Porosidad Del Concreto

7/21/2019 Porosidad Del Concreto

1/108

Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieraEscuela de Ingeniera Civil

POROSIDAD DEL CONCRETO

Juan Orlando Lpez Orozco

Asesorado por Ing. Francisco Javier Quinez de la Cruz

Guatemala, enero de 2004


2/108

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA


TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LAFACULTAD DE INGENIERA

POR

JUAN ORLANDO LPEZ OROZCO

ASESORADO POR: ING. FRANCISCO JAVIER QUIONEZ DE LA CRUZ

AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERO CIVIL

GUATEMALA, ENERO DE 2004


3/108

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson

VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL II Lic. Amaham Snchez lvarez

VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada

VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada RuizVOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva

SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson

EXAMINADOR Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

EXAMINADOR Ing. Ronald Estuardo Galindo Cabrera

EXAMINADOR Ing. Rafael Enrique Morales Ochoa

SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco


4/108

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San

Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacin

titulado:


Tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de Ingeniera Civilcon fecha 04 de septiembre de 2003.

Juan Orlando Lpez Orozco


5/108

DEDICADO A:

l que no se ve,

l que no se oye,

pero a l, ly l

sea dedicado este trabajo.


6/108

RECONOCIMIENTOS A

Ing. Francisco Javier Quinez

Ing. Francisco Ecut

Centro de Investigaciones de Ingeniera CII-

Ing. Julio Luna Aroche

Centro de Estudios Superiores de Energa y Minas CESEM-

Ministerio de Energa y Minas

Ing. Victor Manuel Snchez

Ing. Estuardo Palencia

Mezcladora S.A.

Mil gracias por el apoyo en la realizacin de este trabajo


7/108

AGRADECIMIENTOS A

Mis padres Luis Orlando y Dora Marina por el apoyo brindado hasta

este momento, Dios lo sabr recompensar!!.

Mis hermanas Marielos, Gladis y Paty, Adrin Antonio, Juan Carlos y

y sobrinos Juan Diego gracias por el amor que me han dado

Mi abuelita, No me alcanzara el papel para recordarlos a todos, y

tos y primos recordar todo lo que me han ayudado, Dios les bendiga.

Mis abuelitos Juan Gilberto Lpez, Francisco Orozco, Paula Miranda

y mi ta Gilma Georgina Lpez

Que Dios los tenga en un descanso eterno.

Mi novia Selene, gracias por el amor que me has dado.

Mis amigos, Muy especialmente al Ing. Oscar Montes, al Ing. Arturo

y compaeros Samayoa, a la Inga. Glenda Garca muchas gracias por

sus sabios consejos. Tambin a los Ings. Renaldo Girn,

Carlos Garrido, Pablo Ziga, Jess Martnez, Douglas

Romn, Helen Ramrez y todo el Depto. de Matemtica,

a Jos Tuna, Tatiana Maldonado, Juan Pablo Oliva,

Liliana Jurez, Luisa Ax, David Hernndez y Julia

lvarez, gracias por la amistad, compaerismo y aprecio

brindado. Al Lic. Rodolfo de Len, su familia y el grupo

Misin Amor muchas gracias por el apoyo que me

brindaron desde que los conoc, muchas Bendiciones!!

y a Dios Que muchas veces figura ser el ltimo como en esta

ocasin, pero sin su ayuda nada de lo que soy sera,

gracias, gracias y gracias!!!


8/108

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES v

GLOSARIO vii

RESUMEN ix

OBJETIVOS xi

INTRODUCCIN xiii

PRIMERA PARTE: MARCO TERICO

1. POROSIDAD DEL CONCRETO

1.1 Qu es la porosidad del concreto? 01

1.2 Permeabilidad y hermetismo del concreto 02

1.3 Tipos de poros que se encuentran en el concreto 031.4 Tcnicas para medir la porosidad 06

1.4.1 Adsorcin del vapor de gas 07

1.4.2 Observacin directa (por microscopio) 07

1.4.3 Porosmetro de intrusin de mercurio 09

1.4.3.1 Correcciones para los datos de volumen 12

1.4.3.1.1 Correcciones principales por expansin de

maquinaria y compresin de mercurio 12

1.4.3.1.2 Compresin diferencial del mercurio 13

1.4.3.1.3 Compresin de la muestra 14

1.4.3.1.4 Correcciones adicionales de volumen 15

1.4.3.2 Correcciones para los datos de presin 16

i


9/108

1.4.3.3 Valores de ngulo de contacto y la tensin de

superficie 16

1.4.3.4 Forma del poro 17

1.4.3.5 Cambio en la tensin de superficie con el tamao

del poro 19

1.5 Modelos para la distribucin del tamao del poro en cementos 20

1.6 Modelos para la permeabilidad del cemento y concretos 22

1.6.1 Modelos empricos 22

1.6.2 Modelos de redes 24

1.6.3 Modelos basados en la teora de la filtracin 27

2. EFECTOS DE LA POROSIDAD EN LA RESISTENCIA DEL

CONCRETO

2.1 La resistencia del concreto 33

2.2 Relacin entre resistencia y porosidad 34

2.2.1 Cmo se relaciona la resistencia y la porosidad? 35

2.3 Efectos de la porosidad en la resistencia a la compresin 38

2.4 Efectos de la porosidad en el modo de falla del concreto 39

3. EFECTOS DE LA POROSIDAD EN LA DURABILIDAD DEL

CONCRETO

3.1 Qu es la durabilidad del concreto? 41

3.2 Influencia del sistema de poros en la durabilidad 42

3.3 Transporte de fluidos en el concreto 44

3.4 Relacin entre porosidad y permeabilidad 42

3.5 Absorcin del concreto 45

3.5.1 Pruebas de absorcin superficial 45

3.6 Permeabilidad al agua del concreto 47

3.6.1 Pruebas de permeabilidad 54

ii


10/108

3.6.1.2 Coeficiente de permeabilidad 55

3.6.2 Prueba de penetracin de agua 57

SEGUNDA PARTE: MARCO EXPERIMENTAL

4. ENSAYOS A REALIZAR

4.1 Descripcin del trabajo experimental 59

4.2 Ensayos realizados 59

4.3 Caracterizacin fsica de los agregados 604.3.1 Pruebas 60

4.4 Diseo de mezclas 61

4.5 Elaboracin de muestras 62

4.6 Ensayo de muestras 62

4.6.1 Ensayo a compresin 63

4.6.2 Ensayo de absorcin 63

4.6.3 Ensayo de observacin directa 63

5. RESULTADO DE LOS ENSAYOS

5.1 Ensayo de agregados 65

5.2 Resultados de la mezcla fresca 66

5.3 Resultado de ensayos a compresin 67

5.4 Resultado del ensayo de absorcin 69

5.5 Resultado del ensayo de observacin 70

6. ANLISIS DE RESULTADOS

6.1 Anlisis de resultados del concreto fresco y resistencia a

compresin 71

6.2 Anlisis de resultados del ensayo de absorcin 73

iii


11/108

6.3 Anlisis de resultados de la observacin directa en microscopio 76

6.4 Limitantes de los ensayos 79

CONCLUSIONES 81

RECOMENDACIONES 82

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 83

BIBLIOGRAFA 84

ANEXOS 85

iv


12/108

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1 Datos de porosidad vrs. volumen de intrusin de mercurio 10

2 Porcentaje de porosidad vrs. dimetro del poro 10

3 Elemento de una red de poros, en donde los tamaos del poro

pueden ser muy variados 25

4 Elemento de una red de poros, en donde los tamaos del poro

pueden ser muy variados en forma de red 29

5 Relacin porosidad-resistencia en cementos curados

de varias formas 36

6 Morteros de cemento portland con diferentes proporciones

de mezcla 37

7 Forma tpica de falla del concreto a compresin 408 Relacin entre permeabilidad y porosidad capilar de la

pasta de cemento 49

9 Relacin entre permeabilidad y relacin A/C para pastas de

cemento maduras (93% de cemento hidratado) 52

10 Relacin agua/cemento A/C vrs. asentamiento 72

11 Relacin agua/cemento A/C vrs. resistencia a compresin 73

12 Relacin agua/cemento A/C vrs. porcentaje de vacos 74

13 Resistencia a compresin vrs. porcentaje de vacos 75

14 Asentamiento vrs. porcentaje de vacos 76

15 Relacin agua/cemento A/C vrs. nm. poros 77

16 Resistencia a compresin vrs. nm. poros 78

17 Curva granulomtrica del agregado fino 85

v


13/108

18 Curva granulomtrica del piedrn de 3/8 86

19 Curva granulomtrica del piedrn de 1 87

TABLAS

I Valores de compresibilidad para varios materiales 15

II Factores de forma del poro 18

III Comparacin de permeabilidades de rocas y pastas de cemento 49

IV Reduccin de permeabilidad de la pasta de cemento(relacin a/c = 0.7) con el desarrollo de la hidratacin 51

V Porcentaje de humedad de los agregados 65

VI Resultados del anlisis de agregados 66

VII Relaciones agua/cemento (A/C) y proporciones de mezclas 66

VIII Datos de las pruebas de las mezclas frescas 67

IX Datos de los ensayos a compresin 67

X Datos de ensayos por absorcin 69

XI Datos de ensayos de observacin en microscopio 70

vi


14/108

GLOSARIO

Absorc in Proceso por el cual un lquido es arrastrado dentro

de un cuerpo slido poroso y tiende a llenar los

poros permeables del mismo; tambin se conoce as

al aumento en la masa de un cuerpo slido poroso

resultante de la penetracin de un lquido dentro de

sus poros permeables.

Accin capilar Fenmeno de un cuerpo slido de atraer y hacer

subir por sus paredes, hasta cierto lmite, el lquido

que las moja, como el agua, y de repeler y formar en

su rededor un hueco o vaco con el lquido que no

las moja, como el mercurio.

Exudacin Flujo natural de una parte del agua utilizada en la

mezcla de hormign o mortero fresco, debido al

asentamiento de los materiales slidos dentro de la

masa, tambin llamado ganancia de agua.

Flujo Fluido que atraviesa un medio poroso por medio de

los poros entrecruzados que tambin se le llama

sistema de poros.

Matriz de pasta Zona o parte del concreto que est compuesto

nicamente por pasta de cemento hidratado.

vii


15/108

Micro-metro Unidad de longitud que equivale a la millonsima

parte del metro (1*10-6) y se representa as: m.

Nano-metro Unidad de longitud que equivale a la milmillonsima

parte del metro (1*10-9) y se representa as: nm.

Permeabilidad Accin de un material que puede ser penetrado por

agua o cualquier otro fluido.

Pico-metro Unidad de longitud equivalente a la millonsimaparte del metro (1*10-12).

Polmero Compuesto qumico, natural o sinttico, formado por

polimerizacin y que consiste esencialmente en

unidades estructurales repetidas.

Poro de aire Espacio en la pasta de cemento, mortero u

hormign, lleno con aire u otro gas.

Segregacin En el concreto es el acto en el que los materiales por

su densidad buscan su lugar, los ms densos como

el piedrn bajan y los ms livianos como el agua

flotan.

Zona de interfase Zona de transicin entre el agregado y la matriz de

pasta de cemento.

viii


16/108

RESUMEN

La porosidad es una caracterstica importante del concreto y de sta

dependen en parte otras caractersticas como la resistencia a la compresin y la

durabilidad. La resistencia a la compresin se sabe que es el dato ms

relevante para disear. La durabilidad se debe de tomar en cuenta porque de

esto depende cuanto tardar la obra que se est realizando en buenas

condiciones. Durante este trabajo se desarrollarn ms a fondo estos temas.

Los mtodos que existen para poder medir la porosidad (medida en

porcentaje) son descritos, entre ellos se encuentra la adsorcin de vapor de

gas, la observacin por microscopio y la tcnica ms importante que es la

porosimetra de intrusin de mercurio.

En la parte experimental se disearon mezclas con diferentes relaciones

de agua/cemento (A/C) para ver la variacin de la porosidad con respecto a la

relacin A/C, y tambin cmo variaba en funcin de la resistencia a la

compresin.

Se hicieron dos pruebas, una por observacin en microscopio y una por

absorcin de agua para poder tener un ndice de la porosidad que tenan los

concretos. Adems se hizo un anlisis con grficas para mostrar como se

relacionaban el porcentaje de vacos con el asentamiento inicial, resistencia a

compresin y relacin agua/cemento.

ix


17/108

x


18/108

OBJETIVOS

Generales

1. Elaborar un trabajo de investigacin que sirva como instrumento

de consulta para estudiantes universitarios, profesionales y toda

persona que est interesada en la porosidad del concreto.

2. Colaborar con la investigacin al respecto de la porosidad del

concreto en Guatemala y su importancia.

Especficos

1. Elaborar un marco terico sobre la porosidad del concreto y los

efectos que tiene en la durabilidad y la resistencia.

2. Conocer los ensayos que existen para calcular la porosidad, sus

ventajas, desventajas y limitaciones.

3. Estudiar las normas y mtodos que se pueden utilizar para

calcular la porosidad y otros factores relacionados ntimamente

con la porosidad como lo es la absorcin.

4. Elaborar ensayos descritos por normas conocidas para encontrar

una indicacin de la porosidad utilizando materiales del pas,

especficamente del Depto. de Guatemala.

xi


19/108

xii


20/108

INTRODUCCIN

El concreto es el elemento ms utilizado en la construccin, no slo en

Guatemala, sino en todo el mundo, por ello que existe una amplia gama de

estudios en relacin al mismo. Los estudios ms importantes han profundizado

en poder alcanzar grandes resistencias a compresin.

Dentro de las caractersticas del concreto se encuentra la porosidad, es

importante por los efectos que puede ocasionar. Un solo poro aislado no

producira ningn efecto, pero en el concreto, que es un material poroso, no es

un solo poro, sino una infinidad de poros de distintos tamaos conectados entre

s para formar series o redes, a travs de las cuales puede circular cualquier

fluido. Esto hace que las caractersticas iniciales del concreto puedan ser

alteradas a travs del tiempo, la porosidad es un factor que depende

bsicamente de la relacin agua/cemento (A/C).

Existen estudios al respecto de cmo poder calcular la porosidad, entre

ellos se encontraron la absorcin de gas, la observacin directa por microscopio

que contiene varios mtodos y la porosimetra de intrusin de mercurio que es

el ms utilizado hasta ahora, y del que se desprenden otros estudios al

respecto.

La porosidad tiene efectos muy notables en dos caractersticas muy

importantes del concreto: la resistencia a compresin y la durabilidad. En

ambas caractersticas se nota una relacin inversa fundamentalmente con la

porosidad.

xiii


21/108

La resistencia a compresin depende de la relacin A/C pero la

porosidad colabora en parte, adems, la falla del concreto a compresin se ve

ligada a la porosidad. La durabilidad es fuertemente amenazada por el agua

que fluye a travs de los sistemas de poros, que bien puede ir pura o llevar

sustancias agresivas al concreto y podran alterar las caractersticas iniciales

del mismo hasta llevarlo a su destruccin con el tiempo.

Desafortunadamente, en Guatemala no existe equipo para realizar

experimentos de intrusin de mercurio, debido a que la demanda de este

ensayo es poca y muy costosa, es necesario recurrir a otros ensayos como elque define la norma ASTM C-642-97 para averiguar la indicacin de la

porosidad del concreto.

xiv


22/108

1. POROSIDAD DEL CONCRETO

1.1 Qu es la porosidad del concreto?

El diccionario Websters New World Dictionary define la porosidad

como estar llena de poros, o pequeos agujeros, a travs de los cuales pueden

pasar los fluidos, la luz, y/o el aire1.

Normalmente el concreto es una mezcla de cuatro ingredientes bsicos:

arena, grava, cemento y agua. En el proceso de mezcla, una cierta cantidad de

aire se mezcla en el concreto. El agua y el aire toman espacio dentro del

concreto an despus que el concreto es derramado en el lugar y durante las

primeras etapas del fraguado.

Cuando el concreto es trabajado en su lugar y empieza a cuajarse o

endurecerse, los ingredientes ms pesados tienden a asentarse en el fondo

mientras los ingredientes ms livianos flotan arriba. Siendo el agua el ms

liviano de los cuatro ingredientes bsicos, flota hacia arriba donde se evapora o

se exprime por los lados o el fondo. Segn se exprime se mueve en todas

direcciones. El agua, al ocupar espacio, deja millones de huecos entrecruzados

en todas direcciones. Segn el aire escapa, tiene el mismo efecto.

Estos espacios huecos se atan entre s creando lo que se llama

porosidad. Frecuentemente los poros crean unas quebraduras finsimas dentro

del concreto, debilitndolo.

1


23/108

La accin capilar del concreto hace que fluya agua, o la lluvia golpea los

lados de la pared de concreto, o la hidrologa del agua va contra la pared de un

stano, el agua viaja por los poros a travs del concreto.

Los poros estn entretejidos y entre conectados, permitiendo as el

pasaje lento del agua a travs del concreto. Mientras ms denso el concreto,

ms apretados los poros y menos agua puede pasar a travs.

La estructura de la porosidad en el concreto influye fuertemente en el

actuar del mismo. Especficamente, la porosidad determina las proporciones a

que las especies agresivas pueden entrar en la masa y causar destruccin. Los

ndices de la intrusin se relacionan con la permeabilidad del concreto. De la

manera ms general, la permeabilidad depende de la forma en que la porosidad

total es distribuida. La porosidad, a su vez, se relaciona a la reaccin original

del cemento, las mezclas minerales, y las partculas de agregados, la relacin

de agua-slidos, y las condiciones de curado entre otras.

1.2 Permeabilidad y hermeticidad del concreto

El concreto empleado en estructuras que retengan agua o que estn

expuestas a mal tiempo o a otras condiciones de exposiciones severas debe

ser virtualmente impermeable y hermtico. La hermeticidad se define a menudo

como la capacidad del concreto de refrenar o retener el agua sin escapes

visibles. La permeabilidad se refiere a la cantidad de migracin de agua a travs

del concreto cuando el agua se encuentra a presin, o a la capacidad del

concreto de resistir la penetracin de agua u otras sustancias (lquido, gras,

iones, etc.). Generalmente las mismas propiedades que convierten al concreto

menos permeable tambin lo vuelven hermtico.

2


24/108

La permeabilidad total del concreto al agua es una funcin de la

permeabilidad de la pasta, de la permeabilidad y granulometra del agregado, y

de la proporcin relativa de la pasta con respecto al agregado. La disminucin

de permeabilidad mejora la resistencia del concreto a la restauracin, al ataque

de sulfatos y otros productos qumicos y a la penetracin del ion cloruro.

La permeabilidad tambin afecta la capacidad de destruccin por

congelacin en condiciones de saturacin. Aqu la permeabilidad de la pasta es

de particular importancia porque la pasta recubre a todos los constituyentes del

concreto. La permeabilidad de la pasta depende de la relacin agua-cemento y

del grado de hidratacin del cemento o duracin del curado hmedo. Un

concreto de baja permeabilidad requiere una relacin agua-cemento baja y un

perodo hmedo adecuado. La inclusin de aire ayuda a la hermeticidad aunque

tiene un efecto mnimo sobre la permeabilidad, aumenta con el secado.

Las relaciones agua-cemento bajas tambin reducen la segregacin y el

sangrado, contribuyendo adicionalmente a la hermeticidad. Para ser hermtico,

el concreto tambin debe estar libre de agrietamientos y de celdillas.

1.3 Tipos de poros que se encuentran en el concreto

Como una consecuencia, es til enumerar los varios tipos de poros

presentes en el concreto y establecer sus contribuciones relativas a la

permeabilidad.

3


25/108

Hay una variedad de tipos de poros en el concreto. Estos tipos pueden

ser clasificados por lo que se refiere a su origen o por lo que se refiere a su

efecto anticipado en los parmetros mensurables como la fuerza o

permeabilidad. Las fuentes de porosidad en el concreto son:

a) Poros en el gel de cemento

b) Poros capilares pequeos

c) Poros capilares grandes

d) Vacos grandes (tambin incluidos en esta categora pueden estar los vacos

intencionalmente agregados por ejemplo por el arrastre del aire.)

e) Porosidad asociada con las zonas de interfaz de pasta-agregado

f) Microvacos y discontinuidades asociadas con inestabilidades dimensionales

que ocurren durante el curado

g) Porosidad del agregado

Se asume que el dimetro de un poro de gel estable es de

aproximadamente 2 nm. La seleccin de estos valores es basado en la

suposicin que los productos de hidratacin no pueden precipitar en poros que

tienen los dimetros ms pequeos que el descrito anteriormente, porque la

porosidad de gel reside en la hidratacin de productos que se acumulan entre la

fase lquida y los granos anhdridos del cemento. La porosidad del gel tiene un

efecto mayor en la hidratacin pero slo un efecto menor en procesos de

transporte que involucran los lquidos. Sin embargo, no hay en la actualidad

ninguna justificacin por ignorar los otros tipos de poros listados anteriormente.

As, la contribucin de cada uno de los tipos restantes de porosidad a la

permeabilidad debe ser considerada.

4


26/108

Desafortunadamente, las contribuciones relativas de cada uno de estas

fuentes de porosidad a la permeabilidad no se ha llevado a cabo. Por

consiguiente, conclusiones alcanzadas con respecto a la permeabilidad

concreta son frecuentemente basadas en la extrapolacin de resultados

obtenidos para las pastas de cemento. Sin embargo, puede ser razonable

subdividir la porosidad en el concreto en dos clases:

a) En la matriz de pasta

b) En la asociacin entre el agregado e interfaz de pasta.

La fuente principal de la porosidad de la matriz que contribuye a la

permeabilidad est asociada con el espacio residual entre granos de cemento

que estaban originalmente llenos de agua. La contribucin de esta fuente de

porosidad puede ser dcil a la valoracin por las investigaciones de pasta de

cemento. Sin embargo, la contribucin de la porosidad asociada con las zonas

de interfaz entre pasta y agregados y las microgrietas que se desarrollan en

esta regin de interfase y se extienden dentro de la pasta deben de evaluarse

por determinaciones llevadas directamente en los agregados por medio de su

permeabilidad.

Puede considerarse que dos tipos de porosidad forman la red de

porosidad capilar en el cemento y concreto: la porosidad capilar tanto grande

como pequea. Una razn por categorizar la porosidad de esta manera se

relaciona a la influencia qumica y las mezclas minerales en los dos tipos. Se

asume que la porosidad capilar tiene un efecto mayor en los procesos de

transporte pero slo un efecto menor en las proporciones de hidratacin. Los

dimetros de poros capilares pueden en teora dar valores muy pequeos a

grandes.

5


27/108

Sin embargo, ha sido propuesto que el ms bajo lmite del dimetro de

porosidad capilar es 100 nm., hay que notar una diferencia clara entre el

tamao de un poro del gel (2 nm) y el lmite ms bajo en el tamao del poro

capilar.

Segn la clasificacin de IUPAC2de tamaos de poros, el dimetro de

un microporo es de 2 nm o menos, mientras el de un mesoporo est entre

aproximadamente 2 y 50 nm. Los mesoporos estn entre un rango de tamao

que sirven para las interacciones electrostticas entre las paredes del poro y el

lquido que se filtra y se extiende por encima de un fragmento significante del

rea de seccin transversal. Una consecuencia de esto puede ser que los

procesos de transporte a travs de poros que tienen los dimetros en este

rango son obstaculizados por efectos electrostticos. Se sabe bien que las

mezclas minerales afectan la permeabilidad; la base para este efecto puede

entenderse por lo que se refiere a la formacin de una cantidad grande de

porosidad en el rango de mesoporos. Sin embargo, esta vista requiere la

comprobacin experimental ms all para los sistemas de cemento de

portland-puzolana y portland-escoria.

1.4 Tcnicas para medir la porosidad

Se han usado tipos importantes de tcnicas experimentales para medir la

porosidad y/o su distribucin en los materiales porosos. Estas tcnicas son

adsorcin de gas, intrusin de mercurio, y las tcnicas de la observacin

directa, incluso el seccionado de series y bastidor de poro, seguido por ptica o

microscopa electrnica de exploracin (SEM por sus siglas en ingles) que

observan las secciones. A continuacin se dar una descripcin de estos tres

mtodos.

6


28/108

1.4.1 Adsorc in de vapor de gas

Esta tcnica involucra la adsorcin de gas (incluido el vapor de agua) en

las superficies interiores accesibles de un espcimen. Existe un grado

significativo de incertidumbre con respecto a las correcciones entre fenmenos

de la hidratacin, distribuciones del poro-tamao y propiedades de sistemas del

cemento. Sin embargo, las reas de las superficies interiores determinadas por

los experimentos de adsorcin de gas son dominadas por la porosidad del gel

de cemento.

1.4.2 Observacin directa (por microscopio)

Hay dos tipos de tcnicas que observan la porosidad directa en la pasta

de cemento, mortero, y concretos. El primero de stos es la observacin directa

de poros grandes en una seccin pulida en la que se usa un microscopio ptico.

La observacin de espacios nulos areos es un ejemplo. Sin embargo, la

observacin de poros ms finos normalmente involucra la intrusin de un

monmero y su polimerizacin o la intrusin y endurecimiento de un epoxy. La

porosidad puede observarse entonces en la seccin pulida o en las secciones

delgadas va un microscopio ptico. La observacin de porosidad con un

microscopio ptico frecuentemente se refuerza por el uso de tintes ordinarios

fluorescentes. Esta tcnica tambin se ha aplicado a la observacin de

microespacios en el mortero. La observacin de porosidad por las tcnicas

pticas est limitada por la resolucin del microscopio ptico. Tpicamente estos

anlisis se llevan a cabo bajo la magnificacin de *40 a 400.

Las observaciones microscpicas pticas tambin pueden llevarse a

cabo en secciones pulidas, puliendo la seccin bien sea con abrasivos o lijas

que van desde mediano (como nm. 100) hasta fino (nm. 800).

7


29/108

El anlisis de los datos del tamao del poro de las secciones de serie

puede usarse para congregar un montaje de la estructura del poro

tridimensional. Una variante menos tediosa de la tcnica que prepara la seccin

de serie es el poro lanzado. El poro lanzado ha encontrado la aplicacin en el

anlisis de los sistemas del poro en piedras que usan tanto mtodo ptico como

la microscopa del electrn pero tiene aplicacin muy limitada en los cementos.

En esta tcnica la estructura del poro est llena de un material plstico y la

matriz inorgnica se disuelve para revelar la red tridimensional del poro, la

ventaja al poro lanzado es que es posible analizar la estructura del poro como

una red.

La microscopa del electrn tambin se ha usado para analizar la

porosidad en las secciones pulidas. Esto o es cumplido por la observacin

directa de los poros o estorbando los poros prontamente con un compuesto de

un elemento descubierto por energa-dispersiva y el anlisis de la radiografa,

como un polmero de contenido de cloro, seguido por un anlisis de rea

composicional para las regiones altas en cloro. Tpicamente, esto puede

hacerse con una resolucin de 3 a 5 m.

Sin tener en cuenta la tcnica especfica seleccionada, hay dos

limitaciones mayores de observacin de la direccin de la estructura del poro.

La primera es la limitacin en la resolucin cuando la microscopa ptica est

envuelta y la segunda limitacin es con respecto a la habilidad de introducir

epoxy o monmero en los poros pequeos. Sin embargo, sin tener en cuenta

estas limitaciones, las observaciones directas de lanzamientos del poro,

secciones pulidas y las secciones delgadas en el concreto con la imagen

procesada se han desarrollado en una tcnica poderosa para el anlisis de la

estructura del poro.

8


30/108

Actualmente, existen las normas ASTM C 457-82 que describen los

pasos para realizar este procedimiento, adems, esta norma se apoya en la

norma ASTM C 856 que describe la observacin en los agregados del concreto.

1.4.3 Porosmetro de intrusin de mercurio

Una tcnica importante para determinar la porosidad es la intrusin de

mercurio (MIP) que consiste en encerrar una muestra porosa en una cmara,

rodendola de mercurio y aplicando incrementos de presin monitoreados,

midiendo el volumen del mercurio forzado hacia el interior de la muestra, el

mercurio se supone no moja las superficies interiores de los poros. La intrusin

provee la curva del volumen de intrusin vrs la presin (ver Fig. 1), dicha curva

puede ser normalizada con una variedad de formas, como por ejemplo: dividir el

volumen por el peso de la muestra (que rinde unidades tales como cm3/g) o

dividir por el volumen de la muestra a granel (que rinde una porosidad

acumulada en porcentaje) utilizada para estimar la porosidad total. Las

presiones que fuerzan la intrusin pueden convertirse al tamao equivalente

del poro usando la siguiente forma de la ecuacin del Washburn4:

pd

cos4= (1)

Donde des el dimetro equivalente de los poros donde se ha hecho la

intrusin, es la tensin superficial del mercurio, es el ngulo de contacto

entre el mercurio y las paredes del poro, y p es la presin a la cual un

incremento de mercurio dado se interna al sistema poroso. El equipo

porosimtrico designa variedades pero tpicamente provee un rango mximo de

presin entre 0.004 y 400 Mpa. Este rango de presin corresponde al tamao

del poro desde diversos cientos de microporos (con presin baja) hasta unos

cuantos nanoporos (con presin alta).

9


31/108

Figura 1. Curva de datos de porosidad: volumen de intrusin vrs presin

Fuente: Raymond A. Cook, and Kenneth C. Hover,ACI Mater ial Journal , p. 153

Figura 2. Curva del porcentaje de porosidad (%) vrs dimetro del poro


El diagrama normalizado del volumen de la intrusin vrs el dimetro del

poro equivalente da una curva de porosidad acumulada (ver Fig. 2), el mejor

valor de porosidad en esta curva (que corresponde a la presin ms alta y al

tamao equivalente del poro ms pequeo) es una estimacin de la porosidad

total de la muestra.

10


32/108

El tamao del poro equivalente corresponde a la pendiente ms alta de

la curva y es el tamao del poro por el cual el mercurio penetra al vaco de la

muestra generalizadamente. Esta caracterstica del tamao del poro es referida

a veces como el umbral (mnimo) o el tamao de poro crtico. La forma de la

curva (o las caractersticas de la curva) provee una indicacin de la

microestructura del material y puede ser utilizada para distinguir entre diferentes

materiales a base de cemento.

Generalmente se observa cierta conducta con las muestras de intrusin

de mercurio, algn resto del mercurio estorba bajo restos de presin

entrampados en los especmenes de cemento cuando la presin en la cmara

cambia, aunque es supuesto que el mercurio no moja las superficies del

espcimen. Este es el resultado de la fuerza del mercurio en los poros de

cuello-pequeo. Una consecuencia de este fenmeno son esos poros grandes

con los cuellos pequeos que parecen tantos poros pequeos. Cerbesi3inform

que aproximadamente el 75% del volumen de los poros de pasta de cemento

llenos con el MIP estn compuestos de poros de seccin perpendicular

uniforme. El siguiente 25% son los poros botella de tinta. El transporte de

fluidos en la muestra es principalmente afectado por los dimetros mnimos de

poros, este fenmeno puede influir en la interpretacin de datos del MIP con

respecto a la permeabilidad.

Al igual que el fenmeno anterior hay otros factores o suposiciones que

afectan los datos del porosmetro de intrusin de mercurio los deben de

corregirse para tener valores certeros de la intrusin realizada. A continuacin

se describirn algunas de esas correcciones que son las que ms afectan en el

ensayo.

11


33/108

1.4.3.1 Correcciones para los datos de volumen

A presiones altas, las lecturas del volumen introducido se denotan Vo,

son no slo una medida de la intrusin de volumen hacia el interior de la

muestra, sino que tambin contiene volmenes significantes correspondientes a

la expansin de la mquina Vem, la compresin del mercurio en la cmara de

la muestra VcHg, y la compresin del volumen no introducido de la misma

muestra Vcs. (La expansin de la mquina puede resultar en un incremento en

el volumen del aparato que contiene mercurio. Hasta aqu, las lecturas de

volumen incorrectas incluirn una intrusin aparente que actualmente

corresponde al volumen de mercurio requerido para llenar el volumen

adicional). Para llegar al volumen de intrusin actual, hacia el interior de la

muestra Vint, estos otros componentes del volumen (Vem, VcHg, y Vcs) deben

ser substrados de las lecturas de volumen incorrectas:

Vint= Vo (Vem+ VcHg+ Vcs) (2)

1.4.3.1.1 Correcciones principales por expansin de

maquinaria y compresin de mercurio

Las lecturas del volumen entrometido son correctas comnmente al

utilizar las lecturas del volumen entrometido de una corrida experimental

realizada con una cmara de muestra vaca. Dicho experimento realizado es

conocido como una corrida de referencia. Las lecturas del volumen objetivo con

las sumas de la expansin de la maquinaria y del volumen del mercurio

necesario para llenar una celda o poro vaco VcHgson:

Vblank= Vem+ VcHg (3)

12


34/108


35/108

)1820MPa

p(1)Log0.175(BVV 10samplecHg += (6)

Las Ec. (2), (3), y (5) pueden ser combinadas para obtener:

Vint= Vo Vblank+ VcHg - Vcs (7)

El significado de esta correccin incrementa con el aumento del tamao

de la muestra de referencia y el decaimiento de la porosidad. Una muestra de 4

ml de concreto con una intrusin real de porosidad del 10% a 400 Mpaaparentar tener una porosidad del 11.5%. Si el diferencial de compresin de

mercurio se lleva a cabo.

1.4.3.1.3 Compresin de la muestra

Se mantiene para estimar el valor de la compresin del volumen de

muestra entrometida. Dado el coeficiente de compresibilidad (el recproco del

mdulo del vaco) muestra, la siguiente relacin simple puede ser usada:

Vcs= p(muestra)(UVmuestra) (8)

Donde, UVmuestra es el volumen de la muestra en la que el mercurio no

ha sido introducido, que es referido de aqu en adelante como el volumen no

introducido.

Existen una gran cantidad de valores muestra para los materiales de

concreto. La materia es complicada ms all por la siguiente consideracin. La

porcin de la muestra comprimida es la porcin de la muestra en la que el

mercurio no ha sido introducido.

14


36/108

Durante el experimento esta porcin no introducida disminuye en

volumen cuando se mueve el mercurio dentro de los poros de la muestra. As,

esto es proporcional a un volumen menor de poros en la porcin no introducida

de la muestra pues procede el experimento. Por lo tanto, la porosidad de la

porcin no introducida de la muestra disminuye con el incremento de la intrusin

del mercurio. Desde que la compresibilidad es relacionada muy estrechamente

con la porosidad de un material, muestra cambia conforme el experimento

progresa; adems, la investigacin ser provechosa. En el intermedio, un valor

entre 0.1*10-10y 0.8*10-10m2/N puede ser razonable, ver la siguiente tabla:

Tabla I.Valores de compresibilidad para varios materiales

Material Compresibilidad m2/N

Rango para la mayora de materiales slidos 0.1 - 1.0*10-10

Carbn 0.7 - 2.3*10-10

Cristal 0.26*10-10

Mercurio 0.34 - 0.40*10-10

Nylon 1.9*10-10

Compuestos de semiconductor 0.1 - 0.8*10-10

Agua 3.5-4.6*10-10


1.4.3.1.4 Correcciones adic ionales de volumen

Consideraciones adicionales pueden darse a efectos de temperatura y

correcciones que dependen de configuraciones porosimtricas especficas.

15


37/108

Mientras esto es probable, las correcciones para las combinaciones de

volumen resultantes de un incremento potencial en la temperatura del mercurio

son muy apropiadas, esto no ha sido estudiado. Las correcciones del equipo

dependiente pueden estar en ese orden.

1.4.3.2 Correcciones para los datos de presin

Cuando la muestra est en un lugar y rodeada de mercurio, es muy

probable que se d una diferencia en la presin entre la presin de la muestra y

el centro geomtrico de la muestra debido a la cabeza hidrulica del mercurio.

Tambin existir un gradiente de presin a travs de la muestra debido a la

cabeza hidrosttica. Dependiendo de la posicin de la presin de la muestra

usada en el aparato, la siguiente correccin puede ser utilizada:

p = po+ Hg(g)(hHg) (9)

Donde po es la medida de la presin incorrecta,

Hg es la densidad

del mercurio (13,500 kg/m3), g es la aceleracin debida a la gravedad (9.806

m/seg2), y hHg es la altura de la columna de mercurio desde el centro

geomtrico de gravedad de la muestra hasta la superficie libre del mercurio o

desde el centro de gravedad hasta la superficie de presin, que de todas formas

es menor.

1.4.3.3 Valores del ngulo de contacto y la tensin de

superficie

Antes de que la Ec. (1) pueda ser utilizada, los valores de contacto y

tensin de superficie deben ser seleccionados. El cambio de ngulo de contacto

tiene un efecto sobre la curva alterndola de forma horizontal.

16


38/108


39/108

En el concreto existen no slo una forma del poro, sino que muchas

formas de poros, entonces cul factor es el que debe utilizarse?, la mayora de

los investigadores usan una ecuacin basada en una seccin circular

transversal, en donde el factor de la seccin es 4.0. Considerando que el

sistema de poros de materiales basados en cemento es complejo, aparecen

poros de seccin transversal irregular, entonces, un valor de forma de poro

intermedio, tal como 3.0 puede resultar de mayor exactitud. Como con la

seleccin del ngulo del contacto y de la tensin de superficie, las diferencias

en factor de forma tienen el efecto de cambiar de lugar de la derecha a la

izquierda la distribucin de tamao del poro.

Tabla II. Factores de forma para uso en la Ec. (10)

Seccin perpendicular del poro Valor de

Circular 4.00

1.5:1 Elptico 3.37

2:1 Elptico 3.08

4:1 Elptico 2.73

8:1Elptico 2.56

16:1 Elptico 2.56

Abertura (paredesparalelas)

2.00


18


40/108


41/108

Para un valor de dado, el segundo trmino es constante

(aproximadamente 690 picmetros para = 130). Mientras, la correccin

disminuye el tamao del poro calculado en un 10% para presiones menores de

aproximadamente 110 MPa, para experimentos con presiones ms altas

correcciones en el orden del 30% pueden ser obtenidas.

1.5 Modelos para la distribucin del tamao del poro en cementos

A pesar de la variedad de limitaciones, previamente discutidas, la

intrusin de mercurio ha llegado a ser considerada como un medio normal por

el que la estructura del poro de pastas de cemento se examina. Se relaciona la

presin a que el mercurio fluir en un poro con el tamao de ese poro. As, se

determina el volumen de mercurio retenido en funcin de la presin necesaria

para la intrusin. Mientras los datos de este tipo son tiles comparando las

distribuciones del poro-tamao relativas en varias pastas de cemento, el

anlisis extenso exige extraer descriptores de estas distribuciones del poro-

tamao. Tales descriptores pueden entonces utilizarse en expresiones de la

permeabilidad.

El mtodo ms comn de analizar los datos de porosidad es determinar

un tamao del poro promediado. Este es el acercamiento ms real. Sin

embargo, desde el punto de vista de esos procesos que afectan la porosidad de

cemento, no puede ser mejor el acercamiento, Ms bien, debe definirse la

naturaleza de las distribuciones del poro-tamao en condiciones que pueden

tratarse cuantitativamente. Esto hace ms fcil describir los tamaos de poros

usando una funcin. La forma general de una funcin que puede usarse para

describir una distribucin del poro-tamao acumulativa es:

20


42/108

=>r

drrVrRP ;)()( P(0)=1 (13)

Donde P(R>r) es la probabilidad que un poro tendr un radio ms

grande que r, es decir, la distribucin de poro-tamao acumulado, y V(r)dres

la fraccin de volumen de espacio del poro cuyos radios estn entre ry r+dr.

La probabilidad que un poro tendr un radio ms grande de cero es la unidad.

Poco parece haber sido hecho por lo que se refiere a funciones de la

distribucin en vas de desarrollo que describe la porosidad de pastas de

cemento. Una investigacin que aporta mucho en cuanto a este tema fue

presentada por Diamond y Dolch6. En esta investigacin se inform que la

distribucin en los tamaos de los poros en una pasta de cemento endurecida

pudiera describirse por una funcin de la distribucin registro-normal. Los datos

de esta investigacin se obtuvieron por el porosmetro de intrusin de mercurio.

Dianond7 tambin midi las variaciones en las distribuciones del poro-

tamao con las temperaturas de 6 a 40C. Observ que esas distribuciones delporo-tamao eran inicialmente ms toscas en pastas curadas a temperaturas

elevadas pero que las diferencias se pusieron despreciables despus de

aproximadamente un mes de curada la pasta. En el acuerdo con trabajo ms

temprano, Diamond observ tambin que la distribucin en la porosidad puede

tratarse como registro-normal. En las tcnicas estadsticas robustas usando el

Shi et al, se observ que es posible describir las distribuciones en el tamao del

poro en la pasta de cemento y morteros en trminos de una combinacin lineal

de distribuciones de registro-normal. Las ecuaciones usadas para describir la

distribucin de la porosidad tienen la siguiente forma:

= ),p(r,fp(r) iii ; = 1.0fi (14)

21


43/108

Donde p(r)es la funcin probabilidad densidad, fi el factor de peso de

lai-sima subdistribucin de registro-normal, y i y i son el parmetro de

localizacin y parmetro de la forma en el subdistribucin del i-simo registro-

normal p(r, i,, i), respectivamente. Como en los beneficios de la hidratacin,

los parmetros de la situacin cambian significativamente, mientras los pesos

relativos de la subdistribucin y el cambio de parmetro son de forma

relativamente pequea. Esta distribucin es muy importante porque es posible

describir la variacin en la distribucin de porosidad como una funcin de la

relacin agua-cemento y como una funcin del tiempo de curado en trminos de

la variacin de parmetros que tienen la importancia estadstica directa. Estos

parmetros pueden incorporarse, a su vez, en las relaciones de estructura-

permeabilidad del poro.

1.6 Modelos para la permeabilidad del cemento y concreto

Debido a que los poros se comunican entre s, los fluidos corren entre el

cemento y el concreto a travs de los poros comunicados, y esto se da a travs

de la permeabilidad tanto de cementos como del concreto, es por ello que es

necesario considerar modelos de permeabilidad, de los cuales se describen

algunos a continuacin.

1.6.1 Modelos empricos

En general, la permeabilidad es una medida de la facilidad con que

pasan los fluidos a travs de un cuerpo poroso, a continuacin se describen

algunos de los mtodos usados para determinar la permeabilidad (no obstante

existen muchos ms mtodos basados en otras teoras). La expresin ms

usada que describe la permeabilidad k, es la ley de Darcy:

22


44/108

[ )/(/ dzdhgAQ ]=k (15)

Donde Q es el volumen de fluido descargado por unidad de tiempo a

travs del rea de seccin perpendicular "A", es la viscosidad del fluido,

es la densidad del fluido. g la aceleracin de la gravedad, y dh/dz el

gradiente hidrulico en la direccin del flujo, z.

Otro modelo simple es el de Poiseuville. La ley de Poiseuville indica que

el volumen que atraviesa un tubo capilar de dimetro r es:

dldP/8/ 4r-Q= (16)

Donde es la viscosidad del fluido y dP/dl es el gradiente de presin

que causa el flujo a lo largo de un tubo de longitud l. Los dos modelos

anteriores simples pueden combinarse para desarrollar una expresin para la

permeabilidad. Asumiendo que la porosidad en una seccin perpendicular a

travs de un material con el fragmento de porosidad total son el resultado de

las interacciones de poros que tienen dimetros diferentes ri, el trmino A en

la ley de Darcy puede expresarse como S/. S es el rea de la seccin del

poro. En este caso, el flujo de volumen total puede expresarse en ambas leyes,

ley de Darcy y ley de Poiseuville as:

dldPkSQ //)/( = (Ley de Darcy) (17)

= dldPrQi /8/)(

4

(Ley de Poiseuville) (18)

(Los trminos g y resultan con la nica diferencia de unidades), y

combinando las dos ecuaciones anteriores se obtiene que:

23


45/108


46/108

En dicho modelo de red, los elementos son tubos capilares de longitud,

seccin transversal, y forma dada. El cambio de la permeabilidad con la presin

hidrosttica confinada es causado por el efecto del campo de tensin en la

forma y las caractersticas de flujos constantes de cada elemento. En un

modelo desarrollado por Dullien9, una red consiste en muchas subredes de

poros que tienen el tamao de entrada del poro ms pequeo (ver Fig. 3)

Figura 3. Elemento de una red de poros, en donde los tamaos del poro

pueden ser muy variado.

Fuente: Jan Skalny, and Sydney Mindess, Materials Science of Concrete II, p. 97

Cada subred se trata como un canal de flujo. El flujo de volumen en cada

canal es determinado por el cuadrado del dimetro de los poros en ese canal.

El volumen de flujo total es la suma de los flujos en todos los canales de flujo. El

modelo de Dullien se escribe como sigue:

96/2 >


47/108


48/108

Tambin merece la pena notar que la distribucin del poro-tamao

determinado por el anlisis de imagen representa la distribucin del tamao de

las intersecciones de poros en un plano (dos dimensiones). La tridimensional, o

verdadera distribucin de volumen de poros, debe estimarse usando los

procedimientos estereolgicos.

1.6.3 Modelos basados en la teora de la fil tracin

A finales de los aos 50s se introdujo un trmino dentro de esta rama

llamado teora de la filtracin que describe un fenmeno crtico, o conducta de

transicin de fase. Las bases para la teora de la filtracin pueden ser

consideradas en trminos de la ocupacin del sitio de un enrejado. Una primera

suposicin es que cada sitio cualquiera est ocupado o vaco basado en el

proceso completamente aleatorio que es independiente de la ocupacin de los

sitios vecinos. La probabilidad de un sitio ocupado es p y (1-P) es la

probabilidad de un sitio vaco.

Los sitios ocupados se aslan de un adyacente vaco para formar

racimos. Si la ocupacin del sitio tiende a cero, ms de los sitios ocupados se

aislarn. Si, por otro lado, la ocupacin del sitio est cerca de la unidad,

entonces casi todos los sitios ocupados se conectan entre s para formar un

racimo grande que se extiende de un lado al otro del enrejado.

27


49/108


50/108

Figura 4. Elemento de una red de poros, en donde los tamaos de los poros

pueden ser muy variados.

Fuente: Jan Skalny, and Sydney Mindess, Materials Science of Concrete II, p. 100

Entre la filtracin del sitio y la filtracin del enlace hay un tipo de filtracin

llamado sitio-enlace de filtracin. Los sitios del enrejado no son largamente

ocupados al igual que la filtracin en el enlace. En el sitio-enlace de filtracin,

p es la probabilidad que haya una atadura entre los sitios vecinos. Un racimo

es entonces un grupo de sitios ocupados vecinos conectados por enlaces. El

umbral (mxima) en enlace de la filtracin disminuye de la unidad, cuando la

porcin de sitios ocupados iguala el umbral (mxima) de la filtracin del sitio, al

umbral (mxima) en enlace normal de la filtracin, cuando la fraccin de sitios

ocupados es la unidad.

Este tipo de filtracin parece representar lo ms de cerca posible la

naturaleza del lquido que atraviesa los materiales porosos. La fraccin de sitios

ocupados es equivalente a la porosidad, los enlaces representan los canales

que conectan poros y un racimo representa los poros de la trayectoria infinita.

Los canales pueden consistir en entradas y grietas del poro.

29


51/108

En la teora de la filtracin, P se define como la fuerza de la red infinita.

La fuerza P, es la probabilidad de la filtracin que un sitio pertenece a la

trayectoria infinita. Es realmente la fraccin del nmero total de los sitios del

enrejado que estn en una red infinita. Una expresin de la ley de la energa

puede ser escrita as:

tcppP )( = (21)

Si p se acerca a pc de donde anteriormente p es la concentracin del

sitio o de enlaces ocupados, y pc es la concentracin crtica. Las

caractersticas del transporte son proporcionales a (p-pc), donde es el

exponente de transporte. Sin embargo, t usualmente difiere de porque P

cuenta para la columna principal y los callejones sin salida. Los callejones sin

salida contribuyen a la masa de la red infinita pero no transportan

caractersticas. Sin embargo, los callejones sin salida encierran el lquido.

Desde el punto de vista del flujo en materiales porosos, una red infinita

consiste en dos porciones: columna principal y callejones sin salida. El lquido

atraviesa un material poroso a lo largo de las columnas principales y se encierra

en callejones sin salida. La medida de la permeabilidad trata generalmente

solamente del flujo que atraviesa; sin embargo, el lquido encerrado puede

afectar perceptiblemente caractersticas, tales como la resistencia hielo-

deshielo del concreto. Es necesario considerar fenmenos asociados al flujo de

columnas principales y callejones sin salida. La simulacin de computadora se

puede utilizar para distinguir callejones sin salida de las columnas principales y

para calcular fracciones de las columnas principales y de callejones sin salida

con respecto a la red infinita; con los estudios numricos se pueden cuantificar

las columnas principales.

30


52/108

Varios de los modelos descritos previamente se pueden considerar en

trminos de los conceptos de filtracin. La teora de la filtracin y la ley de

Archie10utilizan una ley de energa para describir el fenmeno crtico. As, la ley

de Archie se puede mirar como caso especial en el cual la mnima filtracin sea

cero. Para los materiales densos todava permeables, el mnimo de filtracin

puede acercarse a un valor muy bajo. Por ejemplo, la sal de la roca tiene una

porosidad de solamente 0.6% pero una permeabilidad de darcy de 7.9*10-6.

Dullien observ que la permeabilidad de la piedra arenisca al mercurio

depende del grado del poro que se prellena por el mercurio. Es decir, los poros

de un tamao dado que fueron llenados previamente de mercurio contribuyeron

a la permeabilidad mientras que los que no fueron llenados no contribuyeron al

flujo a granel.

Dullien concluy que en una saturacin baja de mercurio debe haber

canales continuos del flujo en el medio. En la saturacin baja, solamente los

poros de entrada ms grandes son penetrados por el mercurio. Es decir, que

estos canales de flujo consisten solamente en poros con las entradas grandes

que pueden estorbarse por el mercurio. Sin embargo, si la saturacin se reduce

a un nivel muy bajo, no se registra ninguna permeabilidad. Esta saturacin baja

se debe relacionar con el mnimo de la filtracin. As, el modelo de Dullien y otro

modelo estadstico desarrollado por Juang (no descrito en este trabajo) puede

considerarse como los modelos de transicin entre los modelos no filtrados-

basados y los modelos filtrados-basados.

31


53/108

32


54/108


55/108

La compresin del concreto es muchas veces mayor que otros tipos de

resistencia y la mayora de los elementos de concreto estn diseados para

aprovechar la mayor resistencia a la compresin del material. Aunque en la

prctica la mayor parte del concreto es sometido simultneamente a una

combinacin de esfuerzos de compresin, tensin y cortante en dos o ms

direcciones. Las pruebas a compresin uniaxial son las ms fciles de realizar

en el laboratorio y la resistencia del concreto a la compresin a edad de 28 das

es determinada por una prueba estndar uniaxial a la compresin, y se acepta

universalmente como un ndice general de la resistencia del concreto.

Aunque la relacin agua/cemento es importante para determinar la

porosidad tanto de la matriz como de la zona de transicin, y por lo tanto la

resistencia del concreto, factores tales como la compactacin y las condiciones

de curado (grado de hidratacin del cemento), el tamao del agregado y sus

caractersticas minerales, los aditivos, la geometra de los especmenes, la

condicin de humedad, el tipo de esfuerzo y la velocidad de aplicacin de la

carga pueden tener tambin un efecto importante en la resistencia.

2.2 Relacin entre resistencia y porosidad

Existe una relacin muy importante entre la porosidad (la parte de

huecos en el volumen) y la resistencia. Por consecuencia, en materiales de

mltiples fases como el concreto, la porosidad de la estructura de cada uno de

los componentes que unificndolos produce la porosidad del concreto son un

lmite a la resistencia.

34


56/108

Los agregados naturales son generalmente densos y resistentes; por lo

tanto, la porosidad de la matriz de la pasta de cemento as como la de la zona

de transicin entre la matriz y el agregado grueso, son las que generalmente

determinan las caractersticas de resistencia del concreto de peso normal.

2.2.1 Cmo se relacionan la resistencia y la porosidad?

En general, existe una relacin inversa fundamentalmente entre la

porosidad y la resistencia de los slidos que para los materiales homogneos

simples puede expresarse de la siguiente forma:

kpeSS =0

(22)

En donde S es la resistencia del material que tiene una porosidad dada

p; S0 es la resistencia intrnseca a porosidad cero; y k es una constante.

Para muchos materiales, la relacin S/S0 graficada contra la porosidad, sigue

la misma curva descrita a continuacin:

35


57/108

Figura 5. Relacin porosidad-resistencia en cementos curados de varias

formas

Fuente: P. Kumar Mehta, Paulo J.M. Monteiro, CONCRETO, Estructura, propiedades y

materiales, p. 34

Powers11encontr que la resistencia a la compresin a los 28 das fc,

de tres mezclas de morteros diferentes, estaba relacionada con la relacin

gel/espacio, o con la relacin entre la hidratacin de los productos slidos en el

sistema y el espacio total:

3axfc = (23)

En donde a es la resistencia intrnseca del material a porosidad cero p

y x la relacin slido/espacio o la cantidad de fraccin de slidos en el

sistema, que es por lo tanto igual a (1-p). Los datos que Powers encontr se

muestran en la siguiente figura, y confirman lo planteado en la figura 5:

36


58/108

Figura 6. Morteros de cemento portland con diferentes proporciones de

mezcla.


materiales, p. 34.

Mientras que en la pasta endurecida de cemento o mortero, la porosidad

puede relacionarse con la resistencia, en el concreto la situacin no es tan

simple. La presencia de microgrietas en la zona de transicin entre el agregado

grueso y la matriz de la pasta de cemento hace al concreto un material

demasiado complejo para predecir su resistencia por medio de relaciones

precisas resistencia-porosidad. La validez en general de la relacin resistencia-

porosidad, sin embargo, debe respetarse porque las porosidades de las fases

componentes del concreto, incluyendo la zona de transicin, se convierten sin

duda en una limitacin a la resistencia.

Con un concreto que contena agregados convencionales de baja

porosidad o alta resistencia, la resistencia del material ser regida tanto por laresistencia de la matriz de la pasta de cemento como por la resistencia de la

zona de transicin. Generalmente a edades tempranas, la zona de transicin es

ms dbil que la matriz, pero a edades posteriores, lo opuesto parece ser el

caso dado.

37


59/108

2.3 Efectos de la porosidad en la resistencia a la compresin

La respuesta del concreto al esfuerzo aplicado depende no solamente

del tipo de esfuerzo, sino tambin de cmo una combinacin de varios factores

afecta la porosidad de los distintos componentes estructurales del concreto. Los

factores incluyen las propiedades y las proporciones de los materiales que

constituyen la mezcla del concreto, el grado de compactacin y las condiciones

del curado. Desde el punto de vista de la resistencia, la relacin entre la

relacin agua/cemento y la porosidad es indudablemente el factor ms

importante, porque independientemente de otros factores afecta la porosidad de

ambos, la matriz de la pasta de cemento y de la zona de transicin entre la

matriz y el agregado grueso.

La determinacin directa de la porosidad de los componentes

estructurales individuales del concreto: la matriz y la zona de transicin es

imprctica, y por lo tanto, no se pueden desarrollar modelos precisos para

predecir la resistencia del concreto. Sin embargo, en los ltimos tiempos se han

encontrado muchas relaciones empricas tiles, que en forma prctica

proporcionan informacin indirecta pero suficiente acerca de la influencia de

numerosos factores en la resistencia a la compresin (siendo la resistencia a la

compresin ampliamente usada como un ndice de todos los otros tipos de

resistencia). Aunque la respuesta real del concreto al esfuerzo aplicado es un

resultado de complejas interacciones entre varios factores, para simplificar y

entender estos factores, se clasifican separadamente bajo tres categoras:

Materiales, caractersticas y proporciones

Condiciones de curado

Parmetros de prueba

38


60/108


61/108

Figura 7. Forma tpica de falla del concreto a compresin.


materiales, p. 35.

40


62/108

3. EFECTOS DE LA POROSIDAD EN LA DURABILIDAD DEL

CONCRETO

3.1 Qu es la durabilidad del concreto?

Segn el comit ACI 201, la durabilidad del concreto de cemento portland

se define como su capacidad para resistir a la accin del tiempo los ataques

qumicos, la abrasin o cualquier otro proceso de deterioro; es decir, que el

concreto durable retendr su forma original, su calidad y su servicio cuando se

exponga a su medio ambiente. Ningn material es intrnsecamente durable;

como resultado de interacciones ambientales, la microestructura y

consecuentemente las propiedades del concreto, cambian con el tiempo.

No obstante, hasta hace muy poco tiempo, los desarrollos en tecnologa

del cemento y del concreto se concentraban en alcanzar resistencias ms yms altas, pues haba una suposicin de que el concreto resistente era

concreto durable, las nicas consideraciones especiales eran los efectos de la

alteracin de congelacin y deshielo y algunas formas de ataque qumico.

Ahora se sabe que, para muchas condiciones de exposicin de las estructuras

de concreto, ambas propiedades, resistencia y durabilidad, se han de

considerar explcitamente en la etapa del diseo.

El agua generalmente involucrada en cada forma de deterioro y en los

slidos porosos y la permeabilidad del material al agua, generalmente

determinan la velocidad del deterioro.

41


63/108


64/108

Sin embargo, tambin es importante para el concreto el hecho de que

cualquier movimiento de fluidos ha de seguir una trayectoria ms larga y ms

tortuosa por la presencia del agregado, el que tambin reduce el rea efectiva

para el flujo. As, permanece incierta la importancia de la zona de interface con

respecto a la permeabilidad. An ms generalmente se ha de admitir que la

relacin entre la permeabilidad y la estructura de poros de la pasta de cemento

endurecido es, en el mejor de los casos, cualitativa.

Los poros importantes para la permeabilidad son aquellos con un

dimetro de al menos 120 160 nm. Estos poros han de ser continuos. Losporos que no son efectivos con respecto a flujo, esto es, respecto a

permeabilidad, incluyen, adems de los poros discontinuos, aquellos que

contienen agua absorbida y aquellos que tienen una entrada angosta, aun si los

poros mismos son grandes.

El agregado tambin puede contener poros, pero stos suelen ser

discontinuos. Adems, las partculas de agregado son envueltas por la pasta de

cemento de tal manera que los poros del agregado no contribuyen a la

permeabilidad del concreto. Lo mismo se aplica a vacos de aire discretos, tales

como burbujas de aire arrastradas. Adems, el concreto contiene vacos a

causa de la compactacin incompleta o del agua de sangrado atrapada. Estos

vacos pueden ocupar entre una fraccin del 1% y 10% del volumen del

concreto; la ltima cifra representa un concreto altamente segregado de

resistencia muy baja.

43


65/108

3.3 Transporte de fluidos en el concreto

Hay tres fluidos importantes que pueden entrar en el concreto: agua,

pura o que lleva iones agresivos, dixido de carbono y oxgeno. Ellos se pueden

mover a travs del concreto de diferentes maneras, pero todo el transporte

depende de la pasta de cemento hidratado. La durabilidad del concreto

depende principalmente de la facilidad con la cual los fluidos, tanto lquidos

como gasesos, pueden entrar en el concreto y moverse a travs de l; a esto se

le llama comnmente permeabilidad del concreto. La permeabilidad se refiere al

flujo a travs de un medio poroso, ahora, el movimiento de los fluidos a travsdel concreto sucede no solamente por el flujo a travs del sistema poroso, sino

tambin por difusin y por absorcin o adsorcin.

3.4 Relacin entre porosidad y permeabilidad

Por causa de la existencia de poros de diferentes clases, de los cuales

algunos contribuyen a la permeabilidad y otros no, es importante distinguir entre

porosidad y permeabilidad. La porosidad es una medida de la proporcin del

volumen total del concreto ocupado por poros, y se acostumbra expresar en

porcentaje. Si la porosidad es alta y los poros estn interconectados, stos

contribuyen al transporte de los fluidos a travs del concreto, de manera que su

permeabilidad es tambin alta. Por otro lado, si los poros son discontinuos o

inefectivos de otra manera con respecto al transporte, entonces la

permeabilidad del concreto es baja, aun si su porosidad es alta.

Una indicacin de la porosidad se puede obtener por la medicin de la

absorcin del concreto. La absorcin es el resultado del movimiento capilar en

los poros del concreto que estn abiertos al medio ambiente.

44


66/108

3.5 Absorc in del concreto

El volumen de espacio de poros en el concreto, a diferencia de la

facilidad con la cual un fluido puede penetrarlo, se mide por la absorcin. Se

acostumbra medir la absorcin secando un espcimen hasta una masa

constante, sumergindolo en el agua y midiendo el aumento de masa como un

porcentaje de la masa seca. Se pueden emplear varios procedimientos, con los

cuales variarn los valores. Una razn para esta variacin en los valores de

absorcin es que, en un extremo, el secado a temperatura ordinaria puede ser

ineficaz para remover toda el agua; por el otro lado, el secado a altastemperaturas puede remover algo del agua combinada. Por lo tanto, la

absorcin no se puede utilizar como una medida de la cantidad del concreto,

pero casi todos los concretos buenos tienen una absorcin debajo del 10% por

masa; si se va a calcular el volumen ocupado por el agua, se necesita tomar en

cuenta la diferencia en el peso especfico del agua y del concreto.

La norma ASTM C 642-97 prescribe una prueba de absorcin en varias

porciones pequeas de concreto, se emplea el secado de 100 a 110C y la

inmersin en agua a 21C por lo menos durante 48 horas. Adems, otra prueba

similar a esa es la BS 1881: parte 122: 1983.

3.5.1 Pruebas de absorcin superfic iales

Para propsitos prcticos, lo que presenta mayores intereses es la

caracterstica de absorcin de la zona exterior del concreto (la cual ofrece

proteccin al acero de refuerzo). Por esa razn, se han desarrollado pruebas

que miden la absorcin superficial.

45


67/108

Una prueba para determinar la absorcin superficial inicial est descrita

en la norma BS 1881: parte 5:1970. En esencia, la rapidez de absorcin del

agua por la zona superficial del concreto se determina durante un perodo

prescrito (que vara entre 10 minutos y 1 hora), bajo una carga de 200 mm de

agua. Esta carga es slo ligeramente mayor que la que sera causada por una

lluvia vigorosa. La rapidez de absorcin superficial inicial se expresa en

milmetros por metro cuadrado por segundo.

La absorcin inicial despus de 10 minutos que sea mayor a 0.50 ml/m2

por segundo se considerara alta, y la que sea menor a 0.25 ml/m2por segundo,baja. Los valores correspondientes despus de 2 horas son, respectivamente,

mayores de 0.15 ml/m2por segundo y menores de 0.07 ml/m2por segundo.

Una deficiencia de la prueba de absorcin superficial inicial es que el flujo

de agua a travs del concreto no es unidireccional. Existen varias pruebas

modificadas para solucionar este problema, pero ninguna a sido normalizada.

Los resultados de la prueba de absorcin superficial inicial no se pueden

interpretar con prontitud, a menos que el concreto haya estado acondicionado

para un estado higromtrico conocido antes de las pruebas. Este requerimiento

no se puede satisfacer en el concreto en el sitio mismo. En consecuencia, un

valor bajo de la absorcin superficial inicial se puede deber, o bien a las

caractersticas inherentes de baja absorcin del concreto probado, o bien al

hecho de que los poros del concreto de calidad pobre ya estn llenos de agua.

46


68/108


69/108

Como ya se dijo, la permeabilidad del concreto no es una funcin sencilla

de la porosidad del concreto, sino que tambin depende del tamao,

distribucin, forma, tortuosidad y continuidad de los poros. As, a pesar que el

gel de cemento tiene una porosidad del 28% y su permeabilidad es de casi

7*10-6 m/s, esto se debe a la textura extremadamente fina de la pasta de

cemento endurecido: los poros y las partculas slidas son muy pequeos y

numerosos, mientras que, en las piedras, los poros, aunque menores en

nmero, son mucho ms grandes y conducen a una permeabilidad ms alta.

Por la misma razn, el agua puede fluir ms fcilmente a travs de losporos capilares que a travs de los muchos ms pequeos poros del gel: la

pasta de cemento es como un todo de 20 a 100 veces ms permeable que el

gel mismo. La permeabilidad de la pasta de cemento endurecido est

controlada por su porosidad capilar. La relacin entre estas dos cantidades se

muestra en la figura 8. Por comparacin, la tabla III presenta una lista de la

relacin agua/cemento de pastas que tienen la misma permeabilidad que

algunas rocas comunes.

48


70/108

Figura 8. Relacin entre la permeabilidad y porosidad capilar de la pasta de

cemento.

Fuente: A. M. Neville, Tecnologa del Concreto, p. 343.

Tabla III. Comparacin entre permeabilidades de rocas y pastas de cemento

Tipo de roca Coeficiente de

permeabilidad (m/s)

Relacin agua/cemento de

pasta madura de la misma

permeabilidad

Roca trapeana 2.47*10-14 0.38

Diorita de cuarzo 8.24*10-14 0.42

Mrmol 2.39*10-13 0.48

Mrmol 5.77*10-12 0.66

Granito 5.35*10-11 0.70

Arenisca 1.23*10-10

0.71Granito 1.56*10-10 0.71


49


71/108


72/108

Tabla IV. Reduccin de permeabilidad de la pasta de cemento (relacin

agua/cemento = 0.7) con el desarrollo de la hidratacin.

Edad (das) Coeficiente de permeabilidad, K, m/s

Fresco 2*10-6

5 4*10-10

6 1*10-10

8 4*10-11

13 5*10-12

24 1*10-12

ltima 6*10-13(calculado)

Fuente: A. M. Neville, Tecnologa del Concreto, p. 344

Para pastas de cemento hidratadas al mismo grado, la permeabilidad es

tanto menor cuanto ms alto es el contenido de cemento en la pasta, es decir

cuanto ms baja es la relacin agua/cemento. La figura 9 muestra valores

obtenidos para pastas en las cuales el 93% del cemento se ha hidratado.

51


73/108

Figura 9. Relacin entre permeabilidad y relacin agua/cemento para pastas de

cemento maduras (93% de cemento hidratado)


La pendiente de la lnea es considerablemente inferior para pastas con

relaciones agua/cemento debajo de aproximadamente 0.6, es decir, pastas en

las cuales algunos poros capilares se han vuelto segmentados. De la figura 9 sepuede ver que una reduccin en la relacin agua/cemento desde, digamos, 0.7,

hasta 0.3 reduce el coeficiente de permeabilidad en 3 rdenes de magnitud. La

misma reduccin ocurre con una relacin agua/cemento de 0.7 entre edades de

7 das y un ao.

En el concreto, el valor del coeficiente de permeabilidad decrece en

forma muy considerable con una disminucin en relacin agua/cemento: por

encima del rango de relaciones agua/cemento de 0.75 a 0.26, el coeficiente

decrece hasta 4 rdenes de magnitud, y por encima del rango de 0.75 a 0.45,

en 2 rdenes de magnitud. Especficamente, a una relacin agua/cemento de

0.75, el coeficiente de permeabilidad es comnmente 10-10 m/s, y esto se

considerara representativo del concreto con alta permeabilidad.

52


74/108


75/108

En trminos generales, es posible decir que cuando ms alta es la

resistencia de la pasta de cemento endurecido, tanto menor es su

permeabilidad, un estado de cosas que es de esperarse porque la resistencia

es una funcin del volumen relativo de gel en el espacio disponible para ello.

Hay una excepcin para esta aseveracin: el secado de la pasta de cemento

aumenta su permeabilidad, probablemente porque la contraccin puede romper

algo del gel entre los capilares y as abrir pasos nuevos para el agua.

La diferencia entre la pasta de cemento endurecido y el concreto que

contiene una pasta de la misma relacin agua/cemento deber ser apreciadapuesto que la permeabilidad del agregado mismo afecta el desarrollo

caracterstico del concreto. Si el agregado tiene una permeabilidad muy baja, su

presencia reduce el rea efectiva a travs de la cual puede ocurrir el flujo.

Adems, puesto que el flujo ha de circular alrededor de las partculas de

agregado, la trayectoria efectiva se vuelve considerablemente ms larga de

manera que el efecto del agregado en la reduccin de la permeabilidad puede

ser considerable. La zona de interface no parece contribuir al flujo.

Generalmente, la influencia del contenido de agregado en la mezcla es muy

pequea y, como las partculas de agregado estn envueltas con la pasta de

cemento, en el concreto compactado plenamente es la permeabilidad de la

pasta de cemento endurecido la que tiene el efecto ms grande sobre la

permeabilidad del concreto.

3.6.1 Pruebas de permeabil idad

Las pruebas en el concreto en cuanto a la permeabilidad no se han

normalizado en forma general, de manera que el coeficiente de permeabilidad

citado en diferentes publicaciones puede no ser comparable.

54


76/108

En estas pruebas, tal como se utilizan, se mide el flujo en estado

estacionario del agua a travs del concreto causado por un diferencial de

presin, y se usa la ecuacin de Darcy para calcular el coeficiente de

permeabilidad K (ver ms adelante).

Existen procedimientos para realizar estas pruebas como la US Bureau

of Reclamationen el procedimiento 4913-92 o las pruebas alemanas DIN 1048-

1991. En estas pruebas es alta la presin con la cual el agua es forzada a fluir a

travs del espcimen de concreto, y esto puede alterar el estado natural del

concreto; es tambin posible el bloqueo de algunos poros por los sedimentos.Adems, durante el avance de la prueba, puede ocurrir la hidratacin del

cemento hasta ese momento sin hidratar, de manera que el valor del coeficiente

de permeabilidad calculado decrezca con el tiempo.

El procedimiento 4913-92 del U.S. Bureau of Reclamation tiene en

cuenta una correccin para la edad del espcimen en prueba, ya que este

procedimiento es muy importante para el desarrollo caracterstico del concreto

en grandes presas. Por el otro lado, para las estructuras de concreto usuales, el

flujo de agua sujeto a una presin alta no es representativo de las condiciones

de servicio.

3.6.1.1 Coeficiente de permeabil idad

El flujo en poros capilares del concreto saturado sigue la ley de Darcy en

cuanto a flujo laminar a travs de un medio poroso:

L

hgK

Adt

dq =

1 (24)

55


77/108

En dondedt

dqes la rapidez de flujo de agua en m3/s, A es el rea de

seccin transversal de la muestra en m2, h es la cada en altura hidrulica a

travs de la muestra, medida en m, L es el espesor de la muestra en m, es

la viscosidad dinmica del fluido en Ns/r2, es la densidad del fluido en kg/m3,

y g es la aceleracin debida a la gravedad m/s2.

El coeficiente K se expresa entonces en m2 y representa la

permeabilidad intrnseca del material, independientemente del fluido

involucrado.

Puesto que el fluido involucrado es generalmente agua, se puede rescribir as:

gKK

= (25)

El coeficiente K se expresa entonces en metros por segundo y se

conoce como el coeficiente de permeabilidad del concreto, entendindose que

se refiere a agua a temperatura ambiente. La ltima calificacin surge del hecho

de que la viscosidad del agua cambia con al temperatura. As, la ecuacin de

flujo se puede escribir como:

L

hK

Adt

dq =

1 (26)

Y cuando se ha alcanzado un estado estacionario de flujodt

dq, K se

determina directamente.

56


78/108

3.6.2 Prueba de penetracin de agua

Hay un problema adicional con la prueba de permeabilidad, a saber, que

en concreto de buena calidad, no hay flujo a travs del concreto. El agua

penetra dentro del concreto hasta cierta profundidad. Valenta14ha desarrollado

una expresin para convertir la profundidad de penetracin del coeficiente de

permeabilidad K (en metros por segundo) equivalente al utilizado en la ley de

Darcy:

ht

veK

2

2

= (27)

En donde e es la profundidad de penetracin del concreto en metros,

h es la carga hidrulica en metros, t es el tiempo sujeto a prueba en

segundos y v es la fraccin del volumen de concreto ocupado por poros.

El valor de v representa poros discontinuos, tales como burbujas de

aire, que no han llegado a llenarse con agua excepto bajo presin y se puede

calcular a partir del aumento en masa del concreto durante la prueba, teniendo

en cuenta que slo debern considerarse los vacos de la parte del espcimen

en que penetra el agua. Comnmente v se halla entre 0.02 y 0.06.

La carga hidrulica se aplica por presin y comnmente vara entre 0.1 y

0.7 MPa. La profundidad de penetracin se encuentra mediante la observacin

de la superficie dividida del espcimen de prueba (estando ms oscuro el

concreto hmedo) despus de un perodo dado de tiempo. ste es el valor de

e en la expresin de Valenta que se da arriba.

57


79/108

Es tambin posible utilizar la profundidad de penetracin del agua como

una valoracin cualitativa del concreto: una profundidad de menos de 50mm

clasifica al concreto como impermeable; una profundidad de menos de 30mm,

como impermeable en condiciones agresivas.

58


80/108

4. ENSAYOS A REALIZAR

4.1 Descripcin del trabajo experimental

La parte experimental consta tanto de trabajos preliminares como el

anlisis de agregados y diseo de mezclas, hasta los trabajos principales como

el ensayo de compresin de cilindros, observacin en microscopio y el ensayo

de absorcin, estos ltimos se desarrollarn en muestras de concreto

endurecido a los 28 das y para lo cual se prepararn probetas segn los

indican las normas. Los ensayos se realizaron basndonos en las normas

americanas ASTM. Durante el desarrollo de este captulo se describirn ms a

fondo cada una de las partes del trabajo que se realizaron.

4.2 Ensayos realizados

Los ensayos realizados son:

Caracterizacin fsica de los agregados tanto grueso como fino

Diseo de mezclas

Preparacin de muestras para observacin y absorcin

Ensayo de observacin en microscopio

Ensayo de absorcin

59


81/108

4.3 Caracterizacin fsica de los agregados

Este ensayo se realiz segn la norma ASTM C 33 que describe la forma

en que se deben ensayar los agregados tanto finos como gruesos, indicando

los lmites en que se deben de encontrar los resultados para poderlos utilizar en

la elaboracin de concreto, los agregados que se utilizaron son:

Arena

Piedrn de

Piedrn de 1

4.3.1 Pruebas

Las pruebas que se practicaron a los agregados son las siguientes (se

indican cuales se practicaron a cada agregado)

Porcentaje de humedad, (finos y gruesos) Porcentaje de absorcin, (finos y gruesos)

Peso especfico, (finos y gruesos)

Pesos unitarios sueltos, (finos y gruesos)

Pesos unitarios compactados, (finos y gruesos)

Porcentaje que pasa tamiz nm. 200, (finos y gruesos)

Porcentaje de vacos, (finos y gruesos)

Mdulo de finura, (slo finos) Materia orgnica, (slo finos)

Porcentaje partculas planas y alargadas (slo gruesos)

Granulometra, (finos y gruesos)

60


82/108


83/108

4.5 Elaboracin de muestras

Se realizaron 6 cilindros por cada mezcla, de los cuales tres cilindros se

ensayaron a compresin, y el resto se usaron para realizar las pruebas de

absorcin y observacin directa en el microscopio, los cilindros se realizaron

segn la norma ASTM C 39 que indica dicho procedimiento.

Las muestras que se utilizaron para los ensayos de porosidad son las

siguientes.

Para la prueba de absorcin, se cort de los cilindros una seccin de

concreto paralela a las capas de fundicin con una altura de entre 1 a 1

que aproximadamente da el peso mnimo para este ensayo, que es 850 g.,

(segn la norma ASTM C 642-97)

En los ensayos de observacin por microscopio, tambin se cortaron

pastillas como las que se utilizarn en la prueba de absorcin, de las cuales se

cortaron secciones de aproximadamente 4 * 2 y un espesor de . Una de las

caras de mayor rea se puli para observarla en el microscopio. La forma de

pulir la seccin fue pasarla por lijas o abrasivos cada vez ms finos, empezando

con un nm. 100, luego con un nm. 200, y sucesivamente hasta un nm. 800,

para que la superficie estuviera lista y se pudiera observar en el microscopio,

(segn norma ASTM C 457-82 o la norma ASTM 856 de anlisis de agregados).

4.6 Ensayo de muestras

Los ensayos que se realizaron a los concretos diseados son los

siguientes.

62


84/108


85/108

64


86/108

5. RESULTADOS DE LOS ENSAYOS

Los resultados de los ensayos son los siguientes.

5.1 Ensayos de agregados

Porcentaje de humedad, se tomaron los das en que se realizaron las

mezclas y fueron los siguientes.

Tabla V. Porcentaje de humedad de los agregados

Porcentaje de humedad

Da 1 Da 2

Arena 6.81 7.27

Piedrn 4.17 3.01

Piedrn 1" 1.29 2.63

El resumen de los resultados restantes practicados a los agregados se

muestran en la siguiente tabla:

65


87/108

Tabla VI. Resultados de los anlisis de agregados

Arena

Piedrn

Piedrn 1"

Porcentaje absorcin 0.81 1.01 1.21

Peso especfico (kg/m3) 2.7 2.67 2.7

Pesos unitarios sueltos (kg/m3) 1241 1410 1432

Pesos unitarios compactados (kg/m3) 1580 1585 1564

Porcentaje pasa tamiz nm. 200 2 2 0.83

Porcentaje de vacos 41.5 40.64 42.07

Mdulo de finura 2.61 *** ***

Materia orgnica 1 *** ***

Porcentaje de partculas planas y

alargadas *** 4 4

5.2 Resul tados de la mezcla fresca

Tabla VII.

Porosidad Del Concreto

Documents

Transcript of Porosidad Del Concreto