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Educación en las enseñanzas técnicas del S. XXI
PERSPECTIVAS GLOBALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DEL HOMIGÓN
Ponce 22 y 23 de Enero de 2014
E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos de Madrid Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de los hormigones
Ensayos y técnicas para determinar
la durabilidad de los hormigones
Amparo Moragues Terrades
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DESEMPEÑO DEL HOMIGÓN
Ponce 22 y 23 de Enero de 2014
E.T.S.I. de Caminos, Canales y Puertos de Madrid Ensayos y técnicas para determinar la durabilidad de los hormigones
Fase sólida
Rayos X
Análisis Térmico
Resonancia magnética de 29Si
Microscopia electrónica
Caracterización microestructural
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Caracterización microestructural
Rayos X
Ley de Braggnλ = 2dhkl sinθ
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Rayos XCaracterización microestructural
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Caracterización microestructural
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Caracterización microestructural
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Caracterización microestructural
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Caracterización microestructural
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Resonancia magnética de 29Si
Conexiones de los átomos de silicio en la pasta de cemento hidratada
Caracterización microestructural
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Resonancia magnética de 29Si
Rango de desplazamientos químicos (ppm)
Q0 Q1 Q2 Q3 Q4
-66 a -74 -75 a -82 -85 a -89 -95 a -100 -103 a -115
Caracterización microestructural
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Resonancia magnética de 29Si
1
221 ))1(2/3)0((2Q
AlQAlQQLCM
43210
4321
QQQQQQQQQH
Caracterización microestructural
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Ceniza volantes en hormigón
Gel de sílice (CSH)
Cambios en la microestructura
Ettringita
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El ingreso de un líquido “que no moja” en un sólido poroso fue descripto por E. W. Washburn en 1921Aplicada por primera vez por Edel’manen 1961
Mojado de los sólidos por parte de los líquidos
FUNDAMENTO
Líquido no mojante de sólidos
Por presión penetrará en los poros de un
sólido poroso
Caracterización de la red porosaPorosimetria de intrusión de mercurio
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MERCURIO
Liquido no mojante Tensión superficial alta: 0.485 N/mAngulo de contacto elevado varia 112-142ºAngulo de avance 130ºAngulo de retroceso 100º Líquido a temperatura ambiente
Elevada toxicidad Manejo con extremo cuidado
Ventajas
Inconveniente
Caracterización de la red porosa
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F1 = - π d γ cos θ
F2 = P π d2 / 4
d = - 4 γ cos θ / P
F1 = F2
(Ec. de Washburn)γ tensión superficialθ ángulo de contacto
Caracterización de la red porosa
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d = - 4 γ cos θ / P
A cada presión le corresponde un diámetro
A cada presión le corresponde un volumen
A = 4 V / D
A cada presión le corresponde una longitud de poro
L = Ap/.d
Caracterización de la red porosa
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Porosidad totalVolumen total de poros (Vp) con respecto al volumen total del material (Vm)
Pt = Vp / Vm
Distribución e interconexión de poros
Diámetro crítico
Diámetro umbral
Hormigón fresco: 20-25%Hormigón endurecido: 10-15%Límite mínimo porosidad total: 10%
Caracterización de la red porosa
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Distribución e interconexión de poros
Diá
met
ro
crít
ico
Diá
met
ro
um
bra
l
Tamaño de poro interconectado que más se repite de forma continuaCorresponde a la pendiente máxima de la curva de porosidad acumulada
Tamaño de poro más grande donde un volumen significativo de intrusión puede ser detectadoCorresponde al primer aumento de intrusión considerable en la curva del logaritmo de la intrusión diferencial
Caracterización de la red porosa
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Diámetro crítico
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
1 10 100 1000
Lo
g D
iffe
ren
tia
l In
tru
sio
n (
mL
/g)
.
Pore size Diameter (nm)
0
24
Diámetro umbral
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0
0.05
0.1
0.15
0.2
1 10 100 1000 104
105
106
CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA
Lo
g. D
ife
ren
cia
l d
e i
ntr
usi
ón
(m
L/g
)
Díametro de poro (nm)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
1 10 100 1000 104
105
106
CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA
Lo
g. D
ife
ren
cia
l d
e i
ntr
usi
ón
(m
L/g
)
Díametro de poro (nm)
Influencia en la porosidad del tiempo de hidratación: 28 y 91 dias
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CEMI-SR- Natural enviroment
0
0.05
0.1
0.15
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Pore Size Diameter (nm)
Lo
g D
iffe
ren
tial
Intr
usio
n (
mL
/g)
28 days 3 Months 24 Months 36 Months 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
1 10 100 1000 104
105
106
CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA
Lo
g. D
ife
ren
cia
l d
e I
ntr
usi
ón
(m
L/g
)
Diámetro de poro (nm)
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
1 10 100 1000 104
105
106
CPRS CPRS+HS CPRS+CV EHA
Lo
g. D
ife
ren
cia
l d
e I
ntr
usi
ón
(m
L/g
)
Diámetro de poro (nm)
Cambios en la porosidad por la presencia de medios agresivos
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Q caudal de un fluidoµ vicosidadA área de la secciónr radio del poro dz espesor de la seccióndP gradiente de presión
Ec. Darcy
dz
dPA
K
L
PPr
r
L
rPPQ
21224
21
88
Ec. Hagen-Poiseuille
Permeabilidad a un gasPoros conectados
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Factores que influyen en la permeabilidad
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Q caudal de un fluido µ viscosidadV velocidad de flujo aparente dz espesor de la secciónA área de la sección dP gradiente de presión hidráulicoPe peso específico agua
dadpermeabilideecoeficientkP
k
dz
dhkPV
dz
dhPdP
dz
dPkQ
A
QV
ew
ee
[longitud/tiempo]
10-11 – 10-12 m/s
Permeabilidad al agua Poros conectados
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Clase de exposición ambiental
Especificaciones paralas profundidades
máxima
Especificaciones para las profundidades
medias
IIIc, Qc, Qb (solo en el caso de elementos pretensados)
IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (en el caso de elementos en masa o armados)
Siendo Z1, Z2 y Z3 las profundidades máximas de penetración y T1, T2 y T3 las profundidades medias de penetración
mmT
mmTTT
Tm
27
203
3
321
mmZ
mmZZZ
Zm
65
503
3
321
mmT
mmTTT
Tm
40
303
3
321
mmZ
mmZZZ
Zm
40
303
3
321
Permeabilidad al aguaValores de referencia para la penetración
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Factores que influyen en la permeabilidad Permeabilidad al agua
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Fuerza intermolecular líquido < fuerza de adhesión líquido-material
cos2rg
h
tensión superficial densidad líquidor radio poro ángulo de contactog aceleración gravedad
Condiciones de secado: (solo poros pequeños llenos)• absorción capilar hacia esos poros
Condiciones de saturación: • absorción capilar de la parte húmeda a la seca
Mecanismos de transporte
Succión capilar
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Proceso de transporte de un constituyente cuya fuerza impulsora del transporte es el gradiente de concentraciónDifusividad: capacidad de transporte por diferencia de concentraciones en la fase acuosa del hormigón
Proceso de transporte cuya fuerza impulsora del movimiento del agua está provocada por gradientes de temperatura
Convección
Difusión
Mecanismos de transporte
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Antecedentes de los estudios de difusión
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Difusión no estacionaria
Difusión estacionaria
Evaluación de mecanismos de transporte
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1
ef
ap
s
l
DD
C
C
Antecedentes de los estudios de difusión
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Antecedentes de los estudios de migración
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Fuerza impulsora del transporte está provocada por una diferencia
de potencial.
Célula de difusión /migración estacionaria
Migración
Evaluación de mecanismos de transporte
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Migración no estacionariaEvaluación de mecanismos de transporte
Ensayos de migración (NT Buildt 492)
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Resistividad Evaluación de mecanismos de transporte
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PCS
0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
0 5 10 15 20 25
Profundidad (mm)
% C
loru
ros
HS
0,000,050,100,150,200,250,300,350,400,450,50
0 5 10 15 20 25
Profundidad (mm)
% C
loru
ros
CV
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0 5 10 15 20
Profundidad (mm)
% C
loru
ros
EAH
0,00
0,050,10
0,15
0,200,25
0,30
0,350,40
0,45
0 5 10 15 20Profundidad (mm)
% C
loru
ros
Aplicación en hormigonesDifusión no estacionaria
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TRATAMIENTO DE DATOS
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TRATAMIENTO DE DATOS
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Con estas dos ecuaciones de calcula el tiempo de iniciación
El tiempo de propagación es función de la velocidad de corrosión que se define en función del ambiente
Calculo del tiempo de inicio de corrosión
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Mecanismos de transporte
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Ciclos hielo/ deshielo y ensayos de degradación
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Penetración gaseosa de contaminantes: Carbonatación
2-15mm/(año)1/2
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Carbonataciónn
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Perspectiva general de la situaciónDefinición del problema
Descripción del tipo de muestras a analizar
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Resistencia a compresión
Resistencia a tracción
1Permeabilidad
2
Análisis QuímicoDRXPerfiles de Cloruro
PIM
Tinción de áridosAnálisis ICP-OES
3
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Ataque con HCl+
Tinción con Rojo de Alizarina S
Ensayo de áridos potencialmente reactivos
Análisis de los áridos extraídos mediante ICP-OES
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Difracción de rayos X
Disolución de portlanditaVariación de la cantidad de dolomita
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Perfiles de cloruro
Cálculo del coeficiente de difusión
Perfiles de Cl-
Ajuste de la 2ª Ley de Fick
,4s s i
a
xC x t C C C erf
D t
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Relación entre propiedades del material y coeficientes de difusión
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Perfiles de cloruros en hormigones saturados
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Perfiles de cloruros en hormigones saturados
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Perfiles de cloruros en hormigones saturados
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Diferencias de concentraciones superficiales
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0 5 10 15 20 25 30 35 400
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
x [mm]
C [
kg/m
3]
Ajuste normal
Ajuste moviendo eje vertical
Ajuste moviendo eje vertical
Datos experimentales
Variación de D/ variación de la concentración superficial
Cs = 0.5637 %,Da = 3.176110-12 m2/s
Cs = 0.5343 % , Da = 2.992110-12 m2/s
Cs = 0.4697 %, Da = 2.813810-12 m2/s
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Relación de cloruros libres y cloruros totales en hormigón
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000
2
4
6
8
10
12
14
x [mm]
C [
kg/m
3]
Cloruros totales, kg/m3 de hormigón
Cloruros libres, kg/m3 de hormigón
Cloruros libres, kg/m3 de hormigón
Educación en las enseñanzas técnicas del S. XXI
PERSPECTIVAS GLOBALES SOBRE EL
DESEMPEÑO DEL HOMIGÓN
Ponce 22 y 23 de Enero de 2014
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Perfiles de cloruros a diferentes alturas del nivel del mar
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Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros
10-1
100
101
102
103
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
r [nm]
V [
m3/m
3]
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
0.11
0.12
0.13
0.14
x [mm]
l [
m3/m
3]
Fracción de poro lleno en función de la profundidad
Volumen de solución en el poro para cada tamaño de poro
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Influencia del contenido de humedad en la penetración de cloruros
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1004
5
6
7
8
9
10
11
x [mm]
CT [
kg/m
3]
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2005
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
x [mm]
C [
kg/m
3]
Concentración expresada en g/ m3
de hormigón
Concentración expresada en g/ litro de solución del poro
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Gracias por su atención
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