G de cloruro de sodio (Qal) mientras $ue la otra se llenara conuna solución &8Q de 4idró%ido de Aodio (Qa?4)&

8& 2as celdas se conectan a un registro electrónico automatiado para la

lectura de datos durante la duración del ensayo&@& .or un periodo de N horas se aplica una corriente de N ± &5P,

registrando en inter!alos de 8 minutos la corriente $ue haatra!esado el espécimen&

R&


9/13

'sta prueba está regida por la normati!a A0M RHL7H, la e"ecución delensayo sigue los pasos descritos a continuación:

5& Ae anota la altura de los cilindros a ensayar&6& Ae determina $ue el indicador del dispositi!o se encuentre en cero&8& Ae calibra los transductores del e$uipo con el material dispuesto para

ello&@& 2os transductores se recubren con una generosa capa de gel a base

de agua al igual $ue parte de la superfcie del cilindro donde estostendrán contacto (generalmente en sus caras opuestas&

R& on los transductores en posición se aplica una le!e presión a estos yse hace la medición de las !elocidades de onda, esta medición de!elocidad se repite otras dos !eces con fnes de poder calcular unpromedio&

N& 9na !e ensayado el espécimen se limpia su superfcie y se procedeal siguiente&

Eesultados y nálisis de Eesultados:

'nsayo de arbonatación celerada:

2os resultados obtenidos luego de determinar todas las pro#undidades ycalcular su promedio se presentan en las tablas siguientes, cabe resaltar$ue las muestras 6A y @A presentaron una carbonatación del 5G:

Identifcación del

ilindro.ro#undidad (cm)

6A5arbonatada

6A6arbonatada

8A5 &N68A6 &R

@A5arbonatada

@A6arbonatada

645 &58646 &5

845 &56846 &5


10/13

@45 5&L

@46 5&H

Ae pueden obtener m3ltiples conclusiones interesantes con respecto a los

resultados obtenidos, algunas de las cuales son:

• 'l tipo de curado tu!o un gran én#asis a la hora de a#ectar la!elocidad de carbonatación de la muestra, se identifca como uncurado apropiado ralentio en gran medida el mo!imiento del #rentede carbonatación&

• 2a muestra 8 (8A5 y 8A6) tiene un diseo similar a la muestra @ (@A5y @A6) y sin embargo esta primera soporto la carbonatación en me"ormedida, se concluye $ue esta inesperada durabilidad se debe a lasuperior calidad del cemento concretero con respecto al normal&

• 2a muestra @4 (@45 y @46) tu!o a comparación con su grupo unacarbonatación más rápida (del orden de las 5 !eces), la di#erenciaprincipal es la relación agua7cemento $ue esta tiene (&N) conrespecto a las muestra 6 (&8R) y el tipo de concreto utiliado(concretero en la muestra 8 y normal en la 6 y @), nue!amente seatribuye esta rápida carbonatación relati!a a la (mala) durabilidad delconcreto normal

'nsayo Eápido de .ermeabilidad de loruros:

ote"ados los datos obtenidos de las m3ltiples muestras se obtienen lospromedios de la carga eléctrica $ue atra!esó a los especímenes analiados:

Aumergido

2aboratorioMecl

aorriente(oulomb)

Mecla

orriente(oulomb)

6 R8HL& 6 @R65&8 N6NN&88 8 @5&R@ @LR @ 6HH8&

9na !e obtenidos los resultados anteriores la normati!a A0M 566 V 56nos entrega la tabla siguiente para "ugar la penetrabilidad del ion cloruro

con base a la carga $ue atra!esó las muestras:


11/13

arga $uepaso

(oulombs)

.enetrabilidad del ion

loruro=@ lta

6 V @ Moderada

5 V 6 Fa"a5 V 5 Muy Fa"a

W51espreciabl

e

Aeg3n la tabla anterior se puede concluir $ue:

'nsayo de .ulso 9ltrasónico:

.ara el ensayo de !elocidad de onda se hio de igual #orma un promedio delos tiempos $ue tardo la onda, así como el cálculo de la !elocidad (utiliandola altura del cilindro) de la onda y su relación con el tipo de concreto:

ilindro uradoPelocidad

(m*s)alidad delconcreto

@7N l aire 6H@H&R Mala

@78 Aumergido 8NH&@ Fuena

87L l aire 8@NN&6 Eegular

876Aumergid

o 8L5&R Fuena

67L l aire 6HR&RL Mala

678Aumergid

o 8L56&L Fuena

57L l aire 88&88 Eegular

575Aumergid

o 8L8R&HH Fuenaon la in#ormación $ue se proporciona con anterioridad se puededeterminar la calidad del concreto por medio de la !elocidad de pulsoultrasónico, de acuerdo a lo establecido por 2eslie y heesman en lasiguiente tabla:

Pelocidad(m*seg)

alidad deloncreto

Más de @R '%celente

8R V @R Fuena8 V 8R Eegular


12/13

6 V 8 MalaMenos de

6 Muy Mala

'ntre las conclusiones $ue se pueden obtener para este ensayo, algunasson:

• Ae recalca nue!amente la gran di#erencia en los resultados $uegenera el tipo de curado realiado, haciendo hincapié $ue unadecuado desarrollo de esto 3ltimo me"ora de #orma directa la calidaddel concreto, se considera además $ue dicho me"oramiento ocurreentre otras cosas como consecuencia de la disminución de laporosidad del concreto, aumentando de esta #orma la densidad delmedio (y por tanto la !elocidad má%ima a la $ue es capa de ir laonda)&

• Qo e%iste mucha di#erencia entre las !elocidades promedio de ondapara los cilindros curados en inmersión, sin embargo los cilindroscurados al aire libre presentan una tendencia y es $ue las !elocidadesde onda de los grupos @ y 6 son apreciablemente menores a losgrupos 5 y 8, si se comparan los diseos de mecla se puede deducir$ue la 3nica !ariable com3n entre dichos grupos es el tipo deconcreto utiliado, donde las muestras $ue tienen cementoconcretero presenta una mayor !elocidad de onda (si bien nodemasiado signifcati!a, dada $ue la di#erencia en !elocidades no es

mayor a ± R m*s) y por tanto una mayor calidad en el concreto&

• 1e la obser!ación anterior se puede e%tender la ba"a inCuencia $uetiene el tipo de concreto en la !elocidad de onda cuando se hasometido a un adecuado curado en su !ida inicial recalcando laimportancia de un adecuado curado del concreto&

Fibliogra#ía:


13/13

5& Xohn .& Froomfeld (5HHL), orrosion o# steel in concrete,9nderstanding, in!estigation and repair, 2ondon and QeY ZorS, .ag&6L&

6& Penuat, M&, Eelation entre la carbonatation du beton et les

phenomenes de corrosión des armatures du beton, in RencontresCEFRACOR 77& 5HLL: .aris,

ensayos especializados

Documents