ACI 201.2R-01 Guía Durabilidad (Español)

5/21/2018 ACI 201.2R-01 Gu a Durabilidad (Espa ol)

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ACI 201.2R-01

Gua para la Durabil idad del Hormign

Informado por el Comit ACI 201

Robert C. O'NeillPresidente

Russell L. HillSecretario

W. Barry ButlerJoseph G. Cabrera*

Ramon L. CarrasquilloWilliam E. Ellis, Jr.

Bernard ErlinPer Fidjestl

Stephen W. ForsterClifford Gordon

Roy HarrellHarvey H. HaynesEugene D. Hill, Jr.

Charles J. HookhamR. Doug Hooton

Allen J. Hulshizer

Donald J. JanssenRoy H. Keck

Mohammad S. KhanPaul Klieger*

Joseph L. LamondCameron MacInnisStella L. Marusin

Bryant MatherMohamad A. nagi

Robert E. NealCharles K. Nmai

William F. PerenchioRobert E. Price*Jan R. Prusinski

Hannah C. SchellJames W. SchmittCharles F. Scholer

Jan P. SkalnyMeter Smith

George W. TeodoruNiels Thaulow

Michael D. ThomasJ. Derle ThorpePaul J. TikalskyClaude B. Trusty

David A. Whiting*J. Craig Williams

Yoga V. Yogendran

* Fallecidos.

La intencin de los Informes, Guas, Prcticas Normalizadas yComentarios de los Comits ACI es proveer lineamientos para la

planificacin, diseo, ejecucin e inspeccin de las construccionesy para la redaccin de especificaciones. Este documento debe serutilizado por personas competentes para evaluar el alcance y

limitaciones de su contenido y recomendaciones y que aceptenresponsabilidad por la aplicacin del material que contiene. ACIdeslinda cualquier responsabilidad por los principios expuestos. ElInstituto no ser responsable por ningn dao o prdida que surjacomo consecuencia de los mismos.

La Documentacin Tcnica no deber hacer referencia a estosdocumentos. Si el Arquitecto/Ingeniero desea incorporar algnelemento de estos documentos como parte de la DocumentacinTcnica, estos elementos se debern redactar en lenguaje preceptivoe incorporar a la Documentacin Tcnica.

Palabras Clave:.* adhesivos; agregados; ataque por sucarbonatacin; cenizas finas; cloruro de calcio; corrosin; cdescantillado; descongelante; deterioro; dosificacin de mdurabilidad; hormign armado; incorporacin de aire; cementicia; petrografa; plstico; polmero; puzolana; relcali-agregado; recubrimiento; relacin agua cemento; reagua-materiales cementicios; reparacin; resina; resinas resistencia; resistencia a la abrasin; resistencia al resbalamtablero de puente; vapores de slice.

TABLA DE CONTENIDOS

Introduccin, p. 201.2R-2

Captulo 1 Congelamiento y deshielo, p. 201.2R-41.1 Generalidades1.2 Accin de las heladas en el hormign1.3 Agentes utilizados para eliminar el hielo1.4 Recomendaciones para lograr estruc

durables

Captulo 2 Exposicin a agentes qumicos agresiv201.2R-102.1 Generalidades2.2 Ataque qumico por sulfatos provenient

fuentes externas al hormign

* ACI 210.2R-01 supersede a la norma ACI 201-2R-92 (apnuevamente en 1997) y entr en vigencia el 6 de Setiembre de 2000.Copyright 2001, American Concrete Institute. Todos los dreservados.


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201.2R-2 INFORME DEL COMIT ACI 201

2.3 Ataque fsico por sales2.4 Exposicin al agua de mar2.5 Ataque por cidos2.6 Carbonatacin

Captulo 3 Abrasi n, p. 201.2R-193.1 Introduccin3.2 Ensayos del hormign para determinar su

resistencia a la abrasin3.3 Factores que afectan la resistencia a la

abrasin del hormign3.4 Recomendaciones para obtener superficies de

hormign resistentes a la abrasin3.5 Cmo mejorar la resistencia al desgaste de un

piso existente3.6 Desgaste del hormign provocado por los

neumticos con clavos o cadenas

3.7 Resistencia al resbalamiento de los pavimen-tos

Captulo 4 Corrosin de los metales y otros materialesembebidos en hormign, p. 201.2R-24

4.1 Introduccin4.2 Principios de la corrosin4.3 Efectos de los componentes utilizados para

elaborar el hormign4.4 Calidad del hormign y recubrimiento de

hormign sobre el acero4.5 Sistemas de proteccin positivos

4.6 Corrosin de los materiales diferentes delacero

4.7 Comentarios finales

Captulo 5 Reacciones qumicas de los agregados, p.201.2R-31

5.1 Tipos de reacciones5.2 Reaccin lcali-slice5.3 Reaccin lcali-carbonato5.4 Conservacin de los hormigones que contie-

nen agregados reactivos5.5 Recomendaciones para estudios futuros

Captulo 6 Reparacin del horm ign, p. 201.2R-396.1 Evaluacin de los daos y seleccin del

mtodo de reparacin6.2 Tipos de reparaciones6.3 Preparativos previos a las reparaciones6.4 Agentes adherentes6.5 Esttica

6.6 Curado6.7 Tratamiento de las fisuras

Captulo 7 Uso de barreras protectoras para mejorar ladurabil idad del hormign, p. 201.2R-41

7.1 Caractersticas de las barreras protectoras7.2 Elementos de las barreras protectoras7.3 Gua para seleccionar una barrera protectora7.4 Humedad en el hormign y su efecto sobre la

adherencia de la barrera7.5 Influencia de las condiciones ambientales

sobre la adherencia7.6 Encapsulamiento del hormign

Captu lo 8 Referenc ias, p. 201.2R-458.1 Normas e informes de referencia8.2 Referencias citadas

8.3 Otras referencias

Apndice A Mtodo para preparar un extracto paraanalizar los sulfatos solubles en aguapresentes en el suelo, p. 201-2R-59

INTRODUCCIN

La durabilidad del hormign de cemento hidrulicose define como su capacidad para resistir la accin de lameteorizacin, los ataques qumicos, la abrasin o

cualquier otro proceso de deterioro. Un hormigndurable conservar su forma, calidad y serviciabilidadoriginales al estar expuesto a su ambiente. Hay algunasexcelentes referencias generales sobre el tema (Klieger1982; Woods 1968).

Esta gua discute las principales causas que provocanel deterioro del hormign y presenta recomendacionesacerca de cmo evitar estos daos. Incluye captulossobre congelamiento y deshielo, exposicin a agentesqumicos agresivos, abrasin, corrosin de los metales,reacciones qumicas de los agregados, reparacin delhormign y uso de barreras protectoras para mejorar la

durabilidad del hormign. La resistencia al fuego delhormign y su fisuracin estn fuera del alcance de estagua, ya que estos temas se discuten en las normas ACI216, ACI 224R y ACI 224.1R, respectivamente.

En las regiones templadas, los ciclos decongelamiento y deshielo pueden provocar severosdeterioros en el hormign. El uso cada vez msdifundido del hormign en pases de clima clido hapuesto en evidencia el hecho de que las temperaturas


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GUA PARA LA DURABILIDAD DEL HORMIGN 201

elevadas agravan los procesos qumicos perjudiciales,tales como la corrosin y las reacciones lcali-agregado.Adems, para dosificar y preparar hormigones durablesse deberan considerar los efectos combinados deinviernos fros y veranos clidos.

Para que en el hormign se produzcan los la mayora

de los procesos fsicos y qumicos, tanto los deseablescomo los perjudiciales, se necesita agua. El calorproporciona la energa que activa los procesos. Losefectos combinados del agua y el calor, junto con otroselementos ambientales, son importantes y deben serconsiderados y monitoreados. Seleccionar materialesapropiados cuya composicin sea adecuada y procesar-los correctamente de acuerdo con las condicionesambientales existentes es fundamental para lograr unhormign durable que sea resistente a los efectosperjudiciales del agua, las soluciones agresivas y lastemperaturas extremas.

Los daos que provocan el congelamiento y eldeshielo se han estudiado exhaustivamente y son fen-menos que bastante bien comprendidos. Estos daos seaceleran cuando se utilizan sales descongelantes,particularmente en los pavimentos, lo cual a menudoprovoca descamacin severa en la superficie. Afortuna-damente, los hormigones preparados con agregados debuena calidad, bajas relaciones agua cemento (w/c), unadecuado sistema aire-vacos y a los cuales se permitemadurar antes de exponerlos a congelamiento y deshieloson altamente resistentes a estos daos.

La resistencia a los sulfatos presentes en el suelo, el

agua del suelo o el agua de mar se logra utilizandomateriales cementicios adecuados y mezclas dehormign correctamente dosificadas sujetas a unadecuado control de calidad. Debido a que el tema de laformacin diferida de etringita (DEF, segn sus siglasen ingls) contina siendo controversial y en estemomento es objeto de numerosos proyectos deinvestigacin, este documento no contiene lineamientosdefinitivos respecto del mismo. Se anticipa que futurasversiones de este documento se ocuparn detallada-mente de la DEF.

Un hormign de buena calidad resistir una

exposicin ocasional a cidos suaves, pero ningnhormign ofrece buena resistencia a los ataques porcidos fuertes o compuestos que se convierten encidos; en estos casos se requiere proteccin especial.

La abrasin puede provocar el desgaste de lassuperficies de hormign. El desgaste puede ser unproblema particularmente importante en los pisosindustriales. En las estructuras hidrulicas, las partculasde arena o grava presentes en el agua en movimiento

pueden erosionar las superficies de hormign. Pgeneral, utilizando hormign de alta calidad y, en extremos, agregados muy duros se logra una durabiadecuada bajo estas condiciones de exposicin.automviles que utilizan neumticos con cprovocan serios desgastes en los pavimento

hormign; el hormign convencional no puede sopestos daos.

El descantillado del hormign de los tableropuentes constituye un problema importante. La princausa de la corrosin del acero de las armaduras uso de sales descongelantes. La corrosin producfuerza expansiva que hace que el hormign ubsobre el acero se descantille. En la mayora de los cutilizando sobre las armaduras un buen recubrimde hormign y hormigones de baja permeabilidadaire incorporado se puede asegurar una durabiadecuada, pero si las condiciones de exposicin

severas se requerirn mecanismos de protepositivos, tales como el uso de armaduras recubcon epoxi, proteccin catdica o inhibidores dcorrosin.

Aunque habitualmente los agregados del hormse consideran inertes, esto no siempre es as. Cagregados pueden reaccionar con los lcaliscemento, provocando expansin y deterioro. Esteblema se puede aliviar seleccionando cuidadosamlas fuentes de donde se extraen los agregados y uscementos con bajo contenido de lcalis, puzopreviamente ensayadas o escoria triturada.

Los captulos finales de este informe discutreparacin de los hormigones que no han soportadfuerzas de deterioro y el uso de barreras protectorasmejorar la durabilidad del hormign.

El uso de materiales de buena calidad y una cordosificacin de la mezcla no aseguran que el hormresultante sea durable. Para lograr hormigones durtambin es absolutamente fundamental contar cosistema de control de calidad y mano de obra califiLa experiencia demuestra que hay dos puntos cuales es necesario prestar particular atencin: control del aire incorporado y 2) el acabado de las

ACI 311.1R describe prcticas y procedimientoinspeccin adecuados. ACI 302.1R describe detamente prcticas adecuadas para la compactaciacabado de pisos y losas. ACI 325.9R tratinstalacin de pavimentos. ACI 330R discuthormign para playas de estacionamiento, mientraACI 332R se ocupa del hormign para uso resideincluyendo el utilizado para los accesos vehiculadems losas.


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CAPTULO 1 CONGELAMIENTO Y DESHIELO

1.1 GeneralidadesExponer el hormign fresco a ciclos de

congelamiento y deshielo pone a prueba la capacidaddel hormign de sobrevivir sin sufrir daos. Elhormign con aire incorporado, correctamente dosifi-cado, elaborado con materiales de buena calidad,correctamente colocado, acabado y curado, puederesistir ciclos de congelamiento y deshielo durantemuchos aos.

Sin embargo, bajo condiciones extremadamenteseveras, los ciclos de congelamiento y deshielo puedendaar an los hormigones de alta calidad si stos semantienen en un estado de saturacin prcticamentetotal. Esta situacin puede ocurrir cuando un elemento

de hormign est expuesto a aire clido y hmedo enuno de sus lados y del lado fro la evaporacin esinsuficiente o est restringida, o cuando el hormignest expuesto a una columna de agua durante un perodoprolongado antes del congelamiento.

El lector puede consultar una discusin general sobrela accin de las heladas en el hormign en el trabajo deCordon (1966).

1.2 Acc in de las heladas en el horm ignEntre 1933 y 1961 Powers y sus asociados realizaron

exhaustivas investigaciones sobre la accin de las hela-

das en el hormign. Los investigadores desarrollaronhiptesis razonables para explicar estos complejosmecanismos. Considerados separadamente, la pastacementicia endurecida y los agregados se comportan demanera bastante diferente al ser sometidos a ciclos decongelamiento y deshielo.

1.2.1 En sus primeros trabajos, Powers (1945,1954, 1955, 1956) atribuy los daos que las heladasprovocan en el hormign a las tensiones generadas porla presin hidrulica en los poros. La presin se deba ala resistencia al movimiento del agua que se alejaba delas regiones de congelamiento. Se crea que la magnitud

de la presin dependa de la velocidad decongelamiento, del grado de saturacin, del coeficientede permeabilidad de la pasta y de la longitud delrecorrido del flujo hasta el lugar ms prximo quepermita el escape del agua. Los beneficios del aireincorporado se explicaban en trminos del acortamientode los recorridos del flujo hasta los sitios de escape.Algunas autoridades an aceptan esta hiptesis.

Estudios posteriores realizados por Powers yHelmuth produjeron fuertes evidencias que indicabanque la hiptesis de la presin hidrulica no secorresponda con los resultados experimentales (Powers1956, 1975; Helmuth 1960a, 1960b; Ticket 1953). Estosinvestigadores hallaron que durante el congelamiento de

la pasta cementicia la mayor parte del movimiento delagua era hacia los sitios de congelamiento, noalejndose de estos sitios como se crea anteriormente.Adems, las dilataciones (expansiones) que se produ-can durante el congelamiento generalmente disminuanal aumentar la velocidad de enfriamiento. Estos doshallazgos contradecan la hiptesis de la presinhidrulica e indicaban que se poda aplicar una formamodificada de una teora previamente desarrollada porCollins (1944) (originalmente desarrollada para explicarla accin de las heladas en el suelo).

Powers y Helmuth sealaron que en la pasta

cementicia el agua est presente en forma de unasolucin alcalina dbil. Cuando la temperatura delhormign cae por debajo del punto de congelamientohay un perodo inicial de superenfriamiento, luego delcual se forman cristales de hielo en los capilares demayor tamao. Esto provoca un aumento del contenidode lcalis en la porcin no congelada de la solucindentro de estos capilares, creando un potencial osmticoque impulsa al agua presente en los poros cercanos acomenzar a difundirse hacia la solucin que seencuentra en las cavidades congeladas. La dilucinresultante de la solucin en contacto con el hielo

permite un mayor crecimiento del cuerpo de hielo(acrecin). Cuando la cavidad se llena de hielo ysolucin, cualquier acrecin de hielo adicional produceuna presin de dilatacin, la cual puede provocar la fallade la pasta. Al ser extrada el agua de los capilares nocongelados, la pasta tiende a encogerse. (Experimentosrealizados han verificado que la contraccin de la pastau hormign ocurre durante parte del ciclo decongelamiento.)

De acuerdo con Powers, cuando la pasta contieneaire incorporado y la distancia media entre las burbujasde aire no es demasiado grande, las burbujas compiten

con los capilares por el agua no congelada ynormalmente ganan esta competencia. Para una mejorcomprensin del mecanismo involucrado, se sugiere allector consultar las referencias previamente citadas.Actualmente muchos investigadores creen que lastensiones resultantes de la presin osmtica provocan lamayor parte de los daos por heladas en la pastacementicia.


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Litvan (1972) tambin estudi la accin de lasheladas en la pasta cementicia. Litvan cree que el aguaadsorbida en la superficie o contenida en los poros mspequeos no puede congelarse debido a la interaccinentre la superficie y el agua. Debido a la diferencia entrela presin de vapor de este lquido no congelado y

superenfirado y la presin de vapor del hielo en losalrededores del sistema de la pasta, el agua migrarhacia los sitios donde puede congelarse, como porejemplo hacia los poros de mayor tamao o la superficieexterior. Este proceso produce una disecacin parcial dela pasta y acumulacin de hielo en las fisuras y grietas.El agua en estas ubicaciones se congela, ejerciendo unaaccin de palanca que abre an ms la fisura y, sidurante el prximo deshielo el espacio se llena de agua,la presin interna y el ancho de las fisuras aumentarn.La falla ocurre cuando el agua no puede redistribuirsede manera ordenada, ya sea porque la cantidad de agua

es excesiva, es decir elevada w/cpara un mismo nivelde saturacin, el tiempo disponible es demasiado corto(enfriamiento rpido), o el recorrido de migracin esdemasiado largo (falta de burbujas de aire incorporado).Litvan cree que en estos casos el congelamiento produceun slido semiamorfo (hielo no cristalino), lo cualaumenta las tensiones internas. La distribucin no uni-forme de la humedad puede crear tensiones adicionales.

Es un hecho generalmente aceptado que una pastacementicia de adecuada resistencia y madurez se puedeinmunizar completamente contra el dao que provocanlas heladas mediante la incorporacin de aire, a menos

que las condiciones de exposicin sean tales queprovoquen el llenado de los vacos. Sin embargo, laincorporacin de aire por s sola no elimina laposibilidad de que el hormign resulte daado por lasheladas, ya que tambin es necesario tomar en cuenta elcongelamiento en las partculas de los agregados.

1.2.2 En la mayora de las rocas el tamao de losporos es mayor que en la pasta cementicia, y Powers(1945) hall que durante el congelamiento los porosexpelen agua. En la mayora de los casos, la teora de lapresin hidrulica, descrita anteriormente en relacincon la pasta cementicia, juega un papel de gran

importancia.Duna y Hudec (1965) avanzaron la teora del agua

ordenada, segn la cual la principal causa del deteriorode las rocas no es el congelamiento sino la expansindel agua adsorbida (la cual no se puede congelar);algunos casos especficos en los cuales se produjeronfallas an sin congelamiento de los agregados calcreosarcillosos parecan apoyar esta teora. Sin embargo, estono es consistente con los resultados de las investigacio-

nes realizadas por Helmuth (1961), quien halldurante el enfriamiento el agua adsorbida no se expsino que en realidad se contra. No obstante, Helest de acuerdo en que la adsorcin de grcantidades de agua en los agregados que tienenestructura de poros muy finos puede rompe

hormign debido a la formacin de hielo. Sdemostrado que el tamao del agregado grueso factor importante que afecta la resistencia a las helVerbeck y Landgreen (1960) demostraron que, cuno estn confinadas mediante pasta cementicicapacidad de las rocas naturales para soportar ciclcongelamiento y deshielo sin sufrir daos aumemedida que disminuye su tamao, y que hay un tamcrtico por debajo del cual las rocas se pueden consin que sufran daos. Estos investigadores demostque para algunas rocas el tamao crtico puede serpequeo, del orden de 1/4 in. (6 mm). La capacid

agua congelable de algunos agregados (tales comgranito, el basalto, la diabasa, la cuarcita y el mes tan baja que, bajo condiciones normales, ngeneran tensiones al producirse el congelamiento, pendientemente del tamao de las partculas.

Diferentes propiedades relacionadas con la estrude los poros dentro de las partculas del agregado,como la absorcin, la porosidad, el tamao de los py la distribucin de los poros o permeabilidad, puser indicadores de potenciales problemas de durabisi el agregado se utiliza en un hormign que duranvida de servicio se saturar y congelar. En genera

las partculas de agregado grueso que tienen valorporosidad o absorcin relativamente elevados, ppalmente debido a que los espacios entre los porode tamao medio (rango de 0,1 a 5 m), las qsaturan ms fcilmente y contribuyen al deterioroaparicin de desconchaduras individuales ehormign. Los poros de mayor tamao generalmense llenan completamente de agua, y por lo tancongelamiento no produce daos. Es posible que elen los poros muy finos no se congele tan fcilm(ACI 221R). Los agregados finos en generarepresentan un problema, ya que las partculas s

suficientemente pequeas y estn por debajo del tacrtico correspondiente al tipo de roca y elincorporado en la pasta circundante puede provenivel de proteccin efectivo (Gaynor, 1967).

El papel del aire incorporado en la moderacin defectos del congelamiento en las partculas de agregrueso es mnimo.

1.2.3 Sin aire incorporado, la matriz de la que rodea las partculas de agregado puede fallar cu


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se satura crticamente y se congela. Si la matriz contienetiene una adecuada distribucin de vacos de aireincorporado caracterizada por un factor de separacinmenor que aproximadamente 0,008 in. (0,20 mm), elcongelamiento no produce tensiones destructivas(Verbeck 1978).

Existen algunas rocas que prcticamente nocontienen agua congelable. El hormign con aireincorporado elaborado con un agregado totalmentecompuesto por dichas rocas soportar congelamientodurante mucho tiempo, an bajo exposicin continua ala humedad. Este tiempo se puede reducir si los vacosde aire se llenan de agua y materia slida.

Si se utilizan agregados absorbentes, como porejemplo ciertos cherts y agregados livianos, y elhormign se encuentra en un ambiente continuamentehmedo, probablemente el hormign fallar si elagregado grueso se satura (Klieger y Hanson 1961). La

presin interna que se desarrolla cuando las partculasexpelen agua durante el congelamiento rompe laspartculas y la matriz. Si la partcula se encuentraprxima a la superficie del hormign es posible que seproduzca una desconchadura.

Normalmente, al final del perodo constructivo delhormign los agregados no se encuentran en un estadocrtico de saturacin; esto se debe a la disecacin queproduce la reaccin qumica durante el endurecimiento(autodisecacin de la pasta cementicia) y a las prdidaspor evaporacin. Por lo tanto, si alguno de losagregados llega a la saturacin crtica, ser como

resultado de la presencia de agua proveniente de unafuente externa. Son poco habituales las estructurassituadas de forma tal que todas sus superficies expuestasse mantienen permanentemente hmedas y an as estnsujetas a ciclos de congelamiento y deshielo peridico.En general las secciones de hormign tienden a secarsedurante la estacin seca si al menos una de sussuperficies est expuesta a la atmsfera. Es por estemotivo que la accin de las heladas en general no afectael hormign con aire incorporado, an cuando seutilicen agregados absorbentes.

Obviamente, cuanto ms secos estn los agregados

en el momento de colar el hormign mayor ser lacantidad de agua que debern recibir para alcanzar lasaturacin crtica y mayor ser el tiempo que estodemorar. Esta es una consideracin importante, ya quela duracin de la estacin hmeda y fra es limitada.Utilizar grava directamente extrada de una fuentesubterrnea puede resultar una desventaja, especial-mente si la estructura entra en servicio durante laestacin hmeda o poco antes del inicio del invierno.

Cuando se secan y luego se colocan en agua, algunostipos de roca pueden absorber agua y saturarserpidamente; estas rocas se conocen como rocasfcilmente saturables. An cuando al inicio estn secas,estas rocas pueden alcanzar elevados grados desaturacin dentro de la hormigonera y podran no

secarse lo suficiente por disecacin; por lo tanto, conestos materiales habr problemas si no se permite unperodo de secado lo suficientemente prolongado antesde la llegada del invierno. Incluso la presencia de unpequeo porcentaje de roca fcilmente saturable en elagregado puede provocar daos severos. Es menosprobable que las rocas difciles de saturar, en general degrano grueso, provoquen este tipo de problemas.Obviamente, siempre es til contar con datos acerca delas caractersticas de absorcin de todos los tipos derocas utilizados en el agregado.

1.3 Agentes util izados para eliminar el hieloApenas se populariz la prctica de retirar el hielo de

los pavimentos de hormign utilizando sales (cloruro desodio, cloruro de calcio, o ambos) se hizo evidente queestos materiales provocan o aceleran la desintegracinsuperficial generando picaduras o descamacin. (Estosproductos qumicos tambin aceleran la corrosin de lasarmaduras, lo cual puede provocar el descantillado delhormign, tal como se describe en el Captulo 4.)

El mecanismo mediante el cual los agentesdescongelantes daan el hormign es bastante conocido;su naturaleza es fundamentalmente fsica, no qumica.

El mecanismo involucra el desarrollo de presionesosmticas e hidrulicas durante el congelamiento,principalmente en la pasta, de manera similar a lo queocurre con la accin de las heladas descrita en laSeccin 1.2. Sin embargo, este mecanismo es mssevero.

La concentracin de descongelante en el hormignjuega un papel importante en el desarrollo de estaspresiones. Verbeck y Klieger (1957) demostraron que ladescamacin del hormign es mayor cuando est sujetoa endicamiento de agua con concentraciones interme-dias (3 a 4%) de soluciones descongelantes. El

comportamiento observado fue similar para los cuatrodescongelantes ensayados: cloruro de calcio, cloruro desodio, urea y alcohol etlico. Brown y Cady (1975)extrajeron conclusiones similares. Los hallazgos deLitvan (1975, 1976) fueron consistentes con los demsestudios mencionados. Adems, Litvan concluy quelos agentes descongelantes pueden provocar un elevadogrado de saturacin en el hormign, y que sta es laprincipal causa de su efecto perjudicial. Para una


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temperatura dada, la presin de vapor de las solucionessalinas es menor que la del agua; por lo tanto, el secadoque se produce entre ciclos de humedecimiento (verSeccin 1.2.3) y enfriamiento es escaso o nulo. ASTMC 672 indica cmo determinar la capacidad de unamezcla de hormign para resistir la descamacin en

presencia de agentes qumicos descongelantes.Los beneficios que se obtienen incorporando aire al

hormign expuesto a productos descongelantes seexplican de la misma manera que en el caso de la accinde las heladas. Ensayos en laboratorio y experienciasrecabadas en obra confirman que la incorporacin deaire mejora sustancialmente la resistencia a losdescongelantes y es un factor fundamental para lograrpavimentos consistentemente resistentes a la descama-cin cuando las condiciones de exposicin son severas.

1.4 Recomendaciones para lograr estructuras

durablesEl hormign que ha de estar expuesto a una

combinacin de humedad y ciclos de congelamientoexige lo siguiente: Un diseo de la estructura que minimice su

exposicin a la humedad; Baja relacin w/c; Adecuada incorporacin de aire; Materiales de buena calidad; Adecuado curado antes del primer ciclo de

congelamiento; y Particular atencin a las prcticas constructivas.

Estos puntos se describen detalladamente en losprrafos siguientes.

1.4.1 Diseo de la estructura Debido a que lavulnerabilidad del hormign frente a los ciclos decongelamiento es fuertemente afectada por el grado desaturacin del hormign, durante el diseo inicial de laestructura se deberan tomar precauciones paraminimizar el ingreso de agua.

La geometra de la estructura debera promover unbuen drenaje. La parte superior de los muros y todas lassuperficies exteriores deberan ser inclinadas. Sedeberan evitar las regiones bajas que pudieran provocarla formacin de charcos. Los drenajes no deberandescargar sobre las caras de hormign expuestas. Eldrenaje del terreno ms alto no debera fluir sobre laparte superior ni sobre las caras de los muros dehormign (Miesenhelder 1960).

Se deberan eliminar las juntas no relacionadas conlos cambios de volumen. Se pueden utilizar sistemas dedrenaje, tales como canaletas de goteo, que eviten que el

agua escurra debajo de los bordes de los elemestructurales. El diseo debera evitar el uso de trao reservorios de agua, los cuales se pueden genelos diafragmas se prolongan hasta los cabezales dpilotes de los puentes.

An cuando rara vez es posible mantene

humedad alejada de la cara inferior de las losas truidas directamente sobre el terreno, las fundacsobre una subbase que incorporan las caractersrecomendadas en ACI 325.9R minimizarn la acumcin de humedad. Tambin se debern tomar precanes para minimizar las fisuras que pudieran acumutransmitir agua.

El relevamiento de una gran cantidad de puenotras estructuras de hormign ha demostrado queuna correlacin sorprendente entre el daocongelamiento y deshielo observado en ciertas partla estructura y la excesiva exposicin a la humeda

dichas partes atribuible al diseo estructural (Calet al. 1970; Jackson 1946; Lewis 1956).

1.4.2 Relacin w/c El hormign de peso noresistente a las heladas debera tener una relacin acemento no mayor que los siguientes valores: seccdelgadas (tableros de puentes, barandas, cordones, dizos y elementos ornamentales) y cualquier hormexpuesto a sales anticongelantes, relacin w/cmeigual que 0,45; todas las dems estructuras, relacimenor o igual que 0,50.

Debido a que algunas veces no se conoce con ceel grado de absorcin de los agregados liviano

resulta posible calcular la relacin w/cde los hormnes que contienen este tipo de agregados. Para hormigones se debera especificar una resistenciacompresin a 28 das mayor o igual que 4000 psi MPa).

1.4.3 Incorporacin de aire Una canexcesiva de aire incorporado no proteger a la cementicia contra el congelamiento y deshielo. Adincorporar demasiado aire provocar una reduccila resistencia. En la Tabla 1.1 se indican varecomendados para el contenido de aire del hormig

Se indican contenidos de aire para dos tipo

exposiciones: exposicin severa y exposicin modeCon estos valores se obtiene aproximadamente 9aire en la fraccin de mortero en el caso de expossevera y aproximadamente 7% en el caso de exposmoderada.

El hormign con aire incorporado se elagregando un aditivo incorporador de aire ehormigonera, utilizando cemento incorporador de aambos. El contenido de aire resultante depend


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numerosos factores, incluyendo las propiedades de losmateriales utilizados (cemento, aditivos qumicos,agregados, puzolanas), la dosificacin de la mezcla, eltipo de hormigonera, el tiempo de mezclado y latemperatura. Si se utilizan aditivos incorporadores deaire, su dosificacin se debe modificar segn sea

necesario para lograr el contenido de aire deseado. Estono resulta posible cuando solamente se utiliza uncemento incorporador de aire. Sin embargo, en obraspequeas en las cuales no es posible contar con losequipos necesarios para verificar el contenido de aire,ste es el mtodo ms conveniente para asegurar, encierta medida, la proteccin contra los ciclos decongelamiento y deshielo. El procedimiento preferidoconsiste en utilizar un aditivo incorporador de aire.

Tabla 1.1 Contenidos de aire recomendados para loshormigones resistentes a las heladas

Contenido de aire promedio, %*Tamao mximo nominal delos agregados, in. (mm) Exp. severa Exp. moderada

3/8 (9,5) 7-1/2 6

1/2 (12,5) 7 5-1/2

3/4 (19,0) 6 5

1 (25,0) 6 5

1-1/2 (37,5) 5-1/2 4-1/2

3 (75) 4-1/2 3-1/2

6 (150 4 3* 1-1/2% es una tolerancia razonable para el contenido de aire enobra.Al aire libre en clima fro si adems el hormign puede estar encontacto prcticamente continuo con la humedad antes del congela-miento o si se utilizan sales descongelantes. Algunos ejemplosincluyen los pavimentos, los tableros de puente, las aceras y lostanques de agua.Al aire libre en clima fro si adems el hormign estar expuesto ala humedad ocasionalmente antes del congelamiento y si no se utili-zan sales descongelantes. Algunos ejemplos incluyen ciertos muros,vigas y losas exteriores que no estn en contacto directo con el suelo.Estos contenidos de aire tambin se aplican a todo el conjunto delagregado. Sin embargo, al ensayar estos hormigones los agregadosde tamao mayor que 1-1/2 in. (37,5 mm) se retiran manualmente outilizando tamices y el contenido de aire se determina sobre lafraccin de la mezcla menor que 1-1/2 in. (37,5 mm). (La tolerancia

en obra se aplica a este valor.) El contenido de aire de la totalidad dela mezcla se determina a partir de esta fraccin.Nota: Existen opiniones contradictorias sobre si se deberan permitircontenidos de aire menores que los tabulados para hormigones dealta resistencia (aproximadamente 5500 psi) (37,8 MPa). Este comitcree que si para una determinada combinacin de materiales,

prcticas constructivas y exposicin hay antecedentes y datosexperimentales que lo justifiquen, los contenidos de aire se puedenreducir en aproximadamente 1%. (Para agregados cuyo tamaomximo nominal es mayor que 1-1/2 in. (37,5 mm) esta reduccin seaplica a la fraccin de la mezcla menor que 1-1/2 in. (37,5 mm).

Las muestras a utilizar para determinar el contenidode aire se deberan extraer de una ubicacin tan prximaal punto de colocacin como sea posible. La frecuenciadel muestreo debe ser como se especifica en ASTM C94. Para el hormign de agregados de peso normal sepueden utilizar los siguientes mtodos de ensayo:

mtodo volumtrico (ASTM C 173), mtodo presiom-trico (ASTM C 231), o mtodo del peso unitario(ASTM C 138). El mtodo del peso unitario (ASTM C138) se puede utilizar para verificar los otros mtodos.Para el hormign de agregados livianos se deberautilizar el mtodo volumtrico (ASTM C 173).

El contenido de aire y otras caractersticas delsistema de vacos del hormign endurecido se puededeterminar en forma microscpica (ASTM C 457). ACI212.3R lista las caractersticas relacionadas con elsistema de vacos requeridas para lograr durabilidad.ASTM C 672 indica un mtodo para evaluar la

resistencia del hormign contra la descamacin queprovocan los descongelantes.

1.4.4Materiales1.4.4.1 Si se los utiliza en hormigones con

aire incorporado correctamente dosificados y elabora-dos, los diferentes tipos de cementos prtland y cemen-tos hidrulicos mezclados proporcionan resistenciassimilares frente a los ciclos de congelamiento. Elcemento utilizado debera satisfacer los requisitos de lasnormas ASTM C 150 o C 595.

La mayora de las cenizas finas y puzolanasnaturales que se utilizan como aditivos no afectan

significativamente la durabilidad del hormign, siempreque el contenido de aire, la resistencia y el contenido dehumedad del hormign sean similares. Sin embargo,antes de utilizar cualquier material que no haya sidoprobado anteriormente, se debera realizar una investi-gacin adecuada. Las cenizas finas y las puzolanasnaturales deberan satisfacer los requisitos de ASTM C618. En algunos pases de Europa continental (Blgica,Holanda, Francia y Alemania) durante ms de un siglose han utilizado exitosamente cementos de escoria dealto horno para elaborar hormigones expuestos aambientes de congelamiento y deshielo severos,

incluyendo ambientes marinos.1.4.4.2 Los agregados naturales deberan

satisfacer los requisitos de ASTM C 33; sin embargo,esto no necesariamente asegurar su durabilidad. Losagregados livianos deberan satisfacer los requisitos deASTM C 330. Aunque estas especificaciones contienennumerosos requisitos, dejan la seleccin final de losagregados a criterio del Ingeniero. Si el Ingeniero estfamiliarizado con el comportamiento en obra del


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agregado propuesto, su criterio profesional seconsiderar adecuado. En algunas situaciones se puedenrealizar estudios del comportamiento en obra paradesarrollar criterios que permitan aceptar o rechazar losagregados. Si esto no fuera factible, se deber tenerespecial cuidado al interpretar los resultados de los

ensayos realizados en laboratorio.Los ensayos que se pueden realizar en laboratorio

sobre los agregados incluyen la absorcin, la gravedadespecfica, la sanidad (ausencia de fisuras, imperfeccio-nes, grietas o variaciones en relacin con un patrnaceptado) y la determinacin de la estructura de poros.Se han publicado descripciones de estos ensayos yopiniones acerca de su utilidad (Newton 1978); Buth yLedbetter 1970). Aunque estos datos son tiles, yaunque algunas organizaciones incluso han establecidolmites para los ensayos realizados sobre los agregados,en general se acepta que se debera confiar ms en los

ensayos realizados sobre hormigones elaborados con losagregados en cuestin.

Los estudios petrogrficos tanto de los agregados(Mielenz 1978) como del hormign (Erlin 1966; Mather1978a) son tiles para evaluar las caractersticas fsicasy qumicas de los agregados y de los hormigones quecon ellos se elaboran.

Los ensayos en laboratorio que se pueden realizarsobre el hormign incluyen el ensayo de congelamientoy deshielo rpido (ASTM C 666), en el cual ladurabilidad del hormign se mide a travs de lareduccin del mdulo de elasticidad dinmico del

hormign. La norma ASTM C 666 permite realizar elensayo ya sea utilizando el Procedimiento A, congela-miento y deshielo en agua, o bien el Procedimiento B,congelamiento en aire y deshielo en agua.

Los resultados de los ensayos realizados de acuerdocon la norma ASTM C 666 han sido ampliamenteanalizados y discutidos (Arni 1966; Buth y Ledbetter1979; ACI 221R; Transportation Research Board 1959).Se ha criticado a estos ensayos alegando que noreproducen las condiciones que existen en obra.Inicialmente las probetas de ensayo se saturan, lo cualen general no ocurre con el hormign en obra cuando

comienza el invierno. Adems, los mtodos de ensayono reproducen de manera realista las condiciones realesde humedad de los agregados del hormign en obra. Losmtodos rpidos tambin han sido criticados porqueexigen tasas de enfriamiento mayores que las queocurren en obra. Otra crtica expresada es que laspequeas probetas que se utilizan en los ensayos no sepueden preparar utilizando los agregados propuestos sistos son de gran tamao, y son precisamente estos

agregados los que podran ser ms susceptibles desconchaduras y al deterioro general que los agregde menor tamao. La presencia de un trozo de agreque produce desconchaduras en la parte central deprobeta de ensayo relativamente pequea pprovocar la falla de la probeta, mientras que

hormign en servicio la desconchadura approvocara defectos superficiales (Sturrup et al. 198

En general se acepta que, aunque estos diferensayos permiten clasificar a los agregadosexcelentes a pobres en un orden aproximadamcorrecto, no permiten predecir si con un agremarginal se lograr un comportamiento satisfactose lo utiliza en un hormign con un determicontenido de humedad y sujeto a cicloscongelamiento y deshielo. La capacidad de realizadeterminacin es de gran importancia econmica ereas en las cuales los agregados de alta calidad

escasos y se podra permitir el uso de agregmarginales locales. A pesar de las carencias de la nASTM C 666, muchas organizaciones creen queensayo es el indicador ms confiable de la durabirelativa de un agregado (Sturrup et al. 1987).

En vista de estas objeciones al ensayo ASTM CPowers (1954) concibi un ensayo de dilatacin desarrollo fue profundizado luego por investigadores (Harman et al. 1970; TrempSpellman 1961). La norma ASTM C 671 exige quprobetas de hormign con aire incorporado inicialmse lleven hasta las condiciones de humedad a las c

se anticipa estar sujeto el hormign al iniciinvierno, habiendo sido el contenido de humdeterminado preferentemente mediante ensayos inLuego las probetas se sumergen en agua y se conperidicamente utilizando la tasa de enfriamiento qanticipa en obra. Lo que se mide es el aumenlongitud (dilatacin) de la probeta durante la partciclo correspondiente al congelamiento. La nASTM C 682 ayuda a interpretar los resultados.

En este ensayo, una variacin de longitud excindica que los agregados han llegado a la saturcrtica y son vulnerables. Si el tiempo que demor

llegar a la saturacin crtica es menor que la duracila temporada de heladas en el sitio donde se utilizahormign, se considera que dichos agregados noadecuados para las condiciones de exposanticipadas. Por el contrario, si es mayor, se consque el hormign no ser vulnerable a los ciclocongelamiento y deshielo.

El tiempo requerido para realizar un ensaydilatacin puede ser mayor que el requerido


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realizar un ensayo de acuerdo con ASTM C 666.Adems, los resultados son altamente sensibles alcontenido de humedad del hormign y los agregados. Apesar de estos inconvenientes, la mayora de los resulta-dos de ensayos informados parecen prometedores.Aunque muchas organizaciones continan utilizando el

ensayo conforme a la norma ASTM C 666, puede quese concluya que los resultados obtenidos de acuerdo conla norma ASTM C 671 son en realidad de mayorutilidad (Pelo 1986).

Si hay registros de servicio y/o resultados de ensayosexistentes que indican que un determinado agregadonatural es inaceptable, ste se puede mejorar eliminandolas partculas livianas, blandas o cuya calidad no seaaceptable desde algn otro punto de vista.

1.4.4.3 Los aditivos incorporadores de airedeberan satisfacer los requisitos de la norma ASTM C260. Los aditivos qumicos deberan satisfacer los

requisitos de la norma ASTM C 494. Los aditivos quese utilizan para elaborar hormign fluido deberansatisfacer los requisitos de la norma ASTM C 1017.

Con algunos aditivos minerales, incluyendo laspuzolanas, y los agregados que contienen grandescantidades de finos pueden ser necesario utilizar unamayor cantidad de aditivo incorporador de aire paradesarrollar la cantidad de aire incorporado requerido. Lanorma ACI 212.3R contiene lineamientos detalladossobre el uso de aditivos.

1.4.5 Curado Siempre y cuando no exista unafuente de humedad externa, los hormigones con aire

incorporado deberan poder soportar los efectos delcongelamiento tan pronto como alcanzan una resistenciaa la compresin de aproximadamente 500 psi (3,45MPa). A una temperatura de 50 F (10 C), la mayorade los hormigones correctamente dosificados alcanzanesta resistencia durante el segundo da.

Antes de ser expuesto a un congelamientoprolongado en condiciones de saturacin crtica (ASTMC 666) el hormign debera alcanzar una resistencia a lacompresin de aproximadamente 4000 psi (27,6 MPa).Se recomienda un perodo de secado posterior al curado.Para condiciones de exposicin moderadas el hormign

debera alcanzar una resistencia de 3000 psi (20,7 MPa)(Kleiger 1956).

1.4.6 Prcticas constructivasSi se desea lograr unhormign durable es fundamental aplicar prcticasconstructivas adecuadas. Se debera prestar particularatencin a la construccin de las losas de pavimentosque posteriormente estarn expuestas a agentesqumicos descongelantes, ya que la obtencin deacabados durables y la severidad de las condiciones de

exposicin constituyen exigencias de naturalezaproblemtica. El hormign de las losas de pavimentosse debera compactar adecuadamente; sin embargo, sedeben evitar prcticas tales como trabajarexcesivamente la superficie, realizar acabados excesivosy/o aadir agua al hormign para facilitar su acabado.

Estas actividades traen a la superficie un exceso demortero o agua, y la lechada resultante es particular-mente vulnerable frente a la accin de los agentesdescongelantes. Estas prcticas tambin pueden eliminarel aire incorporado de las zonas superficiales. Esto no esdemasiado importante si solamente se expelen lasburbujas de mayor tamao, pero la durabilidad puedeser afectada seriamente si tambin se expelen lasburbujas ms pequeas. El momento en el cual serealiza el acabado es un factor crtico (ACI 302.1R).

Antes de aplicar cualquier descongelante, elpavimento de hormign debera haber recibido algn

secado; antes de establecer un cronograma para laconstruccin de pavimentos a fines de otoo se deberaconsiderar el nivel de resistencia especificado antes deabrir el pavimento al trfico. En algunos casos, mientrasel hormign an no est lo suficientemente maduro,para controlar el resbalamiento de los vehculos sepueden utilizar mtodos diferentes a los agentesdescongelantes, como por ejemplo materiales abrasivos.

En el caso de los hormigones de agregados livianos,los agregados no se deben humedecer excesivamenteantes del mezclado. Si se utiliza saturacin por vaco omtodos trmicos (por ejemplo, para poder bombear el

hormign), a menos que el hormign tenga laoportunidad de secarse antes de congelarse, es posibleque los agregados livianos alcancen un nivel dehumedad con el cual el agua absorbida provocar lafalla del hormign cuando ste sea sometido a ciclos decongelamiento y deshielo. Una publicacin delDepartamento de Transporte de California (CaliforniaDepartment of Transportation 1978) contiene detalles yrecomendaciones adicionales sobre este tema.

CAPTULO 2 EXPOSICIN A AGENTES QUMICOS

AGRESIVOS

2.1 GeneralidadesEl hormign se comporta satisfactoriamente bajo

exposiciones correspondientes a diferentes condicionesatmosfricas, a la mayora de las aguas y suelos quecontienen qumicos, y bajo muchos otros tipos deexposiciones a agentes qumicos. Sin embargo, existen


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GUA PARA LA DURABILIDAD DEL HORMIGN 201.

algunos ambientes qumicos en los cuales, a menos quese tomen medidas especficas, la vida til an del mejorhormign ser muy breve. Comprender estascondiciones permite tomar medidas pare evitar eldeterioro o reducir la velocidad con la cual se produce.

Son escasas o nulas las circunstancias bajo las cuales

el hormign es atacado por agentes qumicos slidossecos. Para producir un ataque significativo sobre elhormign, los qumicos agresivos deben estar ensolucin y presentes en una concentracin superior auna cierta concentracin mnima. Un hormign que estexpuesto a soluciones agresivas a presin en uno de suslados es ms vulnerable que uno que no lo est, ya quela presin tiende a forzar la solucin agresiva hacia elinterior del hormign.

El Comit ACI 515 (515.1R) y la Asociacin delCemento Prtland (Portland Cement Association 1968)han tabulado los efectos de numerosos agentes qumicos

sobre el hormign. Biczok (1972) presenta una

discusin detallada del deterioro que provocanagentes qumicos en el hormign, la cual incluye obtenidos tanto en Europa como en Estados Unidos

En la Tabla 2.1 se resumen los efectos que proden el hormign algunos agentes qumicos habitualeTabla 2.2 muestra los factores ms importantes

afectan la capacidad del hormign para resistdeterioro, siempre que se tomen los debidos recaudseleccionar los materiales utilizados para elaborhormign y dosificar la mezcla. Por lo tanto, la T2.1 debe ser considerada apenas como una preliminar.

Algunos de los factores que provocan mpreocupacin son la exposicin a los sulfatos, el agmar, la sal del agua de mar, los cidos carbonatacin. Estos temas se discuten en las Secc2.2 a 2.6.

Tabla 2.1 Efecto de los agentes qumicos de uso habitual sobre el hormign

Velocidad del ataquea temperatura

ambientecidos

inorgnicoscidos

orgnicos Soluciones alcalinas Soluciones salinas Otros

Rpida

ClorhdricoNtricoSulfrico

ActicoFrmicoLctico

Cloruro de aluminio

Moderada Fosfrico Tnico Hidrxido de sodio* > 20%

Nitrato de amonio

Sulfato de amonioSulfato de sodioSulfato de magnesio

Sulfato de calcio

Bromo (gaseosoLicor de sulfato

Lenta Carbnico Hidrxido de sodio* 10 a 20%Cloruro de amonio

Cloruro de magnesioCianuro de sodio

Cloro (gaseoso)Agua de marAgua blanda

Despreciable Oxlico

Tartrico

Hidrxido de sodio* < 10%Hipoclorito de sodioHidrxido de amonio

Cloruro de calcioCloruro de sodioNitrato de cinc

Cromato de sodio

Amonaco (lquid

* El efecto del hidrxido de potasio es similar al del hidrxido de sodio.


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Tabla 2.2 Factores que afectan el ataque del hormign por parte de los agentes qumicos

Factores que aceleran o agravan el ataque Factores que mitigan o demoran el ataque

1. Elevada porosidad debida a:i. Elevada absorcin de aguaii. Permeabilidad

iii. Vacos

1. Hormign denso obtenido mediante:i. Correcta dosificacin de la mezcla *ii. Contenido unitario de agua reducido

iii. Mayor contenido de material cementicioiv. Incorporacin de airev. Compactacin adecuadavi. Curado efectivo

2. Fisuras y separaciones debidas a:i. Concentracin de tensionesii. Choque trmico

2. Tensiones de traccin reducidas en el hormignatribuibles a: i. Uso de armadura de traccin de tamao adecuado y

correctamente ubicadaii. Inclusin de puzolana (para reducir el aumento de

temperatura)iii. Colocacin de materiales adecuados en las juntas

de contraccin

3. Lixiviacin y penetracin de lquidos debido a:i. Flujo de lquidos

ii. Formacin de charcosiii. Presin hidrulica

3. Diseo estructural:i. Minimizar las reas de contacto y turbulencia

ii. Proveer membranas y sistemas con barrerasprotectoras para reducir la penetracin

* La dosificacin de la mezcla y el mezclado y procesamiento inicial del hormign fresco determinan su homogeneidad y densidad. Si los procedimientos de curado son defectuosos se producirn fallas y fisuras. La resistencia a la fisuracin depende de la resistencia y capacidad de deformacin. El movimiento de las sustancias perjudiciales que transportan agua aumenta las reacciones que dependen tanto de la cantidad como de la

velocidad del flujo. Los hormigones que frecuentemente estarn expuestos a agentes qumicos que se sabe producen un rpido deterioro del hormign se deberan

proteger con una barrera protectora resistente a dichos agentes qumicos.

2.2 Ataque qumico por sulfatos provenientes defuentes externas al hormign

2.2.1 Los sulfatos de sodio, potasio, calcio omagnesio1 que ocurren en la naturaleza, los cualespueden atacar al hormign endurecido, algunas veces seencuentran en el suelo y otras disueltos en el aguaadyacente a las estructuras de hormign.

Las sales de sulfato en solucin ingresan alhormign y atacan los materiales cementicios. Si en unasuperficie expuesta al aire se produce evaporacin, losiones sulfato se pueden concentrar cerca de dicha cara yaumentar el potencial de deterioro. Se han producidoataques por sulfatos en diferentes lugares del mundo;

1 Muchas de estas sustancias se encuentran en forma de minerales, y losinformes sobre ataques de sulfatos muchas veces utilizan los nombres deestos minerales. A continuacin presentamos un listado de estos nombres ysu composicin general:

anhidrita CaSO4 tenardita Na2SO4basanita CaSO4 1/2H2O mirabilita NaSO4 10H2Oyeso CaSO4 2H2O arcanita K2SO4kierserita MgSO4 H2O glauberita Na2Ca(SO4)2epsomita MgSO4 7H2O langbeinita K2Mg2(SO4)3taumasita Ca3Si(CO3)(SO4)(OH)1 12H2O

esto constituye un problema particularmente severo enlas regiones ridas tales como las llanuras septentriona-

les y partes del oeste de Estados Unidos (Bellport 1968;Harboe 1982; Reading 1975; Reading 1982; USBR1975; Verbeck 1968); las provincias de las llanuras deCanad (Hamilton y Handegord 1968; Hurst 1968; Pricey Peterson 1968); Londres, Inglaterra (Bessey y Lea1953); Oslo, Noruega (Bastiansen et al. 1957); y elMedio Oriente (French y Poole 1976).

El agua que se utiliza en las torres de enfriamientode hormign tambin puede ser una potencial fuente deataque por sulfatos debido a la evaporacin, particular-mente si estos sistemas utilizan cantidades relativamentepequeas de agua de reemplazo. Tambin puede haber

iones sulfato en los materiales que contienen desechosindustriales, tales como las escorias obtenidas delprocesamiento de hierro, cenizas y aguas subterrneasque contienen estos materiales.

El agua de mar y los suelos costeros embebidos enagua de mar constituyen un tipo de exposicinparticular. La Seccin 2.3 contiene recomendacionespara el hormign expuesto al agua de mar.


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2.2.2 Las dos consecuencias del ataque porsulfatos sobre los componentes del hormign mejorconocidas son la formacin de etringita (aluminato decalcio trisulfato 32-hidratado, CAOAl2O33CaSO432H2O) y yeso (sulfato de calcio dihidratado, CaSO42H2O). La formacin de etringita puede generar un

aumento del volumen slido, provocando expansin yfisuracin. La formacin de yeso puede provocarablandamiento y prdida de resistencia del hormign.Sin embargo, la presencia de etringita o yeso en elhormign no constituye por s misma una indicacin deataque por sulfatos; la evidencia de un ataque porsulfatos se debera verificar mediante anlisis qumicosy petrogrficos. Si la solucin de sulfatos que provoca elataque contiene sulfato de magnesio, adems deetringita y yeso se produce brucita (Mg(OH)2, hidrxidode magnesio). Algunos de los procesos relacionados conlos sulfatos pueden daar al hormign incluso sin

expansin. Por ejemplo, un hormign expuesto asulfatos solubles puede sufrir ablandamiento de lamatriz de la pasta o un aumento de su porosidad global;estos dos efectos pueden reducir su durabilidad.

Las publicaciones que discuten detalladamente estosmecanismos incluyen los trabajos de Lea (1971),Hewlett (1998), Mehta (1976, 1992), DePuy (1994),Taylor (1997) y Skalny et al. (1998). Las publicacionesque enfatizan particularmente la permeabilidad y lacapacidad del hormign para resistir el ingreso y elmovimiento del agua incluyen los trabajos de Reinhardt(1997), Hearn et al. (1994), Hearn y Young (1999),

Diamond (1998) y Diamond y Lee (1999).2.2.3 La proteccin contra los ataques por

sulfatos se logra utilizando hormigones que retrasen elingreso y el movimiento del agua e ingredientesadecuados para producir hormigones que tengan laresistencia a los sulfatos necesaria. El ingreso y elmovimiento del agua se reducen disminuyendo larelacin w/c. Se debe tener cuidado para asegurar que elhormign se disee y construya de manera tal deminimizar la fisuracin por contraccin. Incorporar aireresulta beneficioso si es acompaado por una reduccinde la relacin w/c (Verbeck 1968). Para minimizar el

ingreso y el movimiento del agua, la cual es la portadorade las sales agresivas, es fundamental colocar,compactar, acabar y curar el hormign adecuadamente.Las normas ACI 304R, ACI 302.1R, ACI 308.1, ACI305R y ACI 306R recomiendan procedimientos pararealizar estas operaciones.

La resistencia a los sulfatos del cemento prtlandgeneralmente disminuye cuando aumenta el contenidocalculado de tricalcio-aluminato (C3A) (Mather 1968).

La norma ASTM C 150 incluye al cemento resistelos sulfatos Tipo V, para el cual el contenido mcalculado de C3A permitido es de 5%, y el cemmoderadamente resistente a los sulfatos Tipo II, pcual el contenido mximo calculado de C3A permest limitado a 8%. Tambin hay algunas evidencia

indican que la almina presente en la aluminoferrtica del cemento prtland podra parten los ataques por sulfatos. En consecuencia, la nASTM C 150 establece que en el cemento Tipo contenido de C4A+2C3A no debe ser mayor que 25menos que se invoque el requisito alternativo qubasa en el uso del ensayo de comportamiento (AST452). En el caso del cemento Tipo V, en lugar drequisitos qumicos se puede utilizar el ensayexpansin por sulfatos (ASTM 452) (Mather 19Patrias (1991) discute el uso de ASTM C 1012.

En la Tabla 2.3 presentamos recomendaciones a

de la mxima relacin w/c para los hormigonesestarn expuestos a sulfatos presentes en el sueloagua subterrnea. Las dos recomendaciones importantes. Para lograr una resistencia satisfactolos ataques por sulfatos no alcanza con establimitaciones relacionadas con el tipo de macementicio a utilizar (Kalousek et al. 1976).

La Tabla 2.3 contiene recomendaciones diferentes grados de exposicin potencial. recomendaciones estn diseadas para protegehormign contra los sulfatos provenientes de fuexternas, como por ejemplo aquellos presentes

suelo y el agua subterrnea.En obra, las condiciones de exposicin del horm

a los sulfatos son muchas y muy variables. Entre factores, la agresividad de las condiciones dependesaturacin del suelo, del movimiento del agua, temperatura y la humedad ambiente, de la concentrde los sulfatos y del tipo de sulfato o combinacisulfatos involucrados. Dependiendo de estas variageneralmente las soluciones que contienen sulfacalcio son menos agresivas que las que contsulfato de sodio, las cuales a su vez en generamenos agresivas que las que contienen sulfat

magnesio. La Tabla 2.3 presenta criterios cuyo objmaximizar la vida til de los hormigones expuestoscondiciones de exposicin ms agresivas.

Los hormigones de cemento prtland tampueden ser atacados por soluciones cidas, tales comcido sulfrico. La Seccin 2.5 contiene informsobre los ataques por cidos.


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GUA PARA HORMIGN DURABLE 201.2R-14

Tabla 2.3 Requisitos para proteger al hormign cont ra los daos provocados por ataques por sulfatos provenientesde fuentes externas

Severidad de la potencialexposicin

Sulfato soluble enagua (SO4)

*Sulfato (SO4)

*enagua, ppm

w/cen masa, mx. Materiales cementiciosrequeridos

Exposicin Clase 0 0,00 a 0,10 0 a 150

Ningn requisito especial para

resistencia a los sulfatos

Ningn requisito especial para

resistencia a los sulfatosExposicin Clase 1 > 0,10 y < 0,20 > 150 y < 1500 0,50 C 150 Tipo II o equivalente

Exposicin Clase 2 0,20 a < 0,20 1500 a < 10.000 0,45 C 150 Tipo V o equivalente

Exposicin Clase 3 0,20 10.000 0,40 C 150 Tipo V ms puzolana oescoria

Exposicin al agua demar

Ver Seccin 2.4 Ver Seccin 2.4

* En los informes de los anlisis qumicos realizados sobre los cementos prtland, el sulfato expresado como SO4se relaciona con el sulfatoexpresado como SO3de la siguiente manera: SO3% 1,2 = SO4%

El Captulo 4 de la norma ACI 318 incluye requisitos para condiciones de exposicin especiales, por ejemplo para el hormign con armadurasde acero que puede estar expuesto a cloruros. Para los hormigones que probablemente estarn sujetos a estas condiciones de exposicin, si esmenor que el valor indicado en la Tabla 2.3, w/cdebera ser como se especifica en el Captulo 4 de ACI 318.

Estos valores se aplican para el hormign de peso normal. Tambin se aplican al hormign estructural liviano, excepto que las mximasrelaciones w/crequeridas (es decir 0,50; 0,45 y 0,40) se deberan reemplazar por una resistencia a la compresin especificada a 28 das igual a26, 29 y 33 MPa (3750, 4250 y 4750 psi) respectivamente.

En las Secciones 2.2.5, 2.2.6 y 2.2.9 se describen equivalentes para el caso de exposicin Clase 1. En las Secciones 2.2.5, 2.2.7 y 2.2.9 sedescriben equivalentes para el caso de Exposicin Clase 2. En las Secciones 2.2.5, 2.2.8 y 2.2.9 se presentan recomendaciones para las

puzolanas y escorias para el caso de Exposicin Clase 3.

2.2.4 Para evaluar la severidad de la potencialexposicin del hormign a cantidades perjudiciales desulfatos se deberan tomar muestras del agua que podrallegar al hormign o del suelo que podra ser lixiviadopor el agua que se desplaza hacia el hormign. ElApndice A presenta un procedimiento para preparar unextracto acuoso a partir de las muestras de suelo que sepuede utilizar para analizar los sulfatos. Este extracto sedebera analizar para determinar la presencia de sulfatosutilizando algn mtodo adecuado segn la concentra-cin de sulfatos en la solucin.2

2.2.5 Para establecer la capacidad de laspuzolanas y escorias para mejorar la resistencia a lossulfatos se requieren ensayos de un ao de duracin.Una vez establecida esta propiedad para los materialesespecficos, se pueden evaluar mezclas de los mismospara exposiciones Clase 1 y Clase 2 utilizando loscriterios a 6 meses establecidos en las Secciones 2.2.6 y2.2.7.

Se puede establecer que las cenizas finas, laspuzolanas naturales, los vapores de slice y las escoriasson adecuadas para proveer resistencia a los sulfatos

2Si la cantidad de sulfatos determinada en el primer anlisis se encuentrafuera del rango de concentraciones ptimo para el procedimiento analticoutilizado, el extracto se debera concentrar o diluir para llevar el contenido desulfatos al rango apropiado para dicho mtodo analtico y luego se deberarepetir el anlisis sobre la solucin modificada.

demostrando que su expansin es 0,10% en un ao alser ensayados individualmente con cemento prtland deacuerdo con la norma ASTM C 1012 en las siguientesmezclas:

Para las cenizas finas o puzolanas naturales, elcemento prtland de la mezcla de ensayo deberaconsistir en un cemento con un contenido de C3A

3calculado segn el mtodo de Bogue mayor o igualque 7%. El contenido de ceniza fina o puzolananatural debera estar comprendido entre 25 y 35% enmasa, calculado como porcentaje en masa delmaterial cementicio total.

Para los vapores de slice, el cemento prtland dela mezcla de ensayo debera consistir en un cementocon un contenido de C3A

3calculado segn el mtodode Bogue mayor o igual que 7%. El contenido de

vapores de slice debera estar comprendido entre 7 y15% en masa, calculado como porcentaje en masadel material cementicio total.

3 El contenido de C3A se debera calcular para la sumatoria del cementoprtland ms el sulfato de calcio en el cemento. Si se encuentran presentes enuna proporcin suficiente, algunos aditivos utilizados para el procesamiento

pueden distorsionar los valores calculados segn Bogue. Las frmulas delmtodo de Bogue se pueden obtener de la norma ASTM C 150.


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Para la escoria, el cemento prtland de la mezclade ensayo debera consistir en un cemento con uncontenido de C3A

3 calculado segn el mtodo deBogue mayor o igual que 7%. El contenido deescoria debera estar comprendido entre 40 y 70% enmasa, calculado como porcentaje en masa del

material cementicio total.

Para calificar los materiales se deberan realizarensayos sobre dos muestras tomadas con algunassemanas de diferencia; para que el material califique,los resultados de ambos ensayos deberan sersatisfactorios. Los valores empleados para realizar lacalificacin no se deberan haber obtenido ms de unao antes de la fecha de la finalizacin de los ensayos.

El contenido de xido de calcio informado4 de laceniza fina utilizada en el proyecto no debera ser msde 2,0 puntos porcentuales mayor que el de la ceniza

fina utilizada en las mezclas preparadas para los ensayosde calificacin. El contenido de xido de aluminioinformado4 de la escoria utilizada en el proyecto nodebera ser ms de 2,0 puntos porcentuales mayor que elde la escoria utilizada en las mezclas preparadas paralos ensayos de calificacin.

2.2.6 A. Cemento ASTM C 150 Tipo III con el lmite

opcional de 8% C3A mx.; C 595M Tipo IS(MS),Tipo IP(MS), Tipo IS-A(MS), Tipo IP-A(MS); C1157 Tipo MS, o bien

B. Cualquier mezcla de cemento prtland de

cualquier tipo que satisfaga los requisitos de ASTMC 150 o C 1157 con cenizas finas o puzolanasnaturales que satisfagan ASTM C 618, vapores deslice que satisfagan ASTM C 1240, o escoria quesatisfaga ASTM C 989, que satisfaga los siguientesrequisitos al ser ensayada de acuerdo con ASTM C1012. Cualquier ceniza fina, puzolana natural, vaporde slice o escoria utilizado debera haber sidocalificada previamente de acuerdo con la Seccin2.2.5:

Expansin 0,10% a los 6 meses.2.2.7

A. Cemento ASTM C 150 Tipo III con el lmiteopcional de 5% C3A mx.; cemento ASTM C 150 decualquier tipo cuya expansin a 14 das sea menor oigual que 0,040% al ser ensayado de acuerdo conASTM C 452; ASTM C 1157 Tipo HS; o bien

B. Cualquier mezcla de cemento prtland decualquier tipo que satisfaga los requisitos de ASTM

4Analizado de acuerdo con la norma ASTM C 114.

C 150 o C 1157 con cenizas finas o puzonaturales que satisfagan ASTM C 618, vaporslice que satisfagan ASTM C 1240, o escoriasatisfaga ASTM C 989, que satisfaga los siguirequisitos al ser ensayada de acuerdo con AST1012:

Expansin 0,05% a los 6 meses. Para qensayo de apenas 6 meses de duracinaceptable, cualquier ceniza fina, puzolana navapor de slice o escoria utilizado debera sido calificado previamente de acuerdo cSeccin 2.2.5.

Si la ceniza fina, puzolana natural, vapslice y/o escoria no ha sido calificada de acucon la Seccin 2.2.5, se deberan realizar ende 1 ao de duracin sobre la combinpropuesta y la expansin debera satisfac

siguiente lmite:Expansin 0,10% a 1 ao.2.2.8 Cualquier mezcla de cemento pr

ASTM C 150 Tipo V o C 1157 Tipo HS con cefinas o puzolanas naturales que satisfagan AST618, vapores de slice que satisfagan ASTM C 12escoria que satisfaga ASTM C 989, que satisfagsiguientes requisitos al ser ensayada de acuerdoASTM C 1012:

Expansin 0,10% a 18 meses.2.2.9 La proporcin de ceniza natural, puz

natural, vapores de slice o escoria utilizada e

mezcla para el proyecto (en relacin con la cantidcemento prtland) debera ser igual que la utilizala mezcla de ensayo preparada para satisfacerecomendaciones de las Secciones 2.2.6, 2.2.7 o 2En las mezclas en las cuales el cemento prcontiene solamente un material adicionado, comejemplo ceniza fina, puzolana, vapor de slice o esla proporcin de ceniza fina o puzolana nageneralmente estar en el rango de 20 a 50% en del material cementicio total. De manera similaproporcin de vapor de slice estar en el rango d15% en masa del material cementicio total,

proporcin de escoria estar en el rango de 40 a 70masa del material cementicio total. Si en una mezcutiliza ms de un material adicionado, comoejemplo ceniza fina, puzolana natural, vapor de sescoria (o una combinacin de estos materialesproporciones individuales de puzolana, vapor de sescoria (o de la combinacin de estos materiales) pser menor que los valores indicados anteriormente.


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La uniformidad de la ceniza fina o escoria utilizadaen el proyecto tambin debera aproximarse a la de lamezcla ensayada para satisfacer las recomendaciones delas Secciones 2.2.6, 2.2.7 o 2.2.8: Contenido de xido de calcio informado5no ms de

2,0 puntos porcentuales mayor que el de la ceniza

fina utilizada en la mezcla de ensayo; Contenido de xido de aluminio5 no ms de 2,0

puntos porcentuales mayor que el de la escoriautilizada en la mezcla de ensayo.El valor C3A calculado segn el mtodo de Bogue

del cemento prtland utilizado en el proyecto deberaser menor o igual que el utilizado en las mezclasensayadas para satisfacer las recomendaciones de lasSecciones 2.2.6, 2.2.7 o 2.2.8.

Estudios realizados han demostrado que algunaspuzolanas y escorias granuladas de alto horno de hierrotrituradas, ya sea cuando se utilizan en el cemento

mezclado o cuando se aaden al hormign en lamezcladora, aumentan considerablemente la expectativade vida del hormign expuesto a ataques por sulfatos.Muchas escorias y puzolanas reducen significativa-mente la permeabilidad del hormign (Bakker 1980;Mehta 1981). Estos materiales tambin se combinan conlos lcalis y el hidrxido de calcio que se libera durantela hidratacin del cemento (Vanden Bosch 1980; Roy eIdorn 1986, Idorn y Roy, 1986), reduciendo as elpotencial de formacin de yeso (Biczok 1972; Lea1971; Mehta 1976; Kalousek et al. 1972).

La Tabla 2.3 requiere que, si ha de estar sujeto a

condiciones de exposicin Clase 3, con el cemento TipoV se utilice una puzolana o escoria adecuada.Investigaciones realizadas indican que algunaspuzolanas y escorias son efectivas para mejorar laresistencia a los sulfatos de los hormigones elaboradoscon cementos Tipo I y Tipo II (ACI 232R; ACI 233R;ACI 234R). Algunas puzolanas, especialmente algunascenizas finas Clase C, disminuyen la resistencia a lossulfatos de los morteros en los cuales se utilizan(Mather 1981b, 1982). Cuando la puzolana utilizada erauna ceniza fina que satisfaca los requisitos de ASTM C618 Clase F (Dikeou 1975; Dunstan 1976). La escoria

debera satisfacer los requisitos de ASTM C 989.En los hormigones elaborados con cementos no

resistentes a los sulfatos, el cloruro de calcio reduce laresistencia al ataque por sulfatos (USAR 1975), y estoscementos deberan estar prohibidos en los hormigonesexpuestos a sulfatos (exposicin Clase I o superior). Sinembargo, si se utiliza cemento Tipo V, emplear las

5Analizado de acuerdo con la norma ASTM C 114.

cantidades normalmente aceptables de cloruro de calciocomo aditivo acelerante para mitigar los efectos delhormigonado en tiempo fro no resulta perjudicial(Mather, 1992). Si existe riesgo de corrosin no sedebera aadir cloruro de calcio, ya que podra inducir yacelerar la corrosin de los elementos metlicos

embebidos tales como las armaduras de acero y losconductos de aluminio.

2.3 Ataque fsico por salesSe han informado algunos ejemplos en obra

(Reading 1975; Tuthill 1978; Haynes y O'Neill 1994;Haynes et al. 1996) en los cuales se ha producidodeterioro debido a la accin fsica de las sales del aguasubterrnea que contena sulfato de sodio, carbonato desodio y cloruro de sodio. Este mecanismo an no secomprende completamente, pero Hansen (1963),Folliard y Sandberg (1994), Haynes y O'Neill (1994),

Haynes et al. (1996) y Marchand y Skalny (1999) handiscutido posibles mecanismos. El mecanismo delataque fsico por sulfato de sodio o magnesio podra sersimilar al utilizado en el ensayo de Brard (Schaffer1932), el cual constituye la base de la norma ASTM C88. Los daos tpicamente ocurren en las superficiesexpuestas del hormign hmedo que estn en contactocon suelos que contienen las sales mencionadas. Unavez disueltas, los iones se pueden transportar a travsdel hormign y luego concentrarse y precipitar en lasuperficie expuesta. Los daos se producen en forma deescamas superficiales de aspecto similar a las

producidas por los ciclos de congelamiento y deshielo.La prdida del hormign expuesto es progresiva; unaexposicin continua, provocada por cambios cclicos dehumedad o temperatura, pueden llevar a ladesintegracin total de un hormign de baja calidad.Numerosos ciclos de deshidratacin y rehidratacin delas sales provocados por variaciones cclicas de latemperatura aceleran este deterioro.

El problema se puede mitigar adoptando medidaspara minimizar el movimiento del agua dentro delhormign. Aunque incorporar aire tambin puede serbeneficioso, esta prctica no sustituye el uso de

hormigones con una relacin w/c adecuadamente bajapara reducir la velocidad de desplazamiento de lahumedad dentro del hormign. Para mejorar ladurabilidad, Haynes et al. recomiendan utilizar unamxima relacin w/cde 0,45 junto con una puzolana. Eladecuado curado del hormign es tambin unaimportante medida preventiva. Para reducir el ingresode humedad al hormign tambin se recomienda utilizarbarreras de vapor y un drenaje adecuado para mantener


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el agua alejada del hormign. Para proteger al hormigncontra este tipo de ataques, el grupo de medidasmencionadas se considera ms efectivo que utilizaralgn tipo especfico de cemento o aditivo.

2.4 Exposi cin al agua de mar2.4.1 La concentracin total de sales del agua de

mar difiere en las distintas partes del mundo; en algunasregiones el agua de mar est menos diluida. Sinembargo, los elementos constitutivos del agua del marson bsicamente constantes.

En las regiones fras y templadas la concentracin esmenor que en las regiones clidas; la concentracin esparticularmente elevada en las regiones costeras pocoprofundas con tasas de evaporacin diaria excesivas.Cuando se construyen estructuras de hormign en reascosteras reclamadas al mar, si las fundaciones seencuentran por debajo del nivel del agua salobre, la

succin capilar y la evaporacin pueden provocarsupersaturacin y cristalizacin en el hormign porencima del nivel del terreno, lo cual provocara tanto unataque qumico sobre el hormign (sulfato) como laagravacin de la corrosin del acero (cloruros).

En las regiones de clima tropical la combinacin deestos efectos perjudiciales puede provocar gravesdefectos en el hormign en apenas unos pocos aos.

2.4.2 La reaccin del hormign maduro con losiones sulfato del agua del mar es similar a la que ocurrecon los iones sulfato presentes en el agua dulce olixiviados de los suelos, pero sus efectos son diferentes

(Mather 1966). La concentracin de iones sulfato en elagua de mar puede aumentar a niveles elevados debidoa la accin capilar y evaporacin bajo condicionesclimticas extremas. Sin embargo, la presencia de ionescloruro altera la magnitud y la naturaleza de la reaccinqumica, de manera que un cemento con un determinadocontenido de C3A calculado produce menos expansinque la que se anticipara para el mismo cementoexpuesto a agua dulce con el mismo contenido de ionessulfato. El comportamiento de los hormigones conti-nuamente sumergidos en agua de mar y elaborados concementos ASTM C 150 con contenidos de C3A de hasta

10% ha resultado satisfactorio, siempre que lapermeabilidad del hormign no sea elevada (Browne1980). El Cuerpo de Ingeniero (Corps of Engineers1994) permite, y la Asociacin del Cemento Prtland(PCA) recomienda, hasta 10% de C3A calculado paralos hormigones que han de estar permanentementesumergidos en agua de mar si la relacin w/c semantiene por debajo de 0,45 en masa.

Sin embargo, Verbeck (1968) y Regourd e(1980) demostraron que puede haber una diferconsiderable entre las composiciones calculamedida del clinker del hormign, especialmentcuanto al C3A y al C4AF. Por lo tanto, la interrelentre el contenido de C3A medido y la resistenc

agua de mar podra tambin ser incierta.2.4.3 El requisito de baja permeabilida

fundamental no slo para retrasar los efectos dataques por sulfatos sino tambin para lograrproteccin adecuada de las armaduras con el mrecubrimiento de hormign recomendado por 357.1R para el caso de exposicin al agua de mabaja permeabilidad requerida se obtiene utilizhormigones con baja relacin w/c, bien consolidaadecuadamente curados.

La permeabilidad de los hormigones elaboradocantidades adecuadas de escoria de alto horno gran

o puzolana puede ser tan baja como 1/10 o 1/100 de un hormign comparable de igual resistelaborado sin escoria o puzolana (Bakker 1Algunos investigadores han informado acercacomportamiento satisfactorio de hormigones elabocon escoria granulada en ambientes marinos (M1981a; Vanden Bosch 1980; Lea 1971).

El hormign se debera disear y construmanera de minimizar los anchos de fisura, limitandel acceso del agua de mar a las armaduras. Ademhormign debera alcanzar una madurez equivamayor o igual que 5000 psi (35 MPa) a los 28 d

estar totalmente expuesto al agua de mar.Los recubrimientos conductores que se aplican

momento de la construccin como parte de un sisde proteccin catdica pueden proveer proteadicional a los hormigones parcialmente sumergique llegan al agua salobre subterrnea. recubrimientos de silano, los cuales repelen el aguademostrado tener excelentes caractersticasproteccin.

Los recubrimientos que restringen significativamla evaporacin del agua libre del interior del hormpueden reducir la resistencia al congelamien

deshielo.Muchas veces las estructuras marinas invol

secciones de gran espesor y factores de cemrelativamente elevados. Es posible que sea necetratar estos hormigones como hormign masivdecir, como un hormign para el cual es nececonsiderar los efectos del calor de hidratacin. Encaso se deberan seguir las recomendaciones dnormas ACI 207.1R, 207.2R y 224R.


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2.5 Ataque por cidosEn general, el cemento prtland no tiene una buena

resistencia a los cidos; no obstante, puede toleraralgunos cidos dbiles, particularmente si la exposicines ocasional.

2.5.1 Los productos de la combustin denumerosos combustibles contienen gases sulfurosos quese combinan con la humedad para formar cidosulfrico. Adems, es posible que se acumulen aguasresiduales en condiciones tales que provoquen laformacin de cidos. El agua de drenaje de ciertasminas y ciertas aguas industriales pueden contener oformar cidos que atacan al hormign.

Las turbas, los suelos arcillosos y los esquistosaluminosos pueden contener sulfuro de hierro (pirita)que, al oxidarse, genera cido sulfrico. Mediantereacciones adicionales pueden producir sales de sulfato,

las cuales generan ataques por sulfatos (Hagerman yRozar 1955; Lossing 1966; Bastiensen, Mourn yRosenquist 1957; Mourn y Rosenquist 1959).

En ocasiones los arroyos de montaa son levementecidos debido a la presencia de dixido de carbono libreen disolucin. Generalmente, si el hormign es de buenacalidad y tiene una baja absorcin, estas aguas sloatacan su superficie. Algunas aguas minerales quecontienen grandes cantidades ya sea de dixido decarbono y/o sulfuro de hidrgeno en disolucin puedendaar severamente cualquier hormign (RILEM 1962;Thornton 1978). En el caso del sulfuro de hidrgeno, las

bacterias que convierten este compuesto en cidosulfrico pueden tener un papel importante (RILEM1962).

Los cidos orgnicos que se originan en los silosutilizados para almacenar productos agrcolas o en ins-talaciones de industrias manufactureras o procesadorastales como las cerveceras, lecheras, plantas de enlatadoy molinos de pulpa de madera, pueden provocar daossuperficiales. Esto puede representar una preocupacinparticularmente importante en el caso de las losas depiso, an cuando la integridad estructural no resulteafectada.

2.5.2 El deterioro que los cidos provocan enel hormign es fundamentalmente el resultado de unareaccin entre estos compuestos qumicos y el hidrxidode calcio del cemento prtland hidratado. (Cuando seutilizan calizas o agregados dolomticos, stos tambinestn sujetos al ataque por cidos.) En la mayora de loscasos, la reaccin qumica da por resultado la formacinde compuestos de calcio solubles en agua queposteriormente son lixiviados por las soluciones acuosas

(Biczok 1972). Los cidos oxlico y fosfrico sonexcepciones, ya que las sales de calcio resultantes soninsolubles en agua y no pueden ser fcilmenteeliminadas de las superficies de hormign.

En el caso del ataque por cido sulfrico, el deterioroproducido es mayor o acelerado, ya que el sulfato de

calcio formado afectar al hormign mediante elmecanismo de ataque por sulfatos descrito en la Seccin2.2.2.

Si a travs de las fisuras o poros del hormignpueden ingresar cidos, cloruros u otras solucionessalinas agresivas, es posible que las armaduras de acerosufran corrosin (Captulo 4), la cual a su vez provocarfisuracin y descantillado del hormign.

2.5.3 Un hormign denso con una baja relacinw/c proporciona algn grado de proteccin contra elataque por cidos. Ciertos materiales puzolnicos, y losvapores de slice en particular, aumentan la resistencia

del hormign a los cidos (Sellevold y Nilson 1987).Sin embargo, en todos los casos el tiempo de exposicina los cidos se debera minimizar tanto como seaposible y se debera evitar la inmersin.

Independientemente de su composicin, ningnhormign de cemento hidrulico puede soportar durantemucho tiempo un agua fuertemente cida (pH menor oigual que 3). En estos casos se debera utilizar unsistema de barrera protectora o tratamiento adecuado.ACI 515.1R contiene recomendaciones sobre barrerasprotectoras para proteger al hormign contra diferentescompuestos qumicos. El Captulo 7 discute los

principios generales que involucra el uso de estossistemas.

2.6 Carbonatacin2.6.2 Cuando un hormign o mortero est

expuesto a dixido de carbono se origina una reaccinque produce carbonatos; esta reaccin es acompaadapor contraccin.

Virtualmente todos los elementos constitutivos delcemento prtland hidratado son susceptibles decarbonatacin. Los resultados pueden ser beneficiosos operjudiciales, dependiendo del tiempo, la tasa y la

extensin de la carbonatacin y del ambiente al cualest expuesto el cemento. Por otra parte, unacarbonatacin intencional durante su produccin puedemejorar la resistencia, dureza y estabilidad dimensionalde los productos de hormign. Sin embargo, en otroscasos la carbonatacin puede provocar el deterioro yuna disminucin del pH de la pasta cementicia,provocando la corrosin de las armaduras prximas a lasuperficie. La exposicin al dixido de carbono (CO2)


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durante el proceso de endurecimiento puede afectar lasuperficie acabada de las losas, dejando una superficieblanda, polvorienta y menos resistente al agua. El usode calefactores sin ventilacin o la exposicin a losgases de escape de las maquinarias o de otras fuentesdurante el proceso de endurecimiento puede producir

superficies altamente porosas susceptibles a los ataquesqumicos.

La fuente de CO2puede ser la atmsfera o bien aguaque transporta CO2en disolucin.

2.6.2 La reaccin del cemento prtland hidratadocon el CO2 del aire es generalmente un proceso lento(Ludwig 1980). Este proceso depende fuertemente de lahumedad relativa ambiente, la temperatura, lapermeabilidad del hormign y la concentracin de CO2.Las mayores tasas de carbonatacin se producen cuandola humedad relativa se mantiene entre 50 y 75%. Parahumedad relativa menor que 25%, el grado de

carbonatacin que ocurre se considera insignificante(Verbeck 1958). Si la humedad relativa es mayor que75%, la humedad presente en los poros restringe lapenetracin de CO2.

Los hormigones relativamente permeables sufrenuna carbonatacin ms rpida y extensa que loshormigones densos, bien compactados y curados. Unamenor relacin w/cy una buena compactacin reducenla permeabilidad y limitan la carbonatacin a lasuperficie. En las reas industriales, donde hay mayorconcentracin de CO2 en el aire, las tasas decarbonatacin pueden ser mayores.

2.6.3 El CO2 absorbido por la lluvia ingresa alagua subterrnea en forma de cido carbnico. Laputrefaccin de la vegetacin puede aportar CO2adicional, junto con cido hmico, lo cual puedeprovocar elevados niveles de CO2 libre. Aunque engeneral estas aguas son cidas, su agresividad no puedeser determinada exclusivamente en base al pH. Lareaccin con los carbonatos presentes en el sueloproduce un equilibrio con bicarbonato de calcio quepuede resultar en soluciones de pH neutro pero que sinembargo contienen cantidades significativas de CO2agresivo (Lea 1971).

La tasa de ataque, similar a la del ataque por el CO2de la atmsfera, depende de las propiedades delhormign y de la concentracin de CO2 agresivo.Debido a la amplia variedad de condiciones en lasconstrucciones subterrneas, en este momento no existeconsenso en cuanto a establecer valores limitantes. Sinembargo, algunos estudios han concluido que el aguaque contiene ms de 20 partes por milln (ppm) de CO2agresivo pueden provocar la rpida carbonatacin de la

pasta cementicia hidratada. Por otra parte, las aguacontienen 10 ppm o menos de CO2agresivo pero qmueven libremente tambin pueden provocar carbonatacin significativa (Terzaghi 1948, 1949).

CAPTULO 3 ABRASIN

3.1 IntroduccinLa resistencia a la abrasin del hormign se d

como "la capacidad de una superficie para resisdesgaste por frotamiento y friccin" (ACI 116R)pisos y pavimentos pueden sufrir abrasin resultado de las operaciones de produccin o bietrnsito vehicular; por lo tanto, la resistencia abrasin es relevante para los pisos industriales (N1928). Las partculas transportadas por el vientoagua tambin pueden provocar la abrasin de

superficies de hormign (Price 1947). En algunos la abrasin no constituye una consideracin estrucsin embargo, el desprendimiento de polvo puedmuy perjudicial para algunos tipos de servicios.gua apenas discute la abrasin del hormign eestructuras hidrulicas; ACI 210R se ocupa dedamente de este tema.

3.2 Ensayos del hormign para determinar suresistencia a la abrasin

Hace ya ms de un siglo que se estn realizinvestigaciones para desarrollar ensayos en labora

significativos que permitan determinar la resistenciabrasin del hormign. Existen diferentes tipoabrasin, y no se ha encontrado ningn mtodensayo que sea adecuado para todas las condicposibles. Se deberan considerar cuatro reas gene(Prior 1966):

1. Pisos y losas La Tabla 2.1 de ACI 30define clases de desgaste y exige consideracespeciales para lograr una buena resistencia al des(la Tabla 2.1 de ACI 302.1R se reproduce en la precomo Tabla 3.1);

2. El desgaste del hormign de las superficies v

se debe a la circulacin de camiones pesadautomviles con neumticos con clavos o cad(frotamiento, raspado e impacto);

3. La erosin de las estructuras hidrulicas, como las presas, vertederos, tneles, pilas y estribpuentes, se debe a la accin de los materiales abratransportados por el flujo de agua (frotamienraspado); y


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GUA PARA HORMIGN DURABLE 201.2R-20

Tabla 3.1 Clasificaciones aplicables a los pisos (Tabla 2.1, ACI 302.1R)

Clase Trfico habitual Uso Consideraciones especialesTcnica de acabado delhormign (Captulo 7)

1Peatonal liviano Residencial o embaldosado Pendiente para drenaje, crear plano

para el embaldosadoFrats de acero medio

Oficinas, iglesias, escuelas,hospitales

Agregados antideslizantes, mezcla enla superficie

Frats de acero; acabadoespecial antideslizante

2

Peatonal

Ornamental residencial Mezcla especial para espolvorear enseco, de color

Frats de acero; agregados decolor expuestos; lavar si losagregados han de estarexpuestos

3Peatonal liviano yruedas neumticas

Accesos vehiculares, pisos degaraje y aceras de una vivienda

Coronacin, peralte, juntas eincorporacin de aire

Aplanadora, frats y escobilla

4Peatonal y ruedasneumticas*

Industrial liviano, comercial Curado cuidadoso Frats de acero duro y acabadocon escobilla (antideslizante)

Una capa

5Peatonal y ruedas desgaste abrasivo*

Industrial de una sola capa,capa de acabado integral

Curado cuidadoso Agregados metlicos ominerales especiales,aplanadora y frats

6

Peatonal y vehculos de

ruedas duras - abrasinsevera

Industrial pesado, dos capas

adheridas

Superficie texturada y adherencia

agregados y/o minerales especiales,o bien tratamiento de las superficies

Superficie nivelada a frats

Aplanadoras elctricasespeciales y frats de acero(varias operaciones)Dos

capas

7

Clases 3, 4, 5 y 6 Capas de acabado no adheridas Armadura en forma de malla;interruptor de la adherencia en lassuperficies; viejas espesor mnimo 2-1/2 in. (nom. 64 mm)

* Bajo condiciones abrasivas en la superficie de un piso, la exposicin ser mucho ms severa; para los pisos Clase 4 y 5 se requerirn superficies demayor calidad. Bajo estas condiciones se recomienda utilizar un piso de dos capas Clase 6 o bien un tratamiento superficial monoltico con agregadosminerales o metlicos

4. La accin de la cavitacin sobre el hormign delas presas, vertederos, tneles y otros sistemas quetransportan agua provoca erosin si las velocidades sonelevadas y hay presiones negativas. La mejor manera decorregir estos daos consiste en modificar su diseo,pero este tema excede el alcance de la presente gua.

La norma ASTM C 779 describe tres procedimientosoperativos para evaluar las superficies de l

ACI 201.2R-01 Guía Durabilidad (Español)

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