estudio experimental de la relaciÓn … · la relación a/c es uno de los factores de los que...

Universidad de Chile Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas Departamento de Ingeniería Civil

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA RELACIÓN

PERMEABILIDAD RESISTIVIDAD ELÉCTRICA DEL HORMIGÓN

MEMORIA PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

RODRIGO ALBERTO QUIDEL CORTÉS

PROFESOR GUÍA Sr. Federico Delfín Ariztía

MIEMBROS DE LA COMISIÓN:

Sr. Víctor Águila Olave Sr. Miguel Segura Carrasco

SANTIAGO DE CHILE OCTUBRE 2008

ÍNDICE 1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................1

1.1 Aspectos generales ......................................................................................................................................1 1.2 Objetivos generales .....................................................................................................................................1 1.3 Objetivos específicos...................................................................................................................................1

2 ANTECEDENTES ...............................................................................................................................................2

2.1 Hidratación del cemento y aspectos generales ............................................................................................2 2.1.1 Hidratación del cemento ....................................................................................................................2 2.1.2 Porosidad del hormigón.....................................................................................................................3 2.1.3 Propiedades de la micro-estructura, relacionadas con la hidratación de la pasta de cemento............3 2.1.4 Reacción de la Puzolana ....................................................................................................................6

2.2 Difusión de cloruros ....................................................................................................................................8 2.3 Conceptos básicos sobre corrosión de armaduras al interior del hormigón.................................................9 2.4 Teoría de medición de la resistividad........................................................................................................12 2.5 Medición de resistividad por medio del método Wenner ..........................................................................12 2.6 Trabajos que motivan esta investigación...................................................................................................14

3 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN ..............................................................................................16

3.1 Variables a estudiar ...................................................................................................................................16 3.1.1 Relación A/C ...................................................................................................................................16 3.1.2 Tipo de Cemento..............................................................................................................................16 3.1.3 Nivel de Contaminantes...................................................................................................................17 3.1.4 Tipo de Curado ................................................................................................................................17

3.2 Programa de ensayos .................................................................................................................................18 3.3 Descripción de mediciones de resistividad................................................................................................20

4 Desarrollo de la etapa experimental....................................................................................................................23

4.1 Característica de los materiales .................................................................................................................23 4.1.1 Cemento...........................................................................................................................................23 4.1.2 Áridos ..............................................................................................................................................23 4.1.3 Agua de amasado.............................................................................................................................23

4.2 Dosificación y confección de hormigones.................................................................................................24 4.2.1 Dosificación para relación A/C = 0.45.............................................................................................24 4.2.2 Dosificación para relación A/C = 0.55.............................................................................................24 4.2.3 Dosificación para relación A/C = 0.65.............................................................................................25

5 RESULTADOS ..................................................................................................................................................26

5.1 Mediciones de Resistividad.......................................................................................................................26 5.2 Medición de resistencia a compresión a los 7 y 28 días. ...........................................................................28

6 ANÁLISIS DE DATOS......................................................................................................................................29

6.1 Variación de curado...................................................................................................................................29 6.2 Variación de relación A/C.........................................................................................................................31 6.3 Variación de nivel de contaminantes.........................................................................................................32 6.4 Variación del tipo de cemento...................................................................................................................34 6.5 Mediciones de resistividad a diferentes temperaturas ...............................................................................36

7 CONCLUSIONES ..............................................................................................................................................39 8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS.................................................................................................................41

8.1 Referencias ................................................................................................................................................41 8.2 Bibliografía................................................................................................................................................42

8.2.1 Libros...............................................................................................................................................42 8.2.2 Normas.............................................................................................................................................42

ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Resumen de programa de variables a medir ...................................................................................................23 Tabla 2: Materiales e Instrumentos ..............................................................................................................................26 Tabla 3: Características de los Cementos .....................................................................................................................27 Tabla 4: Características de los Áridos ..........................................................................................................................27 Tabla 5: Dosificación para A/C 0.45 Cemento Súper ..................................................................................................28 Tabla 6: Dosificación para A/C 0.45 Cemento Extra ...................................................................................................28 Tabla 7: Dosificación para A/C 0.55 Cemento Súper ..................................................................................................28 Tabla 8: Dosificación para A/C 0.55 Cemento Extra ...................................................................................................29 Tabla 9: Dosificación para A/C 0.65 Cemento Súper ..................................................................................................29 Tabla 10: Dosificación para A/C 0.65 Cemento Extra .................................................................................................29 Tabla 11: Resultado de resistividad..............................................................................................................................30 Tabla 12: Resultado de resistividad para probetas con flujo de aguas saturada en Cl- .................................................31 Tabla 13: Resultado de resistencia compresión a 7 y 28 días.......................................................................................32 Tabla 14: Resultados de resistividad de la probeta 3 sometida a cambios de temperatura...........................................41

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Variación en la capilaridad de poros en función de la hidratación...............................................................9 Figura 2.2: Variación en la capilaridad de poros en función de A/C............................................................................10 Figura 2.3: Cambio de distribución de poros a 28 días para cementos con diferentes grados de puzolana..................11 Figura 2.4: Formación de la pila de corrosión..............................................................................................................13 Figura 2.5: Diagrama simplificado de Pourbaix para Fe a 25º C .................................................................................14 Figura 2.6: Esquema del Método Wenner ....................................................................................................................17 Figura 3.1: Espaciamiento de perforaciones.................................................................................................................24 Figura 3.2: Profundidad de perforaciones ....................................................................................................................24 Figura 3.3: Medición de resistividad de una probeta de hormigón en laboratorio .......................................................25 Figura 3.4: Esquema de medición de resistividad en una probeta conectada a una solución saturada en Cl-...............25 Figura 3.5: Esquema de medición con el flujo saturado en Cl- ....................................................................................26 Figura 6.1: Colada 1 “Curado Cámara Húmeda v/s Curado en Laboratorio” ..............................................................33 Figura 6.2: Coladas 10, 11, y 12 “Relación A/C 0.45, 0.55 y 0.65 para Laboratorio” ................................................35 Figura 6.3: Coladas 1, 2 y 3 “Relación A/C 0.45, 0.55 y 0.65 para Cámara Húmeda” ................................................36 Figura 6.4: Coladas 10, 11 y 12 “Variación de la relación A/C sometidas a un flujo saturado en cloruro”................36 Figura 6.5: Coladas 1 y 7 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.45 para Cámara Húmeda”......................37 Figura 6.6: Coladas 5 y 11 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.55 para Laboratorio”............................37 Figura 6.7: Coladas 5 y 11 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.55 para Laboratorio”............................38 Figura 6.8: Coladas 1 y 4 “Variación de Cemento en Relación A/C 0.45 para Cámara Húmeda” .............................39 Figura 6.9: Hormigones en horno eléctrico ..................................................................................................................40 Figura 6.10: Probetas de diferente curado medidas a diferentes temperaturas.............................................................41 Figura 6.11: Detalle de probetas llevadas a cambios de temperatura ...........................................................................42 Figura 6.12: Hormigones bajo agua sometidos a temperatura......................................................................................42

1 INTRODUCCIÓN

1.1 Aspectos generales

El hormigón es actualmente el material más empleado en la construcción, por un lado debido a la

disponibilidad de las materias primas de bajo costo y una tecnología desarrollada, y por otro, a las

importantes condiciones de resistencia y durabilidad que presenta. Es por esto, que las

investigaciones que apuntan a mejorar su comportamiento son de gran relevancia y pueden

representar importantes ahorros económicos y mejoras técnicas en la construcción de estructuras

de hormigón.

Existiendo muchos modos de determinar la vulnerabilidad frente a la corrosión de una estructura

de hormigón armado, la medición de la resistividad presenta el atractivo de ser un modo no

destructivo de inspección, que permite conocer el nivel de riesgo de deterioro por corrosión de la

armadura. Por otro lado presenta la gran ventaja de que los resultados son entregados en forma

instantánea, lo cual representa un importante ahorro de tiempo al momento de evaluar la

durabilidad de servicio.

1.2 Objetivos generales

• Investigar la sensibilidad del parámetro resistividad eléctrica del hormigón en función de

su permeabilidad.

1.3 Objetivos específicos

• Conocer la influencia de la calidad del hormigón de recubrimiento (tipo de cemento,

relación agua/cemento y tipo de curado) en su resistividad.

• Obtener correlaciones entre resistividad y contenido de cloruros del hormigón.

2 ANTECEDENTES

2.1 Hidratación del cemento y aspectos generales

Al reaccionar el cemento con el agua, se produce un complejo proceso fisicoquímico denominado

hidratación, que genera el endurecimiento de la pasta y la obtención de un gel sólido. Entre las

propiedades físicas se encuentra la resistividad eléctrica, que depende entre otras variables, de la

porosidad del hormigón y del grado de saturación de poros. A continuación se presenta un

resumen de información que servirá al entendimiento de este estudio.

2.1.1 Hidratación del cemento

La hidratación del cemento tiene directa relación con la proporción A/C, que es uno de los

factores claves que influye en el conjunto de propiedades del hormigón, su elección depende

principalmente de la agresividad del ambiente al que éste estará expuesto y de los requisitos

mecánicos que el hormigón debe satisfacer.

La relación A/C es uno de los factores de los que depende el nivel de permeabilidad del

hormigón, es decir, está directamente relacionado con la capacidad al ingreso de agentes nocivos

del hormigón.

Para un equilibrio de la elección de la razón A/C se debe tener en cuenta que altas proporciones

producirán hormigones de gran permeabilidad, por otro lado, razones muy bajas darán

hormigones poco trabajables. Es por esto que se debe encontrar un óptimo para lograr

hormigones de una buena trabajabilidad y resistencia al ataque de agentes agresivos, donde se

debe tener en cuenta que la hidratación genera productos químicos que relacionan al tipo de

hormigón que queremos, los productos generados son principalmente dos:

• Secciones de lento crecimiento (silicatos de calcio hidratados) con tendencia pronunciada

a la compactación, responsable de la formación de una matriz lenta y resistente.

• Pequeñas placas de hidróxido de calcio (Ca(OH)2), muy alcalinas, sin aporte de

resistencia pero adecuadas para proteger la armadura de la corrosión.

Los productos de la hidratación mencionados se forman en la medida que el cemento al

mezclarse con el agua crea una pasta, que tiene la propiedad de rigidizarse progresivamente hasta

constituir un sólido de creciente dureza y resistencia. Esto se produce por un proceso físico-

químico derivado de la reacción química del agua con las fases mineralizadas del clinker y que en

su primera etapa incluye la solución en agua de los compuestos anhídridos del cemento,

formando compuestos hidratados.

En cuanto a la alcalinidad del hormigón, el hidróxido de calcio liberado es el principal

responsable (con un pH=12 aproximadamente), otro factor que aporta alcalinidad, pero en menor

grado son los álcalis provenientes del clinker y de los áridos, los cuales están formados por óxido

de potasio (K2O) y óxido de sodio (Na2O) que al hidratarse forman hidróxido de potasio K(OH),

e hidróxido de sodio Na(OH), respectivamente, los que contribuyen a producir la alcalinidad para

mantener el estado de pasividad del acero.

2.1.2 Porosidad del hormigón

La porosidad tiene una gran importancia entre las características del hormigón, ya que una

mezcla de agregados bien proporcionados que siga una curva granulométrica adecuada, producirá

un hormigón poco poroso y por lo tanto, tendrá una durabilidad prolongada, además tendrá una

buena trabajabilidad, elevada cohesión y una reducida tendencia a la segregación.

2.1.3 Propiedades de la micro-estructura, relaciona das con la hidratación de la pasta de cemento

Las características deseables desde el punto de vista de la ingeniería del hormigón endurecido son

-resistencia, estabilidad dimensional y durabilidad- las cuales no sólo depende de su composición

sino también del grado de hidratación de la pasta de cemento, la cual depende a su vez de las

características micro-estructurales, es decir del tipo, volumen y distribución de los sólidos y los

espacios vacíos.

En cuanto a la resistencia, se ha observado que las fuerzas de Van Der Waals son la principal

fuente de “fuerzas” en los productos de la hidratación de la pasta de cemento. La atracción entre

dos superficies sólidas puede ser atribuida a estas fuerzas, donde el grado de adhesión depende de

la extensión y la naturaleza de la superficie involucrada. Pequeños cristales de C-S-H, sulfa-

aluminato de calcio hidratado y secciones hexagonales de aluminato de calcio hidratado, poseen

enormes áreas superficiales y capacidad de adhesión. Estos productos de hidratación del cemento

Portland tienden a adherirse fuertemente no sólo unos con otros, sino también bajo el área

superficial del sólido, por ejemplo; hidróxido de calcio, granos de anhídridos de clinker y

partículas de agregado fino y grueso.

Es bien conocido que existe una relación inversa entre porosidad y la resistencia en un sólido,

donde los esfuerzos residen en la parte sólida del material, por lo tanto, espacios son perjudiciales

para la resistencia. En la pasta de cemento hidratada el espacio de interfaz entre la estructura de

C-S-H y los pequeños vacíos que se encuentran dentro de la influencia de las fuerza de atracción

de Van Der Waals, no son consideradas perjudiciales para la resistencia.

Cuando la pasta de cemento adquiere un volumen estable, éste es aproximadamente igual al

volumen de cemento más el agua, es decir, si se tiene 1 cm3 de cemento, éste producirá 2 cm3 de

productos de hidratación. Dentro de un estudio de P. Mehta y Paul Monteiro [10], se realizó un

análisis para demostrar los cambios en los capilares de poros, con variaciones de los grados de

hidratación de la pasta de cemento para diferentes relaciones A/C. A modo de explicación se

puede ver en los gráficos A y B (figura 2.1 y 2.2 respectivamente) la progresiva disminución de

la capilaridad de poros, uno con el aumento del grado de hidratación y el otro con la disminución

de la relación A/C.

En el caso A se tiene que una relación A/C de 0.63, que contiene 100 cm3 de cemento y requiere

200 cm3 de agua, lo cual suma 300 cm3 de volumen de pasta o de espacio disponible. El grado de

hidratación del cemento depende de las condiciones de curado (duración de hidratación,

temperatura y humedad). En referencia de la norma ASTM C31, se tiene que el volumen del

cemento hidratado a los 7, 28 y 365, días es de 50, 75 y 100% respectivamente, el volumen

calculado del sólido (anhídrido de cemento y productos hidratados) son 150, 175 y 200 cm3. El

volumen de vacíos capilares se puede obtener de la diferencia entre el espacio total disponible y

el espacio total del volumen de sólidos, el cual varía en 50, 42 y 33 % para los 7, 28, 365 días de

hidratación respectivamente.

CASO A

Figura 2.1: Variación en la capilaridad de poros en función de la hidratación

En el caso B (figura 2.2), a un 100% del grado de hidratación se tienen cuatro pastas de cemento

con diferentes cantidades de agua, correspondiendo a las relaciones A/C 0.7, 0.6, 0.5 y 0.4. Para

un volumen dado de pasta de cemento, la mayor cantidad de agua implica la mayor cantidad de

espacios vacíos. En nuestro caso después de terminada la hidratación, todas las pastan tendrían la

misma cantidad de productos sólidos hidratados y la pasta con la mayor cantidad de espacio

terminaría con la mayor cantidad de capilares de poros. Así 100 cm3 de cemento completamente

hidratado pueden producir 200 cm3 de productos de sólidos hidratados en todos los casos. Sin

embargo, debido a que el total de espacio disponible en las relaciones A/C 0.7, 0.6, 0.5 o 0.4 el

volumen de la pasta es 320, 288, 257, y 225 cm3, las proporciones de capilares de vacíos son 37,

30, 22, y 11% respectivamente.

CASO B

Figura 2.2: Variación en la capilaridad de poros en función de A/C

2.1.4 Reacción de la Puzolana

A modo de entender el comportamiento de la Puzolana, se puede ver en la principal reacción que

es el C-S-H. Una comparación entre el cemento Portland y el cemento Portland Puzolánico es útil

con el propósito de entender la razón en diferencias de sus comportamientos.

Cemento Portland

C3S + H → C - S - H + CH (rápida)

Cemento Portland Puzolánico

Puzolana + CH +H → C - S - H (lenta)

La reacción entre la puzolana y el hidróxido de calcio es llamada reacción puzolánica. La ventaja

técnica de usar cementos puzolánicos y cementos de escoria de hornos, es derivada

principalmente de las tres características de la reacción puzolánica. Primero: La reacción es lenta,

por lo tanto, los grados de liberación de calor y desarrollo de esfuerzos también son lentos.

Segundo, la reacción es consumidora de cal, en lugar de generadora de cal, lo cual es muy

importante para la durabilidad de la pasta de cemento en ambientes ácidos. Tercero, el estudio de

la distribución de los tamaños de los poros hidratados muestran que los productos son muy

eficientes en llenar los espacios capilares de poros, así mejoran la resistencia y la

impermeabilidad del sistema. A modo de entender este comportamiento, se puede ver la

información de la distribución de los tamaños de poros a 28 días para los cementos puzolánicos

corresponde a puzolana de la isla de Santorini y es mostrada en la figura 2.3.

Figura 2.3: Cambio de distribución de poros a 28 días para cementos con diferentes grados de puzolana

En la figura 2.3 se puede ver que a igualdad de condiciones y sólo variando el porcentaje de

puzolana, a los 28 días existe una mayor proporción de volumen con el tamaño más pequeño de

volúmenes de poros.

2.2 Difusión de cloruros

La mayoría de los agregados son relativamente impermeables al ion cloruro, ya que el transporte

del ion cloruro ocurre a través de la pasta de cemento que rodea a las partículas de agregado. En

consecuencia, la permeabilidad de los materiales es determinada por las propiedades de la micro-

estructura del cemento y las propiedades de la macro-estructura de los agregados. El transporte de

iones a través de la pasta de cemento ocurre por medio de la malla de poros y es controlada por la

cantidad de agua evaporada en la pasta de cemento, y la concentración de iones móviles en los

poros de fluido. De esta manera, para mezclas hechas con cementos Portland corriente, el

parámetro que tienen una relación directa sobre las propiedades micro-estructurales es la relación

A/C. En cuanto a la macro-estructura del hormigón, hay dos parámetros que son de importancia,

las proporciones relativas de diversos grados de agregados y las formas en que éstos generan la

red del material permeable.

La interacción entre los agregados y el cemento influyen en el transporte del ion cloruro a través

de la combinación de tres mecanismos básicos:

(1) Dilución: Hormigones con alta fracción de volumen de agregados tendrían menos

cemento disponible para servir como medio de transporte del ion cloruro. Este

mecanismo, en su forma más simple, induciría una dependencia lineal de la

permeabilidad al cloruro respecto de la fracción de volumen del agregado.

(2) Tortuosidad: Cuando la fracción de volumen de los agregados aumenta, el recorrido que

debe seguir el ion cloruro a través de la pasta de cemento es más largo y torcido en orden

de rodear el material impermeable. Los efectos de la tortuosidad se pueden presentar

como una reducción de la permeabilidad.

(3) Efecto ITZ: La Interfacial Transition Zone (ITZ) es la delgada capa de pasta de cemento

en contacto con las partículas de agregado, con una alta porosidad, conductividad y

relación A/C. La formación de ITZ es debido a un efecto muralla producido durante la

hidratación del cemento, que tendría un espesor del rango de 10 a 50 [µm]. La alta

permeabilidad de la ITZ resulta en una alta permeabilidad del hormigón.

2.3 Conceptos básicos sobre corrosión de armaduras al interior del hormigón

El hierro en la naturaleza no se encuentra en estado puro, sino combinado en forma de óxidos

(generalmente Fe2O3), los cuales se extraen como minerales de hierro. Estos óxidos

posteriormente se tratan en un proceso metalúrgico, en el cual se le ingresa energía (calor) para

extraer el oxígeno, dejando el fierro (Fe) en estado libre. Debido a este proceso, el hierro se

encuentra en un estado de mayor energía potencial y por lo tanto en una situación inestable

(tiende a volver a su estado natural como óxido de fierro).

La corrosión metálica cuando tiene lugar en un medio acuoso, es un fenómeno de carácter

electroquímico, es decir, supone la existencia de una reacción de oxidación y una de reducción,

donde se produce la circulación de electrones a través del electrolito (solución que permite el

flujo de iones).

El proceso de corrosión asume la generación de una pila electroquímica, como se puede ver en la

figura 2.4. La corrosión a través del metal y del electrolito, entre el ánodo y el cátodo, se

establece a través del funcionamiento de un circuito cerrado. Si el circuito se interrumpe en

alguno de sus puntos, la pila no puede funcionar y la corrosión se detiene.

Figura 2.4: Formación de la pila de corrosión

Al tener lugar la corrosión en un medio acuoso, se pueden originar iones en disolución, los cuales

pueden participar en reacciones de equilibrio de otros en el medio, incluidos los del agua. De este

modo, la reacción de corrosión depende de una serie de interacciones en las que intervienen,

directa o indirectamente, los iones del agua, es decir, dependen del pH del medio. Como el

potencial del proceso de corrosión depende de estos equilibrios, se puede establecer una relación

en términos del pH, los cuales se presentan gráficamente en diagramas E-pH llamados diagrama

de Pourbaix, como se muestra en la figura 2.5.

Figura 2.5: Diagrama simplificado de Pourbaix para Fe a 25º C

Los diagramas de Pourbaix establecen para cada metal las condiciones de pH y de potencial, en

las que el metal se corroe, se pasiva o permanece inmune. El estado definido como

“pasivamiento”, supone que el metal se recubre de una capa de óxido, transparente, imperceptible

y que actúa de barrera impidiendo la posterior oxidación. El metal posee la apariencia de

mantenerse inalterado. En cambio, el estado de “inmunidad” supone que el metal no se corroe al

no darse las condiciones termodinámicas para ello, es el estado en que se sitúan los metales

sometidos a protección catódica.

Es importante resaltar que no sólo se debe considerar si un metal dado se corroe o no, sino

también la velocidad a la que lo hace, ya que la corrosión puede proceder tan lentamente que a

efectos de vida útil sea despreciable. En la cinética del proceso corrosivo influyen

fundamentalmente además de la naturaleza del electrolito, el contenido de oxígeno y la

resistividad del medio.

En consecuencia, se tiene que para la formación de una pila se requiere de la presencia de un

electrolito (agua con sustancias disueltas que permitan el flujo de iones de un electrodo a otro),

diferencias de potencial eléctrico y conexión entre los electrodos. En el caso del hormigón, el

electrolito lo controla la masa de hormigón que rodea al acero, la cual, debido a las condiciones

ambientales se encuentra húmedo al interior, formando una solución electrolítica.

La conexión entre los nodos se debe a que, en este caso, la barra es el ánodo y el cátodo, por lo

que la conexión entre los electrodos queda realizada por la misma barra de acero. La diferencia

de potencial entre el ánodo y el cátodo se debe a diferencias en la composición del acero, en las

tensiones internas de éste, variaciones en las concentraciones de humedades al interior del

hormigón, etc.

En el caso de la corrosión de las armaduras al interior del hormigón, va a influir el hecho de que

el hormigón, si bien es un material permeable, dificulta el ingreso del oxígeno necesario para la

corrosión, disminuyendo la velocidad de ésta, pero en ningún caso deteniéndola. Otro aspecto

relevante es el hecho de que el hormigón es un material con un coeficiente de difusión bajo. Esto

se traduce en un incremento en la dificultad para que los iones se muevan libremente dentro del

hormigón, o mejor dicho, en la solución acuosa que se encuentra al interior de los microporos del

hormigón.

En resumen, para que exista corrosión de las armaduras al interior del hormigón es necesario

haber cumplido los siguientes requisitos:

• Pérdida de la pasividad de las armaduras.

• Diferencia de potencial.

• Conexión eléctrica entre los electrodos (en la mayoría de los casos es la misma barra que

sufre de corrosión).

• Acceso de oxígeno al cátodo para poder producir la reacción.

• Humedad al interior del hormigón, la cual va a proporcionar el electrolito por el cual se

van a desplazar los iones y el agua necesaria para producir la reacción catódica.

Como se puede apreciar, en una estructura de hormigón armado se dan claramente la mayoría de

estas situaciones y por ello es tan importante resguardar la pasividad de las barras de acero. Aun

más, el acceso del oxigeno al cátodo en el interior del hormigón se va a realizar de la misma

manera por la cual ingresa el CO2 al hormigón.

2.4 Teoría de medición de la resistividad

La resistividad del hormigón puede variar entre un rango de 101 a 106 [Ω*m] principalmente

influenciado por el contenido de humedad (ambiental) y la composición (material) del hormigón

[1] [2]. Dentro del hormigón, la corriente eléctrica es transportada por medio de los iones

disueltos en los poros de líquido. Un aumento en la saturación de poro así como un número

creciente de poros de un diámetro más grande (alta relación A/C) provocan una disminución de la

resistividad [3]. Para una humedad relativa constante e iguales condiciones de almacenamiento,

la resistividad aumenta por una baja cantidad de agua respecto del cemento (baja relación A/C),

con un mayor tiempo de curado (debido a la hidratación) o la adición de minerales reactivos

como son la escoria de horno, la ceniza volcánica o puzolana. Como es sabido, el objetivo de

crear mezclas de cementos, es obtener hormigones más impermeables y densos, es por esto, que

las adiciones mineras descritas anteriormente, generan nuevos compuestos con cambios

químicos, físicos y mineralógicos, los cuales producen diferentes propiedades y desempeños [6].

La carbonatación reduce la cantidad de iones disponibles para el transporte de corriente y la

densificación del concreto. Para hormigones no carbonatados, el efecto de penetración de iones

cloruros sobre la resistividad es relativamente pequeño.

Debido a que la corriente es trasportado por los iones en los poros de líquido de la pasta de

cemento, el hormigón no es un conductor homogéneo. Las partículas de agregado grueso son

esencialmente cuerpos aislantes. Para mediciones apartadas entre electrodos (mayores a la escala

de centímetros) se puede considerar que el flujo de corriente es más homogéneo. Distorsiones

locales del flujo de corriente pueden deberse a la diferencia de resistividad de las capas de

concreto y la presencia de barras de acero.

2.5 Medición de resistividad por medio del método W enner

Una de las maneras de medir la resistividad de una unidad de hormigón es el denominado

Método Wenner, el que se basa en la inserción de 4 electrodos en línea recta a una misma

profundidad, las mediciones de la resistividad dependerán de la distancia entre los nodos, la

profundidad y las características de resistencia eléctrica del material medido.

El principio de este método es la inyección de una corriente alterna de baja frecuencia (< 1 kHz.)

a través de los electrodos externos, mientras que el potencial eléctrico es medido en los dos

electrodos internos. En la Figura 2.6 se puede ver el esquema con la disposición de los electrodos

y los instrumentos de medición.

Figura 2.6: Esquema del Método Wenner

De la fórmula (1) se determina la resistividad de la sección de hormigón que se esta midiendo,

resultando un valor en unidades [Ω*m].

( ) ( )

+−

++

=

5.0225.022 *4*4

*2

*4

*21

***4

FS

S

FS

S

RSπρ (1)

Donde

ρ= Resistividad promedio a una profundidad F [Ω*m].

S= Distancia de los electrodos [m].

F= Profundidad de los electrodos [m].

R= Resistencia eléctrica [Ω].

2.6 Trabajos que motivan esta investigación

Existiendo un interés generalizado de conocer el comportamiento del hormigón, se ha

desarrollado una gran cantidad de trabajos y paper que describen diferentes variables de su

comportamiento, en este sentido pasamos a describir estudios que fueron de interés y aporte al

desarrollo de este trabajo.

La investigación realizada por Miguel Ferreira y Said Jalali [4] muestra que el estudio de la

resistividad de los hormigones depende principalmente de la relación A/C, volumen y tipo de

cemento, además de la temperatura y humedad. La investigación se centra en los efectos de la

forma de los moldajes y la temperatura del hormigón, en la medición de la resistividad usando el

método de los cuatro puntos de Wenner. Adicionalmente se estiman valores futuros basados en

mediciones de edades tempranas. Del estudio se obtiene la confirmación del cambio exponencial

de la resistividad con la temperatura, lo cual se refleja de buena manera por la ecuación de

Arrhenius. En cuanto a la forma de la probeta, se obtuvo que muestras cilíndricas presentan

mayores valores de resistividad en comparación a probetas cúbicas.

Para el estudio del ataque de cloruros y corrosión de barras de acero, se analizó el paper de Rob

B. Polder y Willy H.A. Peelen [3], donde muestras de concreto fueron fabricadas con diferentes

tipos de cementos incluyendo mezclas de cementos con puzolana y ceniza de alto horno, además

de tres niveles de relación A/C. La penetración de cloruro y corrosión sobre las barras fueron

estimuladas mediante la incorporación de ciclos de inmersión en piscinas con sal para luego ser

secadas. La resistividad del hormigón, potencial del acero y el grado de corrosión fue medido al

término de 1 año mientras que perfiles de penetración de cloruro fueron obtenidos después de los

ciclos de carga de sal. De los resultados se obtuvo que la resistividad del hormigón refleja de

buena manera las propiedades de éste, en particular la penetración de cloruros, iniciación de

corrosión (probabilidad de corrosión) y propagación de corrosión (grado de corrosión). Mezclas

de cemento con puzolana y ceniza de alto horno resultaron beneficiosas para el retrazo de la

iniciación de la corrosión y limitar el ataque de los ciclos de contaminación. La puzolana influyó

en un incremento de la resistividad con respecto de mezclas con cemento portland a partir de la

novena semana. Cementos con un alto porcentaje de puzolana desarrollan una alta resistividad a

partir de la semana. La forma de medir la resistividad en este trabajo fue mediante la inserción de

barras de acero y electrodos de titanio como referencia, sobre probetas de 100*100*300 mm3 y

mediante la circulación de una corriente alterna de 120 [Hz].

Con respecto de la difusión de cloruros en una muestra de hormigón, estudios teóricos y

experimentales desarrollados por Carmen Andrade [8] y Rob B. Polder [9] indican que existe una

correlación entre la resistividad y el ingreso de cloruros en un hormigón. En general, el

coeficiente de difusión de cloruros es inversamente proporcional a resistividad del hormigón. En

particular, para estructuras que tenga zonas más permeables se puede dar que exista una alta

penetración de cloruros y una baja resistividad.

La norma Rilem 154-EMC presenta recomendaciones para la medición de resistividad de

hormigones, en particular muestra un resumen de diferentas variables que pueden ser

representadas por medio de la medición de resistividad. Además presenta diferentes formas de

medición de la resistividad.

3 PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

3.1 Variables a estudiar

3.1.1 Relación A/C

En base a numerosos estudios se ha demostrado que la relación A/C influye fuertemente en la

permeabilidad de un hormigón, por cuanto determina la configuración de la estructura de poros.

Es por esto que se consideró el análisis de tres niveles de relación A/C dados por:

• A/C 0.45 asociada a un bajo nivel de permeabilidad.

• A/C 0.55 asociada a un nivel medio de permeabilidad.

• A/C.65 asociada a un alto nivel de permeabilidad.

De este modo se puede tener un rango de niveles de permeabilidad que permitan comparar la

influencia de este factor en la medida de la resistividad.

3.1.2 Tipo de Cemento

Diversos estudios muestran las cualidades de los diferentes tipos de cementos en relación a la

resistividad de la pasta de cemento [5], se analiza el comportamiento de un cemento Portland

puro y un cemento con adiciones de Puzolana, para lo cual se escogieron los siguientes

productos:

• Cemento Melón Súper (Portland puro).

• Cemento Melón Extra (Portland más un 10-20 % de puzolana).

3.1.3 Nivel de Contaminantes

Dado que el cloruro representa uno de los ataques más comunes y agresivos de corrosión en

armaduras, se estimó adecuado establecer dos niveles de porcentaje de cloruro al momento de la

confección de las coladas, para lo cual se añadió NaCl (sal común). Los porcentajes fueron los

siguientes:

• 1 % de Cl-.

• 5 % de Cl-.

Adicionalmente se aplicaron flujos de agua saturada en Cl- con el objeto de profundizar el

comportamiento de esta variable.

3.1.4 Tipo de Curado

Dado que es sabido que mejores condiciones de curado del hormigón permiten un mejor

desarrollo de la estructura de poros, se decidió someter una misma muestra a dos tipos de curado,

dados por:

• Curado en Cámara Húmeda (90% de humedad y 23º C de temperatura

aproximadamente).

• Curado en ambiente de Laboratorio (65% de humedad y 22º C de temperatura

aproximadamente).

Las cuatro variables que se presentaron corresponden a los parámetros estudiados para probetas

curadas en un lapso de 28 días.

3.2 Programa de ensayos

En total se consideró la confección de 12 coladas de hormigón, para cada colada se fabricaron

dos probetas de 300*300*100 [mm3] que corresponde a los dos tipos de curados. Adicionalmente

se contemplaron 4 cubos de 150 [mm2] para tener resistencia a la compresión a los 7 y 28 días en

ambos curados. Para analizar el comportamiento de un hormigón sometido a un flujo permanente

de agua saturada en Cl- se fabricaron 3 coladas con diferentes tipos de relación A/C.

Para la construcción de hormigones se usó una betonera siguiendo las recomendaciones

establecidas en la normas Chilenas NCh 1018.EOf77 además de la norma NCh 170.Of85, se

estableció cada colada en 40 [lt.] para llenar las probetas y tomar una muestra del contenido de

aire. Adicionalmente se toman las condiciones ambientales al momento de la confección junto

con la temperatura del hormigón.

Las probetas son vibradas en la mesa de vibrado en dos ciclos de 30 [seg.] para luego dar paso al

curado inicial de 24 horas cubiertas con un polietileno, después son llevadas a un curado bajo

agua por otras 24 horas. Finalmente es llevada cada probeta a uno de los dos tipos de curado

indicados en 3.1.4.

Para obtener un perfil de resistencia eléctrica de cada hormigón, se realizaron mediciones de

resistividad los días 2,3,4,6,7,14 y 28 después de construidas.

Para cada una de las 24 probetas se tomaron ensayos de resistencia a compresión a los 7 y 28

días.

Tabla 1: Resumen de programa de variables a medir

Tipo de Colada

Nº Tipo de Curado Nivel de cloruro Tipo de cemento Agua/Cemento Clasificación Días

1 A/C 1:0,45 C1: Cu1Co1Ce1A/C1 28

2 A/C 2:0,55 C2: Cu1Co1Ce1A/C2 28

3

Ce 1: Portland puro

A/C 3:0,65 C3: Cu1Co1Ce1A/C3 28

4 A/C 1:0,45 C4: Cu1Co1Ce2A/C1 28

5 A/C 2:0,55 C5: Cu1Co1Ce2A/C2 28

6

Co 1: 1% Contaminado Cl-

Ce 2: Portland Puzolánico

A/C 3:0,65 C6: Cu1Co1Ce2A/C3 28

7 A/C 1:0,45 C7: Cu1Co2Ce1A/C1 28

8 A/C 2:0,55 C8: Cu1Co2Ce1A/C2 28

9

Ce 1: Portland puro

A/C 3:0,65 C9: Cu1Co2Ce1A/C3 28

10 A/C 1:0,45 C10: Cu1Co2Ce2A/C1 28

11 A/C 2:0,55 C11: Cu1Co2Ce2A/C2 28

12

Cu 1:Cámara Húmeda a 90% HR



A/C 3:0,65 C12: Cu1Co2Ce2A/C3 28

13 A/C 1:0,45 C1: Cu2Co1Ce1A/C1 28

14 A/C 2:0,55 C2: Cu2Co1Ce1A/C2 28

15

Ce 1: Portland puro

A/C 3:0,65 C3: Cu2Co1Ce1A/C3 28

16 A/C 1:0,45 C4: Cu2Co1Ce2A/C1 28

17 A/C 2:0,55 C5: Cu2Co1Ce2A/C2 28

18



A/C 3:0,65 C6: Cu2Co1Ce2A/C3 28

19 A/C 1:0,45 C7: Cu2Co2Ce1A/C1 28

20 A/C 2:0,55 C8: Cu2Co2Ce1A/C2 28

21

Ce 1: Portland puro

A/C 3:0,65 C9: Cu2Co2Ce1A/C3 28

22 A/C 1:0,45 C10: Cu2Co2Ce2A/C1 28

23 A/C 2:0,55 C11: Cu2Co2Ce2A/C2 28

24

Cu 2: Ambiente de Laboratorio a 65% HR



A/C 3:0,65 C12: Cu2Co2Ce2A/C3 28

3.3 Descripción de mediciones de resistividad

En base a la descripción del método Wenner de medición de resistividad, a cada hormigón se

considera la perforación de 4 puntos de medición correspondientes a una diagonal, en total se

tienen 4 diagonales por hormigón (2 por cada lado principal). El espaciamiento y la profundidad

de los contactos se muestran en las figuras 3.1 y 3.2.

Figura 3.1: Espaciamiento de perforaciones

Figura 3.2: Profundidad de perforaciones

En la figura 3.3 se muestra la disposición física de los elementos que permitieron medir la

resistividad, la conexión de electricidad corresponde a la red de 220 [Volt] y una frecuencia entre

50 y 60 [Hz], este voltaje pasa por el reductor para dejarlo en 40 [Volt].

Figura 3.3: Medición de resistividad de una probeta de hormigón en laboratorio

Figura 3.4: Esquema de medición de resistividad en una probeta conectada a una solución saturada en Cl-

En la figura 3.4 se muestra el esquema del hormigón sometido al flujo de cloruro, el cual se fijó a

una altura constante de 250 [mm], tal como se puede ver en la figura 3.5.

Figura 3.5: Esquema de medición con el flujo saturado en Cl-

El instrumental y material utilizado en le medición de resistividad es detallado en la tabla Nº 2:

Tabla 2: Materiales e Instrumentos

Cantidad Descripción 1 Regulador de Voltaje KNOBEL ENNENDA 3 amp. 1 Transformador BONET y PARRAGUEZ 1000 watt 2 Multitester FLUKE 20 Clavos de cobre 2,5"

4 DESARROLLO DE LA ETAPA EXPERIMENTAL

Para la confección de los hormigones se utilizó una betonera con capacidad de 300 [Lt.], cada

hormigón fue compactado por medio de la mesa vibradora en dos ciclos de 30 [s] cada uno.

Además se tomó como dato el contenido de aire (1.3% aproximado en promedio) y se curaron las

hormigones 24 horas tapados con polietileno y otras 24 bajo agua para dar paso del uno de los

dos tipos de curado (en Laboratorio o Cámara húmeda).

4.1 Característica de los materiales

4.1.1 Cemento

Tabla 3: Características de los Cementos

Tipo de Cemento

Propiedades Melón Súper Melón Extra

SiO2 [%] 20.8 29.4

Al2O3 [%] 2.9 2.7

Fe2O3 [%] 6.0 7.4

CaO [%] 63.2 51.8

SO3 [%] 1.8 1.8

Peso Específico 3.00 2.95

Finura Blaine [cm2/g] 4400 5200

Contenido de Puzolana [%] 0 10-20

4.1.2 Áridos

Tabla 4: Características de los Áridos

Árido MF D. suelta % Absorción % Huecos % Chancado % Rodado % Laja

Grava 7,98 1512 0,85 - 73 27 0

Arena 2,97 1645 1,71 36 - - -

4.1.3 Agua de amasado

El agua para amasado es el agua de la red de agua potable que cuenta el laboratorio de

hormigones.

4.2 Dosificación y confección de hormigones

Para la determinar de la dosificación se siguieron los procedimientos de la norma ACI 211.1-21.

de donde se obtuvieron las siguientes dosificaciones.

4.2.1 Dosificación para relación A/C = 0.45

Tabla 5: Dosificación para A/C 0.45 Cemento Súper

Dosificación Cemento Súper [kg/m 3]

Agua 181

Cemento 402

Agregado grueso (grava) 1048

Agregado fino (arena) 774

Cl- 1% 4,02

Cl- 5% 20,11

TOTAL [kg.] 2405

Tabla 6: Dosificación para A/C 0.45 Cemento Extra

Dosificación Cemento Extra [kg/m 3]

Agua 181

Cemento 402



Cl- 1% 4,02

Cl- 5% 20,11

TOTAL [kg.] 2399




Agua 181

Cemento 329



Cl- 1% 3,29

Cl- 5% 16,45

TOTAL [kg.] 2397



Agua 181

Cemento 329



Cl- 1% 3,29

Cl- 5% 16,45

TOTAL [kg.] 2392




Agua 181

Cemento 278



Cl- 1% 2,78

Cl- 5% 13,92

TOTAL [kg.] 2391



Agua 181

Cemento 278



Cl- 1% 2,78

Cl- 5% 13,92

TOTAL [kg.] 2387

5 RESULTADOS

5.1 Mediciones de Resistividad

Tabla 11: Resultado de resistividad

Colada 1 Colada 2 Colada 3 Colada 4

Cu: Cámara Húmeda

Cu: Cámara Laboratorio

Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1% Co: Cl- 1%

Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Puzolánico

Ce: Portland Puzolánico

A/C: 0,45 A/C: 0,45 A/C: 0,55 A/C: 0,55 A/C: 0,65 A/C: 0,65 A/C: 0,45 A/C: 0,45

T [días] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m]

2 72,0 78,0 63,0 64,0 62,2 67,0 65,1 66,8

3 82,0 98,0 71,3 74,5 73,7 84,0 76,1 78,9

4 93,4 116,0 76,6 88,1 83,0 100,0 85,3 92,7

6 107,7 133,4 83,7 98,2 91,4 116,8 96,9 112,1

7 110,0 139,8 85,9 102,6 94,9 126,3 105,5 123,8

14 124,3 167,4 95,1 125,6 104,9 158,7 146,3 191,2

28 147,9 214,6 110,2 160,3 114,7 195,3 213,8 301,2


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda






Ce: Portland Puzolánico Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland



2 46,8 47,6 44,0 43,2 76,1 76,1 53,4 50,3

3 60,7 66,8 57,8 65,4 89,1 94,4 63,0 63,6

4 64,4 76,0 63,9 77,5 103,0 111,0 72,5 74,3

6 73,3 97,9 76,8 106,0 115,1 134,5 82,8 89,4

7 82,8 105,6 83,0 115,2 120,7 141,0 87,2 95,8

14 111,5 166,2 115,9 185,1 146,5 178,6 109,2 132,4

28 164,1 283,2 170,2 310,3 158,9 223,3 129,1 165,0


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda


Cu: Cámara Húmeda



Ce: Portland Ce: Portland Ce: Portland Puzolánico








2 53,0 53,0 66,4 66,4 58,2 49,2 37,8 33,2

3 60,4 70,0 76,3 79,7 60,2 66,3 46,7 45,3

4 65,9 79,3 83,6 90,7 70,6 77,8 56,2 55,0

6 76,5 97,4 95,5 111,4 82,7 95,6 66,5 70,8

7 81,2 103,3 102,5 119,4 90,4 104,1 71,5 79,1

14 110,2 155,6 151,7 184,6 129,6 155,9 107,1 122,2

28 133,2 216,7 218,8 300,1 194,5 242,1 175,8 192,0

Tabla 12: Resultado de resistividad para probetas con flujo de aguas saturada en Cl-

Colada 10 Colada 11 Colada 12




Co: Cl- 5% Co: Cl- 5% Co: Cl- 5%




A/C: 0,45 A/C: 0,55 A/C: 0,65

T [días] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m]

2 97,9 72,8 54,8

3 117,6 88,4 68,2

4 158,1 122,8 94,2

8 182,9 144,0 105,2

16 194,8 168,0 123,4

32 166.7 152.7 142.8

5.2 Medición de resistencia a compresión a los 7 y 28 días.

Tabla 13: Resultado de resistencia compresión a 7 y 28 días

7 Días 28 Días

Fecha Masa [gr]

Resistencia Compresión

[Mpa] Fecha Masa

[gr]

Resistencia compresión

[Mpa]

C1: Cu1Co1Ce1A/C1 01-Abr 838 49,6 C1: Cu1Co1Ce1A/C1 22-Abr 846 63,1 C1: Cu2Co1Ce1A/C1 01-Abr 836 51,8 C1: Cu2Co1Ce1A/C1 22-Abr 834 57,2 C2: Cu1Co1Ce1A/C2 02-Abr 834 42,5 C2: Cu1Co1Ce1A/C2 23-Abr 838 52,3 C2: Cu2Co1Ce1A/C2 02-Abr 828 43,8 C2: Cu2Co1Ce1A/C2 23-Abr 826 49,3 C3: Cu1Co1Ce1A/C3 04-Mar 832 31,0 C3: Cu1Co1Ce1A/C3 25-Mar 838 41,3 C3: Cu2Co1Ce1A/C3 04-Mar 818 30,9 C3: Cu2Co1Ce1A/C3 25-Mar 826 38,2 C4: Cu1Co1Ce2A/C1 04-Mar 836 42,4 C4: Cu1Co1Ce2A/C1 25-Mar 838 52,9 C4: Cu2Co1Ce2A/C1 04-Mar 830 43,8 C4: Cu2Co1Ce2A/C1 25-Mar 826 55,2 C5: Cu1Co1Ce2A/C2 15-Mar 820 30,3 C5: Cu1Co1Ce2A/C2 05-Abr 830 41,6 C5: Cu2Co1Ce2A/C2 15-Mar 822 32,7 C5: Cu2Co1Ce2A/C2 05-Abr 826 40,6 C6: Cu1Co1Ce2A/C3 15-Mar 822 21,8 C6: Cu1Co1Ce2A/C3 05-Abr 836 30,6 C6: Cu2Co1Ce2A/C3 15-Mar 832 23,2 C6: Cu2Co1Ce2A/C3 05-Abr 814 32,4 C7: Cu1Co2Ce1A/C1 22-Mar 840 54,3 C7: Cu1Co2Ce1A/C1 12-Abr 839 64,5 C7: Cu2Co2Ce1A/C1 22-Mar 836 41,7 C7: Cu2Co2Ce1A/C1 12-Abr 828 52,2 C8: Cu1Co2Ce1A/C2 22-Mar 836 40,6 C8: Cu1Co2Ce1A/C2 12-Abr 832 51,7 C8: Cu2Co2Ce1A/C2 22-Mar 828 53,5 C8: Cu2Co2Ce1A/C2 12-Abr 830 61,8 C9: Cu1Co2Ce1A/C3 05-Abr 846 36,2 C9: Cu1Co2Ce1A/C3 26-Abr 832 45,1 C9: Cu2Co2Ce1A/C3 05-Abr 834 37,2 C9: Cu2Co2Ce1A/C3 26-Abr 820 40,6 C10: Cu1Co2Ce2A/C1 05-Abr 828 45,8 C10: Cu1Co2Ce2A/C1 26-Abr 834 60,2 C10: Cu2Co2Ce2A/C1 05-Abr 824 44,5 C10: Cu2Co2Ce2A/C1 26-Abr 830 55,5 C11: Cu1Co2Ce2A/C2 29-Abr 834 40,9 C11: Cu1Co2Ce2A/C2 20-May 830 55,2 C11: Cu2Co2Ce2A/C2 29-Abr 828 40,7 C11: Cu2Co2Ce2A/C2 20-May 829 51,8 C12: Cu1Co2Ce2A/C3 29-Abr 824 26,5 C12: Cu1Co2Ce2A/C3 20-May 834 42,4 C12: Cu2Co2Ce2A/C3 29-Abr 820 26,8 C12: Cu2Co2Ce2A/C3 20-May 818 32,1

6 ANÁLISIS DE DATOS

6.1 Variación de curado

Las muestras de hormigón fueron sometidas a dos niveles diferentes de curado, dados por un

ambiente de Laboratorio (65% de humedad y 22º C de temperatura aproximadamente) y uno de

mejor calidad en Cámara Húmeda (90% de humedad y 23º C de temperatura aproximadamente).

En la figura 6.1 se puede ver el aumento de la resistividad en un periodo de tiempo, para ambos

tipos de curados, lo que da cuenta del cambio en la estructura e hidratación de las cavidades de

poros en un periodo de tiempo, ya que ha medida que aumentan los días se va produciendo una

disminución del número y tamaño de los poros. Además los resultados indican que todas las

probetas mantenidas en cámara húmeda presentan una resistividad menor en comparación a una

misma muestra sometida a un ambiente de laboratorio, lo que se debe a las mejores condiciones

de humedad de la cámara húmeda facilitan la mayor hidratación de los poros con lo que se logra

una mayor conductividad eléctrica o equivalentemente una menor resistividad. En la figura 2.1 se

puede ver como a medida que aumenta el nivel de hidratación, se produce una disminución de los

capilares de poros lo que dificulta el traslado de iones que conducen la corriente eléctrica, siendo

este proceso físico la explicación del aumento de resistividad para la comparación de iguales

niveles de hidratación con precedentes de diferentes curados.

Colada 1: Variación de Curado

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C1 Húmedo C1 Laboratorio

A/C=0,45Cemento PortlandCl-= 1%

Figura 6.1: Colada 1 “Curado Cámara Húmeda v/s Curado en Laboratorio”

Con el objeto de saber la diferencia de resistividad para diferentes curados a igual grado de

hidratación de poros, se llevó la colada 3 a un ciclo de secado y luego una hidratación de 100%

mediante la inmersión de los hormigones bajo agua, los resultados presentes en la tabla 14 y las

figuras 6.11 y 6.12 para la colada 3 (de mayor tiempo de curado) muestran que el hormigón

curado bajo cámara húmeda presentan una respuesta de resistividad muy similar a los hormigones

curados en laboratorio, lo que se debe a que para el nivel de permeabilidad de la probeta, la

medición de resistividad no logra medir diferencias en el tipo de curado. Iguales resultados se

obtuvieron para la colada 12.

Colada 3: Medición a igual nivel de saturación de p oros

0

100

200

300

400

500

600

700

0 30 60 90 120 150 180

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C3 Húmedo C3 Laboratorio

I

II

Colada 1 “Curado Cámara Húmeda v/s Curado en Laboratorio”

I Corresponde al día que se llevaron las probetas a horno (50ºC aprox.).

II Corresponde al día que se llevaron las probetas a inmersión bajo agua (a 20ºC y 50ºC aprox.).

6.2 Variación de relación A/C

A igual grado de hidratación, diferentes niveles de permeabilidad en hormigones se relacionan

con variaciones en la cantidad y tamaño de la estructura de poros de la pasta de cemento, lo que

tiene directa relación con el nivel de flujo de iones cuando es sometido el hormigón al paso de

una corriente eléctrica. De esta manera un aumento en la relación A/C conlleva una disminución

de la resistividad como se puede ver en la figura 6.2. El proceso se puede explicar debido a que,

como se puede ver en la figura 2.2, a medida que aumenta la relación A/C se obtiene una mayor

volumen de capilares de poro, en este sentido se consigue un mayor nivel estructural que facilita

el transporte de iones aumentando la conductividad, o dicho de otra manera, disminuyendo la

resistividad.

Coladas 10, 11 y 12: Variación de A/C

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C1 0.45 C2 0.55 C3 0.65

Cemento Portland Puz. Cl-= 5% Cámara Húmeda

Figura 6.2: Coladas 10, 11, y 12 “Relación A/C 0.45, 0.55 y 0.65 para Laboratorio”

En la figura 6.3 se puede ver la variación de resistividad para una contaminación del 1% de Cl-,

bajo un curado en cámara húmeda, donde el nivel de resistividad de la colada con A/C=0.65

presenta un grado mayor a lo esperado, esta distorsión probablemente se debió a factores de

fabricación de las coladas que motivaron la realización de tres nuevos hormigones que

permitieran dejar en claro la tendencia esperada, lo que se puede ver en la figura 6.4, donde se

tienen tres hormigones con diferentes relaciones agua cemento, esta vez sometidos a un mismo

flujo de agua saturada en Cl-, como en la figura 3.5, con lo cual se pudo comprobar el

comportamiento teórico de resistividad ante un cambio de la relación A/C, tal como se muestra

en la figura 6.2.


0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C1 0.45 C2 0.55 C3 0.65

Cemento Portland Cl-= 1% Cámara Húmeda

Figura 6.3: Coladas 1, 2 y 3 “Relación A/C 0.45, 0.55 y 0.65 para Cámara Húmeda”


0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35 40

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C10 0.45 C11 0.55 C12 0.65

Cemento Portland Puz. Cl-= 5% Ambiente Laboratorio

Figura 6.4: Coladas 10, 11 y 12 “Variación de la relación A/C sometidas a un flujo saturado en cloruro”

6.3 Variación de nivel de contaminantes

Las muestras de hormigón fueron sometidas a dos niveles diferentes de contaminante, dados por

un 1% y un 5% de cloruro de Sodio (NaCl). Los resultados muestran que no existió una tendencia

que permita estimar en forma clara que un mayor nivel de Cl- indicaría una menor resistividad,

tal como nos muestran dos tendencias diferentes en las figuras 6.5 y 6.6. Un punto que hay que

tomar en cuenta es que la cantidad de cloruro se agregó a la betonera después de ingresados los

áridos y antes de ingresar el agua, al momento de la confección del hormigón. Luego se aplicó un

flujo de agua saturada en cloruro, figura 6.7, donde se puede ver que a partir de los 15 días

aproximadamente se nota un cambio que respondería a la teoría, dada por una mayor cantidad de

Cl- asociada a una menor resistividad. Lo cual se explica porque el ion cloruro facilita el flujo de

electrones en la estructura de poros del hormigón.

Coladas 1, y 7: Variación de Cloruros

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

1% Cl- 5% Cl-

A/C= 0,45 Cemento Portland Cámara Húmeda

Figura 6.5: Coladas 1 y 7 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.45 para Cámara Húmeda”

Coladas 5, y 11: Variación de Cloruros

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

1% Cl- 5% Cl-

A /C= 0,55 Cemento Portland Puz. Ambiente Laboratorio

Figura 6.6: Coladas 5 y 11 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.55 para Laboratorio”

Colada 4, 10 y 10*: Normal v/s Solución en Cl -

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30 35

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C4 1% Cl- C10 5% Cl- C10 5% con flujo de Cl-

A/C= 0,65 Cemento Portland Cámara Húmeda

Figura 6.7: Coladas 5 y 11 “Variación de Contaminante en Relación A/C 0.55 para Laboratorio”

6.4 Variación del tipo de cemento En el caso de variación del tipo de cemento, se puede ver en la figura 6.8, tal como en todas las

probetas donde se estudio esta variable, que las mezclas con cemento Portland Puzolánico

presentan un aumento de resistividad de hasta un 38% por sobre el Portland puro, alrededor de la

semana de curado, esto se debe a que, a medida que transcurre el tiempo de curado, las mezclas

con adiciones de puzolana presentan una estructura de pasta de cemento con capilares de poros de

menor tamaño lo que dificulta la circulación de los iones, aumentado la resistividad eléctrica.

Coladas 1, y 4: Variación de Cemento

0

50

100

150

200

250

300

0 5 10 15 20 25 30

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

Cemento Portland Cemento Portland + Puzolana

A/C= 0,45 Cl-= 1% Cámara Húmeda

Figura 6.8: Coladas 1 y 4 “Variación de Cemento en Relación A/C 0.45 para Cámara Húmeda”

El comportamiento de los cementos con adiciones de puzolana, en comparación de los cementos

portland puros, se puede asociar a la estructura de poros que varía para los diferentes tipos de

cementos a medida que transcurre el tiempo de curado, tal como se muestra en la figura 2.3,

donde se tiene un esquema de como mezclas a 28 días presentan diferente porcentaje de tamaño

de poros en razón del porcentaje de puzolana del cemento.

6.5 Mediciones de resistividad a diferentes tempera turas

Como complemento del estudio de resistividad, se ha tomado como variable de estudio la

temperatura, para cuyo análisis, preliminarmente se llevaron los hormigones a horno, figura 6.9,

de tal manera que se varió la temperatura entre los 24°C y los 60°C.

Figura 6.9: Hormigones en horno eléctrico

En base a la teoría, un aumento de la temperatura produce una disminución de la resistividad y

viceversa, esto debido a que la temperatura tiene una influencia en la interacción de la movilidad

del ion, ion-ion e ion-sólido, de tal manera que se espera que la conductividad de la corriente

varíe con la temperatura de igual manera que la difusión de iones varia en la fase líquida, para lo

cual se cuenta con la ecuación de Arrhenius;

−=TR

EExpCC o *

* (2)

Donde C es la conductividad en cualquier temperatura medida en [1/Ω*m]; Co es la

conductividad cuando la temperatura tiende al infinito en [1/Ω*m]; E es la energía de activación

en [J/mol]; R es el constante de gas, 8.314 [J/mol/K]; y T es la temperatura absoluta [K].

Tabla 14: Resultados de resistividad de la probeta 3 sometida a cambios de temperatura

Colada 3

Cu: Cámara Húmeda

Cu: Laboratorio

Co: Cl- 1% Co: Cl- 1%

Ce: Portland Ce: Portland

A/C: 0,65 A/C: 0,65

T [días] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] ρρρρ [ΩΩΩΩ*m] T [ºC] Tipo de curado

2 62,2 67,0 23-22*

3 73,7 84,0 23-22* 4 83,0 100,0 23-22* 6 91,4 116,8 23-22* 7 94,9 126,3 23-22*

14 104,9 158,7 23-22* 28 114,7 195,3 23-22* 56 126,9 256,4 23-22* 117 143,2 382,6 23-22*

Curado en cámara

húmeda y laboratorio

118 144,4 316,7 23

121 144,9 311,8 25

122 101,4 199,4 45

124 122,5 219,7 45

132 221,5 395,4 45

134 222,4 416,7 60

135 246,4 391,6 60

Probetas llevadas a

horno

142 159,5 170,4 20

148 167,2 185,4 20

153 169,0 190,3 20

154 106,5 127,6 40

155 86,8 95,9 50

157 102,1 118,7 49

158 94,2 105,0 42

Probetas llevadas a

piscinas con calefactor eléctrico

* 23ºC corresponde al curado en cámara húmeda y 22ºC a ambiente de laboratorio

Resultados obtenidos después de llevar a cambios de temperatura dentro del horno muestran que

al aumentar la temperatura se produjo una disminución de la resistividad, figuras 6.10 y 6.11.

Colada 3: Variación de Curado sometido a cambios de Tº

0

100

200

300

400

500

600

700

0 30 60 90 120 150 180

T [Días]

Res

istiv

idad

[ΩΩ ΩΩ

*m]

C3 Húmedo C3 Laboratorio A/C= 0,65 Cemento Portland Ambiente Laboratorio

Figura 6.10: Probetas de diferente curado medidas a diferentes temperaturas

Figura 6.11: Detalle de probetas medidas en diferentes temperaturas

Sin embargo esta disminución prontamente dio paso a un aumento de la resistividad en el corto

plazo, lo que se pudo deber al hecho que los hormigones sufrían, a la vez de un cambio de

temperatura, un cambio de humedad interna debido a la evaporación. Esto llevó a someter los

hormigones en un estado de 100% de saturación de poros (llevados a tina bajo agua figura 6.12)

de tal manera de lograr primeramente una estabilización a una temperatura de 20ºC y

posteriormente realizar un cambio de temperatura con un calefactor, tal como se muestra en las

figuras anteriores.

Figura 6.12: Hormigones bajo agua sometidos a temperatura

Con este último procedimiento se logró aislar como única variable la temperatura y obtener

resultados más estables, en especial con la colada 3 que poseía más tiempo de curado, con lo que

se supone una estructura de poros más estable a ese momento. De esta manera se obtuvo una

disminución del orden de un 70% menor de resistividad para temperaturas de 50ºC con respecto

de la resistividad presente en 20ºC.

7 CONCLUSIONES

Siendo el hormigón un material de alta demanda en la construcción actual, se sabe que una gran

preocupación es evitar que se desarrolle corrosión dentro de él, en este sentido, existen muchas

investigaciones tendientes a estudiar el problema. En este trabajo experimental se emplea el

método Wenner de medición de resistividad como una forma no destructiva de evaluación de

hormigones.

En base a los resultados obtenidos, se presentan a continuación las conclusiones que se derivan

del estudio realizado, detallando cada una de las variables estudiadas:

- Permeabilidad: La variable correspondiente asociada a la permeabilidad de los

hormigones fue la razón A/C, la que se varió en tres niveles dados por 0.45, 0.55 y 0.65

con la idea de comparar hormigones con diferentes estructuras de poros. Los resultados

permiten verificar que hormigones con mayor relación A/C presentan resistividades

menores, lo que se explica por la mayor proporción de capilares y la continuidad de la

estructura de poros en la pasta de cemento, facilitándose la movilidad iónica a través de

esa estructura.

- Tipo de curado: La influencia del tipo de curado se evaluó mediante un curado en cámara

húmeda (90% de humedad relativa y 23ºC) y uno en ambiente de laboratorio (65% de

humedad relativa y 22ºC), Las mediciones se realizaron una vez cumplido un periodo de

117 días de curado. El nivel de resistividad eléctrica de los distintos hormigones

estudiados, se evaluó después de alcanzado un grado de madurez del hormigón y

posteriormente del proceso de homogenización de las probetas por inmersión en agua.

Los resultados muestran que no existió diferencia en las mediciones de resistividad para

ambos hormigones. La razón de este hecho se atribuye a que ambas probetas

correspondían a la relación A/C 0.65, donde debido a la alta permeabilidad de la

estructura de la pasta, no se logra una sensibilidad en las mediciones de resistividad.

- Nivel de contaminación de cloruros al interior del hormigón: La presencia de cloruros

en las materias primas del hormigón y su influencia en los valores de resistividad se

evaluó para 1% y 5% respecto de cemento. Las mediciones durante un periodo de 28 días

de curado no indican una diferencia en los niveles de resistividad para las dos dosis de

cloruro, lo que se explica por hecho que los cloruros se ingresaron al momento de

fabricadas los hormigones, con lo cual el ión no tiene una influencia en la movilidad de

los iones que corresponden a la medición de corriente.

- Penetración de cloruros: La sensibilidad de la resistividad a la penetración de cloruros

desde el exterior, utilizando la circulación de un flujo continuo de agua saturada en

cloruros, resultó muy significativa en la detección de una menor resistividad en la medida

que se produce un aumento de cloruros libres en el interior del hormigón.

- Tipo de cemento: El porcentaje de puzolana presente en el cemento Portland se varió

entre 0% y 15% aproximadamente, los resultados muestran que la resistividad de los

hormigones con 15% de puzolana presentaron en todos los casos, una resistividad en

torno al 38% por sobre los cementos sin adiciones. Lo que indica que la puzolana

modifica efectivamente la microestructura de la pasta de cemento, reduciendo la

movilidad de los iones presentes en el agua de poros, con la consiguiente mayor

resistividad.

- Temperatura: La variable temperatura de los hormigones en los ensayo se estudió en dos

niveles, correspondientes a 20º C y 50º C. El estudio de los resultado corrobora que a

medida que aumenta la temperatura se logra una disminución de la resistividad debido al

hecho que la temperatura favorece la movilidad de los iones presentes en interior del

hormigón, permitiendo una mejor conducción de corriente eléctrica. Estos ensayos se

realizaron manteniendo las probetas inmersas en agua para asegurar una misma condición

de saturación de poros.

En esta investigación se estima conveniente continuar con el estudio de la permeabilidad de los

hormigones en relación al ensayo de flujo de cloruros, lo que permitiría establecer un índice de

durabilidad de hormigones recepcionados en obra.

8 BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

8.1 Referencias

[1] Gjørv OE, Vennesland Ø, El-Busaidy AHS. ELECTRICAL RESISTIVITY OF

CONCRETE IN THE OCEANS. In: Ninth Annual Offshore Technology Conference,

Houston, Paper 2803, 1977.

[2] Tuutti K. CBI Stockholm. CORROSION OF STEEL IN CONCRETE: 1982. 468 pp.

[3] Rob B. Polder and Willy H.A. Peelen. CHARACTERISATION OF CHLORIDE

TRANSPORT AND REINFORCEMENT CORROSION IN CONCRETE UNDER

CYCLIC WETTING AND DRYING BY ELECTRICAL RESISTIVITY.

[4] Ferreira Miguel y Jalali Said. QUALITY CONTROL BASED ON ELECTRICAL

RESISTIVITY MEASUREMENTS.

[5] Polder R.B. Heron. THE INFLUENCE OF BLAST FURNACE SLAG, FLY ASH AND

SILICA FUME ON CORROSION OF REINFORCED CONCRETE IN MARINE

ENVIRONMENT: 1996;41(4):287–300.

[6] Güneyisi E, MECHANICAL AND DURABILITY PERFORMANCE OF PLAIN AND

BLENDED CEMENT CONCRETE EXPOSED TO CHLORIDES AND DIFFERENT

CURING REGIMES. PhD thesis, Civil Engineering Department, Bogazici University,

2004.

[7] Z. Li, W. Li, NON-CONTACTING METHOD FOR RESISTIVITY MEASUREMENT

OF CONCRETE SPECIMEN. US Patent (US 6639401).

[8] Andrade C, Sanjuan MA, Alonso MC. MEASUREMENT OF CHLORIDE DIFFUSION

COEFFICIENT FROM MIGRATION TEST.

[9] Polder R.B. CHLORIDE DIFFUSION AND RESISTIVITY TESTING OF FIVE

CONCRETE MIXES FOR MARINE ENVIRONMENT.

8.2 Bibliografía

8.2.1 Libros

[10] CONCRETE: MICROESTRUCTURE, PROPERTIES, AND MATERIALS: P. Kumar

Mehta, Paul J. M. Monteiro.

8.2.2 Normas

• NORMA CHILENA 170 Of.85 “Hormigón - Requisitos Generales”.

• NORMA CHILENA 1018 EOf.77 “Preparación de mezclas de prueba en laboratorios”.

• ASTM G-57-95a Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using

the Wenner Four-Electrode Method.

• RECOMMENDATION OF RILEM TC 154-EMC: “Electrochemical techniques for

measuring corrosion in concrete”- measurements with embedded probes.

• ACI 211.1-21 Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and

Mass Concrete.

• ASTM C31/C31M - 08a Standard Practice for Making and Curing Concrete Test

Specimens in the Field.

RESUMEN DE MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL POR: RODRIGO QUIDEL CORTÉS FECHA:27/10/2008 PROF. GUÍA Sr. FEDERICO DELFIN ARIZTÍA

ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA RELACIÓN

PERMEABILIDAD RESISTIVIDAD ELÉCTRICA DEL HORMIGÓN

Este trabajo experimental tiene por objetivo estudiar la posibilidad de utilizar la propiedad de

resistividad como un indicador de la resistividad del hormigón. La motivación de esta

investigación es analizar la susceptibilidad de las estructuras de hormigón armado en la estructura

frente al deterioro por corrosión de sus armaduras.

Las variables analizadas en este trabajo son el tipo de curado, el nivel de adiciones de puzolana

en el cemento, el grado de permeabilidad del hormigón y la contaminación por cloruros, para

cuyo análisis se fabrican 24 series de hormigón. La influencia de estas variables, son medidas a

través de la medición de resistividad, utilizando el método Wenner (ASTM G-57-95a).

A partir de las mediciones después de 28 días se obtuvieron las siguientes conclusiones:

• Para hormigones de alta permeabilidad, no se observa una diferencia de nivel de resistividad para probetas provenientes de diferente curado.

• Los presenta un aumento de resistividad cuando se tiene una menor relación A/C.

• Los ensayos de resistividad en probetas sometidas a una carga puntual hidrostática de una

solución saturada en cloruro, permitió verificar que es posible correlacionar la permeabilidad del hormigón con la resistividad. De manera que se produce una disminución de resistividad cuando aumenta la presencia de cloruros.

• La presencia de cloruros en las materias primas del hormigón no influyeron en una

diferencia de resistividad.

• En general la sustitución de 15% de cemento por puzolana significó un aumento en la resistividad en promedio de 43% para las probetas curadas en los dos ambientes y para los dos niveles de cloruros. No obteniéndose una tendencia para una mayor diferencia de resistividad asociada a una mayor relación A/C.

• Se verifica que los hormigones afectados por una mayor temperatura presentan una

disminución en su resistividad. Se recomienda continuar con el estudio de ensayos de resistividad para hormigones con presencia

de un flujo de cloruros, para tener un parámetro del grado de permeabilidad de hormigones, con

el objeto de tener un índice de durabilidad.

A mi familia y amigos

estudio experimental de la relaciÓn … · la relación a/c es uno de los factores de los que...

Documents