concretos de alto desempeño

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CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO CAPITULO III

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Page 1: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

CAPITULO III

Page 2: Concretos de alto desempeño

CLASIFICACION DE LOS CONCRETOS POR SU DURABILIDAD

CONCRETO POCO DURABLES

CONCRETOS DE ALTA DURABILIDAD. CONCRETOS DE ALTA PERFOMANCE (HPC). CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO.

Page 3: Concretos de alto desempeño

REQUISITOS PARA QUE UN CONCRETO SEA DE ALTO DESEMPEÑO O ALTA

PERFOMANCE (HPC)

ALTA TRABAJABILIDAD ALTA COHESIÓN POCA O NINGUNA SEGREGACIÓN SER IMPERMEABLE

SOBRE TODO DURABLE

Page 4: Concretos de alto desempeño

DEFINICION DE DURABILIDAD SEGÚN EL COMITÉ 201 ACI

HABILIDAD PARA RESISTIR LA

ACCIÓN DEL INTEMPERISMO ATAQUES QUIMICOS, ABRASION, Y CUALQUIER OTRO PROCESO DE

DETERIORO

Page 5: Concretos de alto desempeño

DEFINICION.-

Habilidad del concreto para resistir las acciones del medio ambiente ataques físicos, químicos y otros procesos de deterioro durante el ciclo de vida para el cual fue proyectado, con el mínimo mantenimiento

Page 6: Concretos de alto desempeño

FISICAS QUIMICAS

PRINCIPALES ACCIONES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL

CONCRETO

PRINCIPALES ACCIONES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL

CONCRETO

BIOLÓGICAS

CONCRETOCONCRETO

Page 7: Concretos de alto desempeño

PRINCIPALESACCIONES QUE AFECTAN

LA DURABILIDADS

PRINCIPALESACCIONES QUE AFECTAN

LA DURABILIDADS

FISICASBIOLOGICAS

MECANICAS FENOMENOLÓGICAS VEGETACIÓN MICROORGANISMOS

CARGASIMPACTO Y FRICCIÓN

ALTAS TEMPERATURAS

HUMEDADCONGELACIÓN

QUIMICAS

INTERNAS EXTERNAS

AGUA DE SUELOSUSTANCIAS

QUIMICAS

SUSTANCIASNOCIVAS

AGUA

ACCIONESDELETEREAS

Page 8: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

El Programa Estratégico de Investigación de Carreteras: (Zia, 1991), Strategic Highway Research Program (SHRP), define el CAD como sigue:

a. Un concreto de alto desempeño debe cumplir con una de las siguientes características:f’c a los 28 días mayor o igual a 70 MPa (10000 psi)f’c a las 4 horas mayor o igual a 20 MPa (3000 psi)f’c. a las 24 horas mayor o igual a 35 MPa (5000 psi)

b. Un concreto de alto desempeño debe tener un factor de durabilidad mayor que 80% después de 300 ciclos de congelamiento y deshielo.

Page 9: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

c. Un concreto de alto desempeño debe tener una relación agua/materiales cementicios menor o igual que 0.35.

De forma general podemos decir que los concretos de alto desempeño, son aquellos que presentan mejor comportamiento en su aplicación tanto en estado fresco, como endurecido. Este concepto relaciona a concretos especiales como concretos fluidos, de retracción compensada, de alta densidad, de baja permeabilidad, permeables, translúcidos, con color y de alta resistencia entre otros.

Page 10: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

COMPONENTES

CEMENTOAGREGADO FINOAGREGADO GRUESOAGUAPLASTIFICANTEMICROSILICE

Page 11: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

CEMENTO Existe evidencias que la adición de aditivos en

estos concretos, son mas efectivos en cementos con bajo contenido de aluminato Tricálcico

Page 12: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

AGREGADOS Los agregado como mínimo deben cumplir los

requisitos de la Norma ASTM C33 . GRANULOMETRÍA Agregado Fino.- La granulometría optima del

agregado fino está determinada más por su efecto en el requerimiento de agua que por sus características físicas

Page 13: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Fino.- Se recomienda emplear una arena con módulo

de fineza de 3.0. En concretos que se utiliza microsílice, se

recomienda mantener bajos valores de material pasante las mallas 50y 100

El material pasante la malla 200 debe ser controlado

Page 14: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Grueso.- Se recomienda que el agregado grueso proceda de

rocas igneas plutónicas de grano fino con una dureza no menor a 7 y una resistencia no menor del doble de la resistencia que se espera alcanzar, la capacidad de absorción deberá ser inferior a 1% . Se recomienda utilizar tamaño máximos de ½ a 3/8”

Page 15: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

AGREGADOS. GRANULOMETRÍA Agregado Grueso.-Se considera que el agregado ideal

debe ser 100% triturado de perfil angular y textura rugosa, limpio , duro y resistente, poco absorvente

Un peso específico de 2,64 y absorción máxima del 1% es adecuado.

Page 16: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DE ALTO DESEMPEÑO

MICROSÍLICE.- Son un polvo muy fino, obtenido por

decantación del humo de chimeneas de altos hornos de aleaciones metálicas de la industria del ferro silicón, el cual está compuesto del 90 al 95% de dióxido de sílice amorfo, y que tiene propiedades puzolánicas que le permiten reaccionar químicamente con el hidróxido de calcio para formar un gel con propiedades positivas para el concreto (resistencia, durabilidad)

Page 17: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

Definición .- El comité 116 del American Concrete Institute

define la microsílice como una sílice no cristalina muy fina producida por hornos de arco eléctrico como un subproducto de la fabricación de silicio metálico o ferrosilicio

Page 18: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

CARACTERÍSTICAS.- Contenido de por lo menos 90% de SiO2 Partículas de Tamaño promedio de 0.1 a

0.2 um Superficie específica mayor de 15 000

m2/kg Perfil esférico de las partículas Mínimo

contenido de Carbón Color gris

Page 19: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

TIPOS DE MICROSILICE Microsílice no densificadas ( 200 a 300 kg/m3)

Microsílices densificadas ( mayor a 500 kg/m3)

Microsílice paletizadas ( mayor de 600 kg/m3) n

Lechadas de Microsílices (1 400 kg/m3)

Page 20: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

COLOR Varía de color gris claro a oscuro, dando una lechada de color negro

Page 21: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

DENSIDAD Es de aproximadamente 2,2, algunas

veces llega hasta 2,5 Como comparación tenemos el

cemento tiene una densidad de 3,1 o 3 100 kg/m3

Page 22: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

Superficie Específica.- La microsílice es un conjunto de

partículas muy finas de perfil esférico, cuya superficie específica es del orden de

20 000 m2/kg

Page 23: Concretos de alto desempeño

MICROSÍLICE

Elemento S. Específica

Microsílice 200 000 cm2/gr

Cenizas 4 000 a 7 000 cm2/gr

Escoria 3 500 a 6 000 cm2/gr

Cemento P 3 000 a 4 000 cm2/gr

Page 24: Concretos de alto desempeño

ADITIVOS

El uso de uno u otro aditivo esta sujeto a las necesidades que se tengan, de la estructura que se va a hacer

Page 25: Concretos de alto desempeño
Page 26: Concretos de alto desempeño

ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO

Introducción.- El ataque por sulfatos se presenta generalmente en los concretos que están en contacto con el agua o suelos con alto contenido de sulfatos.

En los últimos 50 años se han producido cantidad de trabajos de investigación sobre el ataque químico al cemento y el concreto

Page 27: Concretos de alto desempeño

ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO

CLASIFICACION.- - Internas- debido a la reacción de sus

componentes - Externas: Debido a agentes externos

Page 28: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

A.- Reacción Álcali-Agregado

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.

Page 29: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

Reacción Álcali-Agregado - Presencia Humedad - Agregados con suficiente cantidad de mineral potencialmente reactivo - Suficiente cantidad de Álcalis disponibles en la solución de poros en el hormigón.Si cualquiera de estas tres condiciones no se

cumple, la reacción no se produce

Page 30: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

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

Page 31: Concretos de alto desempeño

REACCIÓN ALCALI-AGREGADO

CEMENTO CON ALTO CONTENIDO DE Na2O y K2O

Rocas y minerales con silice reactiva

Calizas dolomiticas arcillosa

Rocas de silicato con estructura foliada

REACCION ALCALI - SILICE

REACCION ALCALI - CARBONATO

REACCION ALCALI SILICATO

Page 32: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

- 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

Page 33: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

B.- Ataque Interno de sulfatos Se debe a la formación de estringita diferida en el concreto

endurecido sin el aporte externo de sulfatos, Las fuentes internas son:

- Utilización de agregados contaminados con yeso - Cemento Pórtland con una elevada proporción de SO3 - Uso de aditivo (aditivo que aumente volumen) - Altos contenidos de C3A

Page 34: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS

A.- Ataque por sulfatos - En general se asocia al ataque de sulfatos con

la formación de Estringita que produce una expansión de la pastas cementicia, generando en estado endurecido deformaciones y tensiones de tracción incompatibles para el material, produciendo un estado progresivo de fisuración que lo degrada .

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Page 36: Concretos de alto desempeño

CONCRETO EXPUESTO A SULFATOS SILICATO TRICALCICO C3S 2C3S +

6H C3S2H3 + 3Ca(OH)2

Ca(HO)2 + SO4 CaSO4 HIDROXIDO DE CALCIO SULFATO YESO

SILICATO BICALCICO C2S 2C2S + 4H C3S2H3 + Ca(OH)2

Ca(HO)2 + SO4 CaSO4

ALUMINATO TRICALCICO C3A C3A + SO4 ESTRINGITA HIDRATOS DE ALUMINATO DE CALCIO SULFOALUMINATO DE CALCIO

Page 37: Concretos de alto desempeño

CONCRETOS DURABLES A SULFATOS

HIDROXIDO DE CALCIO

Ca (HO)2 + PUZOLANA GEL DE CALCIO

ALUMINATO TRICALCICO C3A

CEMENTO CON < C3A

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Intensidad De La Reacción

La intensidad de la reacción depende de muchos factores, entre otros se tienen: cantidad de aluminato en el cemento, solubilidad del sulfato, tipo de catión unido al radical sulfato (Sodio, magnesio, calcio, etc.), permeabilidad del concreto, temperatura, cantidad de agua disponible, etc.

El concreto se comienza a degradar presentando un cambio de coloración en la superficie seguido de la aparición de fisuras entrecruzadas cuyo espesor va aumentando, simultáneamente se va generando una de laminación con un curvado de las capas mas externas del concreto y fisuración irregular, causado por las tensiones que generen los productos de expansión.

Page 39: Concretos de alto desempeño

Degradación De Una Masa De Concreto Por Ataque De Sulfatos

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Page 41: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS

B.- Ataque por Magnesio -Una alta concentración de sales de magnesio

presenta una alta agresividad hacia el concreto cuyo mecanismo varía en función del tipo de sal.

Este ataque produce la disolución del Ca(OH)2 y la precipitación de la brucita para luego afectar la estabilidad a partir de la pérdida de alcalinidad provocando un debilitamiento de la pasta

Page 42: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS

C.- Ataque por Agua de Mar - La concentración de sales en el agua de mar

resulta muy variable de acuerdo a la localización geográfica, sin embargo la constitución y proporción relativa de los compuestos resulta bastante similar.

En zonas frías y templadas la concentración resulta inferior a las zonas cálidas, siendo especialmente alta la concentración salina en las costas bajas de alta evaporación

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ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS

C.- Ataque por Carbonatación - La carbonatación superficial del concreto

produce una contracción volumétrica del concreto que generalmente produce algunos efectos beneficiosos, como el aumento de la resistencia y dureza superficial del concreto. Sin embargo, este proceso también genera una importante disminución del pH que, de generalizarse en el espesor del recubrimiento, tiende a despacivar las armaduras

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Page 48: Concretos de alto desempeño

ACCIONES QUIMICAS EXTERNAS

D.- Corrosión de Armaduras y otros metales embebidos en el hormigón

-En un medio acuoso, la corrosión metálica es un proceso del tipo electroquímico que supones la existencia de una reacción de oxidación y otra de reducción debido a la circulación de iones a través de un electrolito

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Exposición Sulfato solubles Sulfato(SO4) Tipo de Relación max Resistencia a Sulfatos en agua (SO4) en el agua Cemento Agua/Mat. Cem Mínima f´c

% en peso ppm MpaInsignificante 0.0<=SO4<0.10 0<=SO4<150

Moderada 0.1<=SO4<0.20 150<=SO4<1500 II,IP(MS),IS(MS) 0.5 4500P(MS),I(PM)(MS)

I(SM) (MS)Severa 0.2<SO4<=2.00 1500<=SO4<=10000 V 0.45 4500

Muy Severa SO4 > 2.00 SO4 > 10 000 V más puzolana 0.45 4500

REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A REQUISITOS PARA CONCRETOS EXPUESTOS A SOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOSSOLUCIONES QUE CONTIENEN SULFATOS

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Velocidad de Ácidos Ácidos Soluciones Soluciones Varios

Ataque Inorgánicos Orgánicos Alcalinas Salinas

Clorhídrico

Fluorhídrico Acético

Nítrico Fórmico

Sulfurico

Nitrato de amonio

Sulfato de amonio Bromo (gas)

Sulfato de sodio

Sulfato de magnesio Sulfito líquido

Sulfato de calcio

hidroxido de sodio Cloruro de amonio10 - 20%

Cloruro de magnesio

Hipocorito de sodio Cloruro de sodio

hidroxido de sodio Cloruro de calcio

Oxálico10%

Cloruro de sodio Amoniaco

Tartárico Hipoclorito de sodio Nitrato de zinclíquido

Hidroxido de amonio Cromato de sodio

Despreciable

Cloruro de aluminio

Cloro (gas) Agua de mar

hidroxido de sodio 20%

Lenta Carbonico

Rápida

Moderada Fosfórico Titanico

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Page 56: Concretos de alto desempeño

Causas de la corrosión de armaduras

- Durante la hidratación del cemento se libera hidróxido de cálcio, también llamado portlandita, que otorga carácter básico al concreto, situando al pH entre 12 y 13. Con estos valores de pH el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto con una capa de óxidos, compacta y continua, que lo mantiene protegido de la corrosión.

Page 57: Concretos de alto desempeño

Causas de la corrosión de armaduras

-Si bien existen varias causas que pueden dar lugar a la destrucción de la capa pasivante del acero, en la práctica los factores que promueven la corrosión electroquímica de las armaduras en el interior del concreto son mayoritariamente la carbonatación y la presencia de cloruros, o ambos factores en conjunto, ayudados por el fisuramiento o la porosidad del concreto que permite el paso hasta las armaduras de oxígeno, humedad y de diversos agresores del medio.

Page 58: Concretos de alto desempeño

Carbonatación del Concreto

El anhídrido carbónico CO2 contenido en el aire penetra en las aberturas capilares del hormigón y se combina con el hidróxido de calcio para formar carbonato de calcio. Por consiguiente, la alcalinidad del concreto que en principio correspondía a un valor de pH de 12 a 13 se reduce poco a poco. Este proceso se conoce con el nombre de carbonatación.

Si el valor del pH llega a valores inferiores a 9,5 la alcalinidad ya no es suficiente para mantener pasiva la capa de óxido protectora de las armaduras de acero. Por lo tanto, bajo la acción de la humedad y del oxígeno, el efecto de corrosión puede comenzar. En estas condiciones de pH, el concreto en cuestión se conoce como concreto carbonatado.

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Page 60: Concretos de alto desempeño

Efecto de los cloruros El ion cloruro destruye la capa pasivante que protege

inicialmente a las armaduras de acero cuando están embebidas en hormigón. Los cloruros, al alcanzar el acero, causan fácilmente corrosión por "picado". Los cloruros que se encuentran en el agua de mar y en el aire salino de las zonas cercanas a la costa penetran en el hormigón por absorción capilar y difusión desde la superficie hacia el interior de las estructuras. También se pueden encontrar cloruros en las aguas subterráneas, en las aguas residuales, en las plantas de tratamiento y afluentes industriales

Page 61: Concretos de alto desempeño

Acción de los Inhibidores de la corrosión para Concreto armado

Los inhibidores de corrosión modernos están basados en la combinación de inhibidores orgánicos e inorgánicos, extensamente probados, compuestos por aminoalcoholes (AMA). Los inhibidores basados en aminoalcoholes no alteran ninguna de las características del hormigón fresco o endurecido. Forman alrededor de las armaduras una película protectora. Otorgan una protección anódica (inhibe la ionización del acero) y catódica (obstruye el oxigeno disponible en la superficie del acero). Una importante ventaja frente a otros inhibidores es que no tiene ningún efecto nocivo para el medio ambiente o las personas.

Page 62: Concretos de alto desempeño

Acción de los Inhibidores de la corrosión para Concreto armado

Los inhibidores de corrosión Este moderno tipo de inhibidor puede usarse como protección preventiva en una amplia gama de estructuras de concreto armado, tales como: puertos, muelles y estructuras marítimas, viaductos, puentes, túneles, construcciones bajo tierra, construcción en suelos salinos, ambientes agresivos industriales y en la rehabilitación de estructuras afectadas por corrosión

Page 63: Concretos de alto desempeño

Aditivos Inhibidores de corrosión

Los aditivos inhibidores de corrosión son sustancias que adicionadas en pequeñas cantidades al hormigón, en el momento de su confección, logran inhibir las reacciones necesarias de manera que la reacción electroquímica no ocurra. Se adicionan a la mezcla en la planta o directamente al camión mixer en la obra.

Page 64: Concretos de alto desempeño

Impregnación de estructuras existentes con inhibidores de corrosión Los modernos inhibidores basados en aminoalcoholes,

también se pueden aplicar como impregnaciones sobre la superficie del concreto. El líquido inhibidor de la corrosión penetra por difusión hasta varios centímetros de profundidad, a una velocidad de 2 a 20 mm por día, alcanzando las armaduras y protegiéndolas con una capa pasivante o reforzando la existente si la hubiera. La gran capacidad de penetración de estos inhibidores permite su uso para asegurar la durabilidad de estructuras nuevas y especialmente de aquellas que se someten a rehabilitación

Page 65: Concretos de alto desempeño

Ensayos de Eficacia En los ensayos y monitoreo llevados a cabo dentro del

"Programa de Desarrollo Estratégico de Autopistas" (SHRP) de Estados Unidos, realizados en condiciones reales en puentes, se verificó la difusión y penetración hasta las armaduras de los inhibidores basados en aminoalcoholes. La eficacia de los inhibidores de corrosión ha sido verificada mediante Espectroscopia de masa de Ion Secundario (SIMS) con lo cual se identifica una capa superficial continua de 10-8m de espesor que cubre el ánodo y el cátodo, compuesta por la molécula central del aminoalcohol y sus radicales asociados.

Page 66: Concretos de alto desempeño

Ensayos de Eficacia

Ensayos en Estados Unidos y Alemania muestran que los inhibidores basados en aminoalcoholes, al ser colocados en soluciones con cloruros forman la película protectora desplazando los cloruros de la superficie del acero, aún con el acero inmerso en una solución salina diluida. También ha sido demostrado que la película protectora del aminoalcohol no es removida cuando la superficie de acero es lavada con agua, lo que indica la estabilidad del inhibidor frente al flujo de agua en el concreto.

Page 67: Concretos de alto desempeño

Ensayos de Eficacia

Ensayos realizados en el Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja de España, indican que el inhibidor basado en aminoalcohol actúa como un eficaz inhibidor al formar una película adsorbida sobre la superficie del acero que previene la acción de iones agresivos sobre él.

En ensayos realizados en vigas con hormigón agrietado, sometido a ciclos de humedecimiento y secado en presencia de soluciones salinas, se evaluó la capacidad del inhibidor para proteger las armaduras, determinando el potencial de corrosión y la corriente de corrosión, así como el tiempo hasta el inicio de la corrosión. Los resultados indican que el inhibidor basado en aminoalcohol es efectivo en retardar la aparición de la corrosión y en reducir paralelamente su magnitud. Impregnación de estructuras existentes con inhibidores de corrosión

Page 68: Concretos de alto desempeño

- ACCIONES QUIMICAS INTERNAS

A.- Reacción Álcali-Agregado

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.

Page 69: Concretos de alto desempeño

ATAQUE QUIMICO DEL CONCRETO

CLASIFICACION.- - Internas- debido a la reacción de sus

componentes - Externas: Debido a agentes externos