Ceramica Y Vidrio Ciencia De Los Materiales
rocket_3161 de Noviembre de 2013
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Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr. Vol 51. 1, 45-54, Enero-Febrero 2012. ISSN 0366-3175. eISSN 2173-0431. doi: 10.3989/cyv.072012 45
B O L E T I N D E L A S O C I E D A D E S P A Ñ O L A D E
A R T I C U L O
Cerámica y Vidrio
Generación y Caracterización de Microgrietas
en materiales estructurales
E. Men éndez1 y J. de Frutos2
1IETCC-CSIC. C/ Serrano Galvache, 4 28033 Madrid (emm@ietcc.csic.es)
2POEMMA R&D. ETSIT-UPM. Avda. Complutense, 30. 28040 MADRID jfrutos@fis.upm.es
E-mail: emm@ietcc.csic.es
En este trabajo, se estudia como generar de manera acelerada fenómenos expansivos en el interior de materiales cementicios
compuestos considerando la posibilidad de utilizar como elementos de adicción tanto cenizas volantes como escorias. Se
presentan resultados de la monitorización de estos procesos desde su etapa inicial y se caracterizan química, microestructural
y cristalográficamente mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de electrones retrodispersados, energías
dispersivas de rayos X y porosimetría de mercurio. Estos datos se complementan con valores de comportamiento mecánico
de los materiales para determinar su funcionalidad. Como resultado de estos estudios, se propone un modelo de generación
y progresión de microgrietas para cada uno de los procesos de alteración estudiado.
Palabras clave: Envejecimiento, reacción expansiva, microgrietas, propiedades mecánicas
Generation and characterization of microcracks in structural materials.
In this paper, we study how to generate and accelerate, expansive phenomena within cementitious composites, considering
elements of addiction using both fly ash and slag. We present results of monitoring of these processes from the beginning and
characterize chemical, microstructural, and crystallographic by X-ray diffraction, backscattering electron microscopy, X-ray
dispersive energy and mercury porosimetry. These data are supplemented with values of mechanical behavior of materials
to determine their functionality. As a result of these studies, we propose a model for the generation and progression of
microcracks for each alteration processes studied.
Keywords: Aging, expansive reaction, microcracks, mechanical properties
1. Introducción
Los daños en el hormigón tienen diferentes orígenes y
los fondos destinados a su reparación pueden constituir un
importante aporte de recursos. Gran parte de hormigón está
hecho a medida para el proyecto concreto a que va destinado
y a menudo es necesaria la integración de materiales locales
de calidad variable, utilizando diseños que no son estándar
y, a veces sometidos a la construcción acelerada de procesos
que pueden sacrificar la calidad por la velocidad. Según una
estadística realizada en Estados Unidos sobre reparación
de hormigón en el año 2007, los recursos destinados a este
propósito se sitúan entre 18 y 21 miles de millones de dólares
anuales. Estos datos inciden sobre la necesidad de realizar una
adecuada prevención y diagnóstico de las posibles causas que
originan la aparición de deterioros en forma de fisuración,
como manifestación externa (1, 2). A nivel europeo podemos
estar en torno a los mismos porcentajes, ya que la tipología de
las estructuras y los métodos constructivos son similares a los
de Estados Unidos, lo que se refleja en la internacionalización
de las empresas europeas y, especialmente, españolas que
desarrollan numerosos proyectos en toda América del Norte
(Estados Unidos y Canadá).
La ASCE (Sociedad Americana de Ingenieros Civiles),
en su evaluación de 2009 realizada sobre el estado de las
Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio
Vol 51, 1, 45-54, Enero-Febrero 2012 ISSN 0366-3175. eISSN 2173-0431.
doi: 10.3989/cyv.072012
infraestructuras en EEUU, estimó que para los próximos 5
años será necesaria una inversión superior a los 2,2 billones de
dólares para abordar la reparación y el mantenimiento de las
estructuras afectadas (3).
Las estructuras de hormigón pueden deteriorarse y
perder su funcionalidad por diferentes motivos, si bien
mayoritariamente estos procesos de degradación están
asociados con las condiciones de exposición ambiental a que
se encuentran sometidas las estructuras.
En los estudios realizados sobre el origen de daños en
las estructuras solo un porcentaje relativamente pequeño,
entre el 15-20%, de los fallos se consideran asociados con
una deficiencia de los materiales. No obstante, a lo largo de
la vida útil de las estructuras los materiales están expuestos
al medioambiente e interaccionan con él, y se ven influidos
por las condiciones de uso y cargas a que están sometidos.
Por tanto, las alteraciones y daños que se producen en las
estructuras de hormigón están asociados con la evolución y
deterioro de este material y de los que se encuentren incluidos
en él (4).
El origen a que están asociados estos fenómenos de
alteración de los hormigones puede ser variado, desde
reacciones químicas, procesos físicos, acciones mecánicas,
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E. Men énde z y J. de Frutos
etc. Gran parte de los fenómenos de alteración del hormigón
está asociado al ataque químico, dentro del cual se engloban
diferentes procesos. Los procesos de deterioro más importantes
están asociados con reacciones y fenómenos que se producen
en el interior del material y que generan tensiones disruptivas,
que pueden hacer que se supere la resistencia a tracción del
hormigón, dando lugar a la formación de fisuras. La aparición
de fisuras internas debilita el material haciendo que éste
pierda propiedades mecánicas, pero además, produce la
apertura de zonas de entrada de agresivos, lo que implica la
realimentación de los fenómenos de degradación y acelera el
deterioro del material y de la estructura o elemento en el que
se encuentra.
Las reacciones y fenómenos expansivos internos en el
hormigón presentan diferentes características en función de
la zona del material en la que se éste produciendo el origen
del deterioro. Si consideramos como las partes fundamentales
del hormigón: los áridos, la fase conglomerante (pasta de
cemento hidratada y sus componentes) y la red porosa del
material (generada durante el proceso de endurecimiento y
que evoluciona en el tiempo), podremos distinguir fenómenos
expansivos internos que se producen en las diferentes partes
del hormigón.
Sin considerar la corrosión de armaduras que está
relacionada con la interacción e acero-hormigón, los fenómenos
expansivos internos más relevantes que se producen en
el hormigón, y que se asocian con reacciones químicas y
alteraciones físico-químicas, corresponden a los siguientes (4):
• Reacción árido-álcali: Se origina a nivel de los áridos finos
y/o gruesos.
• Ataque por sulfatos: Se origina a nivel de la fase
conglomerante.
• Ciclos de hielo-deshielo: Se origina a nivel de la fase
porosa.
La consecuencia general de estos fenómenos es
la aparición de microfisuras internas en el material, que
progresan más o menos en función del tiempo y del grado
de exposición, manifestándose exteriormente en el hormigón
con diferentes tipos de alteraciones. A pesar de iniciarse a
distintos niveles en el interior del hormigón, la manifestación
externa de daño puede aparecer de forma similar, siendo
las más habituales la presencia de fisuras ramificadas, los
desconchones y pérdidas de material o la aparición de
depósitos superficiales. Si analizamos los fenómenos a
nivel meso y microscópico, se pueden definir patrones de
fisuración, [4,5] que esquemáticamente podríamos relacionar
con el grado de definición del deterioro y la microestructura
y más específicamente el tamaño de poro presente en el
material y su evolución con el daño. Para poder hacer este
estudio, es necesario partir del estado microestructural de un
material y clasificar los diferentes tipos de poros presentes en
el mismo. En la Figura 1 se esquematiza el tipo y tamaño de
poro que consideraremos en este trabajo, y en la tabla 1, se
recoge la clasificación de los poros para este material en base
a diferentes criterios. Entre todos ellos, los datos de la Figura
1 se ajustan al propuesto por Metha (6).
Siendo importante determinar el tipo de alteración del
material, cuando este se manifiesta el proceso de deterioro
suele estar muy avanzado y en esos casos la capacidad de
actuación es muy limitada. Resulta de máximo interés buscar
algún procedimiento de análisis de los procesos que permita
determinar su presencia en estados iniciales pudiendo tomar
medidas preventivas que impidan la progresión
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