Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de...

Educación en las enseñanzas técnicas del S. XXI

PERSPECTIVAS GLOBALES SOBRE EL

DESEMPEÑO DEL HOMIGÓN

Ponce 22 y 23 de Enero de 2014

E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos de Madrid Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de los hormigones

Ensayos y técnicas para determinar

la durabilidad de los hormigones

Amparo Moragues Terrades






Fase sólida

Rayos X

Análisis Térmico

Resonancia magnética de 29Si

Microscopia electrónica

Caracterización microestructural







Rayos X

Ley de Braggnλ = 2dhkl sinθ






Rayos XCaracterización microestructural







Conexiones de los átomos de silicio en la pasta de cemento hidratada








Rango de desplazamientos químicos (ppm)

Q0 Q1 Q2 Q3 Q4

-66 a -74 -75 a -82 -85 a -89 -95 a -100 -103 a -115








1

221 ))1(2/3)0((2Q

AlQAlQQLCM

43210

4321

QQQQQQQQQH







Ceniza volantes en hormigón

Gel de sílice (CSH)

Cambios en la microestructura

Ettringita






El ingreso de un líquido “que no moja” en un sólido poroso fue descripto por E. W. Washburn en 1921Aplicada por primera vez por Edel’manen 1961

Mojado de los sólidos por parte de los líquidos

FUNDAMENTO

Líquido no mojante de sólidos

Por presión penetrará en los poros de un

sólido poroso

Caracterización de la red porosaPorosimetria de intrusión de mercurio






MERCURIO

Liquido no mojante Tensión superficial alta: 0.485 N/mAngulo de contacto elevado varia 112-142ºAngulo de avance 130ºAngulo de retroceso 100º Líquido a temperatura ambiente

Elevada toxicidad Manejo con extremo cuidado

Ventajas

Inconveniente

Caracterización de la red porosa






F1 = - π d γ cos θ

F2 = P π d2 / 4

d = - 4 γ cos θ / P

F1 = F2

(Ec. de Washburn)γ tensión superficialθ ángulo de contacto







d = - 4 γ cos θ / P

A cada presión le corresponde un diámetro

A cada presión le corresponde un volumen

A = 4 V / D

A cada presión le corresponde una longitud de poro

L = Ap/.d







Porosidad totalVolumen total de poros (Vp) con respecto al volumen total del material (Vm)

Pt = Vp / Vm

Distribución e interconexión de poros

Diámetro crítico

Diámetro umbral

Hormigón fresco: 20-25%Hormigón endurecido: 10-15%Límite mínimo porosidad total: 10%







Distribución e interconexión de poros

Diá

met

ro

crít

ico

Diá

met

ro

um

bra

l

Tamaño de poro interconectado que más se repite de forma continuaCorresponde a la pendiente máxima de la curva de porosidad acumulada

Tamaño de poro más grande donde un volumen significativo de intrusión puede ser detectadoCorresponde al primer aumento de intrusión considerable en la curva del logaritmo de la intrusión diferencial







Diámetro crítico

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

1 10 100 1000

Lo

g D

iffe

ren

tia

l In

tru

sio

n (

mL

/g)

.

Pore size Diameter (nm)

0

24

Diámetro umbral






0

0.05

0.1

0.15

0.2

1 10 100 1000 104

105

106

CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA

Lo

g. D

ife

ren

cia

l d

e i

ntr

usi

ón

(m

L/g

)

Díametro de poro (nm)

0

0.05

0.1

0.15

0.2

1 10 100 1000 104

105

106


Lo

g. D

ife

ren

cia

l d

e i

ntr

usi

ón

(m

L/g

)

Díametro de poro (nm)

Influencia en la porosidad del tiempo de hidratación: 28 y 91 dias






CEMI-SR- Natural enviroment

0

0.05

0.1

0.15

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Pore Size Diameter (nm)

Lo

g D

iffe

ren

tial

Intr

usio

n (

mL

/g)

28 days 3 Months 24 Months 36 Months 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

1 10 100 1000 104

105

106


Lo

g. D

ife

ren

cia

l d

e I

ntr

usi

ón

(m

L/g

)

Diámetro de poro (nm)

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

1 10 100 1000 104

105

106


Lo

g. D

ife

ren

cia

l d

e I

ntr

usi

ón

(m

L/g

)

Diámetro de poro (nm)

Cambios en la porosidad por la presencia de medios agresivos






Q caudal de un fluidoµ vicosidadA área de la secciónr radio del poro dz espesor de la seccióndP gradiente de presión

Ec. Darcy

dz

dPA

K

L

PPr

r

L

rPPQ

21224

21

88

Ec. Hagen-Poiseuille

Permeabilidad a un gasPoros conectados






Factores que influyen en la permeabilidad






Q caudal de un fluido µ viscosidadV velocidad de flujo aparente dz espesor de la secciónA área de la sección dP gradiente de presión hidráulicoPe peso específico agua

dadpermeabilideecoeficientkP

k

dz

dhkPV

dz

dhPdP

dz

dPkQ

A

QV

ew

ee

[longitud/tiempo]

10-11 – 10-12 m/s

Permeabilidad al agua Poros conectados






Clase de exposición ambiental

Especificaciones paralas profundidades

máxima

Especificaciones para las profundidades

medias

IIIc, Qc, Qb (solo en el caso de elementos pretensados)

IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (en el caso de elementos en masa o armados)

Siendo Z1, Z2 y Z3 las profundidades máximas de penetración y T1, T2 y T3 las profundidades medias de penetración

mmT

mmTTT

Tm

27

203

3

321

mmZ

mmZZZ

Zm

65

503

3

321

mmT

mmTTT

Tm

40

303

3

321

mmZ

mmZZZ

Zm

40

303

3

321

Permeabilidad al aguaValores de referencia para la penetración






Factores que influyen en la permeabilidad Permeabilidad al agua






Fuerza intermolecular líquido < fuerza de adhesión líquido-material

cos2rg

h

tensión superficial densidad líquidor radio poro ángulo de contactog aceleración gravedad

Condiciones de secado: (solo poros pequeños llenos)• absorción capilar hacia esos poros

Condiciones de saturación: • absorción capilar de la parte húmeda a la seca

Mecanismos de transporte

Succión capilar






Proceso de transporte de un constituyente cuya fuerza impulsora del transporte es el gradiente de concentraciónDifusividad: capacidad de transporte por diferencia de concentraciones en la fase acuosa del hormigón

Proceso de transporte cuya fuerza impulsora del movimiento del agua está provocada por gradientes de temperatura

Convección

Difusión







Antecedentes de los estudios de difusión






Difusión no estacionaria

Difusión estacionaria

Evaluación de mecanismos de transporte






1

ef

ap

s

l

DD

C

C

Antecedentes de los estudios de difusión






Antecedentes de los estudios de migración






Fuerza impulsora del transporte está provocada por una diferencia

de potencial.

Célula de difusión /migración estacionaria

Migración

Evaluación de mecanismos de transporte






Migración no estacionariaEvaluación de mecanismos de transporte

Ensayos de migración (NT Buildt 492)






Resistividad Evaluación de mecanismos de transporte






PCS

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

0 5 10 15 20 25

Profundidad (mm)

% C

loru

ros

HS

0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50

0 5 10 15 20 25

Profundidad (mm)

% C

loru

ros

CV

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0 5 10 15 20

Profundidad (mm)

% C

loru

ros

EAH

0,00

0,050,10

0,15

0,200,25

0,30

0,350,40

0,45

0 5 10 15 20Profundidad (mm)

% C

loru

ros

Aplicación en hormigonesDifusión no estacionaria






TRATAMIENTO DE DATOS

37





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TRATAMIENTO DE DATOS





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Con estas dos ecuaciones de calcula el tiempo de iniciación

El tiempo de propagación es función de la velocidad de corrosión que se define en función del ambiente

Calculo del tiempo de inicio de corrosión






Ciclos hielo/ deshielo y ensayos de degradación






Penetración gaseosa de contaminantes: Carbonatación

2-15mm/(año)1/2






Carbonataciónn






Perspectiva general de la situaciónDefinición del problema

Descripción del tipo de muestras a analizar






Resistencia a compresión

Resistencia a tracción

1Permeabilidad

2

Análisis QuímicoDRXPerfiles de Cloruro

PIM

Tinción de áridosAnálisis ICP-OES

3






Ataque con HCl+

Tinción con Rojo de Alizarina S

Ensayo de áridos potencialmente reactivos

Análisis de los áridos extraídos mediante ICP-OES






Difracción de rayos X

Disolución de portlanditaVariación de la cantidad de dolomita






Perfiles de cloruro

Cálculo del coeficiente de difusión

Perfiles de Cl-

Ajuste de la 2ª Ley de Fick

,4s s i

a

xC x t C C C erf

D t






Relación entre propiedades del material y coeficientes de difusión






Perfiles de cloruros en hormigones saturados






Diferencias de concentraciones superficiales






0 5 10 15 20 25 30 35 400

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

x [mm]

C [

kg/m

3]

Ajuste normal

Ajuste moviendo eje vertical

Ajuste moviendo eje vertical

Datos experimentales

Variación de D/ variación de la concentración superficial

Cs = 0.5637 %,Da = 3.176110-12 m2/s

Cs = 0.5343 % , Da = 2.992110-12 m2/s

Cs = 0.4697 %, Da = 2.813810-12 m2/s






Relación de cloruros libres y cloruros totales en hormigón

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

2

4

6

8

10

12

14

x [mm]

C [

kg/m

3]

Cloruros totales, kg/m3 de hormigón

Cloruros libres, kg/m3 de hormigón

Cloruros libres, kg/m3 de hormigón






Perfiles de cloruros a diferentes alturas del nivel del mar






Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros

10-1

100

101

102

103

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

r [nm]

V [

m3/m

3]

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

0.11

0.12

0.13

0.14

x [mm]

l [

m3/m

3]

Fracción de poro lleno en función de la profundidad

Volumen de solución en el poro para cada tamaño de poro






Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1004

5

6

7

8

9

10

11

x [mm]

CT [

kg/m

3]

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2005

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

x [mm]

C [

kg/m

3]

Concentración expresada en g/ m3

de hormigón

Concentración expresada en g/ litro de solución del poro






Gracias por su atención

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