UNIVERSIDAD NACIONAL ‘’SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO” FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL ESCUELA: INGENIERIA CIVIL CURSO: TECNOLOGIA DEL CONCRETO TEMA: Agresión química endógena y exógena DOCENTE: Ing. HUERTA MAZA Max Anderson GRUPO: LECHADA CICLO: VI SEMESTRE: 2014-II INTEGRANTES: Bravo Solís Roberts Castro Ariza Edison Fernández Menacho Lincoln Huamán Chávez Cristhian Eduardo Rodríguez Leiva Omar Valverde Camones Wilson HUARAZ _ ANCASH 2014
Monografía del tema 06 del Curso de Tecnología del Concreto Agresión Química Endógena y Exógena
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UNIVERSIDAD NACIONAL
‘’SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
ESCUELA: INGENIERIA CIVIL
CURSO: TECNOLOGIA DEL CONCRETO
TEMA: Agresión química endógena y exógena
DOCENTE: Ing. HUERTA MAZA Max Anderson
GRUPO: LECHADA
CICLO: VI
SEMESTRE: 2014-II
INTEGRANTES:
Bravo Solís Roberts Castro Ariza Edison Fernández Menacho Lincoln Huamán Chávez Cristhian Eduardo Rodríguez Leiva Omar Valverde Camones Wilson
HUARAZ _ ANCASH
2014
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INDICE
I. INTRODUCCION 03
II. OBJETIVOS 04
III. MARCO TEORICO
A. CLASIFICACION 05
B. FACTORES ENDOGENOS (INTERNOS) 06
i. EXPANSION DESTRUCTIVAS DE LAS REACCIONES
ALCALI AGREGADO
C. FACTORES EXOGENOS (EXTERNOS) 10
i. ATAQUE POR SULFATO
ii. ATAQUE POR AGUA DE MAR
iii. ATAQUE POR ACIDO
iv. CARBONATACION
v. ATAQUE POR GASES
vi. ATAQUE POR AGUAS DE PANTANO
vii. ATAQUE POR AGUAS DE DESAGUE
D. DESCRIPCION DE DAÑOS 21
E. DESCRIPCION DE ORIGEN DE DAÑOS 21
IV. CONCLUSIONES 23
V. RECOMENDACIONES 24
VI. BIBLIOGRAFIA 25
VII. PENSAMIENTO 26
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I. INTRODUCCION
En estos últimos años las edificaciones han ido en aumento, por ello la
exigencia en las universidades en preparar buenos profesionales. El
ingeniero civil es uno de ellos que está ampliamente empapado en esta
rama, para ello debe manejar los conocimientos acerca de Las agresiones
químicas endógenas y exógenas que sufre el concreto endurecido.
Los concretos constituidos con materiales apropiados convenientemente
proporcionados y bien consolidados, aseguran la durabilidad de las
construcciones. Al efecto, además de las estructuras construidas durante el
antiguo Imperio Romano, edificaciones contemporáneas con más de 100
años de antigüedad, brindan testimonio de la durabilidad del concreto. Sin
embargo, a la par del desarrollo tecnológico que permita utilizar cementos
de mejor calidad y concretos relativamente impermeables, la contaminación
que se acrecienta producto de nuestra época, ofrece nuevos retos a la
ingeniería.
En los últimos 50 años se ha producido una importante cantidad de trabajos
e investigaciones sobre el ataque químico al cemento y al concreto; que han
sido recuperados en nutridos análisis bibliográficos. Sin embargo, el
conocimiento alcanzado no guarda relación con la magnitud del esfuerzo.
En general se aprecia falta de correlación en las investigaciones que en su
mayoría dirigen en dos vertientes: sea desde un aspecto científico
privilegiando las reacciones con que ocurren en la matriz orientados
principalmente por químicos o se llevan con criterio tecnológico, dando
importancia a la compacidad del material y considerando la cinética de la
penetración del agua y de los gases en la estructura del concreto.
El presente trabajo daremos a conocer las generalidades de las agresiones
químicas que se deterioran al concreto en estado endurecido.
Todo para contribuir a nuestro aprendizaje, futuras investigaciones y
manejo de información para mejorar nuestro criterio.
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II. OBJETIVOS
Estudiar la definición del ataque químico al concreto, clases de
ataque químico para así en el futuro enfrentar este problema
adecuadamente, con la elaboración de concretos resistentes al ataque
químico.
Estudiar las reacciones químicas que son agresivas al concreto
internamente.
Estudiar los ataques químicos externos, que afectan al concreto.
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III. MARCO TEORICO
El terreno en el que en muchas ocasiones se edifica está expuesto a agentes
externos o internos que le aportan una característica, con la que hay que
contar a la hora de proyectar una construcción, ya que va a condicionar
algunos aspectos de la misma: esto es la agresividad.
La agresividad o ataque químico del terreno puede afectar a las estructuras
que están en contacto con él, en mayor o menor medida, afectando por tanto
la durabilidad de esas estructuras y por tanto su resistencia y estabilidad a lo
largo del tiempo.
A. CLASIFICACION
Pueden ser de carácter intrínseco o extrínseco respectivamente
endógena y exógena, según se deba a la reacción de sus componentes o
se origine por agentes externos.
Formas de ataque químico:
i. Endógenas:
A través de los canalículos del concreto poco compacto, por las
microfisuras de contracción o los vacíos que se encuentran en
concretos mal dosificados. Este tipo de ataque es el más peligroso
en cuanto altera la estructura misma del concreto, es de difícil
control y muchas veces imposible de corregir cuando es detectado.
Se puede presentar en dos formas:
1. Disolución de compuestos solubles en el agua que se
propaga en el interior del concreto, como es el caso de las
aguas ácidas, que pueden provocar el debilitamiento de la
estructura de la pasta de cemento.
2. Expansión que se debe a los compuestos débilmente
solubles, que se forman en el interior del concreto y que dan
origen al crecimiento de cristales, que originan una presión
capaz de llevar a la ruptura de la estructura. Este es el caso
de los sulfatos, que dan forma a cristales expansivos como la
etringita y la thaumasita.
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ii. Exógenas:
Que actúa como una forma de erosión en los concretos bien
compactados. Su acción destructiva es menor y es posible tomar
medidas que detengan la degradación del material.
B. FACTORES ENDOGENOS (INTERNOS)
Entre los factores internos debemos considerar las reacciones del
agregado y el cemento independientemente y la reacción cemento
agregado.
1. REACCIÓN DE LOS AGREGADOS
El ataque químico más importante que se produce en el concreto
por acción de los agregados, lo ocasiona el ácido sulfúrico que se
forma por oxidación de los sulfuros de fierro, ocasionando
tensiones internas que llevan a la rotura del material,
generalmente precedida por una coloración localizada de color
marrón.
2. ATAQUE POR AGREGADOS CONTAMINADOS
El carbón presente en el agregado puede contener compuestos de
azufre que, por oxidación, puede dar ataques de sulfatos.
Adicionalmente, la presencia de carbón puede producir
decoloración y manchado de la superficie.
El óxido de magnesio presente en el concreto puede causar
expansión y destrucción si la presión durante el secado produce
minúsculas grietas en la pasta, las cuales permiten que el agua
llegue a los granos de periclasa, óxido de magnesio nativo, que
cuando está húmeda origina expansión y rotura. Algunos vidrios
artificiales, al igual que los naturales, son expansivamente
reactivos con los álcalis del cemento.
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3. REACTIVIDAD DEL CEMENTO
Con el desarrollo actual de la tecnología en la producción de
cemento y las especificaciones normalizadas a nivel internacional,
no se dan casos de deterioro del concreto por acción química del
cemento. Sin embargo, en atención a la literatura técnica y a las
disposiciones normativas, creemos necesario referirnos a
desarreglos en los concretos que pudieron presentarse hace más
de 50 años y que en la actualidad podrían ser excepcionales.
i. CAL LIBRE
En los cementos peruanos el Ca0 varía entre 0.6 y 0.8%.
La cal libre se puede presentar por las siguientes
consideraciones:
Combinación incompleta de los constituyentes del
crudo, por molturación y homogenización insuficiente.
Exceso de material grueso, de la caliza del crudo por
molienda incompleta, que impide que la reacción con
los elementos arcillosos en el proceso de
clinkerización.
Elevado dosaje de óxido de calcio en el crudo, que
impide que la totalidad de este óxido se combine con
los óxidos de sílice, aluminio y fierro en el proceso de
clinkerización.
Proceso de segregación en el horno o temperatura de
calcinación por debajo del nivel óptimo.
ii. MAGNESIA O OXIDO DE MAGNESIO
La magnesia u óxido de magnesio MgO se encuentra en los
cementos portland proveniente del carbonato de magnesia
componente de las calizas; que aproximadamente significan
las 7.14 partes de la composición del crudo. El carbonato se
disocia en óxido de magnesio y dióxido de carbono. La
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magnesia no se combina con los otros óxidos de cemento y se
mantiene en solución sólida en los minerales del Clinker.
Cuando la magnesia se encuentra en -forma cristalizada,
como periclasa, al hidratarse presenta expansión de volumen
y puede producir la fractura del concreto. Cuando la magnesia
se presenta en forma de vidrio es inofensiva.
Las normas limitan el contenido de óxido de magnesio a 5%,
que es la cantidad máxima que es posible entre a formar
solución sólida en las fases del clinker.
Por las características de las materias primas de los cementos
peruanos, de muy bajo contenido de magnesia, el MgO de los
cementos se encuentra entre 1.1 y 3.2%.
4. REACCION ALCALIS-AGREGADO
Se origina entre determinados agregados activos y los óxidos de
sodio y potasio del cemento. La reacción se inicia en la superficie
del agregado y se produce en la interfase con la pasta de cementos
formando un gel que toma agua y se dilata creando presiones
internas que llevan a la rotura del material.
i. EXPANSION DESTRUCTIVAS DE LAS REACCIONES ALCALI
AGREGADO
1. ALCALI SILICE
Para que se produzca la reacción se requiere la presencia de 3
condiciones
Agregados reactivos
Cemento con alto contenido de álcalis
Humedad
La reacción entre los álcalis del cemento y del agregado, es de
carácter expansivo, dando como resultados el agrietamiento del
concreto.
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2. ALCALI CARBONATO
Este tipo de reacción se produce por los álcalis del cemento que
actúan sobre ciertos agregados calcáreos, como por ejemplo, los
calcáreos de grano fino que contienen arcilla, que son reactivos y
expansivos. Este fenómeno se presenta de preferencia cuando el
concreto está sometido a atmósfera húmeda. Se ha planteado
que la expansión se debe a la transformación de la dolomita en
calcita y brucita, fuertemente expansiva, que tiene la forma de
un gel que origina una presión debido al crecimiento de los
cristales.
3. ALCALI SILICATO
Se caracteriza porque progresa más lentamente y forma gel en
muy pequeña cantidad. Se estima que esta reacción Se debe a la
presencia de ciertos filosilicatos.
En general, el conocimiento de este fenómeno es incipiente y
más complejo y no se ha llegado a conclusiones sobre la
expansión y la deteriorización que ocasionan.
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C. FACTORES EXOGENOS (EXTERNOS)
i. ATAQUE POR SULFATO
Algunos sulfatos de sodio, calcio, potasio y magnesio que están
naturalmente en el suelo o disueltos en el agua freática o en la
atmosfera pueden acumularse sobre la superficie del concreto
incrementando a su concentración y por lo tanto el riesgo de
deterioro. Los mecanismos que intervienen en el ataque del
concreto por sulfatos, son dos reacciones químicas.
Combinación de los sulfatos con hidróxido de calcio, que
forman sulfatos de calcio( yeso)
Combinación de yeso con aluminio hidratada de calcio
para formar sulfoalumianto de calcio.
Estas reacciones tienen como resultado un aumento de volumen
del solido (en aproximación 18%) y a la segunda se le atribuye la
mayoría de las expansiones, rupturas o ablandamientos del
concreto causados por soluciones de sulfato.
De acuerdo con neville, las consecuencias del ataque de sulfatos
no solo producen degradación por expansión y fisuración, sino
también, una reducción en la resistencia mecánica debido a la
pérdida de cohesión en la pasta de cemento. Reducción entre la
pasta de cemento y agregado.
Otra fuente natural de sulfatos, es el agua de mar, que aparte de
contener sales de sulfatos. Está compuesta por otras sales.
Cloruro de sodio, cloruro de magnesio, sulfato de magnesio,
sulfato de potasio.
Procedencia Salinidad (g/l)
Océano atlántico 33.5 a 37.4
Océano pacifico 34.5 a 36.9
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a) OCURRENCIA
Se encuentran sulfatos de sodio, potasio, calcio o
magnesio, que ocurren naturalmente en el suelo o
disueltos en el agua que corre por el suelo o presentes en
agregados (por ejemplo, pirita). El sulfato puede estar
presente en los efluentes y desechos industriales tales
como los de las industrias asociadas con la fabricación de
químicos, baterías, aluminio y en la minería. El agua
empleada en las torres de enfriamiento también puede
contener sulfatos debido a la acumulación gradual de
sulfatos provenientes de la evaporación.
b) MECANISMOS
Hay dos reacciones químicas involucradas en el ataque de
sulfatos al concreto.
1. Reacción del sulfato con hidróxido de calcio liberado
durante la hidratación del cemento, formando
sulfatos de calcio (yeso).
2. Reacción del sulfato de calcio con el aluminato de
calcio hidratado, formando sulfoaluminato de calcio
(etringita).
Estas dos reacciones dan como resultado un incremento en
el volumen de sólidos, causa de la expansión y
descomposición de los concretos expuestos a soluciones de
sulfatos. Debe señalarse que los sulfatos y los químicos en
general raramente, si acaso lo hacen, atacan el concreto si
se encuentran en una forma sólida o seca. Para que resulte
un ataque significativo en el concreto, los sulfatos deben
estar en solución y por encima de alguna concentración
mínima.
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La severidad del ataque de sulfatos al concreto depende de
lo siguiente:
1. Tipo de sulfatos. Los sulfatos de magnesio y amonio
son los más dañinos al concreto.
2. Concentración de sulfatos. La presencia de sulfatos
más solubles es más perjudicial al concreto.
3. Si la solución del sulfato está estancada o fluyendo.
La severidad del ataque se incrementa en el caso de las
aguas que fluyen. Así, la naturaleza y el contacto entre el
sulfato y el concreto son importantes. El ataque más
intensivo tiene lugar en el concreto que está expuesto a
ciclos de mojado y secado que en el concreto completa y
continuamente sumergido en la solución.
1. Presión: La fuerza del ataque aumenta debido a
que las presiones tienden a forzar la solución del
sulfato en el concreto.
2. Temperatura: Al igual que sucede con cualquier
reacción química, la velocidad de la reacción se
incrementa con la temperatura.
3. Presencia de otros iones en la solución del
sulfato: Afectan la potencia del ataque. Un ejemplo
típico es el agua de mar, que contiene sulfatos y
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cloruros. Generalmente, la presencia de iones de
cloruro altera la extensión y la naturaleza de la
reacción química, produciendo menor expansión en
el concreto debido a los sulfatos en el agua de mar.
Como puede verse, la intensidad del ataque de
sulfatos es una cuestión compleja influida por
muchos factores. Sin embargo, en la práctica es
difícil considerar todos los factores involucrados y
en la mayoría de los casos, la severidad del ataque
está relacionada principalmente con la
concentración de sulfatos.
El ion sulfato aparece en mayor o menor proporción
en todas las aguas libres subterráneas. El contenido
de ion sulfato de las aguas subterráneas es
considerable en los terrenos arcillosos,
constituyendo uno de los más importantes
alimentos de los vegetales.
En zonas áridas los sulfatos se pueden presentar en
las arenas como material de aporte y en rocas
carbonatadas de origen sedimentario.
Los sulfatos más abundantes en los', suelos son:
sulfatos de calcio, de magnesia, de sodio y calcio y
de sodio, todos ellos de diferente solubilidad.
La acción de los sulfatos se produce sobre el
hidróxido de calcio y fundamentalmente sobre el
aluminato de calcio C3A y el ferroaluminato
tetracálcico C3FA.
El ataque del sulfato se manifiesta con una
exudación de apariencia blanquecina y
agrietamiento progresivo que reduce al concreto a
un estado quebradizo y hasta suave.
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La acción del sulfato de calcio es relativamente
simple, ataca al aluminato tricálcico y en menor
medida al ferro aluminato tetracálcico, produciendo
sulfo aluminato tricálcico (etringuita) e hidroxido de
calcio (portlandita).
La acción del sulfato de sodio es doble, reacciona
primero con el hidróxido de calcio generando
durante la hidratación del cemento, formando
sulfato de calcio e hidróxido de sodio. A su vez el
sulfato de calcio ataca al aluminato tricálcico
formando etringita.
La acción del sulfato de magnesio es la que produce
un mayor daño, en cuanto actúa sobre las fases de la
pasta de cemento, como son los silicatos cálcicos,
mediante una serie de acciones complejas que
modifican 'el PH de las pastas de cemento.
ii. ATAQUE POR AGUA DE MAR
El ataque del agua de mar corresponde a la de las sales disueltas,
principalmente cloruros y sulfatos sobre los constituyentes del
cemento por cuanto ninguno de los componentes hidratados son
estables al medio marino. Las reacciones características en el
ataque se presentan sobre el hidróxido de sodio y el aluminato
tricálcico.
En inmersión total al ataque es fundamentalmente químico por
acción de sulfatos y cloruros.
En inmersión alternada o semi-inmersión el ataque es de carácter
físico y químico debido a la acción mecánica de las olas, al
fenómeno de contracción y evaporación alternada que lleva la
fisuración en la zona de marea. La cristalización expansiva de
ciertas sales, la corrosión eventual de las armaduras, con
expansión del concreto y también las variaciones de clima.
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1. ACCION DE CO2:
2. ACCION DE CLORUROS:
La destrucción del concreto por acción del agua de mar es
debida a uno o varios de los siguientes factores:
Acción mecánica del oleaje.
Evaporación provocada por el viento lo cual
deposita las sales por encima del nivel de baja
marea.
Diferencia de mareas que favorece la acción
destructiva debido a la cristalización de sales.
Reacción química entre las sales del agua y el
concreto, la cual favorece a la corrosión del acero de
refuerzo.
Los organismos marinos y los productos de su
actividad biológica.
La acción destructiva debido a la corrosión y
expansión del acero de refuerzo.
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iii. ATAQUE POR ACIDO
Los ácidos atacan las bases y las sales básicas -formadas por la
hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales
solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de
sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente
ácido son la fuerza del álcali y su concentración, vale decir el valor
del PH.
La gran influencia del PH, es la razón Por la cual se puede estimar
que las agitas ácidas de reducido pH, menor de 4.5, atacan
fuertemente los concretos. Cualquiera que sea el cemento
utilizado. En la prácticas puede estimarse que ningún cemento
portland resiste la acción de aguas con PH inferior a 4. De otro
lado los cementos portland corrientes resisten sin mayores daños
la acción de aguas con valores de PH superior a 6.
No es procedente considerar que el valor del PH es el único factor
determinante en el ataque de los ácidos. En efecto, la velocidad de
difusión y de llenado de los vacíos intersticiales es de gran
importancia, especialmente si esta acción se produce bajo
presión.
El mecanismo de deterioro de concreto caudado por ácidos
generalmente es el resultado de una reacción entre las sustancias
(agente agresor) y todos los compuestos cálcicos (hidróxido de
calcio, silicato cálcico hidratado y aluminato cálcico hidratado).
ACIDOS INORGANICOS Y
MINERALES
ACIDOS ORGANICOS
Ácido clorhídrico Ácido acético
Acido brómico Ácido fórmico
Ácido carbónico Ácido láctico
Acido de cromo Fenol
Acido fosforito Acido tónico
Ácido sulfúrico Ácido úrico
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No existen concretos resistentes a los ácidos y por ello deben
protegerse de su acción mediante barreras impermeables y
resistentes que los protejan del contacto directo.
La velocidad de la reacción de la pasta de cemento del concreto
con los diferentes ácidos inorgánicos y orgánicos, está
determinado por la agresividad del ácido atacante. La solubilidad
de la sal cálcica resultante es la que determina la velocidad de
degradación del concreto.
Velocidad de ataque de ácidos, a temperatura ambiente.
Velocidad de ataque Ácidos inorgánico Ácidos orgánico
Rápida Sulfúrico acético
moderada fosforito Tánico
Lenta carbónido
despreciable oxálico
iv. CARBONATACION
La carbonatación comprende todos los fenómenos que resultan
de la acción del dióxido de carbono sobre la pasta. De cemento o
el concreto ella actúa sobre los constituyentes anhidros o
hidratados del cemento, neutralizando su basicidad.
Si bien el óxido de calcio es el componente hidratado más
sensible del cemento a la carbonatación. Ésta también actúa
sobre los silicatos cálcicos hidratados.
La carbonatación del concreto depende de numerosos parámetros
internos o externos, como la humedad relativa, la temperatura y
presión la permeabilidad y porosidad del concreto. Debe
considerarse, que todos estos factores son dependientes del
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dosaje de cemento, de las condiciones de hidratación, de la
cantidad de agua y de la edad del concreto.
La velocidad de penetración de la carbonatación es materia de
variadas fórmulas. Una de ellas se expresa en la siguiente