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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CHIAPAS
FACULTAD DE INGENIERÍACAMPUS I
EVALUACIÓN DE VIGAS DE CONCRETO REFORZADO BAJO AMBIENTE SALINO MEDIANTE LA TECNICA
ELECTROQUÍMICA DE POTENCIALES DE CORROSIÓN (Ecorr).
TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO CIVIL
PRESENTA:
JORGE ALBERTO ROBLES AGUILAR
DIRECTOR:
DR. DANIEL HERNÁNDEZ CRUZ
ASESORES:
M.I FREDY HUMBERTO CABALLERO RODRIGUEZ DR. JOSÉ LUIS PÉREZ DÍAZ
TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS A NOVIEMBRE DE 2011
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN.....................................................................................................5
CAPÍTULO 1 GENERALIDADES DEL CONCRETO REFORZADO.
1.1 TECNOLOGÍA DEL CONCRETO A BASE CEMENTO PORTLAND
1.1.1 Normativa de cementos en México.......................................................8
1.1.2 Su clasificación.....................................................................................8
1.2 AGUA 1.2.1 Normativa en la construcción..............................................................13
1.3 ÁRIDOS1.3.1 Arena..................................................................................................16.3.2 Grava....................................................................................................19
1.4 DISEÑO DE MEZCLAS1.4.1 Relación Agua-Cemento.....................................................................251.4.2 Proporcionamiento por Peso ó por Volumen......................................26
1.5 RESISTENCIA DE CONCRETOS....................................................................32
1.6 ACERO DE REFUERZO1.6.1 Varillas de Acero Corrugado...............................................................35
1.6.2 Fabricación.........................................................................................38
1.6.3 Constitución mineralógica...................................................................38
CAPÍTULO 2 ALGUNOS ASPECTOS DE TERMODINÁMICA DE CORROSIÓN.
2.1 CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO...................................................46
2.2 ECUACIÓN DE NERTS...................................................................................48
2.3 PILAS DE CORROSIÓN EN CONCRETO REFORZADO...............................50
2.4 SERIE ELECTROMOTRIZ...............................................................................55
2.5 SERIE GALVÁNICA.........................................................................................56
2.6 ELECTRODOS DE REFERENCIA...................................................................57
CAPÍTULO 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL
3.1 MATERIALES PARA LA ELABORACIÓN DE VIGAS DE CONCRETO..........62
3.2 ESTUDIO DE ÁRIDOS EN LABORATORIO....................................................62
3.3 MEZCLAS, PROPORCIONAMIENTO...................................................................86
1
3.4 CIMBRA...........................................................................................................96
3.5 ARMADO DE CASTILLOS...............................................................................96
3.6 COLADO..........................................................................................................97
3.7 CURADO..........................................................................................................99
3.8 MONITOREO.................................................................................................100
3.9 MULTÍMETRO DE ALTA IMPEDANCIA........................................................102
3.10 ELECTRODO DE REFERENCIA Cu/CuSO4...............................................104
CAPITULO 4 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
4.1 RESULTADOS...............................................................................................104
4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS........................................................................107
CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
5.1 CONCLUSIONES...........................................................................................107
5.2 RECOMENDACIONES..................................................................................108
Bibliografía...........................................................................................................109
2
AGRADECIMIENTOS
A MIS PROFESORES E INSTITUCIONES:
Son parte esencial de este logro, el cual les comparto, ya que ustedes también lo trabajaron y espero que su esfuerzo y su empeño se vean reflejados en este trabajo, “Gracias Profesores”.
A MIS ASESORES:Por el apoyo, experiencia y orientación que me brindaron para culminar este antepenúltimo paso en mi carrera profesional “Gracias”.
Dr. Daniel Hernández Cruz
Dr. José Luis Pérez Díaz
A MI PADRE:
Porque desde pequeño me enseñó que la vida no es fácil y desde entonces a su modo me guío por este camino, “Gracias Pa te quiero”.
A MI MADRE:
Es un ser maravilloso en mi vida, Gracias por el apoyo, cariño y comprensión, que desde pequeño me ha brindado, “Gracias ma te quiero”.
A MIS HERMANOS CARNALES:
Porque juntos pasamos muchas alegrías y sufrimientos: jugamos, peleamos, disfrutamos pero al final del día nos apoyamos, “Los quiero hermanos”.
“Siembra un pensamiento y cosecharás un acto;Siembra un acto; y cosecharás un hábito;
Siembra un hábito y cosecharás un carácter;Siembra un carácter y cosecharás un destino”.
Charles Reade
“No estás aquí simplemente para ganar la vida. Estas aquí para facilitar al mundo de vivir más grande, con más visión, con un mejor espíritu de esperanza y logro.
Estas aquí para enriquecer el mundo y te empobrecerás si olvidas tu deber”.
Woodrow Wilson
3
INTRODUCCIÓN
La principal causa de deterioro en estructuras de concreto armado en las ciudades
costeras es la corrosión de las barras de acero de refuerzo. Este problema puede,
no solo comprometer la integridad de dichas estructuras y en consecuencia la
seguridad de las personas, sino que también conduce a la desvalorización
económica que acompaña al deterioro estético y funcional de los inmuebles.
En la mayoría de los casos los problemas de corrosión se suscitan por una
combinación de defectos en los procesos constructivos, empleo de materiales
inapropiados, falta de mantenimiento y exposición a medios agresivos. En
cualquier caso, la pérdida de pasividad del acero determina el inicio de la
corrosión (VECTOR, 2008).
La mayoría de las aguas de mar presentan una composición química uniforme,
caracterizada por la presencia de un 3.5% de sales solubles en peso. Las mayores
concentraciones iónicas son las del Na+ y del Cl-, que son de 11000 y 20000
mg/litro, respectivamente.
El deterioro de las estructuras de concreto en ambiente marino se debe a:
La permeabilidad la cual es la llave de la durabilidad: y el origen de esta
insuficiente impermeabilidad puede estar en mezclas de concreto mal dosificadas,
ausencia de aire incluido si la estructura se encuentra en climas fríos,
compactación y curado inadecuado, falta de recubrimiento de las armaduras,
juntas mal diseñadas o construidas, y microfisuración del hormigón debido a las
cargas, a la retracción térmica o de secado, y a la expansión por la reacción álcali-
árido.
El progresivo deterioro químico del hormigón, desde la superficie hacia el interior
del concreto sigue el esquema siguiente: en la superficie se forma aragonito y
bicarbonato debido al ataque por el CO2; por debajo de la superficie del concreto,
4
se forma brucita debido al ataque por iones de magnesio; la formación de etringita
en el interior demuestra que los iones sulfatos pueden penetrar a mayor
profundidad. Salvo que el concreto sea muy permeable, la acción química del
agua de mar no produce daño, debido a que estos productos son insolubles, con
lo que reducen la permeabilidad e impiden el progreso de la reacción hacia el
interior del concreto.
El objetivo del presente trabajo es investigar los aspectos generales de la
corrosión del acero de refuerzo embebido en concreto, a través de la técnica
electroquímica de potenciales de corrosión (Ecorr), en el primer capítulo se muestra
los aspectos generales del concreto armado, en el segundo se hace referencia a
la termodinámica de corrosión, en el tercer capítulo se encuentra el procedimiento
experimental, en el cuarto se exponen los resultados y se hace el análisis
correspondiente, en el capítulo último se muestran las conclusiones a las que
finalmente se llegó.
5
CAPÍTULO 1 GENERALIDADES DEL CONCRETO
REFORZADO
1.1 TECNOLOGÍA DEL CONCRETO A BASE DE CEMENTO PORTLAND
1.1.1Normativa de cementos en México
En México la norma que proporciona las directrices en cuanto la calidad de los
cementos es la N·CMT·2·02·001/02 (Libro: CMT. Características de los
Materiales; parte: 2. Materiales Para Estructuras; Título: 02. Materiales Para
Concreto Hidráulico; Capítulo: 001. Calidad del Cemento Portland). También se
encuentra la norma NMX-C-414-ONNCCE Industria De La Construcción
Cementos Hidráulicos Especificaciones Y Métodos De Prueba. En la tabla I se
muestra una comparación entre normas aplicadas a las especificaciones del
cemento para Concreto Hidráulico.
1.1.2 Su clasificación
Definición
El cemento Portland es un conglomerante hidráulico que al ser hidratado se
solidifica y endurece. Se obtiene mediante un proceso industrial, pulverizando a un
grado de finura determinado una mezcla fría de arcilla y materiales calcáreos,
previamente sometida a cocción, que se denomina Clinker Portland, al cual se le
adiciona sulfato de calcio como anhidrita (CaSO4), yeso (CaSO4-2H2O) o
hemihidrato (CaSO4-1/2H2O), para regular el tiempo de fraguado. Según las
propiedades que se requieran o para auxiliar la molienda, además se le pueden
incorporar otros materiales como:
• Puzolanas que son materiales naturales, artificiales o subproductos industriales
silíceos o silicoaluminosos, o una combinación de ambos, los cuales no endurecen
por sí mismos, pero finamente molidos, reaccionan en presencia de agua a la
6
temperatura ambiente con el hidróxido de calcio y forman compuestos con
propiedades cementantes. Proceden de algunas de las tierras diatomáceas,
Tabla I.- Recomendación para la selección de cementos.
NMX-C-414-ONNCCE (1999)
Vigente
NMX-C-001 (Cancelada)
NORMA ASTM C-150
CPO 30, CPO30R, CPC30 Y CPC 30R TIPO I
Cualquier cemento que cumpla con la característica
especial BCH y/o RS
TIPO II
CPO 40 CPO 40R, Y CPC 40R TIPO III
Cualquier cemento que cumpla con la característica
especial BCH
TIPO IV
Cualquier cemento que cumpla con la característica
especial RS
TIPO V
CPO ó CPC que cumpla con la característica especial B VLANCO
Cualquier cemento que cumpla con la característica
especial BRA
ESPECIAL, BAJO ALCALI TODOS
LOS TIPOS
NMX-C-414-ONNCCE-1999
(Vigente)*
NMX-C-002 (Cancelada)
CEMENTO PUZOLANICO ASTM C-
595
CPP 30, CPP 30R, CPC 30 Y CPC 30R TIPO PUZ 1
CPP 20 Y CPC 20 TIPO PUZ 2
NMX-C-414-ONNCCE-1999
(Vigente)*
NMX-C-175 (Cancelada)
ESCORIA ALTO HORNO
ASTM C-595
A PARTIR DE CPEG 30 CEMENTO CON ESCORIA
* Estos cementos pueden tener las características especiales RS, BRA Y BCH.
horstenos opalinos, pizarras, tobas y pómez, así como de diferentes productos de
calcinación y de algunas de las arcillas más comunes como la montmorilonita y la
caolinita.Dentro de estos materiales se consideran las cenizas volantes que se
obtienen de los quemadores de centrales termoeléctricas alimentadas con
carbones pulverizados, mediante la precipitación electrostática o por captación
mecánica de los polvos que acompañan a los gases de combustión (CST, 1986).
7
• Escoria granulada de alto horno, es decir, el residuo no metálico que se obtiene
en el alto horno por la fusión de minerales de fierro, enfriado bruscamente con
agua o vapor y aire, compuesto principalmente por silicatos y aluminosilicatos
cálcicos.
• Humo de sílice, que es una puzolana muy fina constituida esencialmente por
sílice amorfa, obtenida como un subproducto de la fabricación de silicio o
aleaciones con arco eléctrico de ferro-silicio.
• Caliza, que es un material de naturaleza inorgánica de origen mineral
carbonatado, compuesto principalmente por carbonatos de calcio en forma de
calcita.
Según los materiales que los componen, los cementos Portland se clasifican
como:
Tipo CPO (Cemento Portland Ordinario)
El producido mediante la molienda del Clinker Portland y sulfato de calcio. Cuando
el proyecto no establezca el tipo de cemento Portland por usar en cada caso, se
entenderá que se trata de cemento Tipo CPO.
Tipo CPP (Cemento Portland Puzolánico)
El que resulta de la molienda conjunta del Clinker Portland, puzolanas y sulfato de
calcio (CST, 1986).
Tipo CPEG (Cemento Portland con Escoria Granulada de Alto Horno)
El producido mediante la molienda conjunta del Clinker Portland, escoria
granulada de alto horno y sulfato de calcio.
8
Tipo CPC (Cemento Portland Compuesto)
El que se obtiene de la molienda conjunta del Clinker Portland, puzolanas, escoria
de alto horno, caliza y sulfato de calcio. En este tipo de cemento la caliza puede
ser el único componente adicional al Clinker Portland con el sulfato de calcio.
Tipo CPS (Cemento Portland con Humo de Sílice)
El que resulta de la molienda conjunta del Clinker Portland, humo de sílice y
sulfato de calcio.
Tipo CEG (Cemento con Escoria Granulada de Alto Horno)
El producido mediante la molienda conjunta del Clinker Portland, sulfato de calcio
y mayoritariamente escoria granulada de alto horno.
Según su resistencia a la compresión simple
Según su resistencia mecánica a la compresión, determinada de acuerdo con el
procedimiento descrito en el Manual M·MMP·2·02·004, Resistencia a la
Compresión del Cemento, los cementos Portland se clasifican en las clases
resistentes que se indican en la Tabla II de esta Norma.
TABLA II.- Clases resistentes del Cemento Portland.
Unidades en (kg/cm2)
Clase
resistente
Resistencia a la compresión
A 3 días A 28 días
mínimo mínimo máximo
20 - 204 408
30 - 306 510
30R 204 306 510
40 - 408 -
40R 306 408 -
Para identificar un cemento Portland, la clase resistente se anotará
inmediatamente después de la designación del tipo de cemento, por ejemplo:
9
• CPO 30, cuando se trate de un cemento Portland ordinario con una resistencia
normal mínima de (306 kg/cm2).
• CPEG 40R, si se requiere un cemento Portland con escoria granulada de alto
horno, que tenga una resistencia normal mínima de (408.kg/cm2) y deba cumplir
con una resistencia inicial mínima de (306 kg/cm2).
Los cementos Portland pueden presentar una o más de las características
especiales que se indican en la Tabla III de esta Norma.
TABLA III.- Características especiales del Cemento Portland.
Característica especial Nomenclatura
Resistente a los sulfatos RS
Baja reactividad álcali-agregado BRA
Bajo calor de hidratación BCH
Blanco B
Para identificar un cemento Portland con una característica especial, la
nomenclatura de ésta será anotada inmediatamente después de la designación
del tipo de cemento que se indica en el Inciso B.2.1. y de la clase resistente que
se señala en el Inciso B.2.2. De tener dos o más características especiales, sus
nomenclaturas se anotan siguiendo el orden descendente de la Tabla III de esta
Norma, separándolas con una diagonal, por ejemplo:
• CPO 30 RS, cuando se trate de un cemento Portland Ordinario con una
resistencia normal mínima de (306 kg/cm2) y que sea resistente a los sulfatos.
• CPEG 40R BRA/BCH, si se requiere un cemento Portland con escoria granulada
de alto horno, que tenga una resistencia normal mínima de(408.kg/cm2), una
resistencia inicial mínima de (306 kg/cm2), baja reactividad álcali agregado y bajo
calor de hidratación.
10
1.2 AGUA
1.2.1 Normativa en la construcción
Uno de los principales problemas que enfrentan las grandes ciudades es el
suministro y distribución de agua potable. Es evidente que la escasez de este
líquido está relacionada con el crecimiento de la población, la contaminación de
los acuíferos, la extracción de agua en donde no se cumplen los ciclos biológicos
naturales, así como el alto costo cuando se suministra de lugares apartados,
situación que nos obliga a dar prioridades en el consumo de este recurso vital.
La ciudad de México no se exime de esta problemática, la Dirección General de
Construcción y Operación Hidráulica (DGCOH) señala que en 1996 se extraían,
sólo en el Distrito Federal., a través de pozos profundos, 1,057,460.00 m3 por día,
excluyendo a los sistemas Cutzamala, con un caudal de 830,736.00 m3 por día;
Lerma, con 423,792.00 m3 por día; Norte, con 228,873.00 m3 por día, y Sur, con
789,696 m3 por día. Esto habla de la cantidad de agua potable que tiene que
suministrarse al Distrito Federal para que se la utilice en las diferentes industrias.
Precisamente, uno de los usos que se le da es en la industria de la construcción.
Dentro de esta industria, en la elaboración de concreto se utilizan
aproximadamente 165 litros de agua potable por metro cúbico de concreto
fabricado.
El agua de mezclado
Los requisitos de calidad del agua de mezclado para concreto no tienen ninguna
relación con el aspecto bacteriológico (como es el caso de las aguas potables),
sino que básicamente se refieren a sus características fisicoquímicas y sus efectos
sobre el comportamiento y las propiedades del concreto. Se recomienda que el
agua para la mezcla de concreto o mortero sea potable y que no tenga un sabor
pronunciado, para garantizar así el comportamiento adecuado de la estructura. Sin
embargo, aun dentro del agua potable se pueden encontrar disueltas altas
concentraciones de sales, cítricos o azúcares entre otros, que pueden ser
perjudiciales para el concreto.
11
Refiriéndose a las características fisicoquímicas del agua para concreto, no parece
haber consenso general en cuanto a las limitaciones que deben imponerse a las
sustancias e impurezas cuya presencia es relativamente frecuente, como puede
ser el caso de algunas sales inorgánicas (cloruros, sulfatos), sólidos en
suspensión, materia orgánica, dióxido de carbono disuelto, etc. Sin embargo, en lo
que sí parece haber acuerdo es en que no debe tolerarse la presencia de
sustancias que son francamente dañinas, como son grasas, aceites, azúcares y
ácidos, por ejemplo. La presencia de algunas de estas sustancias, que por lo
demás no es común, debe tomarse como un síntoma de contaminación que
requiere eliminarse antes de considerar la posibilidad de emplear el agua.
El exceso de impurezas en el agua de mezclado puede causar, además, manchas
o corrosión en el acero de refuerzo de un concreto. Por lo anterior, es necesario
especificar ciertos límites de compuestos tales como cloruros, sulfatos, álcalis y
sólidos dentro del agua de mezclado.
Cuando el agua de uso previsto es potable, cabe suponer en principio que sus
características físico-químicas son adecuadas para hacer concreto, excepto por la
posibilidad de que contenga alguna sustancia saborizante, lo cual puede
detectarse fácilmente al probarla. Así, por ejemplo, el USBR considera que si el
agua es clara, y no tiene sabor dulce, amargo o salobre, puede ser usada como
agua de mezclado o de curado para concreto, sin necesidad de mayores pruebas.
Si el agua no procede de una fuente de suministro de agua potable, se puede
juzgar su aptitud como agua para concreto mediante los requisitos físico-químicos
contenidos en la Norma Oficial Mexicana NOM C-122 (ASTM C-94),
recomendados para aguas que no son potables. Para el caso específico de la
fabricación de elementos de concretos presforzados, hay algunos requisitos que
son más estrictos en cuanto al límite tolerable de ciertas sales que pueden afectar
el concreto y el acero de preesforzado.
En las normas antes mencionadas se indican los límites especificados, para las
sales e impurezas que con mayor frecuencia se hallan presentes en las aguas que
12
no son potables, a fin de que no se excedan en el agua que se utilice para la
elaboración de concreto,
Notas:
a) Las aguas que excedan los límites señalados para cloruros, sulfatos y
magnesio, podrán emplearse si se demuestra que la concentración calculada de
estos compuestos en el agua total de la mezcla, incluyendo el agua de absorción
de los agregados, u otros orígenes, no excede dichos límites.
b) El agua se puede usar siempre y cuando las arenas que se empleen en el
concreto acusen un contenido de materia orgánica cuya coloración sea inferior a
2, de acuerdo con el método de la NOM C-88.
1.3 ÁRIDOS
En México una de las normas que rige la Calidad de Agregados Pétreos para
Concreto Hidráulico es la N·CMT·2·02·002/02 (LIBRO: CMT. CARACTERÍSTICAS
DELOS MATERIALES; PARTE: 2. MATERIALES PARA ESTRUCTURAS;
TÍTULO: 02. Materiales para Concreto Hidráulico; CAPÍTULO: 002. Calidad de
Agregados Pétreos para Concreto Hidráulico).
Esta Norma contiene las características de calidad de los agregados que se
utilizan en la fabricación del concreto hidráulico, con excepción de los agregados
ligeros que se utilizan para la elaboración de concretos a prueba de fuego, así
como en rellenos y elementos de concreto cuyo diseño se basa en pruebas de
carga y no en procedimientos convencionales(ACI, 1984).
También define a los agregados como materiales pétreos naturales seleccionados;
materiales sujetos a tratamientos de disgregación, cribado, trituración o lavado, o
materiales producidos por expansión, calcinación o fusión excipiente, que se
mezclan con cemento Portland y agua, para formar concreto hidráulico.
13
Además los clasifica en:
Agregado Fino
Es arena natural seleccionada u obtenida mediante trituración y cribado, con
partículas de tamaño comprendido entre setenta y cinco (75) micrómetros (malla
N°200) y cuatro coma setenta y cinco (4,75) milímetros (malla N°4), pudiendo
contener finos de menor tamaño, dentro de las proporciones establecidas en esta
Norma(ACI, 1984).
Agregado Grueso
Puede ser grava natural seleccionada u obtenida mediante trituración y cribado,
escorias de altos hornos enfriadas en aire o una combinación de dichos
materiales, con partículas de tamaño máximo, generalmente comprendido entre
diecinueve (19)milímetros (¾”) y setenta y cinco (75) milímetros (3”), pudiendo
contener fragmentos de roca y arena, dentro de las proporciones establecidas en
esta Norma(ACI, 1984).
Fragmentos De Roca
Son los agregados con tamaño mayor de setenta y cinco (75) milímetros (3”) y una
masa máxima de treinta (30) kilogramos, como los boleos y la piedra braza, entre
otros, que se utilizan comúnmente para fabricar concreto ciclópeo.
1.3.1 Arena
Según esta norma los requisitos de calidad de los agregados finos son:
Granulometría
La granulometría del agregado fino, determinada mediante el procedimiento de
prueba indicado en el Manual M·MMP·2·02·020, Granulometría de Agregados
Pétreos, estará comprendida entre los límites que se indican en la Tabla IV de
esta Norma.
14
Tabla IV. Límites granulométricos para el agregado fino.
Malla Porcentaje retenido
acumuladoAbertura en mm Designación
9.5 3/8” 0
4.75 Nº 4 0-5
2.36 Nº 8 0-20
1.18 Nº 16 15-50
0.6 Nº 30 40-75
0.3 Nº 50 70-90
0.15 Nº 100 90-98
TABLA V. Material que pasa la malla N°200 (0,075mm) en el agregado fino
para casos especiales.
Límite líquido % Índice plástico %Contenido máximo respecto a
la masa total de la muestra %
Hasta 25 Hasta 5 18
de 5 a 10 14
de 10 a 15 9
De 26 a 35 Hasta 5 15
de 5 a 10 11
de 10 a 15 7
De 36 a 45 Hasta 5 12
de 5 a 10 9
de 10 a 15 6
De 46 a 55 Hasta 5 9
de 5 a 10 7
de 10 a 15 5
Módulo De Finura
El módulo de finura que corresponda a la granulometría a que se refiere la
Fracción anterior, es decir, la centésima parte de la suma de los porcentajes
retenidos acumulados en cada una de las mallas que se indican en la Tabla IV de
esta Norma, no será menor de dos coma tres (2,3), ni mayor de tres coma uno
15
(3,1), con una tolerancia de variación de dos décimas (0,2) en más o en menos
con respecto al valor de módulo de finura empleado en el diseño del
proporcionamiento del concreto hidráulico. En caso de que el módulo de finura
sobrepase dicha tolerancia, se harán los ajustes necesarios en las proporciones,
para compensar las variaciones de composición granulométrica.
Material Que Pasa La Malla N°200 (0,075 Mm)
El porcentaje del material que pasa la malla N°200 (0,075 mm de abertura) en el
agregado fino, determinado mediante el procedimiento de prueba indicado en el
Manual M·MMP·2·02·030, Partículas más Finas que la Malla N°200 (0,075 mm) en
los Agregados, no será mayor que los límites indicados en la Tabla V. En casos
especiales, cuando así lo apruebe la Secretaría, esos límites podrán ser hasta los
indicados en la Tabla VI de ésta Norma, según los límites de consistencia del
material que pasa la malla N°200.
TABLA VI. Contenido de substancias perjudiciales en el agregado fino.
Substancias perjudicialesContenido máximo respecto a la masa total
de la muestra
Terrones de arcilla y partículas deleznables 1
Carbón y lignito:
•En concreto aparente 0,5
•En concreto de cualquier otra índole
0.5
1
Materiales finos que pasan la malla N°200 [1]:
•Para concreto sujeto a desgaste 3
•Para concreto de cualquier otra índole
3
5
[1] En el caso de arenas obtenidas por trituración, si el material que pasa la malla N°200 está
formado por el polvo producto de la trituración, exento de arcillas o pizarras, estos límites se
podrán aumentar hasta el 5% y 7%, respectivamente.
Contenido De Substancias Perjudiciales
El contenido en el agregado fino, de terrones de arcilla y partículas deleznables,
determinado mediante el procedimiento de prueba indicado en el Manual
M·MMP·2·02·031, Terrones y Partículas Deleznables en los Agregados, así como
16
el de carbón y lignito, no excederán los límites indicados en la Tabla VI de esta
Norma.
1.3.2 Grava
Los requisitos de calidad de los agregados gruesos son:
Granulometría
La granulometría de los agregados gruesos, determinada mediante el
procedimiento de prueba indicado en el ManualM·MMP·2·02·020, Granulometría
de Agregados Pétreos, estará comprendida entre los límites que se indican en la
Tabla VII de esta Norma, según su tamaño nominal. Para controlar la calidad de
producción, puede desarrollarse una granulometría promedio y mantenerse dentro
de las tolerancias indicadas en dicha Tabla (ACI, 1984).
Cuando se tengan agregados gruesos fuera de los límites establecidos en el
Inciso anterior, se les dará algún tratamiento para que cumplan con dichos límites.
En el caso de que se acepte que los agregados gruesos no cumplan con los
límites indicados, se ajustará el proporcionamiento del concreto hidráulico para
compensar las deficiencias granulométricas, debiéndose demostrar, a juicio de la
Secretaría que el concreto fabricado con el nuevo proporcionamiento tiene un
comportamiento adecuado.
Material Que Pasa La Malla N°200 (0,075 Mm)
El porcentaje del material que pasa la malla N°200 (0,075 mm de abertura) en el
agregado grueso, determinado mediante el procedimiento de prueba indicado en
el Manual M·MMP·2·02·030, Partículas más Finas que la Malla N°200 (0,075 mm)
en los Agregados, será del dos (2) por ciento. Sin embargo, en el caso de
agregados triturados, si el material que pasa la malla N°200, está constituido por el
polvo producto de la trituración, exento de arcilla o pizarras, el contenido máximo
podrá ser hasta de tres (3) %.
17
TABLA VII.- Límites granulométricos para agregados gruesos.
Mal
la (
mm
)
(des
ign
ació
n)
Tamaño nominal en mm.
9
a
40
64
a
40
50
a
25
50
a
5
40
a
20
40
a
5
25
a
13
25
a
10
25
a
5
20
a
10
20
a
5
13
a
5
10
a
2,5
Porcentaje retenido acumulado
4” 0
3 ½” 0-
10
3” 0
2 ½” 75-
40
0-
10
0 0
2” 30-
65
0-
10
0-5 0 0
1 ½” 85-
100
85-
100
30-
65
0-
10
0-5 0 0 0
1” 85-
100
30-
65
45-
80
0-
10
0-
10
0-5 0 0
¾” 95-
100
95-
100
85-
100
30-
65
45-
60
15-
60
0-
10
0-
10
0
½” 95-
100
70-
90
90-
100
60-
90
40-
75
45-
60
0-
10
0
3/8” 95-
100
70-
90
95-
100
85-
100
85-
100
45-
80
30-
60
0-
15
Nº 4 95-
100
95-
100
95-
100
90-
100
95-
100
90-
100
85-
100
70-
90
Nº 8 95-
100
95-
100
95-
100
90-
100
Nº 16 95-
100
Contenido De Substancias Perjudiciales
El contenido de substancias perjudiciales en el agregado grueso no será mayor
que los límites indicados en la Tabla VIII de esta Norma. De no cumplir con los
requisitos establecidos en ésa Tabla, el agregado grueso sólo podrá ser aceptado
18
cuando un concreto de propiedades comparables, hecho con agregados similares
del mismo origen, haya dado servicio satisfactorio a juicio de la Secretaría en
TABLA VIII. Contenido de substancias perjudiciales en el agregado grueso.
Substancias perjudiciales
Contenido máximo respecto
a la masa total de
la muestra%
Terrones de arcilla y partículas deleznables
En concreto no expuesto a la intemperie 10
En concreto expuesto a la intemperie 5
En concreto sujeto a exposición frecuente de
humedad o a tráfico abrasivo [1]
4
En concreto arquitectónico 2
Partículas de roca de sílice alterada,
con masaespecífica menor de 2,4 [2]
En concreto expuesto a la intemperie [1] 6
En concreto sujeto a exposición
frecuente dehumedad
5
En concreto arquitectónico 3
Suma de los contenidos de terrones de arcilla, partículas deleznables y
de roca de sílice alterada
En concreto expuesto a la intemperie 8
En concreto sujeto a exposición
frecuente dehumedad
6
En concreto arquitectónico [1] 4
Carbón y lignito:
En concreto no expuesto a la intemperie 1
En concreto expuesto a la intemperie 0.5
[1] Para concreto hidráulico en regiones cuya altitud sea mayor de 3 000 m sobre el nivel del mar,
este requisito debe reducirse en 1%.
[2] Este requisito es aplicable a materiales que contengan roca de sílice alterada como impureza.
La limitación del uso de agregados gruesos quesean predominantemente de roca de sílice, debe
basarse en antecedentes de servicio en la región donde se empleen.
19
condiciones similares de intemperismo, o tratándose de agregados gruesos de los que no se tengan antecedentes, cuando se obtengan con ellos resultados satisfactorios en concretos sujetos a pruebas de sanidad, desgaste, congelación y deshielo, de acuerdo con los métodos descritos en los Manuales M·MMP·2·02·028, Sanidad de los Agregados mediante Sulfato de Sodio o de Magnesio,M·MMP·2·02·032, Resistencia a la Degradación del Agregado Grueso mediante la Máquina de Los Ángeles, M·MMP·2·02·060,Resistencia del Concreto a Congelación y Deshielo.
1.4 DISEÑO DE MEZCLAS
Definición:
La selección de las proporciones de los materiales integrantes de la unidad cúbica
de concreto, es definida como el proceso que, en base a la aplicación técnica y
práctica de los conocimientos sobre sus componentes y la integración entre ellos,
permite lograr un material que satisfaga de la manera más eficiente y económico
los requerimientos particulares del proyecto constructivo.
Pasos básicos para diseñar una mezcla de concreto:
1.- Recaudar el siguiente conjunto de información:
Los materiales
Del elemento a vaciar, tamaño y forma de las estructuras
Resistencia a la compresión requerida
Condiciones ambientales durante el vaciado
Condiciones a la que estará expuesta la estructura
2.- Determinar la resistencia requerida.
f´c=resistencia a la compresión (kg/cm2) resistencia de diseño establecida por el
ingeniero estructural.
20
Del ACI 318-99 se tiene:
f ´ c f=f ´ c+1.33σ……… ..(1.1)
f ´ c f=f ´ c+2.33σ−35………..(1.2)
Dónde:
σ: desviación estándar (kg/cm2)
f´cf: resistencia a la compresión requerida (kg/cm2)
Se escogerá el mayor valor de las fórmulas (1.1) y (1.2)
Esto para que la mezcla de concreto tenga un factor de seguridad, es decir que
debido a las diversas circunstancias a lo largo del proceso de elaboración del
concreto, muchas veces no se logra la resistencia requerida, por lo cual se toma
en cuenta el mayor valor obtenido de las formulas anteriores dadas según la
norma ACI 318-99.
3.- Seleccionar el tamaño máximo nominal del agregado grueso.
El tamaño máximo nominal del agregado grueso no deberá ser mayor de uno
de estos puntos:
1/5 de la menor dimensión entre las caras de encofrados.
3/4 del espacio libre mínimo entre barras o alambres individuales de
refuerzo, paquetes de barras, torones o ductos de preesfuerzo.
1/3 del peralte de las losas.
4.- Selección del asentamiento. La selección del asentamiento o revenimiento
debe hacerse según las especificaciones del proyecto, hay asentamientos
desde 2” hasta 6”, por ejemplo para un concreto que se pueda bombear se
necesita de un asentamiento mayor a 4”.
5.- Determinación del volumen de agua.
La cantidad de agua (por volumen unitario de concreto) que se requiere
para producir un asentamiento dado, depende del tamaño máximo de
21
agregado, de la forma de las partículas y gradación de los agregados y de
la cantidad de aire incluido.
6.- Determinación del contenido de aire.
El ACI 211 establece una tabla que proporciona aproximadamente el
porcentaje de contenido de aire atrapado en una mezcla de concreto en
función del tamaño nominal del agregado grueso.
7.- Seleccionar la relación (a/c).
La relación agua/cemento requerida se determina no solo por los requisitos
de resistencia, sino también por los factores como la durabilidad y
propiedades para el acabado. Puesto que distintos agregados y cementos
producen generalmente resistencias diferentes con la misma relación
agua/cemento, es muy conveniente conocer o desarrollar la relación entre
la resistencia y la relación agua/cemento de los materiales que se usarán
realmente.
Para condiciones severas de exposición, la relación agua/cemento deberá
mantenerse baja, aun cuando los requisitos de resistencia puedan
cumplirse con un valor más alto.
8.- Cálculo del contenido de cemento.
Se obtiene dividiendo los valores obtenidos entre el volumen de agua y la
relación agua cemento.
9.- Cálculo de los pesos de los agregados.
Está en función del método de diseño especifico a emplear o basado
puntualmente en alguna teoría de combinación de agregados.
10.- Presentar el diseño de mezcla en condiciones seca.
22
El diseño de la mezcla de concreto se puede presentar por pesos secos o
húmedos según convenga, es decir presentado en una tabla explicativa en
la que se indica tanto el componente de la mezcla como su peso seco o
húmedo que actúa en la elaboración.
11.- Corrección por humedad del diseño de mezcla en estado seco.
El agua que va agregarse a la mezcla de prueba debe reducirse en una
cantidad igual a la humedad libre que contiene el agregado, esto es,
humedad total menos absorción.
Aporte de humedad de los agregados:
Por absorción: L1= peso agregado seco x % absorción del agregado
Por contenido de humedad: L2= peso agregado seco x % contenido de
humedad del agregado.
12.- Presentar el diseño de mezcla en condiciones húmedas. El diseño de la
mezcla de concreto se puede presentar por pesos secos o húmedos según
convenga, es decir presentado en una tabla explicativa en la que se indica
tanto el componente de la mezcla como su peso seco o húmedo que actúa
en la elaboración.
1.4.1 Relación Agua/Cemento
La relación agua/cemento constituye un parámetro importante de la composición
del concreto. Tiene influencia sobre la resistencia, la durabilidad y la retracción del
concreto.
La relación agua/cemento (a/c) es el valor característico más importante de la
tecnología del concreto. De ella dependen la resistencia y la durabilidad, así como
los coeficientes de retracción y de fluencia. También determina la estructura
interna de la pasta de cemento endurecida.
23
La relación agua cemento es el cociente entre las cantidades de agua y de
cemento existentes en el concreto fresco. O sea que se calcula dividiendo la masa
del agua por la del cemento contenidas en un volumen dado de concreto.
R=ac……… (1.3)
R Relación agua/cemento
a Masa del agua del concreto n fresco
c Masa del cemento del concreto
La relación agua/cemento crece cuando aumenta la cantidad de agua y decrece
cuando aumenta el contenido de cemento. En todos los casos, cuanto más baja es
la relación agua/cemento tanto más favorables son las propiedades de la pasta de
cemento endurecida.
La importancia de la relación agua/cemento fue descubierta hace 60 años por Duff
A. Abrams especialista de EE. UU. Después de haber estudiado un gran número
de concretos de diferentes composiciones, anunció la ley que expresa que con un
agregado dado, la resistencia depende sólo de la relación agua/cemento del
concreto fresco. Este descubrimiento ha provocado desarrollos importantes puesto
que otras propiedades de gran valor del concreto, también dependen de la
relación agua/cemento (Neville, 1998).
Los trabajos realizados posteriormente por T.C. Powers, han permitido
comprender las causas de esta fuerte influencia de la relación agua/cemento.
1.4.2 Proporcionamiento por Peso o por Volumen
Datos que se requieren para el diseño de la mezcla
1. Granulometría del agregado (módulo de finura).
2. Peso unitario varillado seco del agregado grueso.
3. Densidad de los materiales.
24
4. Contenido de humedad libre en el agregado (absorción).
5. Requerimientos entre la resistencia y la relación agua cemento, para las
combinaciones de cemento agregado
6. Especificaciones de la obra.
Ejemplo:
Calcular la proporción del material en kilogramos: de cemento, agua, grava y
arena, para elaborar el concreto de una zapata.
Especificaciones de la obra
1. Tipo de construcción: Zapata de concreto reforzado
2. Exposición del concreto: Mediana
3. Tamaño máximo del agregado: 38 mm
4. Revenimiento: de 7,5 a 10 cm
5. Resistencia a la compresión especificada a los 28 días: 24,5 Mpa (250
kg/cm2)
Características de los materiales seleccionados
Tabla IX.- Características de los materiales necesarios para el ejemplo de
proporcionamiento por peso o por volumen.
CARACTERÍSTICAS CEMENTO ARENA GRAVA
Densidad relativa 3.15 2.6 2.7
Peso unitario (kg/m3) 3150 2600 2700
P.U. Varillado seco (kg/m3) 1600
Módulo de finura 2.8
Desviación de humedad a condición SSS (%) + 2.5 + 0.05
PASO 1. SELECCIÓN DEL REVENIMIENTO
25
Se selecciona el revenimiento o asentamiento deseado según las especificaciones
del proyecto y según el elemento a colar.
Tabla X.- Diferentes valores de revenimiento, para diversos elementos
estructurales.
REVENIMIENTO RECOMENDADO PARA DIFERENTES ELEMENTOS ESTRUCTURALES
ELEMENTOS
REVENIMIENTO
(cm)
Máximo Mínimo
Cimentaciones reforzadas, muros y zapatas 7.5 2.5
Zapatas simples, estribos y muros de subestructuras 7.5 2.5
Vigas y muros reforzados 10 2.5
Columnas y edificios 10 2.5
Pavimentos y losas 7.5 2.5
Concreto Masivo 7.5 21.5
PASO 2. SELECCIÓN DEL TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO
En ningún caso deberá exceder el tamaño máximo a:
Un quinto de la dimensión más angosta entre los lados de la cimbra.
Un tercio del peralte de las losas.
Tres cuartos del espacio libre mínimo entre varillas de refuerzo.
Para este caso el tamaño máximo de agregado es de 38 mm, ya que es un dato
dado.
Tabla XI.- Agua de mezclado según el revenimiento deseado.
Entonces para determinar la cantidad de agua, vemos la siguiente tabla y para un
revenimiento de 7.5 a 10 cm y un agregado máximo de 38 mm, la cantidad de agua es de 181
kg: con 1% de aire atrapado.
Agua de mezclado aproximado (kg/cm3)
Concreto sin aire incluido
Revenimiento
(cm)
Tamaño máximo nominal de los agregados (mm)
10 13 20 25 38 50 75
2.5 a 5 208 199 190 179 166 154 130
26
7.5 a 10 228 216 205 193 181 169 145
15 a 17.5 243 228 216 202 190 178 160
Aire atrapado (%) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0.3
PASO 3. CALCULO DE AGUA DE MEZCLADO Y CONTENIDO DE AIRE
La cantidad de agua por unidad de volumen de concreto requerida para producir
un revenimiento dado, depende:
Del tamaño máximo de las partículas.
De la forma y la granulometría de los agregados.
Así como la cantidad de aire incluido.
PASO 4. SELECCIÓN DE LA RELACIÓN AGUA / CEMENTO
Según la resistencia esperada se selecciona de la tabla siguiente el revenimiento
para la mezcla de concreto.
Tabla XII.- Relación a/c según la resistencia del concreto necesario.
La relación agua cemento lo determinamos según la tabla siguiente:
RELACIÓN AGUA CEMENTO
Resistencia a la compresión
a 28 días (Mpa)
Relación agua/cemento, por peso
Concreto sin aire incluido Concreto con aire incluido
40 0.42 *
35 0.47 0.39
30 0.54 0.45
25 0.61 0.52
20 0.69 0.60
15 0.79 0.70
De la tabla interpolamos, y tenemos que para un f´c= 27.3 Mpa la relación a/c es 0.58
PASO 5. CALCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO
Fórmula para determinar la cantidad de cemento:
27
Cemento= aguarelaciónagua/cemento
………(1.4)
Entonces tenemos:
Cemento = 181 kg / 0.58 = 312 kg
Por lo que necesitamos 312 kg de cemento
PASO 6. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DEL AGREGADO GRUESO “GRAVA”
Para un grado adecuado de trabajabilidad, el volumen de agregado grueso
por unidad de volumen del concreto depende solamente de su tamaño
máximo y del módulo de finura del agregado fino.
Cuanto más fina es la arena y mayor el tamaño de las partículas del
agregado grueso, mayor es el volumen de agregado grueso que puede
utilizarse para producir una mezcla de concreto de trabajabilidad
satisfactoria.
Si tenemos un tamaño máximo de grava de 38 mm y 2.8 para un módulo de
finura de la arena, recurrimos a una tabla para determinar el factor que nos
servirá para determinar el volumen de la grava.
Tabla XIII.- Volumen necesario de agregado grueso por unidad de volumen de
concreto.
VOLUMEN DE AGREGADO GRUESO
Por unidad de volumen de concreto
Entonces, el peso de grava varillado en seco es:
GRAVA=(Fvg)(PUVS)= (0.71) (1600)=1136 kg
Tamaño
máximo del
agregado (mm)
Volumen de agregado grueso varillado seco
por unidad de volumen de concreto para
diferentes módulos de finura
2.4 2.6 2.8 3.0
10 0.50 0.48 0.46 0.44
13 0.59 0.57 0.55 0.53
20 0.66 0.64 0.62 0.60
25 0.71 0.69 0.67 0.65
38 0.75 0.73 0.71 0.69
50 0.78 0.76 0.74 0.72
28
PASO 7. ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DEL AGREGADO FINO “ARENA”
Método de peso: Si el peso unitario del concreto fresco se conoce por una
previa experiencia entonces el peso requerido del agregado fino es
simplemente la diferencia entre el peso por unidad del concreto y los pesos
totales del agua, cemento y agregado grueso.
Método de volumen absoluto: El volumen total desplazado por los
ingredientes conocidos (agua, aire, cemento, grava) se resta al volumen
unitario del concreto (1 m3) para obtener el volumen requerido del agregado
fino. Este a su vez es convertido en unidades de peso multiplicándolo por la
densidad del material.
Si no se tiene el peso del concreto, hay que estimarlo conforme a la
siguiente tabla:
Tabla XIV.- Determinación del peso del concreto fresco según el tamaño máximo
del agregado (mm).
PRIMERA ESTIMACIÓN DEL PESO DEL CONCRETO FRESCO (kg/m3)
Tamaño máximo del
agregado (mm)
Peos del concreto, sin aire
incluido
Según la tabla estimamos el peso de concreto para una
grava de 38 mm y nos da un valor de 2415 kg/m3.
10 2880
13 2310
20 2350
25 2380
38 2415
50 2445
Entonces, el peso de la arena es:
ARENA = concreto – (agua + cemento + grava)
29
ARENA = 2415 – (181 + 312 + 1136) = 786 kg
PASO 8. AJUSTES POR HUMEDAD DEL CONCRETO
Generalmente los agregados en el almacén están húmedos, más que los
considerados en el cálculo, con base a los agregados superficialmente
secos.
Para la mezcla por tanteo, dependiendo de la cantidad de humedad libre de
los agregados, el agua de mezclado se reduce y la cantidad de los
agregados se incrementa correspondientemente.
PASO 9. AJUSTES DE LA MEZCLA POR TANTEO
Debido a las muchas suposiciones, los cálculos teóricos deberán ser verificados
en pequeños volúmenes de concreto (30 litros), la verificación deberá ser en:
Revenimiento
Manejabilidad (sin segregación)
Peso unitario
Contenido de aire
Resistencia a la edad especificada
1.5 RESISTENCIA DE CONCRETOS
A lo largo de años de investigación se ha pensado que la resistencia del concreto
es comúnmente considerada como la característica más valiosa aunque en
muchos casos son otras, como por ejemplo, la durabilidad, impermeabilidad y
estabilidad de volumen, las que pueden ser importantes. Sin embargo, la
resistencia suele dar un panorama general de la calidad del concreto, por estar
directamente relacionada con la estructura de la pasta de cemento.
Tanto la resistencia como los cambios en la durabilidad y volumen de la pasta
endurecida de cemento, al parecer no dependen tanto de la composición química
como de la estructura física de los productos de la hidratación del cemento y de
30
sus proporciones volumétricas relativas. Por ejemplo, una fuente de debilidad
pudiera ser la presencia del agregado el cual puede contener grietas en adición y
ser causa de microfracturas en la interface con la pasta de cemento.
Criterios prácticos en relación con la resistencia
Mientras que la noción de la resistencia del concreto es una propiedad inherente
del material, en la práctica, está propiedad es una función del sistema de
esfuerzos que está actuando en él. En este sentido lo ideal sería poder expresar
todos los criterios de falla en relación con todas las combinaciones posibles de
esfuerzos, mediante un parámetro simple de esfuerzo, como la resistencia en
tensión axial. Sin embargo, esta idealización aún no se ha podido plantear, a
pesar de muchos intentos que se han hecho por desarrollar relaciones empíricas
para criterios de falla que serían útiles en el diseño estructural.
Anteriormente se ha hablado de la porosidad de la pasta de cemento endurecida,
entonces en este sentido podemos decir que el factor práctico más importante en
la resistencia del concreto endurecido es la relación agua/cemento (A/C), pero el
parámetro subyacente es el número de tamaño de los poros en la pasta de
cemento endurecida. De hecho, la relación agua/cemento de la mezcla determina
principalmente la porosidad de la pasta endurecida de cemento como se verá a
continuación.
La Figura 1 muestra el comportamiento macro del concreto en lo que respecta a
su desarrollo de resistencia en función del tiempo y del tipo de curado
proporcionado. Se ve claramente que un defecto de curado erosiona el potencial
de resistencia mecánica del concreto e incluso lesiona económicamente el
proyecto ya que se obtiene un producto de inferior resistencia y durabilidad a
aquel por el cual se pagó.
31
Figura. 1 Resistencia a la compresión de cilindros de 15x30 cm en función de la
edad para una variedad de condiciones de curado (Sika doc. web).
1.6 ACERO DE REFUERZO
Uno de los pasos más importantes dados por el hombre en su avance hacia la
civilización ha sido el descubrimiento del hierro.
La historia del hierro es la historia del hombre. Desde su descubrimiento, en
tiempos primitivos, el hombre con su inventiva ha logrado convertirlo en acero y
adecuarlo a los múltiples usos que hoy tiene. Desde una aguja hasta un buque;
desde un delicado instrumento hasta la Torre de Eiffel.
El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1%
en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes
entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a
las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar a diferencia
de los aceros, se moldean (WIKIPEDIA, 2011).
32
1.6.1 Varillas de Acero Corrugado
En México la norma aplicable para el acero corrugado es la NMX-C-407-
ONNCCE-2001 “INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN – VARILLA CORRUGADA
DE ACERO PROVENIENTE DE LINGOTE Y PALANQUILLA PARA REFUERZO
DE CONCRETO - ESPECIFICACIONES Y MÉTODOS DE PRUEBA”.
La norma mexicana NMX-C-407-ONNCCE-2001 la define como barra de acero
especialmente fabricada para usarse como refuerzo de concreto y cuya superficie
está provista de salientes llamadas corrugaciones. Establece que las varillas se
clasifican por su esfuerzo de fluencia nominal en tres grados: Grado 30, Grado 42
y Grado 52. En la figura 2 se muestra un segmento de una varilla de acero
corrugado.
Figura 2.- Segmento de una varilla de acero corrugado.
Y también determina los parámetros técnicos mostrados en la tabla XV:
33
Tabla XV a).- Parámetros técnicos de las varillas de acero corrugadas, imagen extraída de la norma NMX-C-407-ONNCCE-2001 (ORGANISMO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN Y EDIFICACIÓN, S.C.) ONNCCE.
34
Tabla XV b).- Parámetros técnicos de las varillas de acero corrugadas, imagen extraída de la norma NMX-C-407-ONNCCE-2001 (ORGANISMO NACIONAL DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN Y EDIFICACIÓN, S.C.) ONNCCE.
35
1.6.2 Fabricación
La fabricación se inicia con la recepción de la palanquilla de sección cuadrada, la
cual es conformada por varios rodillos que le dan la forma redonda o ovalada y
generan el corrugado al final del proceso luego se realiza el enfriamiento
respectivo, el cual debe ser realizado cuidadosamente para garantizar la
homogenización de las cualidades mecánicas en todo el elemento fabricado.
La composición de los elementos laminados suele estar asociada a la de los
aceros de alto carbón 0.80 %, ya que la Palanquilla, viene de una colada de estas
características obtenida de un alto horno, sin embargo si el proceso viene de la
reducción en un horno eléctrico se puede obtener laminados de mejor calidad,
maleables y menos frágiles, ya que cuando va disminuyendo el porcentaje de
carbón va disminuyendo la fragilidad y dureza del material también y cediendo
espacio a la ductilidad y maquinabilidad.
Los componentes que se pueden encontrar en este tipo de materiales no son
solamente el carbón y el hierro, podemos identificar silicio, manganeso, fósforo,
azufre, aluminio, cromo, titanio, vanadio, molibdeno, níquel, estaño, etc. siendo los
preponderantes el manganeso con aprox. 0.30 % y fósforo hasta con un 0.48 %,
existen algunas características mecánicas del que deben ser controladas en el
proceso de fabricación ya que el paso por los rodillos, produce un proceso de
descarburación ya de por sí, la temperatura de la salida del horno previo el
laminado debe mediar en los 1100 grados centígrados, el enfriamiento por aire de
tendido también tiene importancia, es muy bien sabido que el esquema de
enfriamiento determina la formación de martensita, o austeníta.
1.6.3 Constitución mineralógica
En la Ingeniería Metalúrgica se clasifica al acero en una familia muy numerosa de
aleaciones metálicas, teniendo como base la aleación hierro-carbono. El hierro es
un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å (1
36
angstrom Å = 10–10 m), con temperatura de fusión de 1.535 C y punto de ebullición
2.740 °C. Por otra parte el carbono tiene un diámetro mucho más pequeño (dA =
1,54 Å), en sus formas alotrópicas el carbono es frágil pero en su forma atómica
como diamante es considerado el material más duro hasta el momento. La
diferencia en diámetros atómicos es lo que permite que el elemento de átomo más
pequeño se difunda en la celda del otro de mayor diámetro. Se es sabido a través
de largos años de estudios hechos por diversos investigadores científicos como
Dalton y Rutherfordque el hidrógeno, el carbono, el hierro y los demás elementos
presentes en la naturaleza están constituidos por las mismas partículas
elementales electrones, protones, neutrones, etc., pero en diferentes cantidades.
Por lo tanto es lógico pensar que el hecho de tener la misma naturaleza básica les
permita interactuar entre sí y mezclarse produciendo una aleación. En la figura 3
se muestra una representación esquemática de los átomos de hidrógeno, carbono
y hierro (WIKIPEDIA, 2011).
Figura 3. Representación esquemática de los átomos de Hidrógeno, Carbono y
Hierro.
El acero es el más popular de las aleaciones, es la combinación entre un metal (el
hierro) y un no metal (el carbono), que conserva las características metálicas del
primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la adición del
segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe
37
confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al
que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y
demás elementos.
Composición química
La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro
y el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otros
elementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y hay
otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente –
azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el
acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y
hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.
Microconstituyentes del acero
Al manipular la temperatura en el acero éste presenta tres estados alotrópicos
principales:
Hasta los 911 C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado
en el cuerpo (BCC) y recibe la denominación de hierro α o ferrita. Es un
material dúctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las
aleaciones con bajo contenido en carbono y es ferromagnético hasta los
770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La ferrita
puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono (WIKIPEDIA, 2011).
Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras
(FCC) y recibe la denominación de hierro γ o austenita. Dada su mayor
compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y es
paramagnética.
Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en
el cuerpo y recibe la denominación de hierro δ que es en esencia el mismo
hierro alfa pero con parámetro de red mayor por efecto de la temperatura.
38
Si se le añadiera carbono al hierro, sus átomos podrían situarse simplemente en
los intersticios de la red cristalina de éste último, pero en los este carbono aparece
combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es decir, un compuesto químico
definido y que recibe la denominación de cementita de este modo se percibe que
los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.
Otros microconstituyentes
Las texturas básicas descritas, nos referimos a un tipo de estructura (perlíticas)
son las que se obtienen enfriando lentamente aceros al carbono, por otra parte, si
se modifican las condiciones de enfriamiento (base de los tratamientos térmicos)
es posible obtener estructuras cristalinas diferentes:
La martensita es el constituyente típico de los aceros templados y se
obtiene de forma casi instantánea al enfriar rápidamente la austenita. Es
una solución sobresaturada de carbono en hierro alfa con tendencia, cuanto
mayor es el carbono, a la sustitución de la estructura cúbica centrada en el
cuerpo por tetragonal centrada en el cuerpo. Tras la cementita (y los
carburos de otros metales) es el constituyente más duro de los aceros.
Velocidades intermedias de enfriamiento dan lugar a la bainita, estructura
similar a la perlita formada por agujas de ferrita y cementita pero de mayor
ductilidad y resistencia que aquélla.
También se puede obtener austenita por enfriamiento rápido de aleaciones
con elementos gammágenos (que favorecen la estabilidad del hierro γ)
como el níquel y el manganeso, tal es el caso por ejemplo de los aceros
inoxidables austeníticos.
Tipos de Acero
Acero de construcción
El acero de construcción, constituye una proporción importante de los aceros
producidos en las plantas siderúrgicas. Con esa denominación se incluye a
aquellos aceros en los que su propiedad fundamental es la resistencia a distintas
39
solicitaciones (fuerzas tanto estáticas como dinámicas) De esta forma se los
separa respecto a los aceros inoxidables, a los aceros para herramientas, a los
aceros para usos eléctricos o a los aceros para electrodomésticos o partes no
estructurales de vehículos de transporte. Históricamente un 90% de la producción
total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10% restante
son aceros aleados.
Clases de aceros al carbono
1. Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para
construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general.
2. Aceros al carbono de baja aleación y alto límite elástico para grandes
construcciones metálicas, puentes, torres, etc.
3. Aceros al carbono de fácil mecanización en tornos automáticos.
En estos aceros son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como
la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento, Estas
propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen y
demás aleantes.
En general los aceros al carbono ordinarios contienen:
C<1% , Mn<0,9% , Si<0,5% ,P<0,1% , S<0,1%
De acuerdo con las propiedades mecánicas, se establecen una serie de grupos de
aceros ordenados por su resistencia a la tracción. Popularmente (no entre los
técnicos de la metalurgia) son conocidos estos aceros como:
Acero extra dulce, dulce, semidulce, semiduro y duro
Acero extra dulce: El porcentaje de carbono en este acero es de 0,15%,
tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-
40
135 HB y prácticamente no adquiere temple. Es un acero fácilmente
soldable y deformable.
Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío,
embutición, plegado, herrajes, etc.
Acero dulce: El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia
mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Se puede soldar
con una técnica adecuada.
Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en
frío, embutición, plegado, herrajes, etc.
Acero semidulce: El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una
resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Se
templa bien, alcanzando una resistencia de 80 kg/mm2 y una dureza de
215-245 HB.
Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces,
pernos, tornillos, herrajes.
Acero semiduro: El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una
resistencia mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Se templa
bien, alcanzando una resistencia de 90 kg/mm2, aunque hay que tener en
cuenta las deformaciones.
Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros
de motores de explosión, transmisiones, etc.
Acero duro: El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia
mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en
agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza
de 275-300 HB.
41
Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de
espesores no muy elevados.
Acero corten
El acero corten es un tipo de acero realizado con una composición química que
hace que su oxidación tenga unas características particulares que protegen la
pieza realizada con este material frente a la corrosión atmosférica sin perder
prácticamente sus características mecánicas.
En la oxidación superficial del acero corten crea una película de óxido
impermeable al agua y al vapor de agua que impide que la oxidación del acero
prosiga hacia el interior de la pieza. Esto se traduce en una acción protectora del
óxido superficial frente a la corrosión atmosférica, con lo que no es necesario
aplicar ningún otro tipo de protección al acero como la protección galvánica o el
pintado.
El acero corten tiene un alto contenido de cobre, cromo y níquel que hace que
adquiera un color rojizo anaranjado característico. Este color varía de tonalidad
según la oxidación del producto sea fuerte o débil, oscureciéndose hacia un
marrón oscuro en el caso de que la pieza se encuentre en ambiente agresivo
como a la intemperie. El uso de acero corten a la intemperie tiene la desventaja de
que partículas del óxido superficial se desprenden con el agua, quedando en
suspensión y siendo arrastradas, lo que resulta en unas manchas de óxido muy
difíciles de quitar en el material que se encuentre debajo del acero corten.
En ambientes agresivos el acero corten se puede corroer a mayor velocidad
(zonas costeras, áreas industriales, etc.), por lo que sería necesario aplicar un
tratamiento anticorrosivo, con objeto de evitar dicha corrosión.
42
Acero inoxidable
En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleación de hierro con un
mínimo de 10% de cromo contenido en masa.1 El acero inoxidable es resistente a
la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad
por el oxígeno y reacciona con él formando una capa pasivadora, evitando así la
corrosión del hierro. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos
ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos
intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable
contienen además otros elementos aleantes; los principales son el níquel y el
molibdeno.
1Steel Glossary. American Iron and Steel Institute (AISI)
43
CAPÍTULO 2 ALGUNOS ASPECTOS DE TERMODINÁMICA
DE CORROSIÓN
El deterioro de las estructuras de concreto reforzado ha sido un tema de gran
relevancia para la industria de la construcción en los últimos años. Se calcula un
costo de 300,000 millones de dólares por fallas en la infraestructura en los
Estados Unidos de América (Gundaker, 1996). Así mismo, se estima que de esa
cantidad, es posible evitar pérdidas por alrededor de 100,000 millones de dólares
tomando medidas de prevención contra la corrosión.
Desde la década de 1960 varios investigadores iniciaron el desarrollo de
materiales y métodos para el control de la corrosión. El uso de materiales
poliméricos como recubrimientos de la varilla de acero fue ampliamente difundido
en los años 70, con la intención de formar una barrera que impidiera el contacto
del acero con agentes agresivos y evitar la corrosión. Después de evaluaciones de
laboratorio y campo de corto tiempo, las varillas cubiertas con polímeros epóxicos
fueron adoptadas en 1981 por la Administración Federal de Carreteras de los
Estados Unidos y algunas Direcciones Estatales de Transporte como el principal
medio de control de la corrosión en puentes. Consecuentemente, las varillas con
recubrimientos epóxicos fueron colocadas en cientos de estructuras a lo largo del
territorio norteamericano. Inicialmente, este sistema mostró buenas propiedades
anticorrosivas en las cubiertas de los puentes en que se aplicaban sales
deshielantes y en la subestructura colocada en medio marino. Sin embargo,
después de varios años este material de construcción acusó signos de corrosión y
algunas limitaciones, por lo que su empleo se cuestionó severamente.
2.1 CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO
En el capítulo anterior vimos las generalidades del concreto reforzado, que es la
base para el siguiente capítulo, ya que en el acero de refuerzo están las zonas
44
anódicas y catódicas, el concreto es el electrolito, que conduce la corriente iónica
y dentro del metal existe el fenómeno de corrosión que consiste en un flujo de
electrones de los ánodos a los cátodos, por lo tanto se cierra el circuito y se forma
la llamada pila de corrosión o macrocelda de corrosión.
El concreto reforzado es ampliamente usado alrededor del mundo. Las barras de
acero se usan para reforzar un material que de otra manera sería frágil. La
corrosión de las barras de acero puede reducir el tiempo de vida útil de una
estructura. Para el acero en concreto se debe aplicar un método de control de
corrosión adecuado.
La causa principal de corrosión del acero es la presencia de cloruros durante la
preparación del concreto. En algunos lugares cercanos a la costa, la arena del mar
es usada inclusive como agregado. Algunos aditivos químicos, como
aceleradores, pueden contener alto contenido de cloruros. La sal utilizada como
descongelante durante el invierno puede introducir cloruros al acero de refuerzo.
El proceso de corrosión en el acero causado por los cloruros está representado en
la figura 4.
Figura 4.- Mecanismo de una macrocelda, aquí existe corrosión del Acero de
Refuerzo por Cloruros, figura extraída de la revista (VECTOR, 2008).
45
A igual que los cloruros la carbonatación es otra causa de corrosión en las barras
de acero. La carbonatación reduce la alcalinidad del concreto. La carbonatación es
una reacción atmosférica del dióxido de carbono con el hidróxido de calcio (en la
mezcla del cemento). El resultado de la carbonatación es una reversión del
hidróxido de calcio a carbonato de calcio (piedra caliza) que tiene insuficiente
alcalinidad para soportar la capa pasiva de óxido. El tiempo requerido para que la
zona carbonatada alcance el nivel del refuerzo es función de los espesores de
recubrimiento del concreto, de la porosidad del concreto, el nivel de humedad y el
grado de exposición al gas de dióxido de carbón.
Reacción química de Carbonatación:
Ca (OH )+CO2→CaCO3+H 2O
Reacción de Carbonatación
Como podemos ver hay dos causas principales de corrosión del acero de refuerzo
en el concreto (cloruros y carbonatación). La contaminación por cloruros debe ser
minimizada o evitada durante la fabricación y operación de las estructuras de
concreto reforzado. Se debe instalar un adecuado recubrimiento del concreto
sobre el acero de refuerzo con el propósito de reducir el riesgo de carbonatación
(Barbudo, 2001).
2.2 ECUACIÓN DE NERTS
La ecuación de Nernst se utiliza para calcular el potencial de reducción de un
electrodo cuando las condiciones no son las estándar (concentración 1 M, presión
de 1 atm, temperatura de 298 K ó 25 ºC). Se llama así en honor al científico
alemán Walther Nernst, que fue quien la formuló.
Ésta ecuación expresa la relación cuantitativa entre el potencial redox estándar de
un par redox determinado, su potencial observado y la proporción de
concentraciones entre el donador de electrones y el aceptor. Cuando las
46
condiciones de concentración y de presión no son las estándar (1M, 1atm y 298K),
se puede calcular el potencial de electrodo mediante la Ecuación de Nernst.
El potencial de electrodo de un par redox varía con las actividades de las formas
reducida y oxidada del par, en el sentido de que todo aumento de la actividad del
oxidante hace aumentar el valor del potencial, y viceversa.
La ecuación de Nernst se presenta como:
E=E0+RTnFln
[aceptador ][donador ]
………(2.1)
E0 es el potencial redox estándar a pH = 7.0 (los potenciales se encuentran
tabulados para diferentes reacciones de reducción). La temperatura es 298K y
todas las concentraciones se encuentran a 1.0 M.R es la constante de los gases.
R=8.314 J/molK.
E es el potencial corregido del electrodo.
T es la temperatura absoluta en °K.
n es el número de e- transferidos.
F es la constante de Faraday; F=23,062 cal/V= 96,406 J/V.
Para una reacción: aA+bB→cC+dD, la ecuación es:
E=E0−ln RTnF
¿¿
Donde [C] y [D] ([A] y [B]) son las presiones parciales y/o concentraciones molares
en caso de gases o de iones disueltos, respectivamente, de los productos
(reactivos) de la reacción. Los exponentes son la cantidad de moles de cada
sustancia implicada en la reacción (coeficientes estequiométricos).
A las sustancias en estado sólido se les asigna concentración unitaria, por lo
que no aparecen en Q.
47
2.3 PILAS DE CORROSIÓN EN CONCRETO REFORZADO
La corrosión metálica en medio ambiente húmedo es un proceso de naturaleza
electroquímica que involucra reacciones de oxidación y reducción, ocasionando el
deterioro del material metálico y de sus propiedades. El origen del fenómeno es la
presencia de heterogeneidades en la superficie de los metales, que producen
zonas de diferentes niveles de energía y propician la formación de la celda
electroquímica (Figura 5).
Figura 5.- Celda electroquímica, está forma un circuito cerrado lo cual propicia la
transferencia de electrones del ánodo al cátodo, figura extraída de publicación técnica
182 SCT Querétaro 2001, Angélica del Valle moreno, et al.
Como puede apreciarse, en una celda electroquímica son indispensables los
siguientes elementos:
Ánodo. Porción de una superficie metálica en donde se lleva a cabo la reacción de
oxidación (proceso de corrosión). En este proceso hay una pérdida o liberación de
electrones como consecuencia del paso del metal a su forma iónica, que se
representa con la siguiente reacción:
M→M n+¿+ne−¿…………( 2.3)¿ ¿
48
Cátodo. Porción de la superficie metálica donde se lleva a cabo la reacción de
reducción, en la cual los electrones producidos en el ánodo se combinan con
determinados iones presentes en el electrolito. En este proceso hay una ganancia
de electrones.
M n+¿ +ne−¿→M…………(2.4 )¿ ¿
En el cátodo se cierra el circuito eléctrico a través de un conductor externo.
Electrolito: Sustancia a través de la cual las cargas eléctricas son transportadas
por un flujo de iones.
Diferencia de potencial. Desigualdad en el estado energético entre los dos
electrodos que provoca un flujo de electrones desde el ánodo hasta el cátodo.
Conductor metálico. Cable externo que conecta eléctricamente los electrodos
(conduce los electrones desde el ánodo hacia el cátodo).
Los electrones que se pierden en el ánodo durante la reacción de oxidación son
utilizados en el cátodo para que suceda la reacción de reducción.
Durante el proceso de corrosión en estructuras de concreto, la zona anódica y la
zona catódica están localizadas en la superficie del acero de refuerzo, mientras
que el concreto actúa como el electrolito, completándose así los elementos que se
requieren para formar la celda electroquímica. En algunos textos, la celda
electroquímica también es llamada "pila de corrosión", “celda electrolítica” o “celda
galvánica”.
El estudio de la cinética las reacciones involucradas es útil para predecir la
velocidad a la cual el metal se va a corroer.
49
La frontera entre un metal y un electrolito recibe el nombre de interface y es la
región en la que se llevan a cabo las reacciones de oxidación y reducción.
En la interface, también llamada doble capa electroquímica se considera que
existe una distribución de cargas en cada una de las fases (metal y electrolito) que
limita, pero es eléctricamente neutra.
Vista la interface como la porción de una celda galvánica, es la zona comprendida
entre la superficie del electrodo metálico y la disolución electrolítica o electrolito.
La diferencia de potencial en una interface es la que existe entre los potenciales
de la fase metálica y de la fase disolución.
A la reacción química heterogénea que ocurre en la interface metal/disolución, con
la consecuente transferencia electrónica con producción neta de corriente, se le
denomina proceso electródico.
La interface entre un metal y su disolución podría ser visualizada como una línea
con un exceso de cargas negativas en la superficie de metal por la acumulación
de la carga de los electrones y un número igual de cargas pero positivas en la
disolución cuando está en contacto con el metal. Y aunque cada fase tiene un
exceso de cargas, la interface es eléctricamente neutra.
La separación de cargas en la interface metal/disolución resulta de un campo
eléctrico en el espacio entre la capa cargada y la diferencia de potencial a través
de los extremos y aunque la diferencia de potencial sea relativamente pequeña, la
mínima distancia de separación de las capas cargadas produce un campo
eléctrico intenso, que facilita el paso de los electrones en la interface durante las
reacciones de electrodo. Un pequeño cambio en el exceso de cargas en la
interfase puede tener un significativo efecto en la diferencia de potencial y la
velocidad del proceso de electrodo.
50
En la disolución se forman tres zonas iónicas, esto es para compensar el exceso
de cargas en el electrodo metálico (Figura 6).
Figura 6.- Doble capa electroquímica, qm es la densidad de carga del electrodo
metálico, y qd ó también zona difusa es donde se encuentran cargas mixtas, figura
extraída de publicación técnica 182 SCT Querétaro 2001, Angélica del Valle
moreno, et al.
1. Una capa de iones, que se encuentran adsorbidos en la superficie del electrodo
metálico es el plano de la mayor aproximación, llamado plano interno de
Helmholtz.
2. La siguiente capa, es donde se encuentran la mayoría de los cationes y algunos
aniones. Este plano pasa por los centros de los iones solvatados más próximos a
la superficie metálica y es llamado plano externo de Helmholtz.
3. La otra capa contiene cargas mixtas que se extienden dentro del cuerpo de la
solución y se le denomina zona difusa (qd).
La suma de cargas q de estas tres capas de la solución debe ser igual, pero de
signo opuesto a la carga del electrodo metálico qm.
51
A la carga de la capa difusa se denomina qd, mientras que la qi es una densidad
de carga adsorbida en la zona interna y colocada sobre la superficie metálica la
cual es una densidad superficial expresada en coulomb/cm2.
El IHP, contiene principalmente moléculas de disolvente, o sea moléculas de
agua, que pueden ser desplazadas por iones (del siguiente plano) que no han sido
bien solvatados y penetran al IHP como iones adsorbidos, mientras que los iones
que están perfectamente solvatados, permanecen en el OHP.
Los planos interno y externo de Helmholtz constituyen la capa compacta y son
independientes de la concentración del soluto, la capa difusa depende de la
cantidad de soluto y su espesor varía con la concentración, ya que al aumentar la
carga y la concentración del electrolito, disminuye el espesor de la interface,
mientras que un aumento de la temperatura y de la permitividad (constante
dieléctrica) aumentará el espesor.
Las variables que pueden influir sobre la estructura de la interface son:
Concentración. Un aumento de la concentración iónica en la disolución favorece la
formación de una estructura rígida (o de Helmholtz); si la concentración iónica
disminuye la estructura será de tipo difuso.
Carga o potencial. Si aumenta la qm (carga del electrodo) o potencial, se originará
con mayor facilidad una estructura de Helmholtz, debido a las interacciones entre
la qm y los iones de la disolución.
Temperatura. Un aumento de la temperatura favorece la agitación térmica y por lo
tanto la estructura difusa.
Se consideran dos tipos básicos de interfaces:
La interface polarizable idealmente, es la que tiene un sistema que al aplicarle una
corriente varía su potencial. No existe paso de cargas a través de ella, por lo cual
no puede ser utilizado como sistema de referencia. Su resistencia de transferencia
es muy grande y tiende a infinito, el caso ideal es R = ∞.
52
La interface no polarizable idealmente, es el sistema que al hacerle pasar una
corriente no afectará su potencial, existe paso de cargas a través de ella, está en
equilibrio termodinámico y puede ser empleada como sistema de referencia, tiene
una resistencia de transferencia muy pequeña, el caso ideal es R = 0. Este tipo de
interface es la que tienen los electrodos de referencia.
La corriente que circula a través de una interface polarizable idealmente es
corriente capacitiva, es decir que al no aceptar el paso de corriente, las cargas se
almacenan, constituyendo lo que es el condensador o doble capa.
2.4 SERIE ELECTROMOTRIZ
La serie electromotriz se realiza midiendo el potencial de los metales respecto al
electrodo de referencia de hidrógeno. La serie electromotriz toma sólo en cuenta
aquellos equilibrios electroquímicos que involucran a los metales y a sus cationes
simples, o sea para reacciones que sólo dependen del potencial.
Reacción en equilibrio EH (volts)
Au2+ + 2e- =Au +1.7
½ O2+ 2H+ + 2e- =H2O +1.23
Pt2+ + 2e- =Pt +1.20
Hg2+ + 2e- =Hg +0.85
Ag+ + e- =Ag +0.80
Cu2+ + 2e- =Cu +0.34
2H+ + e- =H +0.00 por definición
Pb2+ + 2e- =Pb -0.13
Ni2+ + 2e- =Ni -0.25
Cd2+ + 2e- =Cd -0.40
Fe2+ + 2e- =Fe -0.44
Cr3+ + 3e- =Cr -0.70
Zn2+ + 2e- =Zn -0.76
Ti2+ + 2e- =Ti -1.63
Al3+ + 3e- =Al -1.66
Mg2+ + 2e- =Mg -2.38
53
Tabla XVI.- Presenta la Serie electromotriz de diferentes elementos químicos.
Una de las limitaciones más importantes de la serie electromotriz es que no toma
en cuenta los efectos de las películas que se forman sobre la superficie de los
metales.
Para obtener información termodinámica de corrosión más completa, además de
la serie electromotriz se puede recurrir a la serie galvánica y a los diagramas de
Pourbaix.
2.5 SERIE GALVÁNICA
La serie galvánica es una lista de metales y aleaciones ordenadas de acuerdo a
su potencial de corrosión relativo en un medio ambiente dado. La serie galvánica
está listada de acuerdo a la tendencia que tienen los metales a corroerse en un
mismo electrolito, por lo que la secuencia de la lista difiere cuando se utilizan
electrolitos diferentes.
Nobl
e
Acero inoxidable18/8 Pasivo
Ni “
Cu “
Bronce aluminio “
Ni Activo
Laton naval “
Sn “
Acero inoxidable
18/8
“
Hierro colado “
Hierro forjado “
Acero al carbono “
Al “
Zn “
Base Mg “
54
Tabla XVII.- Presenta la Serie Galvánica de diferentes elementos químicos.
De acuerdo a la International Union for Pure and Applied Chemistry (IUPAC), los
metales “Nobles” son los que tienen un potencial más positivo y por lo tanto sufren
un mínimo de corrosión, mientras que los metales “activos” son los que tienen un
potencial más negativo (en comparación con los metales nobles) y los que se
corroen más fácilmente. Cabe destacar que la serie galvánica es útil cuando se
desea elegir un metal o aleación para ser utilizado en un electrolito específico,
puesto que se conoce su tendencia a corroerse. La tabla XVII presenta una serie
galvánica típica.
El metal “Pasivo” es el que posee alguna forma de película protectora sobre su
superficie, como es el caso de los aceros inoxidables, el aluminio, el titanio, el
cobre y otros metales.
El metal “activo” es un metal desnudo, sin película protectora. El estado activo
está asociado con un potencial más negativo que el correspondiente a un estado
pasivo.
2.6 ELECTRODOS DE REFERENCIA
Las dificultades operativas que se presentan en el manejo de un electrodo de
hidrógeno, demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones prácticas, han
dado lugar a la utilización de otros electrodos de referencia que lógicamente
deben de reunir determinadas condiciones. Aparte de ser manejables y de
construcción sencilla, la condición fundamental es que el potencial de equilibrio de
la reacción de óxido-reducción (redox) que tenga lugar en ellos, permanezca
constante respecto al electrodo de hidrógeno. En estas condiciones, en cualquier
momento se podría referir un potencial al del electrodo de hidrógeno o viceversa.
Como electrodos de referencia se utilizan los siguientes:
55
1) Electrodo de calomelanos. Este electrodo está formado por mercurio cubierto
por una capa de cloruro insoluble (calomelanos), Hg2Cl2 en equilibrio con una
disolución de cloruro potásico, KCl, que puede ser 0.1 N, 1 N o saturada. El
contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino. Un
esquema de este electrodo se presenta en la figura 7.
Figura 7.- Electrodo de referencia de Calomelanos saturado, figura extraída de
libro “Más Allá De La Herrumbre II, La Lucha Contra La Corrosión”, Javier Ávila, et
all, 1995.
La reacción del electrodo de calomelanos es:
H g2Cl2+2e←⃗2Hg+2Cl………(2.5)
Así pues, si el electrodo actúa como ánodo (-) la reacción es hacia la izquierda,
(oxidación); si el electrodo actúa como cátodo (+), la reacción es hacia la
derecha, (reducción).
2) Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl). Está formado por un hilo de Ag
sobre el cual se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una
56
solución de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se
muestra en la figura 8.
Figura 8.- Electrodo de Plata /cloruro de plata, Ag/AgCl, figura extraída de libro
“Más Allá De La Herrumbre II, La Lucha Contra La Corrosión”, Javier Ávila, et all,
1995.
La reacción electródica es la siguiente:
AgCl+e−¿←⃗ Ag+Cl−¿………(2.6 )¿ ¿
y su potencial de equilibrio a 25°C es:
E=0.2224−0.059 log ¿¿
En agua de mar, el valor del potencial es aproximadamente de + 0.25 V
respecto al electrodo normal de hidrógeno (ENH) a 25°C. El potencial del
electrodo depende muy especialmente de la salinidad de la solución en la cual
el electrodo está sumergido.
En la tabla XVIII se muestran la composición de diferentes electrodos de
referencia según la norma militar americana MIL-A-18001 H.
57
Tabla XVIII.- Composición de diferentes tipos de electrodos de referencia, tabla
extraída de libro “Más Allá De La Herrumbre II, La Lucha Contra La Corrosión”,
Javier Ávila, et al, 1995.
3) Electrodo de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4). Está formado por una barra cilíndrica de Cu sumergida en una solución de CuSO4 saturada. El contacto electrolítico con la solución o suelo se realiza mediante un puente salino constituido (formado) por un tapón de madera de balsa. En la figura 9 se ilustra este tipo de electrodo.
58
Figura 9.- Electrodo de Cobre/ sulfato de cobre, Cu/CuSO4, figura extraída de
libro “Más Allá De La Herrumbre II, La Lucha Contra La Corrosión”, Javier
Ávila, et all, 1995.
La reacción de electrodo es la siguiente:
Cu←⃗Cu2+¿+2e−¿¿ ¿
Su potencial de equilibrio a 25°C viene dado por:
E=0.340+0.0295 log¿¿
Con la solución saturada de CuSO4, se tiene E = + 0.318 V vs. ENH, pero para
uso práctico se considera un valor de 0.30 V. Este tipo de electrodo puede
utilizarse en cualquier ambiente, sea en el suelo o agua de mar, aguas dulces o
saladas. Entre otras ventajas, presenta la sencillez de su preparación y su gran
estabilidad. Cuando se utiliza en agua de mar, puede contaminarse con cloruros,
por lo cual es aconsejable más bien en el suelo, en aguas dulces y en salmueras.
59
CAPÍTULO 3 DESARROLLO EXPERIMENTAL
Integrando la información presentada en los capítulos anteriores procederemos a
la parte experimental de este trabajo lo cual nos permitirá entender de manera
más sencilla el fenómeno de la corrosión que existe particularmente en el concreto
reforzado, a continuación se describe la metodología experimental del proyecto:
3.1 MATERIALES PARA LA ELABORACIÓN DE VIGAS DE CONCRETO
El material utilizado para la elaboración de las vigas de concreto fue el siguiente:
1. Madera para cimbra
2. Martillo
3. Serrucho
4. Fluxómetro
5. Segueta con marco
6. Cuchara para albañil
7. Pala rectangular
8. Varillas de acero corrugado
9. Alambrón para estribos
10.Alambrito ó alambre de amarre
11.Arena
12.Grava
13.Cemento
3.2 ESTUDIO DE ÁRIDOS EN LABORATORIO
Caracterización De Los Agregados Pétreos
1.- Agregado fino
a) Peso unitario seco del agregado fino (PUS)
Esta prueba se realizó de acuerdo a la norma A.S.T.M. DESIGNATION: C 29/ C 29M – 90
60
EQUIPO
Recipiente metálico cilíndrico con capacidad aproximada de 3 litros,
debidamente calibrado.
Balanza de 20 Kg. De capacidad.
Enrasador.
Partidor de muestras.
Pala de punta cuadrada.
Cucharón metálico.
Horno eléctrico con temperatura controlable.
EXPOSICIÓN GENERAL
El peso unitario o peso volumétrico seco suelto del agregado fino, al igual
que para el agregado grueso, es el peso de agregado necesario para llenar un
recipiente de volumen conocido; volumen ocupado por el agregado y los vacíos
entre sus partículas.
El valor del peso unitario o peso volumétrico suelto se utiliza:
Para el diseño de mezclas de concreto.
Para convertir pesos a volumen y viceversa
El peso volumétrico seco suelto se calcula con la misma fórmula que el
agregado grueso:
PESO UNITARIO SUELTO = FACTOR DE CALIBRACIÓN X PESO NETO DEL
AGREGADO FINO. (Kg/m3).
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
1. Una vez que el material ya este seco y enfriado al ambiente, mézclese
debidamente y cuartearlo con una pala de punta cuadrada o con una regla
metálica de 1 m. de longitud.
61
a) b) c)
Imagen 1.- a) Mezclado de la arena, b) y c) Cuarteo mecánico de la arena.
2. De dos cuartos opuestos bien mezclados, tomar en forma alternada la
cantidad suficiente con un cucharón.
3. Depositar el material en el molde dejándolo caer desde una altura no mayor
de 5 cm., proporcionándole como compactación única al agregado, la que
alcanza con la caída libre desde el cucharón; procurando que el molde
rebose.
a) b)
Imagen 2.- a) y b) Llenado de recipiente con arena para prueba de
peso unitario seco.
4. Nivelar la superficie del agregado con un enrasador y limpiar los lados del
recipiente con una brocha.
Imagen 3.- Nivelación de la superficie del recipiente.
5. Pesar el molde con todo y material en una balanza de 20 Kg.
62
Imagen 4.- Pesado de la arena y recipiente.
CÁLCULOS:
DATOS DEL EQUIPO
FACTOR DE CALIBRACIÓN DEL RECIPIENTE: 359.71 m-3
PESO: 2.4 Kg.
PESO UNITARIO SUELTO
PESO TOTAL (recipiente + agregado): 6.6 kg
PESO UNITARIO SUELTO = Factor de calibración x peso neto del agregado fino.
PESO UNITARIO SUELTO = (359.71 m-3) (4.2 kg)
PESO UNITARIO SUELTO = 1510.78 kg/m3
b) Peso unitario compacto del agregado fino (PUC)
Esta prueba se realizó de acuerdo a la norma A.S.T.M. DESIGNATION: C 29/ C
29M – 90
STANDARD TEST METHOD FOR UNIT WEIGHT AND VOIDS IN AGGREGATES
EQUIPO
Recipiente metálico cilíndrico con capacidad aproximada de 3 litros,
debidamente calibrado.
Balanza de 20 Kg. De capacidad.
Enrasador.
Partidor de muestras.
63
Pala de punta cuadrada.
Cucharón metálico.
Horno eléctrico con temperatura controlable.
Tapete de hule para compactar el agregado.
EXPOSICIÓN GENERAL
El peso unitario o peso volumétrico seco suelto del agregado fino, al igual
que para el agregado grueso, es el peso de agregado necesario para llenar un
recipiente de volumen conocido; volumen ocupado por el agregado y los vacíos
entre sus partículas.
El valor del peso unitario o peso volumétrico suelto se utiliza:
Para el diseño de mezclas de concreto.
Para convertir pesos a volumen y viceversa
El peso volumétrico seco suelto se calcula con la misma fórmula que el
agregado grueso:
PESO UNITARIO SUELTO = FACTOR DE CALIBRACIÓN X PESO NETO DEL
AGREGADO FINO (Kg/m3).
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
1. Una vez que el material ya este seco y enfriado al ambiente, mézclese
debidamente y cuartearlo con una pala de punta cuadrada o con una regla
metálica de 1 m. de longitud.
a) b) c)
Imagen 5.- a) Mezclado de la arena, b) y c) Cuarteo mecánico de la arena.
2. De dos cuartos opuestos bien mezclados, tomar en forma alternada la
cantidad suficiente con un cucharón.
64
3. Depositar el material hasta un tercio de la altura del recipiente dejándolo
caer desde una altura no mayor de 5 cm., con la ayuda del tapete de hule
compactar dejando caer el recipiente con el material 25 veces de cada
extremo, depositar nuevamente material hasta dos tercios de la altura del
recipiente y compactar dejando caer el recipiente 25 veces de cada
extremo, repetir el procedimiento hasta el llenado total y compactar de la
misma manera.
a) b) c)
Imagen 6.- a), b) y c) Compactado de la arena para prueba de peso unitario
compacto.
4. Nivelar la superficie del agregado con un enrasador y limpiar los lados del
recipiente con una brocha.
Imagen 7.- Nivelación de la superficie del recipiente.
5. Pesar el molde con todo y material en una balanza de 20 Kg.
Imagen 8.- Pesado de la arena y recipiente.
CÁLCULOS:
DATOS DEL EQUIPO
65
FACTOR DE CALIBRACIÓN DEL RECIPIENTE: 359.71 m-3
PESO: 2.4 Kg.
PESO UNITARIO SUELTO
PESO TOTAL (recipiente + agregado fino): 7 kg
PESO UNITARIO SUELTO = Factor de calibración x peso neto del agregado fino
PESO UNITARIO SUELTO = (359.71 m-3) (4.6 kg)
PESO UNITARIO SUELTO = 1654.66 kg/m3
c) Gravedad específica y absorción del agregado fino
Este ensayo se realizó conforme a la Norma ASTM Designation C 128 – 88
Standard Test Method for Specific Gravity and Absorption of Fine Aggregate.
EQUIPO
Frasco de CHAPMAN.
Balanza de 2 kg de capacidad.
Molde troncocónico.
Pisón de compactación.
Charolas rectangulares.
Charolas circulares.
Horno eléctrico con temperatura controlable.
Recipiente de 1 lt para sumergir el material en agua.
EXPOSICIÓN GENERAL
La gravedad específica da una idea de la composición física de las partículas
individuales, reportando datos para calificar al agregado como ligero o pesado y
para tener un indicio sobre su resistencia potencial.
El valor de la gravedad específica generalmente se usa para calcular el volumen
ocupado por el agregado en el concreto.
66
La absorción nos proporciona una idea acerca de la porosidad del material.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA DE PRUEBA
(1) Obtener aproximadamente 1 000 gramos de agregado fino de la muestra,
usando el partidor de muestras o por cuarteo.
Imagen 9.- Cuarteo mecánico de la arena
(2) Depositar el agregado fino en una charola y colocarlo en un horno a una
temperatura de 100º C a 110º C (212º F a 230º F), hasta que se seque a peso
constante durante 24 horas aproximadamente.
(3) Después del secado dejar que la arena se enfríe hasta una temperatura en que
se pueda manejar con comodidad.
(4) Después de que la muestra se enfríe, cubrirla con agua y mantenerla en esta
condición durante 24 ± 4 horas.
(5) Después de las 24 horas de saturación, eliminar el exceso de agua por
decantación, procurando evitar la pérdida de material fino.
(6) Extender la muestra sobre una superficie plana expuesta a una corriente ligera
de aire tibio, agitándose constantemente para asegurar que el secado sea
uniforme. Esta operación se continúa hasta que la muestra se aproxime a una
condición en la que pueda fluir libremente.
67
Imagen 10.- Secado de la arena con aire natural
(7) Una vez alcanzada esta condición, se coloca una porción del agregado fino
parcialmente seco en forma suelta en el molde troncocónico, que descansará
firmemente sobre una superficie lisa, no absorbente, con el diámetro mayor
abajo.
PRUEBA DEL CONO PARA LA HUMEDAD SUPERFICIAL
Sostenga el molde firmemente sobre una superficie lisa no absorbente, con el
diámetro ancho hacia abajo. Ponga una porción del agregado parcialmente seco
en el molde llenándolo hasta que rebose y amontonando material adicional sobre
el borde del molde con los dedos en forma de recipiente. Compacte ligeramente el
agregado fino en el molde con 25 golpes ligeros del compactador.
a) b) c)
Imagen 11.- a), b) y c) Compactación de la arena para prueba de estado
Saturado Superficialmente Seco (SSS).
Cada golpe debe empezar cerca de 5 mm (0.2 pulgadas) sobre la superficie del
tope del agregado fino. Permita al pisón caer libremente por atracción gravitacional
68
en cada golpe. Ajuste la altura inicial a la nueva elevación superficial después de
cada golpe y distribuya los golpes sobre la superficie. Remueva la arena perdida
de la base y levante el molde verticalmente. Si la humedad superficial sigue
presente, el agregado fino mantendrá la forma del molde. Cuando el agregado se
desploma suavemente, indica que ha alcanzado una condición superficialmente
seca.
Imagen 12.- El resultado de la prueba indica que la arena
de encuentra en estado SSS.
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
De la muestra saturada y superficialmente seca tomar una porción y pesar 300
gramos.
Imagen 13.- Muestra de 300 gr
Llenar el frasco de Chapman con agua hasta la marca de 200 ml.
Depositar los 300 gramos en el frasco, cuidando de evitar que en su
descenso dentro de las paredes de cristal, se pegue a éstas.
69
Imagen 14.- Introducción de arena al frasco CHAPMAN.
Extraer el aire atrapado rodando el frasco en una superficie plana, o en
forma manual.
Imagen 15.- Expulsión de aire atrapado en el frasco CHAPMAN.
Cuando se observe que ya no suben burbujas de aire a través de los
bulbos, se completa el agua hasta la marca de calibración (450 c.c.), secar
bien el frasco y pesar para obtener (C).
Retirar el agua y el material del frasco y lavarlo por dentro.
Llenar el frasco con agua hasta la marca de calibración, secarlo bien y
luego pesar para obtener (B).
Imagen 16.- Frasco CHAPMAN lleno con agua hasta
la marca de calibración.
Efectuar cálculos con la siguiente fórmula:
70
G E ( S S S )= 300( B+300 )−C
. .. . .. .. .. . .(3.1)
DETERMINACIÓN DE LA ABSORCIÓN
De la muestra en su condición de saturación y superficialmente seca, pesar
una cantidad de 300 gramos.
Imagen 17.- Muestra de 300 gr para la prueba de porcentaje de absorción.
Depositar los 300 gramos en una charola circular y secarlo al horno durante
24 horas a una temperatura de 100 a 110º C.
Después de 24 horas de secado hasta peso constante, dejar que la
muestra se enfríe durante una hora aproximadamente y luego pesar para
obtener (A).
Efectuar el cálculo de la absorción con la siguiente fórmula:
% ABSORCIÓN= Peso material S S S − Peso material secoPeso material seco
x 100 .. . .. .. . .. ..(3 .2)
RESULTADOS
Peso del frasco lleno con agua = 887 gramos…………………………. (B)
Peso del frasco lleno con agua + material = 1067 gramos…………… (C)
Peso del material Sat. y Sup. Seco para la GE = 300 gramos
Peso del material Sat. y Sup. Seco para la Absorción = 300 gramos
Peso del material seco = 298.3 gramos…………………………………... (A)
71
G E ( S S S )= 300( B+300 )−C
= 300( 887+300 )−1067
=300120
=2.5 .. .. . ..(3 .3)
% ABSORCIÓN= 300−298 .3298 . 3
x 100=0. 56 . .. .. . .(3 .4 )
d) Granulometría de la arena
El ensayo se realizó conforme a la norma ASTM C 33 – 90
EQUIPO
Mallas estándar
Balanza de 2 kilogramos de capacidad
Horno de secado
Cepillo para mallas
Partidor de muestras
Cucharón metálico
Pala de punta cuadrada
Sacudidor de mallas
EXPOSICIÓN GENERAL
El análisis granulométrico de la arena tiene por objeto determinar las cantidades
en que están presentes partículas de ciertos tamaños en el material.
La distribución de los tamaños de las partículas se realiza mediante el empleo de
mallas de aberturas cuadradas, de los tamaños siguientes:
3/8”, Números 4, 8, 16, 30, 50 y 100 respectivamente.
La prueba consiste en hacer pasar la muestra a través de dichas mallas y se
determina el porcentaje de material que se retiene en cada una.
72
1. MUESTRA PARA EL ENSAYE
La muestra para agregado fino cuyo análisis se va a efectuar, deberá ser
mezclada completamente y reducida a una cantidad apropiada para la prueba,
utilizando un partidor de muestras o por cuarteo.
Imagen 18.- Mezcla de la muestra y cuarteo mecánico
PROCEDIMIENTO
Secar la muestra a peso constante a una temperatura de 110 más menos 5
grados centígrados.
Pesar la cantidad necesaria de muestra
Acoplar los tamices en forma manual o mediante algún aparato mecánico
(sacudidor de mallas) por un periodo suficiente, hasta que no más del 1%
en peso del retenido en el tamiz pase por este en un minuto de cribado
manual continuo.
Imagen 19.- Conjunto de mallas para el cribado manual
Efectuar cálculos y gráficas.
El agregado fino deberá estar graduado dentro de los límites siguientes dados en
la norma ASTM C 33-90:
73
Tabla IXX.- Limites de graduación del agregado fino ASTM C 33-90.
Malla Porcentaje que pasa
9.5 mm 3/8” 100
4.75
mm
4 95 a 100
2.36
mm
8 80 a 100
1.18
mm
16 50 a 85
600 μm 30 25 a 60
300 μm 50 10 a 30
150 μm 100 2 a 10
MODULO DE FINURA
El módulo de finura del agregado fino, es el índice aproximado que nos describe
en forma rápida y breve la proporción de finos o de gruesos que se tiene en las
partículas que lo constituyen.
El módulo de finura de la arena se calcula sumando los porcentajes acumulados
en las mallas siguientes: Numero 4, 8, 16, 30, 50 y 100 inclusive y dividiendo el
total entre cien.
Es un indicador de la finura de un agregado: cuanto mayor sea el módulo de
finura, más grueso es el agregado.
Es útil para estimar las proporciones de los agregados finos y gruesos en las
mezclas de concreto.
RESULTADOS
Según la muestra de arena que se ensayó se obtuvieron los resultados que se
ilustran en la tabla XX:
Tabla XX.- Granulometría de la arena ensayada.
74
Gráfica 1.- Grafica de la granulometría de la arena ensayada, y límites de
graduación según la norma ASTM C 33-90.
100 50 30 16 8 40
20
40
60
80
100
120 Granulometría de la arena utilizada
GRANULOMETRIALIMITE SUPERIOR ASTM C 33-90LIMITE INFERIOR ASTM C 33-90
* Se observa que la granulometría de esta arena es buena ya que se encuentra
entre los límites establecidos según la norma ASTM C 33-90
El módulo de finura de la arena resulto:
Modulodefinura=∑ (%retenidoacumuladodelasmallas 4 ,8 ,16 ,30 ,50 ,100)
100
Modulodefinura=0+10+32.3+64.24+93.42+99.42100
Modulodefinura=2.99 * Este resultado indica que es una arena gruesa
75
Numero de malla % retenido % retenido acumulado % que pasa4 0 0 1008 10 10 90
16 22.3 32.3 67.730 31.94 64.24 35.7650 29.18 93.42 6.58
100 6 99.42 0.58
2.- Agregado grueso
a) Peso unitario seco del agregado grueso (PUS)
Esta prueba se realizó de acuerdo a la norma A.S.T.M. DESIGNATION: C 29/ C
29M – 90
STANDARD TEST METHOD FOR UNIT WEIGHT AND VOIDS IN AGGREGATES
EQUIPO
Recipiente metálico cilíndrico con capacidad aproximada de 10 litros.
Balanza de 20 Kg. De capacidad.
Enrasador.
Partidor de muestras.
Pala de punta cuadrada.
Cucharón metálico.
Horno eléctrico con temperatura controlable.
EXPOSICIÓN GENERAL
El peso unitario o peso volumétrico seco suelto del agregado fino, al igual
que para el agregado grueso, es el peso de agregado necesario para llenar un
recipiente de volumen conocido; volumen ocupado por el agregado y los vacíos
entre sus partículas.
El valor del peso unitario o peso volumétrico suelto se utiliza:
Para el diseño de mezclas de concreto.
Para convertir pesos a volumen y viceversa
El peso volumétrico seco suelto se calcula con la fórmula:
PESO UNITARIO SUELTO = PESO NETO DEL AGREGADO
GRUESO/VOLUMEN DEL RECIPIENTE (Kg/m3).
76
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
1. Una vez que el material ya este seco y enfriado al ambiente, mézclese
debidamente y cuartearlo con una pala de punta cuadrada o con una regla
metálica de 1 m. de longitud.
Imagen 20.- Mezclado del agregado grueso.
2. De dos cuartos opuestos bien mezclados, tomar en forma alternada la
cantidad suficiente con un cucharón.
3. Depositar el material en el molde dejándolo caer desde una altura no mayor
de 5 cm., proporcionándole como compactación única al agregado, la que
alcanza con la caída libre desde el cucharón; procurando que el molde
rebose.
Imagen 21.- Llenado de recipiente con agregado grueso, para prueba de
peso volumétrico seco suelto
4. Nivelar la superficie del agregado con un enrasador y limpiar los lados del
recipiente con una brocha.
77
Imagen 22.- Nivelación del recipiente.
5. Pesar el molde con todo y material en una balanza de 20 Kg.
Imagen 23.- Pesado del agregado grueso
CÁLCULOS:
DATOS DEL EQUIPO
VOLUMEN DEL RECIPIENTE: 0.01 m3
PESO: 5 Kg.
PESO UNITARIO SUELTO
PESO TOTAL (recipiente + agregado grueso): 18.6 kg
PESO UNITARIO SUELTO = peso neto del agregado grueso /volumen del
recipiente
PESO UNITARIO SUELTO = (13.6 kg) / (0.01 m3)
PESO UNITARIO SUELTO = 1360 kg/m3
78
b) Peso unitario compacto del agregado grueso (PUC)
Esta prueba se realizó de acuerdo a la norma A.S.T.M. DESIGNATION: C 29/ C
29M – 90
STANDARD TEST METHOD FOR UNIT WEIGHT AND VOIDS IN AGGREGATES
EQUIPO
Recipiente metálico cilíndrico con capacidad aproximada de 10 litros.
Balanza de 20 Kg. De capacidad.
Enrasador.
Partidor de muestras.
Pala de punta cuadrada.
Cucharón metálico.
Horno eléctrico con temperatura controlable.
EXPOSICIÓN GENERAL
El peso unitario o peso volumétrico seco suelto del agregado fino, al igual
que para el agregado grueso, es el peso de agregado necesario para llenar un
recipiente de volumen conocido; volumen ocupado por el agregado y los vacíos
entre sus partículas.
El valor del peso unitario o peso volumétrico suelto se utiliza:
Para el diseño de mezclas de concreto.
Para convertir pesos a volumen y viceversa
El peso volumétrico seco suelto se calcula con la fórmula:
PESO UNITARIO SUELTO = PESO NETO DEL AGREGADO
GRUESO/VOLUMEN DEL RECIPIENTE (Kg/m3).
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
79
1. Una vez que el material ya este seco y enfriado al ambiente, mézclese
debidamente y cuartearlo con una pala de punta cuadrada o con una regla
metálica de 1 m. de longitud.
Imagen 24.- Mezclado del agregado grueso
2. De dos cuartos opuestos bien mezclados, tomar en forma alternada la
cantidad suficiente con un cucharón.
3. Depositar el material hasta un tercio de la altura del recipiente dejándolo
caer desde una altura no mayor de 5 cm., compactar el material con la
varilla punta de bala mediante 25 golpes distribuidos uniformemente en
toda la superficie del material, depositar nuevamente material hasta dos
tercios de la altura del recipiente y compactar de la misma manera pero
procurando no penetrar la capa inferior, repetir el procedimiento hasta la
tercera parte es decir el llenado total y compactar de la misma manera.
Imagen 25.- Llenado de recipiente con agregado grueso para prueba de peso
volumétrico seco compacto.
4. Nivelar la superficie del agregado con un enrasador y limpiar los lados del
recipiente con una brocha.
80
Imagen 26.- Nivelación del recipiente
5. Pesar el molde con todo y material en una balanza de 20 Kg.
Imagen 27.- Pesado del agregado grueso
CÁLCULOS:
DATOS DEL EQUIPO
VOLUMEN DEL RECIPIENTE: 0.01 m3
PESO: 5 Kg.
PESO UNITARIO SUELTO
PESO TOTAL (recipiente + agregado grueso): 19.7 kg
PESO UNITARIO SUELTO = peso neto del agregado grueso /volumen del recipiente
PESO UNITARIO SUELTO = (14.7 kg) / (0.01 m3)
PESO UNITARIO SUELTO = 1470 kg/m3
c) Gravedad específica del agregado grueso
Este ensayo se realize conforme a la Norma ASTM ASTM C127 - 07 Standard Test Method for Density, Relative Density (Specific Gravity), and Absorption of Coarse Aggregate
81
ESPOSICIÓN GENERAL
Este método de prueba cubre la determinación de la densidad media de una
cantidad de partículas de agregado grueso (no incluye el volumen de vacíos entre
partículas), la densidad relativa (gravedad específica) y la absorción del agregado
grueso.
EQUIPO
Balanza
Charolas rectangulares
Horno eléctrico con temperatura controlable.
Recipiente de 1 lt para sumergir el material en agua.
MUESTRA.
Obtener una muestra de agregado por cuarteo mecánico Mezclar la muestra de
agregado y reducir a una cantidad necesaria. Rechazar todo el material pasante el
tamiz 4.75 mm (N°.4), cribando en seco, lavando y removiendo el polvo u otros
recubrimientos de la superficie.
PROCEDIMIENTO.
Secar la muestra de prueba hasta masa constante a una temperatura de
110 ± 5 ºC.
Enfriar en una cuarto ventilado por un lapso de 1 a 3.
Seguidamente sumerja el agregado en agua a temperatura ambiente por un
lapso de 24±4 h.
Retirar la muestra de ensayo del agua y remover en una tela absorbente
hasta que la película visible de agua sea removida de todas las partículas.
82
Determinar la masa de la muestra en el aire en su condición SSD.
Colocar la muestra en la canastilla y determinar la masa aparente de la
muestra en agua a 23±2 o C en su estado SSD. Removiendo las partículas
en el agua para que se escape todo el aire atrapado.
Secar la muestra de ensayo hasta masa constante a una temperatura de
110±5 o C, enfriar a temperatura ambiente por 1 a 3 horas.
Determinar la masa de la muestra seca con una precisión de 0.5 gr.
Efectuar cálculos con la siguiente fórmula:
Densidad Relativa (Gravedad Específica) (SH). Calcule la densidad relativa
(gravedad específica) en la base de agregado secada al horno como sigue:
G E ( S S S )= AB−C
.. .. . .. .. . .(3.5 )
Dónde:
A = masa al aire de la muestra seca al horno, g
B = masa al aire de la muestra saturada superficialmente seca, g
C = masa aparente de la muestra saturada en agua, g
Cálculos:
C = 547,64 grsB = 863,65 grsA = 856,4 grs
G E ( S S S )= 856 . 4863 .65−547 .64
. .. . .. .. . ..(3 .6)
G E ( S S S )=2 .71
83
3.3 MEZCLAS, PROPORCIONAMIENTO
El diseño de las mezclas se realizó por el método del comité ACI 211
1. Concreto con relación agua cemento (a/c) igual a 0.65
Cemento:
Marca: Cruz azul
Tipo: II
Peso específico: 3.13
Agua:
Agua potable de la red pública
Peso específico: 1000 kg/m3
Características del concreto:
Revenimiento: 3”- 4”
Relación a/c: 0.45
Características de los agregados pétreos es ilustrada en la tabla XXII:
Tabla XXII.- Características de los agregados pétreos utilizado, para la mezcla de
concreto de relación (a/c) igual a 0.65.
Agregado fino Grueso
Cantera Mat. “Santa cruz Teran” “Mat. Santa cruz Teran”
Perfil Triturada
PUS 1510.78 kg/m3 1350 kg/m3
PUC 1654.66 kg/m3 1470 kg/m3
Densidad relativa
ó gravedad específica
2.5 2.71
Módulo de finura 2.99 -------
% Absorción 0.56 0.82
T.N.M ----- 1 1/2”
84
El Tamaño nominal máximo del agregado grueso
Tabla XXIII.- Granulometría del agregado grueso para la mezcla de concreto de
relación (a/c) igual a 0.65.
Tamiz Peso
retenido
(gr)
%
Retenido
%
Retenido
Acumulad
o
% Que
pasa
1 ½” 0.00 0.00 0.00 100.00
1” 694.20 7.06 7.06 92.94
¾” 5818.00 59.19 66.25 33.75
½” 2464.80 25.07 91.32 8.68
3/8” 342.00 3.48 94.80 5.20
# 4 272.00 2.77 97.57 2.43
FONDO 239.00 2.43 100.00 0.00
TOTAL 9830.00 100.00
Tamaño Máximo= es el mayor tamiz por donde pasa todo el material.
Tamaño Nominal Máximo= es el tamiz donde se produce el primer retenido.
Determinación del peso del agua por m3 de concreto
85
Tabla XXIV.- Volumen unitario de agua (lt/m3), para un Tamaño Nominal Máximo
del agregado grueso determinado, según ACI-211-1-91.
Revenimiento Agua en lt/m3, para los Tamaños Máximos Nominales del
Agregado Grueso
3/8” 1/2" 3/4" 1” 1 1/2" 2” 3” 6”
Concreto sin aire incorporado
1” a 2” 207 199 190 179 166 154 130 113
3” a 4” 228 216 205 193 181 169 145 124
6” a 7” 243 228 216 202 190 178 160 --
Concreto con aire incorporado
1” a 2” 181 175 168 160 150 142 122 107
3” a 4” 202 193 184 175 165 157 133 119
6” a 7” 216 205 197 184 174 166 154 --
* Tabla confeccionada por la norma ACI-211-1-91
Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete
Según la tabla anterior, para un Tamaño Nominal Máximo del agregado grueso de
1”, el volumen unitario de agua en (lt/m3) debe ser 193 como se indica.
Esta publicación describe los métodos para seleccionar y ajustar las proporciones
del concreto de peso normal. Los procedimientos toman en consideración los
requisitos para manejabilidad, consistencia, fuerza y durabilidad.
De la tabla anterior se obtiene el peso del agua por m3, como el revenimiento de la
mezcla es de 3” a 4” y el Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso es de 1”
entonces:
Agua por m3: 193 lt/m3, como se muestra en la celda sombreada de color verde.
86
Determinar el peso del cemento por m3:
Como se requiere un concreto de relación a/c=0.45 entonces tendremos que:
Cemento=aguaa/c
=193<¿m3
0.=296.92kg
Cálculo del peso del agregado grueso por m3 de concreto
Tabla XXV.- Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto según
ACI-211-1-91.
T.M.N del
agregado
grueso
Volumen de agregado grueso, seco y compactado, por
unidad de volumen del concreto, para diversos módulos de
fineza del agregado fino (b/b0)
2.4 2.6 2.8 3.0
3/8” 0.50 0.48 0.46 0.44
1/2” 0.59 0.57 0.55 0.53
3/4” 0.66 0.64 0.62 0.60
1” 0.71 0.69 0.67 0.65
11/2” 0.76 0.74 0.72 0.70
2” 0.78 0.76 0.74 0.72
3” 0.81 0.79 0.77 0.75
6” 0.87 0.85 0.83 0.81
De la tabla anterior como el módulo de fineza del agregado fino es de 2.99 ya
antes mencionado, y el Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso es de 1”
tenemos que:
Interpolando tenemos b/b0= 0.651
Por lo tanto como el P.U.C del agregado grueso= 1470
Entonces:
Pesosecodelagregadogrueso=(0.651 )(1470 kgm3 )=956.97 kg
87
Cálculo del peso del agregado fino por m3 concreto
En la tabla siguiente se muestra la suma de los volúmenes absolutos de los
materiales sin considerar al agregado fino:
Tabla XXVI.- Tabla resumen de pesos secos de los agregados pétreos, cemento y
agua necesarios para la elaboración de la mezcla de concreto con relación (a/c)
igual a 0.65.
Material Peso kg P.E Vol.
Absoluto
Cemento 296.92 3130.00 0.0949
Agua 193.00 1000.00 0.1930
Aire 0.02
Ag.
Grueso
956.97 2710.00 0.3531
total 0.6410
Entonces como el volumen total fue de 0.64 m3, ahora el volumen del agregado
fino será:
Volumende agregado fino=1−0.6410=0.3590m3
Teniendo el volumen del agregado fino se procede a calcular el peso del agregado
grueso como sigue:
Peso secodel agregado fino=( vol. agregado fino )( pesoespecíficodel agregado fino)
Peso secodel agregado fino=(0.3590m3 )(2500 kgm3 )=897.5 kg
2. Concreto con relación agua cemento (a/c) igual a 0.45
Cemento:
Marca: Cruz azul
88
Tipo: II
Peso específico: 3.13
Agua:
Agua potable de la red pública
Peso específico: 1000 kg/m3
Características del concreto:
Revenimiento: 3”- 4”
Relación a/c: 0.45
Características de los agregados pétreos es ilustrada en la tabla XXVII:
Tabla XXVII.- Características de los agregados pétreos utilizado, para la mezcla de
concreto de relación (a/c) igual a 0.45.
Agregado fino Grueso
Cantera Mat. “Santa cruz Teran” “Mat. Santa cruz Teran”
Perfil Triturada
PUS 1510.78 kg/m3 1350 kg/m3
PUC 1654.66 kg/m3 1470 kg/m3
Densidad relativa
ó gravedad específica
2.5 2.71
Módulo de finura 2.99 -------
% Absorción 0.56 0.82
T.N.M ----- 1 1/2”
Tamaño nominal máximo del agregado grueso es ilustrado en la tabla
XXVIII:
89
Tabla XXVIII.- Granulometría del agregado grueso para la mezcla de concreto de
relación (a/c) igual a 0.65.
Tamiz Peso
retenido
(gr)
%
Retenido
%
Retenido
Acumulad
o
% Que
pasa
1 ½” 0.00 0.00 0.00 100.00
1” 694.20 7.06 7.06 92.94
¾” 5818.00 59.19 66.25 33.75
½” 2464.80 25.07 91.32 8.68
3/8” 342.00 3.48 94.80 5.20
# 4 272.00 2.77 97.57 2.43
FONDO 239.00 2.43 100.00 0.00
TOTAL 9830.00 100.00
Tamaño Máximo= es el mayor tamiz por donde pasa todo el material.
Tamaño Nominal Máximo= es el tamiz donde se produce el primer retenido.
Determinación del peso del agua por m3 de concreto:
Según la tabla IXXX, para un Tamaño Nominal Máximo del agregado grueso de
1”, el volumen unitario de agua en (lt/m3) debe ser 193 como se indica.
Esta publicación describe los métodos para seleccionar y ajustar las proporciones
del concreto de peso normal. Los procedimientos toman en consideración los
requisitos para manejabilidad, consistencia, fuerza y durabilidad.
90
Tabla IXXX.- Volumen unitario de agua (lt/m3), para un Tamaño Nominal Máximo
del agregado grueso determinado, según ACI-211-1-91.
Revenimiento Agua en lt/m3, para los Tamaños Máximos Nominales del Agregado
Grueso
3/8” 1/2" 3/4" 1” 1 1/2" 2” 3” 6”
Concreto sin aire incorporado
1” a 2” 207 199 190 179 166 154 130 113
3” a 4” 228 216 205 193 181 169 145 124
6” a 7” 243 228 216 202 190 178 160 --
Concreto con aire incorporado
1” a 2” 181 175 168 160 150 142 122 107
3” a 4” 202 193 184 175 165 157 133 119
6” a 7” 216 205 197 184 174 166 154 --
* Tabla confeccionada por la norma ACI-211-1-91
Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete.
De la tabla anterior se obtiene el peso del agua por m3, como el revenimiento de la
mezcla es de 3” a 4” y el Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso es de 1”
entonces:
Agua por m3: 193 lt/m3, como se muestra en la celda sombreada de color verde.
Determinar el peso del cemento por m3:
Como se requiere un concreto de relación a/c=0.45 entonces tendremos que:
91
Cemento=aguaa/c
=193<¿m3
0.45=428.89kg
Cálculo del peso del agregado grueso por m3 de concreto Peso del
agregado grueso por unidad de volumen del concreto según ACI-211-1-
91.
Tabla XXX.- Peso del agregado grueso por unidad de volumen del concreto según
ACI-211-1-91.
T.M.N del
agregado
grueso
Volumen de agregado grueso, seco y compactado, por
unidad de volumen del concreto, para diversos módulos de
fineza del agregado fino (b/b0)
2.4 2.6 2.8 3.0
3/8” 0.50 0.48 0.46 0.44
1/2” 0.59 0.57 0.55 0.53
3/4” 0.66 0.64 0.62 0.60
1” 0.71 0.69 0.67 0.65
11/2” 0.76 0.74 0.72 0.70
2” 0.78 0.76 0.74 0.72
3” 0.81 0.79 0.77 0.75
6” 0.87 0.85 0.83 0.81
De la tabla anterior como el módulo de fineza del agregado fino es de 2.99 ya
antes mencionado, y el Tamaño Máximo Nominal del agregado grueso es de 1”
tenemos que:
Interpolando tenemos b/b0= 0.651
Por lo tanto como el P.U.C del agregado grueso= 1470
Entonces:
Pesosecodelagre gadogrueso=(0.651 )(1470 kgm3 )=956.97 kg92
Cálculo del peso del agregado fino por m3 concreto
En la tabla siguiente se muestra la suma de los volúmenes absolutos de los
materiales sin considerar al agregado fino:
Tabla XXXI.- Tabla resumen de pesos secos de los agregados pétreos, cemento y
agua necesarios para la elaboración de la mezcla de concreto con relación (a/c)
igual a 0.45.
Material Peso kg P.E Vol.
Absoluto
Cemento 428.89 3130.00 0.1370
Agua 193.00 1000.00 0.1930
Aire
atrapado
0.02
Ag.
Grueso
956.97 2710.00 0.3531
total 0.6832
Entonces como el volumen total fue de 0.64 m3, ahora el volumen del agregado
fino será:
Volumende agregado fino=1−0.6832=0.3168m3
Teniendo el volumen del agregado fino se procede a calcular el peso del agregado grueso
como sigue:
Peso secodel agregado fino=( vol. agregado fino )( pesoespecíficodel agregado fino)
Peso secodel agregado fino=(0.3168m3 )(2500 kgm3 )=792kg
93
3.4 CIMBRA
Para hacer los moldes de los especímenes de concreto reforzado se utilizó
madera comprimida de 1/2”, así la configuración de la cimbra se realizó
como se muestra en la figura 10.
Figura 10.- Esquema ilustrativo de las dimensiones de la cimbra utilizada para el
colado de los especímenes de concreto reforzado.
Imagen 28.- Cimbra utilizada en el colado de los especímenes de concreto
reforzado.
3.5 ARMADO DE CASTILLOS
La armadura se hizo con 4 varillas de 3/8” y dos estribos a una separación de
15cm, la figura 11 muestra esquemáticamente como quedo el armado de
varillas, el alambre de amarre se cuantificó según la configuración del armado,
94
también el alambrón de la misma forma. En la figura 11 se muestra
esquemáticamente la configuración del armado de refuerzo.
Figura 11.- Dimensiones de la armadura utilizada para los especímenes de
concreto reforzado
Imagen 29.- Armaduras de acero al carbono realizadas para la
elaboración de los especímenes de concreto reforzado.
3.6 COLADO
El colado de los cubos de concreto armado se realizó basándose en la
NOM-C-159, se llevó a cabo en dos partes primeramente se hizo la colada
de concreto de relación agua cemento (a/c), de 0.45 esto fue el día Lunes
11/04/11, las particularidades de la mezcla fueron: revenimiento de la
mezcla 9 cm, temperatura de concreto fresco 25.5 °C y la temperatura
ambiental de 29 °C, después el día 13/04/11 se colaron los cubos de
concreto con relación agua cemento de 0.65 las particularidades de esta
mezcla fueron: revenimiento de la mezcla 8cm, temperatura de concreto
95
Imagen 30.- Secuencia de la preparación del colado de las mezclas de concreto
según la Norma Mexicana C-129.
fresco 27 ºC y la temperatura ambiental 28 ºC; el mismo día se hizo la medición de
los primeros potenciales de corrosión Conforme a la norma ASTM C-876 los
cuales se expresaran en la gráfica de periodo de curado que presenta más
adelante. En la tabla XXXII se resumen las características de las mezclas de
concreto.
Imagen 31.- Prueba de revenimiento echas a las mezclas de concreto.
96
Imagen 32.- Colado de cubos de concreto reforzado.
Tabla XXXII.- Características generales de las mezclas de concreto.
Concret
o
a/c Temperatura
concreto fresco
Revenimiento
Concreto
fresco
Fecha de
colado
f´c de
concreto
(kg/cm2)
1 0.45 25.5 °C 9 cm 11/04/11 288
2 0.65 27 °C 8 cm 13/04/11 237
3.7 CURADO
El curado de los especímenes de concreto reforzado se llevo a cabo según la
norma mexicana NMX-C-148-ONNCCE “Elaboración y curado en obra de
especímenes de concreto”, los especímenes de concreto se metieron al cuarto de
curado durante 28 días
Y fueron sacados al término de los mismos para hacer la prueba de esfuerzo a
compresión simple, para saber cuál fue la resistencia de los concretos empleados
en el experimento.
97
3.8 MONITOREO
Para este proyecto se ideo medir el potencial de corrosión en dos caras
opuestas de las probetas de concreto armado, ya que interesa saber cuál
es el comportamiento del armado de refuerzo con el recubrimiento que se
planteó el cual es de 2.5 cm, esto se puede ver en la imagen 33 en la cual
se muestra cual es la cara 1 y la cara dos respectivamente.
La norma ASTM-C-876, establece como se deben hacer las mediciones de
los potenciales de corrosión esto se indica en la figura 12, esta figura
muestra el electrodo de referencia de Cu/CuSO4 conectado
perpendicularmente al concreto reforzado y las terminales negativa y
positiva del multímetro, conectado al electrodo y a la varilla de acero de
refuerzo respectivamente.
Figura 12.- Esquema ilustrativo de medición de potenciales de corrosión,
figura extraída de (Gundaker, 1996).
98
Imagen 33.- Especificación de las caras de las probetas, para la medición
de los potenciales de corrosión.
Para tener un control del monitoreo de los cubos de concreto armado
se recurrió a asignar una nomenclatura a cada espécimen, esta
configuración se explica a continuación:
4N = el # “4” se refiere a la relación a/c=0.45 y “N” es la solución de
NaCl al 3.5% al que está expuesto el espécimen.
4POT= el # “4” se refiere a la relación a/c=0.45 y “POT” es el agua
potable al que está expuesto el espécimen.
6N = el # “6” se refiere a la relación a/c=0.65 y “N” es la solución de
NaCl al 3.5% al que está expuesto el espécimen.
6POT= el # “6” se refiere a la relación a/c=0.65 y “POT” es el agua
potable al que está expuesto el espécimen.
Para medir los potenciales de corrosión se utilizó un multímetro y un
electrodo de referencia de Cu/CuSO4, un multímetro fluke 77 cuyas
características se mencionan en los anexos, también se empleó una
solución de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4·5H2O). En las gráficas
2 a la 5 se muestra el comportamiento de la varilla de refuerzo durante el
99
periodo de curado según la norma ASTM C-876. Los resultados se
expresaron en graficas con la ayuda del programa ORIGINPRO 8, esto
porque es un graficador muy eficaz y es recomendable para trabajos de
ciencia.
Imagen 34.- Mediciones de potencial de corrosión en las caras utilizando el
multímetro fluke 77 y el electrodo de referencia hechizo de Cu/CuSO4;
según la norma ASTM C-876.
En la imagen 35 se muestra los recipientes donde se tuvieron los
especímenes de concreto durante los tres meses de monitoreo.
Imagen 35.- Especímenes de concreto reforzado inmersos en una solución
salina al 3.5 %.
3.9 MULTÍMETRO DE ALTA IMPEDANCIA
El multímetro que se utilizó para este experimento fue el fluke 77 este multímetro
tiene las siguientes especificaciones:
El multímetro Fluke modelo 77, serie IV, es un multímetro de verdadero valor
eficaz con respuesta promedio alimentado con batería (en adelante, “el
100
multímetro”) con una pantalla de 6000 recuentos y 3¾ dígitos, y un gráfico de
barras.
Este multímetro cumple con las normas CAT III y CAT IV IEC 61010. La norma de
seguridad IEC 61010 define cuatro categorías de medición (CAT I a IV)
basándose en la magnitud del peligro que presentan los impulsos transitorios. Los
multímetros CAT III están diseñados para proporcionar protección contra
transitorios en instalaciones de equipo fijo al nivel de la distribución; los
multímetros CAT IV están diseñados para proporcionar protección contra
transitorios del nivel de suministro primario (servicio público subterráneo o aéreo).
El multímetro mide o prueba las siguientes magnitudes:
♦ Tensión y corriente CA / CC ♦ Diodos
♦ Resistencia ♦ Continuidad
♦ Frecuencia de la tensión ♦ Capacitancia
Terminales
Figura 13.- Terminales multímetro fluke serie 77, figura extraída de
http://www.electan.com/datasheets/fluke/77iv.pdf.
101
3.10 ELECTRODO DE REFERENCIA Cu/CuSO4
El electrodo de referencia que se utilizó en este proyecto es uno comercial de
Cu/CuSO4 de la marca siguiente:
Imagen 36.- Electrodo de referencia utilizado para medir los potenciales de
corrosión en los especímenes de concreto reforzado.
Capítulo 4.RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 RESULTADOS
Los resultados obtenidos durante tres meses de monitoreo se muestran en las
gráficas de la 2 a la 5, en estas graficas se muestra como fue el comportamiento
de las varillas de acero de refuerzo durante los tres meses de monitoreo
correspondientes a un mes de curado y dos meses más inmersos en ambientes,
uno de agua potable y el otro agresivo de una solución salina al 3.5 %.
102
(1)
(2)
Grafica 2 y 3.- Potenciales de corrosión en la cara 1, durante tres meses de monitoreo.
103
(3)
(4)
Grafica 4 y 5.- Potenciales de corrosión en la cara 2, durante tres meses de
monitoreo.
104
4.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS
De los resultados obtenidos se observa que para los especímenes que se hicieron
con un concreto de mayor calidad, es decir, el de relación a/c=0.45 y que
estuvieron expuestos en agua potable el armado de refuerzo reportó potenciales
que indican que indican cierta incertidumbre de que exista corrosión de acuerdo a
la norma ASTM C-876-91, estando en un intervalo de -100 mv a -350 mv, así
también los especímenes de relación a/c=0.65 estuvieron en el intervalo de cierta
incertidumbre según la ASTM C-876-91 estando en un intervalo de -205 mv a -350
mv.
Los especímenes de relación a/c=0.45 que estuvieron expuestos a la solución de
NaCl al 3.5% reportaron potenciales en el intervalo de 90 % de probabilidad de
corrosión a partir del día 35 estando en un intervalo de -350 mv a -600 mv, así
también los especímenes de relación a/c=0.65 reportaron potenciales en el
intervalo de 90 % de probabilidad de corrosión estando en un intervalo de -350 mv
a -650 mv.
Se puede observar que los especímenes que se hicieron con un concreto de
mayor calidad, es decir, los de relación a/c=0.45, presentan un medio más
resistente al ataque por cloruros que afecta al armado de refuerzo de acero.
CAPITULO 5CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
Se concluye después del procedimiento experimental llevado a cabo durante 3
meses, consistente en “EVALUACIÓN DE VIGAS DE CONCRETO REFORZADO
BAJO AMBIENTE SALINO MEDIANTE LA TECNICA ELECTROQUÍMICA DE
POTENCIALES DE CORROSIÓN (ECORR)”, que el concreto es una masa
heterogenea que proporciona a la varilla de refuerzo una protección química y
fisica conservandola en estado de pasivación, solo cuando la misma se realiza
conforme a los criterios de calidad establecidos en las normas que rigen los
105
procedimientos de construcción aplicables a cada pais. Por lo cual es muy
importante el regirse por dichas normas ya que la durabilidad del concreto como
se menciono a lo largo de este proyecto es una necesidad de las obras de
infraestructura que existe en zonas costeras.
El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el
proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello
conlleva al deterioro del mismo. No obstante es este proceso el que provoca la
investigación y el planteamiento de fórmulas que permitan alargar la vida útil de
los materiales sometidos a este proceso.
Aun conociendo la proporción de un concreto necesaria para una vida util fijada,
se precisa definir un ensayo adecuado para el conctrol de la durabilidad en un
medio marino, ya que como se mostró en los resultados obtenidos en el proyecto,
es más probable que el concreto de calidad baja o de relación a/c alta, de paso a
los cloruros en ambiente salino, lo cual afecta a la estabilidad de las estructuras
por el deterioro por corrosión del acero de refuerzo.
5.2 RECOMENDACIONES
En las edificaciones debe recomendarse a los constructores que sus armados de
loza, castillos, vigas, etc; todas deben tener un contacto eléctrico, para estudios o
diagnósticos a largo plazo, mediante esta técnica de monitoreo electroquímico.
106
Bibliografía
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