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TÓPICO 1 – Patologías de las construcciones

Deterioro del hormigón por cristalización de sales

E.F. Irassar1,a, A. Di Maio2,b y O.R. Batic2,b 1 Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

B7400-JWI Olavarría, Buenos Aires – ARGENTINA 2 LEMIT – CIC, 52 entre 121 y 122 – 1900 – La Plata, Buenos Aires – ARGENTINA

a [email protected]; [email protected]

Palabras-clave: Hormigón, cristalización de sales, ataque físico, medio ambiente, adiciones

Resumen. El deterioro del hormigón en suelos salinos se debe en parte al ataque

físico y en parte al ataque químico de las sales que penetran en el hormigón. Las estructuras que se encuentras sometidas a ciclos de mojado y secado o en la zona de fluctuación de las aguas superficiales son más afectadas. Durante muchos años, el ataque por cristalización de sales fue confundido con el ataque químico. El incremento del uso de los cementos con altos contenido de adiciones y el avance de la salinización de suelos por riego, requiere no omitir este problema en la evaluación de las patologías estructurales.

En este trabajo se presenta un estudio de campo de diferentes

hormigones expuestos en suelo salino durante 15 años. Los hormigones (a/mc = 0,52; CUC = 300 kg/m3) contienen un cemento portland normal y distintas proporciones de ceniza volante, puzolana natural o escoria. El deterioro fue evaluado periódicamente determinando el aspecto visual, variación del peso y velocidad ultrasónica. La conjunción de las propiedades del hormigón, los mecanismos de transporte (capilaridad) y las condiciones ambientales, conducen a que la cristalización de sales produzca una mayor extensión del daño en los hormigones con mayor contenido de adiciones.

Introducción

El proceso de cristalización de sales es muy importante en el deterioro de rocas, ladrillos cerámicos, bloques de hormigón y estructuras de hormigón. Este fenómeno es de naturaleza puramente física, en el cual la sales cristalizan en el interior del cuerpo poroso del material, y bajo determinadas condiciones, provoca tensiones superiores a la resistencia a tracción del material, causando la microfisuración y el descascaramiento de la superficie [1,2]. La cristalización


de sales en los materiales porosos es un fenómeno complejo y varios factores influyen sobre el proceso destructivo [3]:

o La presencia de agua y/o humedad que disuelvan las sales y puedan

transportarla en la red porosa o La porosidad del material (entendida como poros interconectados, forma

de los poros y distribución del tamaño de poros, tortuosidad) que afecta el movimiento de los líquidos por penetración, capilaridad y evaporación.

o El tipo de sales presentes: aniones y cationes, concentración, fases hidratadas estables, ángulo de contacto y energía superficial

o Las condiciones ambientales de HR y temperatura que regulan la evaporación o el enfriamiento necesario para causar la sobresaturación de la solución en el cuerpo poroso

Para ejemplificar esta patología, la Fig. 1 muestra el severo deterioro

que ha sufrido una alcantarilla de hormigón ubicada en la Patagonia (Argentina). El deterioro es muy importante en la zona de contacto suelo-estructura, y decrece con la altura. El deterioro provoca una importante pérdida de masa del hormigón, se observan agregados expuestos y una reducción de la sección.

Figura 1: Deterioro de una alcantarilla en una ruta de la Patagonia Argentina (Fotografías cortesía de la Ing. Andrea Abalos)

En el cuerpo poroso, la cristalización de sales puede ocurrir en la superficie causando las típicas eflorescencias o en el interior de su masa causando la sub-eflorescencia que puede provocar un notable deterioro. En las


estructuras en contacto con el suelo conteniendo sales, el lugar donde cristaliza la sal está determinado por el balance dinámico entre la tasa de evaporación del agua en la superficie expuesta y la velocidad con la cual la solución es suplida desde el interior de la masa porosa. Cuando la tasa de evaporación es menor que la tasa de provisión de agua del material poroso, la sal cristaliza como eflorescencia en la superficie [4].

En el caso de estructuras semienterradas, el mecanismo de transporte

esencial es la succión capilar y la tasa de provisión de agua es afectada por la estructura porosa del hormigón.

La porosidad del hormigón influye en los fenómenos de transporte de la

solución salina por capilaridad y en la evaporación del agua por efusión, en la presión de cristalización y la distribución de los cristales formados en el material poroso. Las propiedades del flujo capilar en el hormigón son controladas por el tamaño de los poros y su conectividad. Los hormigones con una porosidad capilar mayor al 18 % presentan su red porosa conectada y el transporte de agua por capilaridad se incrementa tanto en su velocidad como en su capacidad. Por lo tanto, para que el transporte capilar sea intenso, lo primero que debe existir es una porosidad conectada la cual depende de la relación a/mc y el grado de hidratación del material cementante. La concentración de sal en los poros es modificada por el proceso de secado, que puede causar la sobresaturación de la solución y luego el crecimiento del cristal. En los materiales con poros pequeños (menores a 1 m), la presión de cristalización será mayor que en los materiales con grandes poros [5], y la precipitación de minerales tiende a ocurrir preferentemente en el cuerpo del material poroso generando la subeflorescencia. Ambas circunstancias aumentan el riesgo del daño y por lo tanto, reducen su la resistencia a la cristalización. En síntesis, la porosidad y sus características (tamaño de poros, conectividad, tortuosidad, morfología de los poros) son muy importantes en la contribución del daño.

Las características del ambiente agresivo cobran una vital importancia

en cuanto al aporte del agua desde el suelo (permeabilidad, régimen de lluvias, etc) y de la capacidad de secado en la superficie de la estructura (temperatura, HR, velocidad del viento, insolación). El balance entre el aporte del agua desde el hormigón y la pérdida de agua en la superficie determina el lugar de la cristalización de la sal. Mientras que para ciertos tipos de sales (sulfato y carbonato de sodio), las condiciones de temperatura o humedad relativa presentes determinan los cambios de cristalización de la sal.

La solubilidad del sulfato y la presencia de otros iones (por ejemplo Mg,

Cl-) modifican el grado de agresividad del suelo [6]. El yeso (CaSO4 tiene una solubilidad limitada (0,2 %), mientras que los sulfatos de sodio, potasio y magnesio son mucho más solubles. Las soluciones de Na2SO4 son extremadamente destructivas en el hormigón sometido a ciclos de mojado y


secado o a procesos evaporación. Para entender el proceso de deterioro por cristalización de sulfato de sodio y la influencia del medio ambiente en el mismo es esencial realizar una breve descripción del sistema Na2SO4 - H2O.

En primer lugar, el sistema presenta dos fases estables a temperatura

ambiente: la tenadrita (anhídro - Na2SO4 –V-) y la miriabillita (decahidratado - Na2SO4.10H2O). La Fig. 2 muestra las curvas de saturación y supersaturación para la tenadrita, la miriabillita y los compuestos metaestable. La tenadrita precipita directamente de la solución a temperatura mayor a 32.4 ºC. A menor temperatura, la miribillitia es la fase estable cuando está en contacto una solución saturada de sulfato de sodio y se deshidrata muy rápidamente cuando cambia la humedad relativa (HR) para formar tenadrita (Fig. 3). El rango de HR que estabiliza la miriabillita aumenta cuando disminuye la temperatura. A 20 ºC, la miriabillita se convierte poco a poco en menos estable con respecto a tenadrita cuando disminuye la HR y se produce una transición fase alrededor del 71% RH. El sistema también presenta una fase metaestable hidratada (Na2SO4.7H2O) que precipita a una temperatura inferior a la transición tenadrita- mirabillita por un enfriamiento rápido y sólo se ha observado en el laboratorio. La fase anhidra presenta al menos cinco polimorfismos, los cuales comúnmente se refieren como Na2SO4 (I, II, III, IV y V). La fase V es considera como la fase estable a temperatura ambiente (20 ºC), mientras que la fase III es metaestable en esta condición, las otros polimorfismos son de elevada temperatura [7-9].

Figura 2: Estabilidad de la tenadrita (Na2SO4 (V)) y la miriabillita

(Na2SO4.10H2O) con la concentración de sulfatos y la temperatura

Figura 3: Estabilidad de la tenadrita (Na2SO4 (V)) y la miriabillita

(Na2SO4.10H2O) con la humedad relativa y la temperatura

El mecanismo de daño fue atribuido al incremento de volumen durante la

hidratación de la tenadrita a miriabillita o la presión de hidratación debido a la imbibición de agua en la sal anhidra. En los últimos trabajos [3,9-10] se reafirma que el daño es causado por el crecimiento de cristales de miriabillita


en una solución supersaturada originada en la disolución de la tenadrita. La sobresaturación según los diagramas de equilibrios (Figs. 2 y 3) se produce cuando la solución penetra en el hormigón y se seca en condiciones que permitan la formación de tenadrita, la cual genera una rápida sobresaturación con respecto a la miriabillita cuando se moja o la temperatura es mayor a 32,4 ºC, El mismo fenómeno ocurre con los cambios de HR en el sistema durante la evaporación.

Para explicar la importancia de las distintas variables en el

comportamiento en el campo de las estructuras de hormigón, Mehta [11-12] ha propuesto utilizar un enfoque holístico. El mismo considera a la estructura de hormigón en su totalidad, tendiendo en cuenta las acciones del medio ambiente y las cargas de servicio. En el mismo se debe tener en cuenta las variaciones térmicas, higrométricas, la presencia o ausencia de agua, los procesos de microfisuración de las estructuras por carga, contracción por secado, deformaciones que influyen sobre el proceso de deterioro de los hormigones en ambientes con sulfatos.

En este trabajo se analiza el comportamiento frente a la cristalización de

sales de una serie de hormigones con adiciones minerales activas expuestos durante 15 años en un sitio experimental. En el mismo se analiza el progreso del deterioro teniendo en cuenta las características del hormigón, el medio ambiente y la exposición del mismo utilizando una interpretación holística.

Hormigones analizados en este estudio

En este programa los hormigones fueron elaborados con cemento portland normal (CPN) y cemento portland normal altamente resistente a los sulfatos (CPARS), empleándose diferentes adiciones minerales activas. En los hormigones con adiciones, el CPN fue combinado con 20 y 40 % en peso de ceniza volante Clase F (ASTM C 618), 20 y 40% de puzolana natural Clase N (ASTM C 618), y con 80 % en peso de escoria granulada de alto horno.

Las mezclas de hormigón fueron proporcionadas conteniendo 300 ±

20 kg/m3 de material cementíceo, arena natural con un módulo de finura de 2.75 y piedra partida granítica con un tamaño máximo de 25 mm. La razón a/mc fue 0.52 y el asentamiento se mantuvo en 70 ± 20 mm. La Tabla 1 resume la identificación y las principales características de los hormigones estudiados. Información más detallada de los materiales y mezclas pueden consultarse en trabajos previos [13-15].

Para cada mezcla, se moldearon probetas cilíndricas (150 x 300 mm), prismáticas (70 x 100 x 400 mm) y vigas (150 x 150 x 900 mm), las cuales fueron curadas en cámara húmeda durante 28 días.


Tabla 1a: Proporciones de los hormigones en estudio.

Materiales, kg/m3 Mezcla

Agua Cemento Adición Agregado

Fino Agregado Grueso

H1 CPN 167 314 - 703 1215 H3 20% C Volante 162 245 61 699 1209 H4 40% C Volante 158 182 121 689 1195 H5 20% Puzolana 161 246 61 702 1210 H6 40% Puzolana 159 184 123 699 1198 H7 80% Escoria 167 63 253 698 1207 H8 CPARS 163 308 - 704 1214

Tabla 1b: Principales características de los hormigones en estudio.

Mezcla Asentamient

o mm PUV, kg/m3

Aire, %

Resistencia a compresión 28 días, MPa

H1 CPN 70 2404 1.3 24.0 H3 20% C Volante 65 2378 1.4 21.9 H4 40% C Volante 50 2345 1.8 16.1 H5 20% Puzolana 60 2382 1.7 22.9 H6 40% Puzolana 70 2364 1.8 20.9 H7 80% Escoria 80 2389 1.2 18.1 H8 CPARS 75 2389 1.5 31.3

Al momento de la exposición (28 días), la resistencia a compresión de

los hormigones con adiciones es menor que la correspondiente al hormigón de referencia (H1). Posteriormente, la resistencia del hormigón con 20% de ceniza volante (H3) superó al patrón a los 90 días y para el 40% (H4) no alcanza al patrón después de un año. En los hormigones con puzolana natural (H5 y H6), la resistencia fue mayor a los 90 días para los dos porcentajes de reemplazo, mientras que el H7 tuvo una resistencia menor luego de un año de curado en agua [15]. La resistencia a compresión del hormigón H8 fue mayor desde el inicio.

Para caracterizar el hormigón se determinó la absorción, absorción

capilar y la pérdida de agua por evaporación. Las determinaciones se realizaron sobre probetas de 70 x 100 x 400 mm que permanecieron en el ambiente de laboratorio luego de curadas 28 días en agua. Absorción de agua por inmersión: Las probetas se sumergieron en agua durante 48 horas, se secaron superficialmente, se obtuvo el peso saturado superficie seca (Wsss) y se secaron en estufa a 105 ºC hasta peso constante (Wd). Luego se calculó la absorción de agua que se informa en la Fig. 4.


Absorción de agua por capilaridad: Se colocaron las probetas en forma vertical en una cubeta, apoyadas sobre varillas de vidrio, sumergidas en agua hasta 50 mm de altura de las mismas. Antes de sumergirlas se trazó una línea en centro de cada cara de la probeta para identificar la altura de ascensión capilar. La cubeta permaneció tapada para evitar la evaporación del agua absorbida. A las 48 horas se midió la altura alcanzada por el agua en cada cara de la probeta y se realizó el promedio de las cuatro mediciones. Seguidamente, las probetas fueron pesadas para establecer el porcentaje de agua absorbida por capilaridad. Los resultados de ambas determinaciones de absorción se indican en la Fig. 4. Pérdida de agua por evaporación: fue determinada hasta los 90 días durante el ensayo de contracción por secado del hormigón sobre probetas prismáticas expuestas luego de 28 días de curado en agua a un ambiente de 20 ºC y 50 % de HR. Los resultados se indican en la Fig. 5.

0%

1%

2%

3%

4%

5%

H1-C

PN

H3-2

0C

V

H4-4

0C

V

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0P

N

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0P

N

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0E

H8-C

PA

RS

Ab

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%

0

5

10

15

20

25

30

35

Alt

ura

ca

pil

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cm

Absorcion

Absorcion capilar

Altura capilar

-200

-150

-100

-50

0

0 14 28 42 56

Edad, dias

Pe

rdid

a d

e p

es

o,

gra

mo

s

H1 - CPN H3 - 20CV

H4 - 40CV H5 - 20PN

H6 - 40PN H7 - 80E

H8 - CPARS

Figura 4: Absorción y ascensión capilar de los hormigones en estudio

Figura 5: Pérdida de agua de los hormigones expuestos a un ambiente

de 20 ºC y 50 % HR

Ambiente de exposición

Las probetas cilíndricas y las vigas fueron enterradas hasta la mitad de su altura en el campo experimental. En el laboratorio se almacenaron testigos de control para cada mezcla y tipo de probeta. El suelo fue clasificado como una arena limosa y contiene aproximadamente 1 % en peso de sulfato de sodio. Este ambiente es clasificado como muy agresivo, recomendándose un hormigón de baja relación a/c (< 0,40) y cemento ARS más puzolanas [6].

El sitio experimental está ubicado en la zona de la cuidad de La Plata (Argentina), la cual presenta un clima templado húmedo. La variación de la temperatura máxima, media y mínima mensual se informa en la Fig. 6a. En verano la temperatura máxima media mensual es cercana a los 30 ºC y en


invierno la temperatura mínima media mensual cercana a los 5 ºC. Los datos extremos corresponden a una máxima de 43 ºC y una mínima -5,7 ºC. La diferencia entre la temperatura media máxima y mínima mensual varia entre 9 y 12 ºC durante los distintos meses del año. La humedad relativa media anual es de 77 %, variando entre 70% en verano (enero) a 85 %, en invierno (julio).

En todas las estaciones del año, la temperatura y la humedad relativa

varía considerablemente entre la noche y el día (Fig. 6b). La marcha diaria de la humedad relativa es, normalmente, inversa a la de la temperatura. Durante el día, al aumentar la temperatura, la humedad relativa disminuye, mientras que hacia la noche ocurre un fenómeno inverso.

La precipitación media anual es 1040 mm con una distribución estacional de lluvias bastante regular, aunque se produce una disminución apreciable en invierno.

0

10

20

30

40

En

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Fe

b

Mar

Abr

May

Ju

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Ju

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Ago

Se

p

Oct

Nov

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Te

mp

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, ºC

0

20

40

60

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d r

ela

tiv

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%

HRTm minTm Tm max

10

15

20

25

30

35

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Hora del día

Te

mp

era

tura

, ºC

20

40

60

80

100

Hu

me

da

d r

ela

tiv

a,

%

Temperatura

Humedad relativa

a) b)

Figura 6: a) Temperatura y humedad media mensual en La Plata. b) Variación diaria típica de la temperatura y HR en el mes de marzo.

Evaluación del deterioro

Las probetas fueron inspeccionadas cada seis meses durante los primeros dos años y luego a los 3, 4, 5, 7, 10, y 15 años de exposición. Durante cada inspección, los cilindros se pesaron, determinándose la pérdida de peso como la diferencia con el peso inicial. Debido a la particularidad que presenta este ataque, se evaluó el aspecto visual de la parte superior e inferior de cada probeta semienterrada y se fotografió una probeta que presenta un aspecto visual medio por serie (Fig. 7). Para la evaluación del aspecto visual se utilizó la escala visual basada en la cantidad de agregados expuestos que ha sido presentada anteriormente [13]. En las vigas se evaluó la altura del deterioro como el promedio de la medición en las caras laterales desde el nivel del suelo que presentan agregados expuestos.


Figura 7: Aspecto visual de la probetas cilíndricas


En las probetas cilíndricas y vigas se midió la velocidad ultrasónica para

lo cual se determino el tiempo de pasaje de la onda ultrasónica a través de la mayor dimensión de la probeta (ASTM C-597). El tiempo de pasaje fue medido en el centro de la probeta con un equipo portátil de 54 kHz de frecuencia y precisión de medición 0.1 s. Los resultados se muestran en las Fig. 8.

4,20

4,30

4,40

4,50

4,60

4,70

4,80

4,90

5,00

0 5 10 15 20

Edad, años

Velo

cid

ad

Ult

raso

nic

a, km

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H1

H8

H3

H4

H5

H6

H7

4,40

4,60

4,80

5,00

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0 5 10 15 20

Edad, años

Velo

cid

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ult

aso

nic

a (

Vm

), k

m/s

H1

H3

H4

H5

H6

H7

H8

a) b) Figura 8:.Evolución de la velocidad media ultrasónica : (a) probetas cilíndricas y

(b ) vigas semienterradas

Discusión de los resultados

Propiedades de los hormigones:

En este estudio, los hormigones tienen la misma relación a/mc, la porosidad al momento de la exposición está vinculada al progreso de las reacciones de hidratación y los procesos de refinamiento de poros que dichas reacciones producen en los cementos con adiciones [16].

En cuanto a la absorción de agua medida en forma tradicional, los hormigones con ceniza volante (H3 y H4) o puzolana natural (H5 y H6) tienen una absorción menor con respecto al hormigón de referencia, mientras que el hormigón con 80% de escoria tiene una absorción similar al H1. La menor absorción corresponde al hormigón de cemento ARS (H8). En cambio para la absorción de agua obtenida por capilaridad, los cementos con ceniza volante (3 y H4) presentan un valor similar al hormigón de cemento portland normal (H1) o ARS (H8), mientras que para el hormigón con escoria, dicho valor es mucho mayor. Para los hormigones con puzolana natural (H5 y H6), el porcentaje de agua absorbida por capilaridad descendió significativamente al igual que la absorción total.


La altura de ascensión capilar en las probetas fue mucho mayor para los hormigones con adiciones. En el hormigón H7 llegó a 206 mm sobre el nivel del agua, en el hormigón con 40 y 20 % de ceniza volante la altura de ascensión capilar fue de 113 y 93 mm, respectivamente. Mientras que los hormigones con puzolana natural tuvieron una altura de ascensión capilar del mismo orden (87 y 104 mm para el 20 y 40% de reemplazo) a pesar de presentar una menor capacidad de absorción de agua por capilaridad. Los hormigones con cemento portland (H1 y H8), la ascensión fue menor a 90 mm. Esta indicación muestra que los hormigones con adiciones, para la razón a/mc usada, presentan una mayor altura de ascensión capilar debido a los procesos de refinamiento de poros que magnifica este fenómeno de transporte.

En el mismo sentido, los hormigones con ceniza volante y escoria presentaron una mayor pérdida de agua durante el proceso de secado en ambientes de 50% de HR. El hormigón H7 presenta una pérdida de peso por evaporación de agua de mayor cantidad y a mayor velocidad. Los hormigones con ceniza volante (H3 y H4), la pérdida de agua es mayor cuando crece el porcentaje de reemplazo, mientras que dichos valores son menores en los hormigones con puzolana natural (H5 y H6) o de cemento portland (H1 y H8).

En todos los casos se muestra que los hormigones con adiciones

minerales presentan una mayor ascensión capilar y mayor pérdida de agua del hormigón por secado, a pesar de tener la misma absorción de agua. Este comportamiento se debe al refinamiento de tamaño de poros que producen la el progreso de la hidratación de las adiciones, el cual favorece la succión capilar, siempre que la porosidad del hormigón se encuentre conectada con el exterior.

Evolución del deterioro

La Fig. 7 muestra una composición fotográfica para los hormigones en estudio que muestra la evolución del estado superficial de la zona expuesta al aire y en contacto con suelo salino. Como se puede apreciar el comportamiento es totalmente diferente en una zona y la otra de la probeta. En todos los casos, el deterioro es más severo al nivel del suelo.

En las probetas semienterradas, la superficie del hormigón presenta un descascaramiento progresivo en la zona superior al nivel del suelo. En esta zona, el agua con los sulfatos disueltos asciende por el hormigón superficial desde la zona en contacto con el suelo a la zona seca de la probeta, donde el agua se evapora fácilmente. Luego, la concentración de sales en los poros excede la concentración de saturación y tiene lugar la cristalización de la sal, produciendo tensiones internas de tracción, suficientes para provocar la fisuración del hormigón. La sucesión de ciclos de mojado y secado, los cambios de temperatura y HR a que están expuestas las probetas, producen el descascaramiento progresivo de la superficie del hormigón causando la pérdida de masa de la probetas (Fig. 9).


En una primera etapa, se produce el desprendimiento de la capa

superficial de pasta y las probetas tienen una apariencia arenosa. Luego, el mortero sobre los agregados gruesos es removido con un plano de rotura en la interfase pasta-agregado, dando lugar a la exposición de agregados gruesos y ocasiona una pérdida en peso. Más tarde, una capa más profunda de mortero sufre el mismo ataque y los agregados presentan una parte de su perímetro expuesto. Por otro lado, la porción de los hormigones con adiciones que permanecieron totalmente enterrados no sufrieron deterioro y no muestran agregados expuestos

-600

-500

-400

-300

-200

-100

0

0 5 10 15 20

Edad, años

Pé

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H1

H3

H4

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Probetas cilíndricas

0

1

2

3

4

5

6

0 100 200 300 400 500 600

Pérdida en peso, g

Escala

Vis

ual

H 1

H 3

H 4

H 5

H 6

H 7

H 8

Probetas cilíndricas

Figura 9. Pérdida en peso de la probetas cilíndricas semienterradas

Figura 10: Correlación entre la pérdida en peso y el grado de deterioro visual

El mecanismo descripto explica la correlación entre la pérdida en peso y

el aumento del deterioro superficial de los hormigones H3 a H8 (Fig. 10). En el hormigón H1, la pérdida en peso está ligada al ablandamiento de la zona enterrada de las probetas por el ataque de sulfato propiamente dicho.

En las vigas de 150 x 150 x 900 mm se puede medir la altura del daño por cristalización de sales durante la exposición (Fig.11). La altura de la zona afectada varía desde 10 a 50 mm para los hormigones H1 y H8, hasta 250 mm en el hormigón H7. En la misma se observa que el deterioro es mayor a nivel del suelo con agregados con perímetro expuesto y decrece paulatinamente con la altura hasta presentar simplemente una superficie rugosa. Este comportamiento debe atribuirse a la mayor cantidad de ciclos de cristalización que sufre el hormigón en esta zona. Analizada la altura del daño para los hormigones H4, H6 y H7 la misma no se incrementa de los 5 a los 15 años, mientras que se incrementa el número de agregados expuestos, su perímetro


expuesto o la pérdida de mortero. En todas estas probetas, el deterioro fue mucho mayor en la cara de moldeo debido a la mayor porosidad.

En algunas inspecciones, se observaron depósitos superficiales de sales blancas en forma de eflorescencias sobre las superficies de evaporación de las probetas (Fig. 12). Analizados por DRX, los depósitos mostraron que su composición mineralogía correspondía a sulfato de sodio cristalizado bajo la forma de tenadrita [13].

Figura 11: Aspecto de las vigas a los 10 años de exposición

Figura 12: Las probetas presentaban una gran cantidad eflorescencia durante la inspección de cinco años


Otros autores [17] informan que la eflorescencia está compuesta principalmente por tenadrita o miriabillita, dependiendo de las condiciones de temperatura y humedad del ambiente. La eflorescencia ocurre en los ciclos húmedos, cuando la tasa de evaporación de agua es menor que la velocidad de ascensión capilar desde el hormigón produciendo que la cristalización de sales ocurra en la superficie. En los análisis por corte delgado al microscopio óptico no fue posible identificar tenadrita en el interior del hormigón debido al procedimiento de obtención de por corte con agua que fácilmente disuelve estas sales [18].

Análisis holístico

Para poder analizar el deterioro por cristalización de sales de estructuras de hormigón expuestas a ambientes agresivo conteniendo sulfatos, debe considerarse primero si están presentes los elementos esenciales para su manifestación. De acuerdo al análisis realizado previamente, el deterioro surge cuando se conjugan los siguientes tres elementos esenciales:

o Presencia de agua de la estructura o Estructura porosa que permita el transporte capilar (tamaño de los

poros y conectividad) y presencia de un mayor volumen de poros muy pequeños (< 1 um)

o Condiciones de exposición que permitan el cambio de fase del sulfato de sodio por variación de la temperatura, cambio en la HR y/o evaporación.

En ausencia de uno de estos elementos, el daño por cristalización de

sales no ocurre. Collepardi [19] ha propuesto un esquema sencillo para interpretar el enfoque holístico para los procesos de reacción álcali-sílice, ataque por sulfatos y expansión por ettringita diferida. El esquema está formado por tres círculos que indican las condiciones necesarias para que se produzca el deterioro. La Fig. 13 representa el esquema que se propone para el daño por cristalización de sales. En el mismo cada uno de estos círculos corresponde a cado uno de los elementos esenciales, que cuando están presente en forma individual no implica riesgo alguno para que se produzca el deterioro. El área central donde los tres círculos se superponen, la conjunción de situaciones genera un riesgo grave para el deterioro por cristalización de sales del hormigón.

En el sitio de exposición, las transformaciones de fase del sistema de Na2SO4 son posibles debido a la variación diaria de la HR y en las épocas más calidas también por el cambio de la temperatura. Mientras que la presencia de agua y sulfatos también son controladas por el suelo usado y la forma de colocación de las probetas.

El hormigón H1 presenta un daño mucho menor por cristalización de sales a pesar de estar sometidos al mismo ambiente agresivo (temperatura,


humedad, concentración de sulfatos, etc). La condición ausente posiblemente esta relacionada con su estructura porosa, ya que presenta poros más grandes y por lo tanto la cristalización de sales no produce tensiones capaces de provocar la microfisuración. En cuanto a la relación a/mc, la misma determina los fenómenos de transporte de hormigón, pero en este caso se requiere la presencia de microporos para que la tenadrita puede depositarse en su interior y luego producir la sobresaturación en la solución que contiene miriabillita para causar las tensiones suficientes para fisurar el hormigón [5].

Figura 13: Esquema de las condiciones elementales conjuntas que deben existir para que ocurra el daño por cristalización de sales

El deterioro es mayor en los hormigones con elevado contenido de adiciones minerales activas (H4, H6 y H7) porque se presentan los dos elementos esenciales en el hormigón: la mayor ascensión capilar y una mayor fracción de microporos debido al refinamiento de poros, los cuales actúan como substrato y controlan o inducen la precipitación de theandrita en forma heterogénea y su crecimiento a temperaturas menores a 32,4 ºC [8]. En estos hormigones la altura del daño es mayor, ya que solución asciende más y se produce la cristalización. La ocurrencia de los procesos de cristalización es más numerosa en la cercanía del suelo y en esa zona se localiza el mayor daño. En los hormigones H4 y H7, también puede contribuir la menor resistencia que desarrollaron.

El caso de los hormigones con puzolana natural (H5 y H6), es interesante resaltar que los mismos tienen una absorción, capilaridad y pérdida de peso similar al hormigón H1. Los hormigones presentan un mayor deterioro por cristalización de sales, lo cual solamente debería atribuirse al tamaño de los poros.


Conclusiones

Para que se produzca el daño por cristalización de sales en los materiales porosos (hormigón) se requiere la presencia de agua que transporte la sal disuelta a través de los poros interconectados, un proceso de evaporación o de cambio de temperatura que provoque la sobresaturación de la sal en los poros y la cristalización en estas condiciones; y un estructura porosa del material que presente microporos para que los pequeños cristales ejerzan una presión superior a la de tracción del material.

El fenómeno produce el descascaramiento progresivo de la superficie externa del hormigón debido a la rotura física de la pasta de cemento. En primera instancia la pasta se salta, luego presenta una apariencia arenosa y finalmente los agregados gruesos quedan expuestos.

En las probetas de hormigón semienterradas, el daño por encima del nivel del suelo se debe a la cristalización de sales existiendo una buena correlación entre el índice del aspecto visual y la pérdida en peso, mientras que los resultados de la velocidad ultrasónica indica que el daño en el interior de la probeta es muy bajo.

Los hormigones con mayor altura de ascensión capilar son los más dañados, que dicho daño está relacionado con el refinamiento de los tamaños de poros que provoca el progreso de la reacción puzolánica.

Referencias

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