Durabilidad del concreto

Los científicos, quienes deben comprender las propiedades del material y especialmente el envejecimiento y la durabilidad del concreto, están confundidos por todos los posibles mecanismos usados para explicar la complejidad de muchos procesos. La industria de los materiales y la sociedad esperan muchas cosas de la investigación que se está llevando a cabo. Debemos considerar si existe un equilibrio entre las inversiones y las expectativas que harían que los materiales estén disponibles para usarse como compuestos en el concreto.
Los científicos han implementado nuevos productos con grandes propiedades en resistencia y durabilidad. Esto se ha logrado usando compuestos recientemente desarrollados y comprendiendo el mecanismo del posicionamiento óptimo de las partículas del agregado combinado con fibras y aditivos. Este tipo de conocimiento podría proporcionar una futura herramienta para comprender el desempeño de las estructuras existentes. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro.

Definición de la vida de servicio

En el puente Oresund, entre Suecia y Dinamarca, se estipularon los requisitos de la vida de servicio en la fase de diseño. El primer intento fue el de asegurar 100 años de vida de servicio para las partes estructurales sometidas a cargas que serían complicadas de reparar y costosas de mantener. La filosofía era no esperar que el puente se colapsara después de este tiempo de vida de servicio, sino permitir algunos años de gracia para la inspección y valoración de los sistemas de protección necesarios o del trabajo de reparación.
El conocimiento que informa sobre la predicción de vida útil parte de la ciencia de los materiales desarrollada en los últimos 30 años. Las viejas estructuras, al final de su vida de servicio, con frecuencia están dañadas o pueden sufrir un colapso. El primer paso en estas valoraciones consiste en analizar la capacidad real para soportar cargas y si hubiera grandes riesgos, permitir una fractura frágil repentina y
eventual. Después de este procedimiento, los expertos pueden dar una predicción del futuro deterioro como una función del tiempo o del impacto de diferentes sistemas de reparación sobre el proceso de deterioro.
Generalmente, el conocimiento en esta área no es tan preciso como debiera. Actualmente, somos capaces de predecir las tendencias en procesos diferentes, pero la variación, tanto en materiales como en el medio ambiente, es considerable y afecta la precisión de tales predicciones.

Sin embargo, los métodos de predicción usados para las estructuras existentes, combinados con el muestreo, incrementarán la precisión.
La definición de la vida de servicio podría ser establecida como el periodo de tiempo que una estructura, en un medio ambiente específico, retendrá sus propiedades principales, proveyendo seguridad contra el colapso y exhibiendo una estética aceptable. Sin embargo, los propietarios de estructuras importantes probablemente también implementarían valoraciones económicas, interrupciones en la capacidad de servicio y cambios en imagen en casos de una perturbación inesperada.

La humedad en el concreto
El agua en el concreto endurecido que no está químicamente fijada al aglomerante, está físicamente fijada en los poros del concreto. En los poros más pequeños, el agua está más firmemente ligada por absorción en los productos de la reacción. Esta agua puede secarse sólo con una humedad Relativa (HR) muy baja. En los poros capilares el agua está ligada por meniscos produciendo una presión del agua de los poros muy baja, negativa. Puesto que hay una relación entre la presión de agua en los poros y la humedad relativa en el aire por encima de un menisco, la HR se usa como una medida del estado de humedad en el concreto. La relación entre la cantidad de agua evaporable [We kg/m³] y el estado de humedad HR puede ser calculada a partir de las curvas de desorción (inverso de absorción o adsorción) disponibles (Véase el
ejemplo en la Figura 1).

Las curvas de desorción dependen principalmente del contenido de cemento C, la relación agua-cemento W/C, la edad o grado de hidratación y la cantidad de humo de sílice. También varían en algún grado con el tipo de cemento, la temperatura y la cantidad de aditivos.
La distribución de la humedad en una estructura de concreto está determinada por la composición del concreto, el curado y el microclima en las diferentes partes de la estructura. Las diferencias en las condiciones de humedad entre el sistema de poros y el microclima circundante causarán un flujo de humedad hacia adentro y fuera de la superficie de concreto y en la profundidad de la estructura. El perfil de la humedad a largo plazo en una estructura de concreto expuesta a condiciones húmedas en un lado puede ser acentuado cerca de la superficie seca, dependiendo de la calidad del concreto (Véase Figura 2).

Aun cuando no ocurra transporte de humedad —como en las estructuras con cubiertas superficiales cerradas o en concretos densos con bajas relaciones de agua-aglomerante— el concreto puede obtener un secado interno debido a la fijación química del agua al aglomerante, puesto que los productos de la reacción tienen un volumen más bajo que los reactivos. La autodesecación2 se incrementará con relaciones más bajas de agua-cemento y relaciones de agua-aglomerante, la adición de humo de sílice y con algunos tipos de cemento. La HR puede alcanzar aproximadamente 80% en algunos casos tan sólo debido a la autodesecación. En algunos casos el deterioro simplemente se detendrá debido a que el concreto está demasiado seco.

La humedad y los procesos de deterioro en principio
La naturaleza básica del deterioro es principalmente de tres tipos: químico, físico o electroquímico, este último que concierne a la corrosión del refuerzo3. Un ataque químico involucra la disolución de substancias o reacciones químicas entre sustancias y componentes del concreto. Los productos de la reacción, caracterizados por la disolución o expansión, pueden causar muchos problemas.

Los ejemplos incluyen:

• Ataque ácido que disuelve el aglomerante de la superficie del concreto.
• Ataque de sulfato desde la superficie, por el agua del subsuelo o agua de mar, o ataque del sulfato interno (formación retardada de ettringita), creando un producto de reacción que absorbe una cantidad significativa de agua, causando expansión interna y agrietamiento.
• Reacciones álcali-agregado del álcali que proviene del cemento, o del exterior, reaccionando con los componentes de ciertos agregados reactivos.
• Carbonatación proveniente del dióxido de carbono, que reacciona con los componentes en el líquido de los poros.
• Ataque de agua suave causando lixiviación de los álcalis y óxido de calcio, que a su vez causa disolución del hidróxido de calcio depositado y los componentes del aglomerante.

Un ataque puramente físico podría ser desde un líquido no reactivo, o calor, penetrando en el concreto o un componente del concreto, causando esfuerzos internos y expansión, dando como resultado agrietamiento interno o escamosidad superficial. El ataque de la congelación es un ataque físico obvio.

La contracción es realmente el opuesto de un líquido que sale del concreto. El ataque electroquímico típico es la corrosión del refuerzo, en donde las reacciones químicas en el ánodo y en el cátodo se combinan con una corriente eléctrica a través del acero y a través del concreto. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro.

La humedad puede involucrar:

• Un material con propiedades diferentes.
• Un soluto, para reactivos y iones.
• Un medio de transporte.
• Un medio de expansión.
• Un líquido con presión de agua en los poros (negativo).

El efecto de la humedad usualmente puede ser definido como un tipo de límite crítico de humedad, por debajo del cual no ocurren cambios significativos (Véase la Figura 3).

Por encima del límite crítico, los cambios a veces son muy pronunciados. En otros casos, el límite crítico únicamente dice desde qué nivel de humedad empieza a ocurrir un cambio, pero los cambios se incrementan al incrementarse el contenido de humedad. En raros casos, como la tasa de corrosión, los cambios son menos pronunciados y el contenido de humedad es muy alto.

Durabilidad del concreto Kyösti Tuutti y Lars-Olaf Nilsson¹ Primera de dos partes La química del cemento es una ciencia relacionada con estructuras inorgánicas y condiciones de reactividad. Varios aditivos se han incorporado a la ciencia del concreto así como diferentes compuestos que provienen del mercado de desechos para solidificación en una matriz de concreto.
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Los científicos, quienes deben comprender las propiedades del material y especialmente el envejecimiento y la durabilidad del concreto, están confundidos por todos los posibles mecanismos usados para explicar la complejidad de muchos procesos. La industria de los materiales y la sociedad esperan muchas cosas de la investigación que se está llevando a cabo. Debemos considerar si existe un equilibrio entre las inversiones y las expectativas que harían que los materiales estén disponibles para usarse como compuestos en el concreto. Los científicos han implementado nuevos productos con grandes propiedades en resistencia y durabilidad. Esto se ha logrado usando compuestos recientemente desarrollados y comprendiendo el mecanismo del posicionamiento óptimo de las partículas del agregado combinado con fibras y aditivos. Este tipo de conocimiento podría proporcionar una futura herramienta para comprender el desempeño de las estructuras existentes. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro. Definición de la vida de servicio En el puente Oresund, entre Suecia y Dinamarca, se estipularon los requisitos de la vida de servicio en la fase de diseño. El primer intento fue el de asegurar 100 años de vida de servicio para las partes estructurales sometidas a cargas que serían complicadas de reparar y costosas de mantener. La filosofía era no esperar que el puente se colapsara después de este tiempo de vida de servicio, sino permitir algunos años de gracia para la inspección y valoración de los sistemas de protección necesarios o del trabajo de reparación. El conocimiento que informa sobre la predicción de vida útil parte de la ciencia de los materiales desarrollada en los últimos 30 años. Las viejas estructuras, al final de su vida de servicio, con frecuencia están dañadas o pueden sufrir un colapso. El primer paso en estas valoraciones consiste en analizar la capacidad real para soportar cargas y si hubiera grandes riesgos, permitir una fractura frágil repentina y eventual. Después de este procedimiento, los expertos pueden dar una predicción del futuro deterioro como una función del tiempo o del impacto de diferentes sistemas de reparación sobre el proceso de deterioro. Generalmente, el conocimiento en esta área no es tan preciso como debiera. Actualmente, somos capaces de predecir las tendencias en procesos diferentes, pero la variación, tanto en materiales como en el medio ambiente, es considerable y afecta la precisión de tales predicciones. Sin embargo, los métodos de predicción usados para las estructuras existentes, combinados con el muestreo, incrementarán la precisión. La definición de la vida de servicio podría ser establecida como el periodo de tiempo que una estructura, en un medio ambiente específico, retendrá sus propiedades principales, proveyendo seguridad contra el colapso y exhibiendo una estética aceptable. Sin embargo, los propietarios de estructuras importantes probablemente también implementarían valoraciones económicas, interrupciones en la capacidad de servicio y cambios en imagen en casos de una perturbación inesperada. La humedad en el concreto El agua en el concreto endurecido que no está químicamente fijada al aglomerante, está físicamente fijada en los poros del concreto. En los poros más pequeños, el agua está más firmemente ligada por absorción en los productos de la reacción. Esta agua puede secarse sólo con una humedad Relativa (HR) muy baja. En los poros capilares el agua está ligada por meniscos produciendo una presión del agua de los poros muy baja, negativa. Puesto que hay una relación entre la presión de agua en los poros y la humedad relativa en el aire por encima de un menisco, la HR se usa como una medida del estado de humedad en el concreto. La relación entre la cantidad de agua evaporable [We kg/m³] y el estado de humedad HR puede ser calculada a partir de las curvas de desorción (inverso de absorción o adsorción) disponibles (Véase el ejemplo en la Figura 1). Las curvas de desorción dependen principalmente del contenido de cemento C, la relación agua-cemento W/C, la edad o grado de hidratación y la cantidad de humo de sílice. También varían en algún grado con el tipo de cemento, la temperatura y la cantidad de aditivos. La distribución de la humedad en una estructura de concreto está determinada por la composición del concreto, el curado y el microclima en las diferentes partes de la estructura. Las diferencias en las condiciones de humedad entre el sistema de poros y el microclima circundante causarán un flujo de humedad hacia adentro y fuera de la superficie de concreto y en la profundidad de la estructura. El perfil de la humedad a largo plazo en una estructura de concreto expuesta a condiciones húmedas en un lado puede ser acentuado cerca de la superficie seca, dependiendo de la calidad del concreto (Véase Figura 2). Aun cuando no ocurra transporte de humedad —como en las estructuras con cubiertas superficiales cerradas o en concretos densos con bajas relaciones de agua-aglomerante— el concreto puede obtener un secado interno debido a la fijación química del agua al aglomerante, puesto que los productos de la reacción tienen un volumen más bajo que los reactivos. La autodesecación2 se incrementará con relaciones más bajas de agua-cemento y relaciones de agua-aglomerante, la adición de humo de sílice y con algunos tipos de cemento. La HR puede alcanzar aproximadamente 80% en algunos casos tan sólo debido a la autodesecación. En algunos casos el deterioro simplemente se detendrá debido a que el concreto está demasiado seco. La humedad y los procesos de deterioro en principio La naturaleza básica del deterioro es principalmente de tres tipos: químico, físico o electroquímico, este último que concierne a la corrosión del refuerzo3. Un ataque químico involucra la disolución de substancias o reacciones químicas entre sustancias y componentes del concreto. Los productos de la reacción, caracterizados por la disolución o expansión, pueden causar muchos problemas. Los ejemplos incluyen: • Ataque ácido que disuelve el aglomerante de la superficie del concreto. • Ataque de sulfato desde la superficie, por el agua del subsuelo o agua de mar, o ataque del sulfato interno (formación retardada de ettringita), creando un producto de reacción que absorbe una cantidad significativa de agua, causando expansión interna y agrietamiento. • Reacciones álcali-agregado del álcali que proviene del cemento, o del exterior, reaccionando con los componentes de ciertos agregados reactivos. • Carbonatación proveniente del dióxido de carbono, que reacciona con los componentes en el líquido de los poros. • Ataque de agua suave causando lixiviación de los álcalis y óxido de calcio, que a su vez causa disolución del hidróxido de calcio depositado y los componentes del aglomerante. Un ataque puramente físico podría ser desde un líquido no reactivo, o calor, penetrando en el concreto o un componente del concreto, causando esfuerzos internos y expansión, dando como resultado agrietamiento interno o escamosidad superficial. El ataque de la congelación es un ataque físico obvio. La contracción es realmente el opuesto de un líquido que sale del concreto. El ataque electroquímico típico es la corrosión del refuerzo, en donde las reacciones químicas en el ánodo y en el cátodo se combinan con una corriente eléctrica a través del acero y a través del concreto. La humedad juega un papel significativo en la mayoría de las reacciones químicas en el concreto y en partes de los procesos físicos y químicos en varios fenómenos de deterioro. La humedad puede involucrar: • Un material con propiedades diferentes. • Un soluto, para reactivos y iones. • Un medio de transporte. • Un medio de expansión. • Un líquido con presión de agua en los poros (negativo). El efecto de la humedad usualmente puede ser definido como un tipo de límite crítico de humedad, por debajo del cual no ocurren cambios significativos (Véase la Figura 3). Por encima del límite crítico, los cambios a veces son muy pronunciados. En otros casos, el límite crítico únicamente dice desde qué nivel de humedad empieza a ocurrir un cambio, pero los cambios se incrementan al incrementarse el contenido de humedad. En raros casos, como la tasa de corrosión, los cambios son menos pronunciados y el contenido de humedad es muy alto.