EVALUACION DE LA ABSORCION CAPILAR EN DISTINTOS HORMIGONES EXPUESTOS AL MEDIO AMBIENTE

L. González, G. Menéndez, E.F. Irassar

Departamento de Ingeniería Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

(B7400JWI) – Olavarría – Argentina. FAX 02284 – 451055. email: lem@fio.unicen.edu.ar

Palabras claves: tipo de cemento, absorción capilar, curado, resistencia a compresión.

RESUMEN La estimación de la durabilidad del hormigón en una estructura es correcta realizarla a través del estudio de los mecanismos de transporte en la zona superficial de la misma, que se encuentra en contacto con el medio ambiente. Por este motivo, es cada vez más común el empleo de métodos que permitan evaluar la absorción capilar en hormigones debido a que este parámetro está íntimamente asociado con el ingreso de agentes agresivos en el material. En este trabajo se evalúa la tasa de absorción capilar de acuerdo al esquema preliminar de la norma IRAM 1871, sobre hormigones de diferente clase resistente elaborados con distinto de cementos, estudiando la influencia del tiempo de curado húmedo sobre este parámetro. Los resultados indican que la tasa de absorción capilar podría ser utilizada como especificación de la durabilidad de los hormigones independientemente de los curados especificados en el proyecto CIRSOC 201 y los constituyentes de la mezcla.

1. INTRODUCCION En la actualidad, los criterios de durabilidad en los reglamentos han

comenzado a establecerse independientemente de las características resistentes que posea el hormigón y las cuales están vinculadas con las características del medio ambiente al que estará expuesto. Por este motivo, existe una creciente necesidad de vincular la durabilidad de las estructuras con algún parámetro que pueda ser medido en el hormigón a través de un procedimiento sencillo y económico. La absorción capilar es un mecanismo que caracteriza el transporte de

humedad en un material no saturado y la velocidad con que ello ocurre, ha sido reconocida como un índice importante de la durabilidad del hormigón [1,2], pues refleja fehacientemente el mecanismo por el cual el agua y los agentes agresivos penetran en el hormigón en diversos mecanismos de deterioro. Por otra parte, la calidad del hormigón de recubrimiento es quien limita la posibilidad de tales ingresos y la evaluación de la absorción capilar ha mostrado ser una buen indicador de ella [3,4].

Este mecanismo de transporte presenta dos parámetros básicos, por una parte la capacidad representa la cantidad de agua requerida para producir la completa saturación del hormigón y por otro lado, la velocidad de absorción capilar que representa la velocidad de penetración del líquido por capilaridad. Ho et al [5] y Hall [6] fueron quienes comenzaron con la medición de estos parámetros y en la actualidad, existen una gran cantidad de ensayos (ISAT, método de Figg, Normal 11/85, Rilem, etc.) [7-10] de los que no es sencillo extraer un procedimiento común. Las principales diferencias aparecen vinculadas con la forma y dimensiones de la probeta lo cual define una geometría de absorción diferente y con el tipo de acondicionamiento de las muestras que inducen diferentes niveles de humedad y agrietamiento interno.

En la actualidad, a través del esquema preliminar de la norma IRAM 1871, se halla en discusión el procedimiento para la determinación de la succión capilar de agua para hormigón endurecido. En este trabajo se pretende brindar algunas de las pautas que han sido tomadas en cuenta para su redacción.

2. MATERIALES Y METODOS En estas experiencias se utilizaron 13 mezclas de hormigón para examinar

distintos aspectos del ensayo de la absorción capilar de agua que será propuesto a discusión pública a través de la norma IRAM 1871. Para la elaboración de los hormigones se utilizaron distintos tipos de cementos (CPN, CPC, CPF, CPE) de la norma IRAM 50000 de clase resistente CP 40. El agregado fino fue en todos los casos, arena natural de río y el agregado grueso correspondió a una piedra partida granítica. Los agregados correspondieron a fuentes de provisión diferentes y presentaron una variada granulometría. Los hormigones tuvieron distintas dosificaciones como muestra la Tabla 1, la razón a/c varió entre 0.35 y 0.62, mientras que el contenido de cemento varió entre 300 y 450 kg/m³. Para los hormigones de baja razón a/c se utilizó un aditivo superfluidificante comercial (Sikament N). Los hormigones H1 a H10 tuvieron un asentamiento de 7.5 ± 2.5 cm y los hormigones H11 a H15 > 13 cm. Con cada hormigón se moldearon cuatro probetas de 10 x 20 cm y prismas de 15 x 15 x 52 cm. Resistencia a compresión

A los 28 días de curado en agua se determinó la resistencia potencial a compresión de cada hormigón en probetas cilíndricas de 10 x 20 cm, cuyos resultados se informan en la Tabla 2. En dichos resultados se puede observar que las mezclas estudiadas equivalen a diferentes clases de hormigones. Absorción capilar

Después del moldeo, los prismas fueron cubiertos con una film plástico y permanecieron en ambiente de laboratorio (de 20 ± 2 ºC). Luego de 24 horas fueron

desmoldados y sumergidos en agua con cal hasta los 28 días (curado I) o los días de curado propuestos (CPN, CPF y CPE = 5 días; CPC = 8 días) por el proyecto CIRSOC 201 según el tipo de cemento utilizado (curado II). Luego de este período los prismas fueron expuestos al medio ambiente de la ciudad de Olavarria, donde el valor medio de la temperatura, la humedad relativa y la lluvia fue de 20 °C, 66 % y 96 mm/mes, respectivamente.

Tabla 1: Dosificaciones de los hormigones estudiados (kg/m³).

Cemento Agregado Mezcla Razón

a/c Tipo Cantidad Fino Grueso Aditivo,

% Asentamiento,

cm Temperatura hormigón, °C

H1 0,48 CPN 380 752 1038 ----- 9,0 19,9 H2 0,53 CPN 320 787 1087 ----- 5,0 21,8 H3 0,35 CPN 450 754 1041 0,75 6,0 21,6 H4 0,50 CPC 360 900 900 ----- 6,0 12,6 H5 0,56 CPF 315 787 1060 ----- 7,5 17,4 H6 0,50 CPC 360 900 900 ----- 6,0 18,4 H7 0,50 CPN 360 900 900 ----- 6,0 17,8 H8 0,50 CPE 360 900 900 ----- 5,5 18,3 H9 0,34 CPF 450 741 1042 ----- 9,0 20,1 H10 0,42 CPN 410 740 1042 2,0 5,0 21,5 H11 0,62 CPN 300 794 1060 ----- 13,0 19,9 H12 0,35 CPN 450 754 1041 1,5 16,0 22,3 H15 0,50 CPE 352 840 1000 ----- 15,0 23,7

Obtención y acondicionamiento de las muestras: A la edad de 6 meses, de cada uno de los prismas se obtuvo mediante calado un testigo de 10 cm de diámetro. El mismo fue seccionado en 5 rodajas de aproximadamente 2,7 cm de altura utilizando un disco diamantado. Se selló toda la superficie lateral de las rodajas con pintura impermeabilizante con el fin de limitar la absorción capilar a la cara de ensayo y luego, las mismas fueron acondicionadas a 50 ± 2,5 ºC hasta alcanzar una masa constante, esto es, hasta que la diferencia entre dos pesadas sucesivas efectuadas cada 24 ± 1 h fuese menor al 0,1 % de la última medición. En todos los casos, el tiempo transcurrido para el acondicionamiento fue de 8 días. Finalizado el secado las muestras se recubrieron con una película de polietileno hasta alcanzar la temperatura de laboratorio. Ensayo: Las rodajas fueron colocadas sobre una esponja humedecida dentro de un recipiente estanco de forma tal que la para ensayar tuviese asegurado el contacto continuo con agua durante el transcurso del ensayo. El recipiente permaneció tapado durante el ensayo y la cantidad de agua absorbida se midió como la ganancia de masa con intervalos de 1/12, 1/6, ¼, ½, 1, 2, 3, 4, 6, 24, 48 horas y cada 24 h ± 1 hasta que la variación de masa fuese menor que 0,1 % entre dos determinaciones sucesivas.

3. RESULTADOS Y DISCUSION En la Tabla 2 se presentan los resultados de la rodaja superficial

correspondientes a cada uno de los hormigones estudiados. La velocidad de absorción capilar (Vs, en g/cm² h1/2) se calculó como regresión de los valores obtenidos entre 1 y 6 horas para todos los casos, mientras que la capacidad de absorción (Cs, en g/cm²) se obtuvo cuando la probeta alcanza la saturación.

Tabla 2: Resultados del ensayo de absorción capilar y resistencia a compresión

Mezcla Curado I, Curado II,

N Tipo a/c Días Vs, g/cm² h1/2 Cs, g/cm² Días Vs, g/cm² h1/2 Cs, g/cm² Resistencia

MPa

H1 CPN 0,48 28 0,076 0,22 5 0,080 0,21 45,4 H2 CPN 0,53 28 0,077 0,30 5 0,078 0,29 40,2 H3 CPN 0,35 28 0,044 0,20 5 0,044 0,20 52,3 H4 CPC 0,50 28 0,094 0,29 8 0,099 0,29 32,8 H5 CPF 0,56 28 0,119 0,30 5 0,105 0,26 33,5 H6 CPC 0,50 28 0,084 0,28 8 0,087 0,26 32,6 H7 CPN 0,50 28 0,077 0,27 8 0,090 0,26 42,7 H8 CPE 0,50 28 0,077 0,27 5 0,063 0,25 39,4 H9 CPF 0,34 28 0,033 0,20 5 0,042 0,22 49,2 H10 CPN 0,42 28 0,065 0,22 5 0,064 0,24 44,5 H11 CPN 0,62 28 0,092 0,34 5 0,121 0,34 32,3 H12 CPN 0,35 28 0,036 0,21 5 0,036 0,21 52,6 H15 CPE 0,50 28 0,075 0,27 5 0,101 0,30 32,1

Influencia de la razón agua- cemento La figura 1 muestra las curvas de absorción capilar para los hormigones

elaborados con CPN y distinta razón a/c. A medida que se incrementa la razón a/c la pendiente de dicha curva es más abrupta y la capacidad de absorción aumenta. El incremento de la razón a/c, produce el crecimiento de la porosidad del hormigón y si dicha porosidad está interconectada aumenta la velocidad de penetración de agua. La capacidad también está directamente vinculada a la porosidad del hormigón y por lo tanto en hormigones bien curados es proporcional a la razón a/c.

Como se observa en la figura 1 para los hormigones con razón a/c > 0,48 (H1, H2, H7 y H11) la forma de la curva de absorción capilar está claramente dividida en dos estados: uno de fuerte pendiente que corresponde al tramo de determinación de la velocidad de absorción capilar el cual se denomina estado 1 y otro, de pendiente casi nula que corresponde a la saturación y se denomina estado 2. También puede apreciarse que la transición desde el primer estado al segundo es abrupta. Por otra parte, para los hormigones de baja razón a/c (H3, a/c= 0,35) la curva se torna más

gradual y por lo tanto el tiempo transcurrido para cambiar de estado aumenta. Esto puede deberse por una parte a que cada hormigón posee una distribución de tamaño de poros diferente asociada a distintas velocidades de penetración a lo largo de los capilares y por otro, al grado de tortuosidad que presenten esos capilares [11]. No debe perderse de vista que a una edad determinada el grado de segmentación de poros es mayor cuando menor es la razón a/c.

Fig. 1: Curva del ensayo de absorción capilar para hormigones elaborados con

CPN y distinta razón a/c

Fig. 2: Curva del ensayo de absorción capilar para hormigones elaborados con

distintos cementos e igual resistencia a los 28 días.

Resistencia vs. Absorción capilar Desde las últimas décadas se ha determinado que no existe una relación

directa entre la resistencia y la durabilidad del hormigón. Por esta razón, el proyecto del nuevo Reglamento CIRSOC requiere criterios de durabilidad y resistencia para una estructura nueva. La forma de probar la resistencia está claramente establecida en todas las estructuras, sin embargo los requisitos de durabilidad pueden ser controvertidos de probar y este ensayo propuesto puede ser una solución.

Los hormigones (H5, H6, H11 y H15) presentan una resistencia potencial similar (resistencia media de 32,5 MPa) a pesar de estar elaborados con distintos tipos de cemento (CPN, CPC, CPF, CPE) clase CP40. El proyecto de Reglamento CIRSOC estipula para estos tipos de cementos la misma edad de diseño (28 días).

Para obtener esta resistencia se ha utilizado una razón a/c entre 0,50 y 0,62 y por lo tanto desde el punto de vista durable, dichos hormigones no presentan la misma velocidad de absorción capilar (Figura 2). Como se observa en los resultados, para obtener un hormigón de igual resistencia es necesario reducir la razón a/c cuando se incorporan adiciones, así, el orden decreciente de CPN, CPF, CPC y CPE

hace que la velocidad de absorción capilar se vea afectada por la razón a/c más que por la resistencia.

Esto indica claramente la necesidad de verificar las características resistentes y durables de los hormigones que forman parte de la estructura como sugiere el proyecto de Reglamento CIRSOC.

Efectividad del curado propuesto en el proyecto CIRSOC Para analizar la efectividad del tiempo de curado de distintos tipos de

cemento se analizaron los resultados de los prismas sometidos a los dos curados estudiados (Curado I y II). En la Tabla 2 se muestra que la velocidad de absorción obtenida a los 6 meses, evaluada en ambas vigas tuvo un valor similar a pesar de los distintos cementos y mezclas utilizadas. El curado I indujo una velocidad de succión capilar menor en los hormigones de razón a/c igual a 0,5 elaborados con CPE. La mayor disparidad se observó en los hormigones con mayor razón a/c ó más pobres que son los más susceptibles a la pérdida de agua por intercambio con el medio ambiente. Un comportamiento similar se observó para la capacidad determinada por este ensayo.

La evaluación del frente de carbonatación mediante la técnica de teñido utilizando una solución indicadora ácido-base (fenoftaleína) mostró que en los hormigones de razón a/c menor a 0,5 no hubo diferencias apreciables entre ambos curados. No obstante, entre los hormigones de razón a/c igual a 0,5 aquellos elaborados con CPE evidenciaron un frente de carbonatación sensiblemente mayor para el curado I. Cuando la razón a/c fue mayor a 0.5 el frente de penetración creció para ambos curados.

Está establecido que la carbonatación reduce la porosidad capilar debido al incremento de aproximadamente 11 % del volumen sólido dado por la conversión de Ca(OH)2 a CaCO3 y que los hormigones inicialmente de pobre calidad pueden sacar mayor rédito de ello [12]. Esto corrobora la incidencia del fenómeno de carbonatación en la velocidad de absorción capilar y en la capacidad pues, para una razón a/c menor a 0,5 no existen diferencias sustanciales entre ambos curados. Sin embargo, cuando se eleva la razón a/c un curado húmedo menos prolongado puede inducir a valores menores debido al fenómeno de carbonatación. Por otra parte, se conoce que los hormigones elaborados con CPE son más sensibles al curado y exhiben un grado de carbonatación mayor [1].

Efecto de la profundidad de la muestra ensayada La Tabla 3 muestra la variación de la velocidad de absorción capilar para

distintas profundidades de obtención de las rodajas desde la cara de moldeo. De los resultados es posible establecer que independientemente del curado, los hormigones con razón a/c menor o igual a 0,5 no presentan diferencias sustanciales. Lo mismo ocurre con la capacidad de absorción en relación con la profundidad. Cuando la razón a/c aumenta la velocidad de absorción capilar de estos hormigones muestra diferencias apreciables. Los valores de capacidad de absorción también presentan el mismo desempeño.

El comportamiento de estos hormigones en función de la razón a/c puede justificarse en los hormigones de baja razón a/c, a la poca cantidad de agua libre

disponible, que ha sido estudiado ampliamente, crea calidades diferentes entre la superficie y el interior del material por exudación y segregación, y en los de alta razón a/c al grado de compensación mutua alcanzado entre el aumento del número de poros capilares y la disminución de la porosidad generada por el fenómeno de carbonatación.

Tabla 3: Resultados del ensayo de absorción capilar para muestras obtenidas a

distinta profundidades de distintos hormigones

Rodaja ensayada (profundidad) Mezcla Curado 1

(0-3 cm) 2

(3-6 cm) 3

(6-9 cm) 4

(9-12 cm) 5

(12-15 cm) Vs, g/cm² h1/2 0,119 0,098 0,096 0,091 0,086I Cs, g/cm² 0,30 0,26 0,28 0,23 0,24Vs, g/cm² h1/2 0,105 0,092 0,095 0,087 0,074

H5 a/c = 0,56

II Cs, g/cm² 0,26 0,27 0,28 0,26 0,24Vs, g/cm² h1/2 0,092 0,124 0,123 0,107 0,096I Cs, g/cm² 0,34 0,32 0,33 0,27 0,25Vs, g/cm² h1/2 0,121 0,107 0,111 0,110 0,092

H11 a/c = 0,62

II Cs, g/cm² 0,34 0,33 0,31 0,30 0,25Vs, g/cm² h1/2 0,084 0,085 0,080 0,080 0,070I Cs, g/cm² 0,28 0,27 0,25 0,25 0,24Vs, g/cm² h1/2 0,087 0,089 0,082 0,082 0,075

H6 a/c = 0,50

II Cs, g/cm² 0,26 0,25 0,26 0,25 0,24Vs, g/cm² h1/2 0,033 0,038 0,041 0,042 0,038I Cs, g/cm² 0,21 0,20 0,20 0,21 0,19Vs, g/cm² h1/2 0,042 0,042 0,045 0,042 0,040

H9 a/c = 0,34

II Cs, g/cm² 0,22 0,22 0,21 0,19 0,20

4. SUMARIO

De las experiencias realizadas para distintos hormigones que han sido curados apropiadamente, se observa en la figura 3 que los valores de la velocidad de absorción capilar y la capacidad obtenidos por el ensayo IRAM 1871 están vinculados estrechamente con la razón a/c de la mezcla. Estudios posteriores sobre la falta de curado y las prácticas de obra se llevarán a cabo para verificar los valores obtenidos.

5. CONCLUSIONES

El método de absorción capilar propuesto por el esquema de la norma IRAM 1871 permite evaluar la capacidad y la velocidad de absorción capilar a través de un procedimiento sencillo y económico. Ambos parámetros han mostrado ser razonablemente sensibles con la variación de la razón a/c y pueden ser empleados como un índice de la durabilidad del hormigón. Sin embargo, el proceso de carbonatación de las estructuras debe ser tenido en cuenta al momento de asegurar la calidad del hormigón superficial a través de esta metodología.

Fig. 3: Relación entre los resultados del ensayo de absorción capilar y la razón a/c para los hormigones bien curados

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