DURABILIDAD LIXIVIACIoN-INTEMPERISMO.2011

DURABILIDADDURABILIDAD

LIXIVIACIÓNLIXIVIACIÓN


• DEFINICIÓN: La lixiviación es un proceso en el cual se extrae uno o varios solutos de un sólido, mediante la utilización de un disolvente liquido. Ambas fases entran en contacto íntimo y el soluto o los solutos pueden difundirse desde el sólido a la fase líquida, lo que produce una separación de los componentes originales del sólido.


• DEFINICIÓN: Proceso mediante el cual un líquido, al penetrar a través de un material, disuelve y extrae las substancias solubles que dicho material contiene, dando como resultado el incremento de la porosidad del material, afectando las propiedades de este.

LIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE LIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE CALCIOCALCIO

• FORMACIÓN:

• 2 C3S + 6H -------C3S2H3 + 3 Ca(OH)

• Silicatos Agua Silicatos de portlandita• calcio • hidratados


• La posibilidad de que el agua externa penetre hasta estos cristales para disolverlos depende de:

• La presión con que actúa.

• La permeabilidad del concreto.


• El riesgo de que el concreto sufra deterioro por efecto de la lixiviación del hidróxido de calcio se acrecienta en las siguientes condiciones:

• La presión hidráulica sea más alta.

• El concreto sea más permeable.

• El agua posea mayor poder de disolución.

LIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE CALCIOLIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE CALCIO• PROCESO DE DETERIORO:• 1.- Durante la saturación el agua penetra en los poros

superficiales del concreto disolviendo el hidróxido de calcio.

• 2.- Durante el secado el flujo se invierte el agua con el hidróxido de calcio disuelto retorna a la superficie

• 3.- El Ca(OH) expuesto reacciona con el bióxido de carbono (CO2) atmosférico y forma carbonato de calcio Ca(CO)3 que es insoluble en el agua y queda depositado en la superficie del concreto, como un polvo blanco.

• 4.- Este proceso tiene doble efecto que impulsa la corrosión del acero

• A- Al incrementar la porosidad se facilita el acceso al agua y aire

• B- disminuye la alcalinidad del concreto , deteriorando el estado de pasivación.

LIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE CALCIOLIXIVIACIÓN DEL HIDROXIDO DE CALCIO

• PROCESO DE DETERIORO:

• Este proceso deteriorante se intensifica cuando:

• El concreto de recubrimiento se manifiesta más permeable.

• Cuando el agua de contacto es muy disolvente por su bajo contenido de sales disueltas, o si tiene un alto contenido de CO2 disuelto.


• MEDIDAS DE PREVENCIÓN

• 1.- Preparar un concreto impermeable

• 2.- Aplicar un tratamiento superficial al concreto expuesto para restringir la penetración del agua externa

• 3.- Emplear una puzolana o un cemento puzolánico que sea eficaz para reaccionar con el hidróxido de calcio a fin de convertirlo en un compuesto insoluble en el agua


• MEDIDAS DE PREVENCIÓN - Adicionalmente a lo indicado es necesario

atender lo siguiente:- 1.- Seleccionar una relación agua/cemento baja

en el diseño de mezclas- 2.- En el proyecto estructural considerar

adecuadamente la localización de las juntas para evitar los agrietamientos por cambios volumétricos

- 3.- En el proceso constructivo desarrollar estrictamente lo planificado .


REACCION ALCALI-AGREGADOREACCION ALCALI-AGREGADO


• DEFINICIÓN.- La reacción álcali-agregado una reacción producida por los álcalis del cemento y material reactivo que poseen algunos agregados

• Esta reacción deteriora el concreto iniciándose el proceso internamente por lo que este proceso no tiene compostura definitiva


• Tabla : Minerales, rocas y materiales sintéticos que pueden ser potencialmente reactivos con los álcalis del cemento.

• Reacción álcali – sílice Reacción álcali - carbonato• ___________________________________________________________________• Andesitas Pizarras opalinas Dolomitas calcíticas• Argillitas Filitas Calizas dolomíticas• Ciertas calizas y dolomitas Cuarcita Dolomitas de grano fino• Calcedonia Cuarzosa • Cristobalita Riolitas• Dacita Esquistos• Vidrio volcánico Pizarras silicias y ciertas• otras formas de cuarzo• Gneiss granítico Vidrio siliceo, sintético • y natural • Ópalo Tridimita

REACCION ALCALI-AGREGADOREACCION ALCALI-AGREGADO• Condiciones para que se produzca la Reacción

Álcali-Agregado

1.- Presencia Humedad

2.- Agregados con suficiente cantidad de mineral potencialmente reactivo

3.- Suficiente cantidad de Álcalis disponibles en la solución de poros en el concreto.

Si cualquiera de estas tres condiciones no se cumple, la reacción no se produce

- ACCIONES QUIMICAS - ACCIONES QUIMICAS INTERNASINTERNAS

• Dentro la reacción álcali-agregado se conoce dos mecanismos que se diferencian fuertemente por el tipo de agregado utilizado y por la velocidad de deterioro

• - Reacción Álcali-Sílice

• - Reacción Álcali – Carbonato

• - Reacción Álcali - Silicato

REACCIÓN ALCALI-REACCIÓN ALCALI-AGREGADOAGREGADO

CEMENTO CON ALTO CONTENIDO DE Na2O y K2O

Rocas y minerales con silice reactiva

Calizas dolomíticas arcillosa

Rocas de silicato con estructura foliada

REACCION ALCALI - SILICE

REACCION ALCALI - CARBONATO

REACCION ALCALI SILICATO

REACCIÓN ALCALI-AGREGADOREACCIÓN ALCALI-AGREGADO

• También se debe tener en cuenta que la sola presencia de algunas rocas identificadas petrográficamente como potencialmente reactivas con los álcalis, dentro de un conjunto de partículas de agregados, no es suficiente para clasificar al conjunto como efectivamente reactivo, porque depende de la naturaleza y proporción de dichas rocas y de los minerales que contiene.

- ACCIONES QUIMICAS - ACCIONES QUIMICAS INTERNASINTERNAS

• - Reacción Álcali-Sílice

Producida por el álcalis y la sílice amorfa presentes en algunos agregados que resulta bastante lenta ya que generalmente se manifiesta luego de 5 a 15 años

• - Reacción Álcali – Carbonato: Producida entre los álcalis presentes en la solución de poros y algunos compuestos carbónicos que forman parte de ciertos agregados calizas o dolomíticos. En este caso la reacción suele ser bastante rápida manifestándose luego de algunos meses

• El contenido de álcalis totales del cemento portland generalmente fluctúa entre 0,2 y 1,5 por ciento, aproximadamente.

• Cuando el contenido de álcalis totales del cemento portland es inferior a 0,60 por ciento, de acuerdo a experimentos, se determinó que el riesgo de una reacción deletérea con agregados reactivos prácticamente se elimina.

• . Estado de humedad del concreto.-• Para que alcancen grado detrimental las

expansiones debidas a una reacción álcali-agregado, una condición necesaria es que exista suficiente humedad interna en el concreto.


• REACTIVIDAD DE LOS AGREGADOS• El único caso en que puede desecharse

totalmente el riesgo de que ocurra una reacción álcali – agregado en grado deletéreo es cuando los agregados son inocuos.

Cuando se tiene indicios de que los agregados son potencialmente reactivos y que éstos agregados estarán en contacto permanente o frecuente con la Humedad, se recomienda el análisis de éstos.


INTEMPERISMO Y INTEMPERISMO Y ENVEJECIMIENTO DEL ENVEJECIMIENTO DEL

CONCRETOCONCRETO

INTEMPERISMOINTEMPERISMO

• Cuando hablamos de Intemperismo hablamos de acciones deteriorantes derivadas de las condiciones atmosféricas a que se halla expuesta una estructura de concreto en su vida util.

• Pueden ser:

• Físico

• Químicos

INTEMPERISMOINTEMPERISMO

• Físico:• Congelación de agua interna• Cambios volumétricos inducidos por las

variaciones de humedad y temperatura, y los efectos erosivos del agua y el viento

• Químicos: Lixiviación. La carbonatación y el ataque de sustancias contaminantes contenidas en el aire atmosférico y en las aguas pluviales

AIRE ATMOSFÉRICOAIRE ATMOSFÉRICO• El aire atmosférico se compone

normalmente de 78% de Nitrógeno

• 21% de oxígeno y 1% de diversos gases, entre los que se cuenta el bióxido de carbono CO2.

• Ninguno de estos gases en proporciones normales causa daño al concreto

• Sin embargo existe situaciones en que el aire se contamina con sustancias ajenas a su composición natural

AIRE ATMOSFÉRICOAIRE ATMOSFÉRICO• PRINCIPALES AGENTES PERJUDICIALES AL

CONCRETO:• - Emanaciones de Bióxido de carbono CO2 procedente de

procesos de combustión• - Cloruros originados del agua de mar que se encuentran

en suspensión en el aire marítimo• - Sustancias químicas y gases de diversa naturaleza que

son descargados a la atmósfera a través de chimeneas de las instalaciones fabriles industriales

AIRE ATMOSFÉRICOAIRE ATMOSFÉRICOBIÓXIDO DE CARBONOBIÓXIDO DE CARBONO

• El aire atmosférico de las zonas rurales presenta normalmente un contenido de CO2 de 0.03 por ciento en volumen

• En zonas urbanas particularmente en zonas industriales el contenido de este elemento se incrementa hasta en diez veces

AIRE ATMOSFÉRICOAIRE ATMOSFÉRICO BIÓXIDO DE CARBONO BIÓXIDO DE CARBONO

• El efecto perjudicial del CO2 sobre las estructuras deriva de su reacción con el hidróxido de calcio, con lo que disminuye la alcalinidad reduciéndose la eficacia para dar protección al acero

AIRE ATMOSFERICOAIRE ATMOSFERICOCLORUROS EN AIRE MARITIMOCLORUROS EN AIRE MARITIMO

• Hay ocasiones en que el ambiente marítimo en contacto con las superficies de concreto presenta contenidos altos de cloruros como 0.20 mg de cloruro de sodio por cm2 de superficie expuesta, convirtiéndose en un medio de alto riesgo para la corrosión del acero de refuerzo de las estructuras .


• GRADOS DE SEVERIDAD:• 1.- (1) = seco y con temperatura moderada• 2.- (2) = Húmedo y con temperatura moderada• 3.- (3) = Húmedo y con temperatura de 60ºC o más• 4.- (4) = Humedecimiento y secado alternados, con

temperatura moderada• 5.- (5) = Humedecimiento y secado alternados, con

temperaturas de 60º, o más


• RECOMENDACIONES:• Es recomendable que el diseño de mezclas de

concreto sea por durabilidad esto es una relación a/c de 0.4 a 0.45

• Un recubrimiento adecuado del concreto• Revestimiento superficial de la estructura, en

ambientes severos.

PRECIPITACIÓN PLUVIALPRECIPITACIÓN PLUVIAL

• Se puede pensar que el agua proveniente de las precipitaciones pluviales está libre de impurezas sin embargo esto no es así, ya que al atravesar el ambiente atmosférico se contamina con substancias ajenas a la composición natural del aire que este puede contener, con lo cual antes de tomar contacto con la superficie terrestre, el agua de lluvia ya exhibe una cierta contaminación


• El grado ofensivo que el agua de lluvia pueda exhibir como medio de contacto con el concreto depende de la zona, tendiendo a incrementarse en el siguiente orden:

– Rural– Urbana poco poblada– Urbana densamente poblada o industrial

PRECIPITACIÓN PLUVIALPRECIPITACIÓN PLUVIAL• El agua de lluvia de las zonas rurales y urbanas poco

pobladas es inofensiva• El agua de lluvia que se precipita en zonas

densamente pobladas o industriales, si es perjudicial.• Frecuentemente ocurre que en estos centros

industriales existe la presencia de anhídrido sulfuroso o gas sulfuroso, que en contacto con el agua de lluvia se forma el ácido sulfuroso

• SO2 + H2O ----SO3H2

• Además de la diversidad de sustancias químicas que existen en el aire atmosférico en las zonas industriales, generalmente en los grandes centros de población también se encuentra el anhídrido sulfuroso o gas sulfuroso (SO2) proveniente de los escapes de los motores de combustión interna de los vehículos y de otros procesos de combustión


• En presencia de alta concentración de SO2 en el ambiente atmosférico, el agua de lluvia adquiere carácter ácido “Lluvia ácida” con un pH que en casos extremos puede ser tan bajo como 3, convirtiéndose en un medio de contacto agresivo para las estructuras, incrementándose el riesgo de corrosión

• Aunque este proceso de deterioro no evoluciona con rapidez, a la larga constituye un factor significativo para el envejecimiento prematuro por intemperización de las estructuras de concreto que prestan servicio en las grandes ciudades.

LA LLUVIA ACIDA EN EL CONCRETO

El acceso del agua de la lluvia ácida y del oxígeno disuelto a través del concreto por grietas y hendiduras permite alcanzar al acero, que de otra manera sería poco susceptible a la corrosión severa.

PRECIPITACIÓN PLUVIALPRECIPITACIÓN PLUVIAL• MEDIDAS DE PREVENCIÓN• 1.- Baja relación agua /cemento• 2.- Incrementar el espesor del recubrimiento• 3.- Suministrar a la estructura recién colada un buen

curado.• 4.- Utilizar aditivos capaces de reducir la velocidad de

carbonatación y de penetración

PASO DEL TIEMPOPASO DEL TIEMPO

Las estructuras de concreto también envejecen, y hoy sabemos que no son eternas, pues tienen una vida finita, y que en mayor o menor proporción su vigencia está en función de los múltiples factores que les afectan cotidianamente.

ATAQUE DE SUSTANCIAS ATAQUE DE SUSTANCIAS ACIDASACIDAS


• Debido al carácter alcalino de la pasta de cemento hidratada, cuando esta en contacto con una sustancia ácida reacciona con ella y tiende a neutralizarla , dando como resultado las sales cálcicas que son solubles en el agua. Los silicatos de calcio hidratados cuyos atributos son su insolubilidad y resistencia, son solubilizados por el ácido perdiendo de este modo coherencia y tiende a desintegrarse.


• La intensidad con que una sustancia ácida causa deterioro al concreto endurecido, depende del grado de solubilidad en agua de las sales que se forman como consecuencia de la reacción


• Acidos que atacan al concreto:• 1.- Ácido clorhídrico sumamente agresivo cloruro de calcio• 2.- Ácido sulfúrico de mediana agresividad sulfato de calcio.• 3.- Ácido Húmico se encuentra en suelos humato cálcico• 4.- Ácido Oxálico Oxalato cálcico


• PREVENCIÓN

• 1.- Evitar el contacto directo entre concreto y ácido

a) aplicación de una barrera de protección (en la superficie interior de tubería)

• 2.- Inhibiendo la formación del ácido y/o acumulación de dicha superficie


• PREVENCIÓN

• Existen dos modos posible para inhibir la formación del ácido

• - Operar el drenaje a tubo lleno

• - proveer en las líneas de conducción de aguas residuales con una ventilación eficiente


• PREVENCIÓN

• Existen dos modos posible para inhibir la formación del ácido

• - Operar el drenaje a tubo lleno

• - Proveer en las líneas de conducción de aguas residuales con una ventilación eficiente

• El concreto de cemento portland no resiste bien los ácidos. Sin embargo, la velocidad con que éstos destruyen el concreto depende de:

• la resistencia a los ácidos y su concentración,

• la temperatura de la solución de ácido,

• las condiciones de exposición – soluciones ácidas estáticas o movibles, y

• la solubilidad de productos reactivos.

Drenaje profundo de la ciudad de México (Notimex).

Concreto lanzado aplicado a un túnelConcreto lanzado aplicado a un túnel

• .

El concreto lanzado es un material de construcción sólido y durable, único en su forma de colocación por la posibilidad de aplicarse tanto en superficies verticales como sobrecabeza Todo tipo de agregado utilizado, tanto grava como arena en el concreto para la infraestructura hidráulica, debe ser de basalto (resistente al ataque ácido), evitándose agregados como la grava triturada que se constituye principalmente por piedra caliza, muy susceptible al ataque ácido.

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