RELACIÓN ENTRE QUÍMICA Y CONSTRUCCIONES CIVILES Alguna vez te has detenido a pensar: ¿De qué sustancias está hechoel cemento? ¿Cómo es que el cemento y la cal reaccionan con el agua y se forma una piedra? ¿De qué manera un concreto se hace más resistente? ¿Qué es el acero? ¿Sabes en qué consiste el análisis de suelos? ¿Cuáles son los agentes que afectan la durabilidad del concreto? ¿Cuáles son los aditivos químicos que aceleran y retardan el fraguado del concreto? Preguntas como las anteriores y muchas otras, marcan la pauta para establecer la relación Química-Construcciones Civiles. Antes de responder estas y otras preguntas, debes saber: ¿Qué es la Química? ¿Cuál es la importancia de la Química? ¿Cómo es la relación entre la Química y las Ingenierías? LA QUÍMICA, SU IMPORTANCIA, SU CAMPO DE ACCIÓN Y LA RELACIÓN CON LAS INGENIERÍAS Y EL MUNDO INTRODUCCIÓN Estamos viviendo la época dorada de la Química rodeada por sus productos, tejidos, tinturas, pinturas, plásticos, papel, vidrio, metales, medicamentos, además, la química puede decirnos mucho acerca de los problemas modernos como son: la disposición de los desechos industriales, la polución, el calentamiento global, la contaminación ambiental y la búsqueda de nuevas fuentes de energía, por lo cual la química es definitivamente comprensible, seductora y segura. La química es fundamental y necesaria para entender y comprender: la ciencia de los materiales, la medicina, la biología, casi todas las ramas de la ingeniería y otras ciencias. Además, la química desempeña un papel importante en nuestra economía, pues las sustancias químicas afectan nuestra vida diaria de múltiples maneras. JUSTIFICACIÓN La era que estamos viviendo se conoce como ―ERA ATÓMICA y el átomo es la base del estudio de la química; por lo tanto, vivimos en la Era de la Química y en consecuencia se debe pensar en profesionales egresados de las áreas de Ciencias Exactas e Ingenierías, en cuya preparación académica, se incluyan los conocimientos de las transformaciones permanentes de la materia, sus cambios de energía, estructura, propiedades y su relación con el entorno como base formativa general para la posterior aplicación de los conceptos y métodos de la ciencia. LA QUÍMICA EN LA INGENIERÍA La Ingeniería es considerada como el área del quehacer humano, encargada de “transformar” los descubrimientos científicos, en aparatos, instrumentos, dispositivos, etc. que puedan beneficiar a la sociedad; sin embargo, esto no implica necesariamente que no se den avances científicos a partir de las ingenierías. Adicionalmente a esto, actualmente se sabe que cualquier avance científico o tecnológico es de carácter multidisciplinario. Por otro lado, en la actualidad, con el conocimiento que se tiene sobre las reacciones químicas, es posible, la mayoría de las veces, fabricar “materiales sobre pedido”; es decir, materiales que reúnan ciertas características deseables, si no es que ideales para el fin al cual serán destinados. Sin embargo, por lo general, no son los químicos los encargados de aprovechar las propiedades de los materiales; de esto se encargan principalmente los ingenieros, ya que, valga la expresión, “con su ingenio, son capaces de aprovechar al máximo las características y las propiedades de un material particular”. Por lo anterior, todo ingeniero, debe tener una educación integral en el conocimiento de los principios básicos de las ciencias exactas, entre las que se encuentra la Química, a fin de que pueda comprender, lo mejor posible, los cambios que ocurren no sólo en la naturaleza, sino también en los procesos industriales y en los eventos de la vida diaria; además, esos conocimientos le proporcionan las herramientas necesarias para que, dado el caso, pueda optimizar procesos, explicar fenómenos y crear o mejorar dispositivos que redunden en beneficios a la sociedad. Adicionalmente a lo anterior, resulta de singular importancia que el ingeniero conozca el lenguaje técnico básico de las ciencias exactas, para que pueda comprender la literatura especializada en los avances científicos y tecnológicos. En ocasiones, no resulta sencillo identificar en cuáles áreas de las ingenierías se ve involucrada la Química. En este artículo se mencionan algunas áreas y/o actividades de las ingenierías en las que puede observarse, claramente, la importancia de conocer algunos de los conceptos básicos de Química. Para empezar, tenemos que una de las principales áreas de desarrollo de la Ingeniería Civil es la industria de la construcción, donde es indispensable el empleo de cementos y concretos de diferentes tipos; por ejemplo, concretos de fraguado rápido, concretos que inhiben el crecimiento de bacterias, concretos impermeables, etc. Las diferencias en las características físicas y químicas de cada concreto dependen de su composición química; por lo que, resulta de singular importancia que los ingenieros civiles conozcan los conceptos de: unidades de concentración, fuerzas intramoleculares, fuerzas intermoleculares y estructuras cristalinas, que les serán útiles para comprender y aprovechar al máximo las características de cada concreto. Un fenómeno común en la industria de la construcción es la corrosión de las estructuras metálicas; la cual no es otra cosa que una reacción electroquímica, que bien puede evitarse, minimizarse o incluso hacerse reversible. Otras áreas importantes de desarrollo de los ingenieros civiles, son la Ingeniería Ambiental y la Ingeniería Sanitaria, en las cuales el profesionista que pretende aplicar métodos de tratamiento físicos o químicos, de purificación a las aguas residuales, debe de entender claramente conceptos básicos como concentraciones (molar, normal, ppm o % en peso), pH, teorías ácido-base y las técnicas de valoración del grado de acidez de una sustancia. El Ingeniero Mecánico diseña, instala, opera y mantiene los elementos mecánicos que se emplean en las industrias de la transformación; por ello, debe tener amplios conocimientos de las propiedades de los materiales, las cuales dependen (como en el caso de los concretos), de la composición química, de las fuerzas intermoleculares y de las fuerzas intramoleculares presentes. Además, los ingenieros mecánicos, también diseñan y construyen dispositivos y equipos para el campo de la bioingeniería y el uso de los biomateriales, por lo cual es básico que conozcan las propiedades de los materiales a emplear; finalmente, también incursionan en el campo de la industria minera, siderúrgica, petrolera, química y de generación de energía; por ello, deben tener conocimientos básicos de los conceptos empleados en Química. El Ingeniero en Minas y Metalurgia se encarga, principalmente, del aprovechamiento óptimo de los recursos minerales; para ello, debe conocer la composición de los minerales, la cual se determina mediante un análisis químico, que en ocasiones realiza el mismo ingeniero con pruebas de campo y debe saber interpretar los resultados de una prueba de acidez, contenido de carbonatos, contenido de sulfatos, pruebas a la flama, entre otras. Adicionalmente a las pruebas de campo, se tienen los análisis realizados en un laboratorio formal de Química, donde se determina la composición exacta de los minerales; lo que permite al ingeniero decidir si es conveniente la explotación del mineral y, si fuera el caso, cuál es el mejor método de extracción. El Ingeniero Petrolero tiene como principales actividades la programación, la ejecución y la dirección de los procesos de explotación de hidrocarburos, de agua y de energía geotérmica. Una vez que se ubica un yacimiento de petróleo, se debe analizar la composición química del mismo; por lo que el ingeniero debe interpretar adecuadamente los resultados del análisis, para elegir el método apropiado de explotación. Adicionalmente, cuando se está en el proceso de extracción, debe monitorearse continuamente la composición física y química del producto (petróleo) para que, de ser necesario, se modifiquen las condiciones de operación; todo esto implica que el ingeniero petrolero debe ser capaz de interpretar las diferentes unidades de concentración, el grado de acidez y conocer los diferentes métodos de purificación de una mezcla, lo cual es indispensable en la producción de hidrocarburos. Por otro lado, cuando el ingeniero petrolero desea aprovechar la energía geotérmica, debe conocer los conceptos de agua dura, agua blanda, incrustaciones y calor latente, entre otros. El Ingeniero Industrial tiene entre sus funciones, integrar, diseñar, planear, mantener, dirigir y controlar los sistemas productivos en las diversas industrias, dentro de las cuales se encuentra la industria química; por ello, el ingeniero industrial debe poseer conocimientos de las principales operaciones de una industria, como son los procesos de obtención, separación, refinación y pruebas de calidad de un producto. Para una correcta interpretación de los datos recabados en tales procesos, el profesionista debe conocer algunos de los conceptos básicos de química; como por ejemplo, métodos de separación, unidades de concentración, tipos de reacción, valoraciones potenciométricas, entalpía de reacción, equilibrio químico y reacciones electroquímicas. El Ingeniero Geofísico y el Ingeniero Geólogo tienen como principales funciones desarrollar métodos y técnicas para explorar el planeta, investigar y comprender los fenómenos físicos que en éste acontecen, a fin de estudiar su comportamiento, encontrar recursos naturales, o dar apoyo para la creación de obras de infraestructura. Resulta sencillo darse cuenta que, para encontrar recursos naturales, como yacimientos de petróleo o vetas minerales, tiene que realizarse el análisis de los suelos, el cual involucra forzosamente un análisis químico, que debe ser adecuadamente interpretado para la correcta valoración del recurso natural, dicha valoración generalmente la realiza el ingeniero geofísico o el geólogo, ya que poseen los conocimientos necesarios de Química y Física. Por otro lado, para estudiar los fenómenos sísmicos o volcánicos, también se requiere del análisis de muestras de suelos o de gases emanados. Hasta aquí podría decirse, erróneamente, que el desarrollo de las ingenierías depende de la Química; sin embargo, como se mencionó anteriormente, los avances científicos y tecnológicos son multidisciplinarios; de ahí que el avance de la Química también depende de las ingenierías. ¿Qué sería de la Química sin los modernos aparatos de análisis, diseñados, construidos y mejorados por los Ingenieros Mecánicos y los Ingenieros Eléctricos y Electrónicos?, ¿Qué tan rápida sería la comunicación de los descubrimientos químicos sin los medios de comunicación actuales, diseñados, construidos y mejorados por los Ingenieros en Computación y los Ingenieros en Telecomunicaciones?, ¿Cómo sería el avance de la Química teórica sin los modernos programas de computación, que permiten el análisis estructural de las moléculas?, en fin ..., se podría enumerar una gran cantidad de áreas en donde la Ingeniería y la Química trabajan en conjunto para beneficio de la sociedad, pero por el momento este artículo concluye dejando una pregunta para reflexión: ¿Considera usted pertinente seguir impartiendo un curso de Química General a nuestros futuros Ingenieros? La ingeniería es un puente entre la ciencia y la sociedad, y el papel del ingeniero es el de aplicar los últimos descubrimientos científicos en la solución de problemas. A todos los ingenieros, les interesa mejorar las características del producto que diseñan: los ingenieros civiles desean construir estructuras sólidas y confiables, que sean estéticas y resistentes a la corrosión. Los ingenieros electricistas y electrónicos requieren de circuitos integrados que funcionen adecuadamente, de interruptores que reaccionen instantáneamente en las computadoras y de aislantes que soporten altos voltajes, aún en las condiciones más adversas. Los ingenieros de automóviles buscan materiales de poco peso a la vez que resistentes. Los ingenieros aeroespaciales demandan materiales ligeros que se comporten adecuadamente, tanto a elevadas temperaturas como en el gélido vacío del espacio exterior. Los ingenieros metalúrgicos, así como los especialistas en cerámicas y polímeros desean producir y conformar materiales que sean económicos y con propiedades cada vez mejores. Los ingenieros de petróleo requieren barreras de perforación o tuberías que resistan condiciones severas de abrasión y corrosión. Cada una de estas profesiones y muchas otras que no fueron mencionadas, tiene su campo de acción específico, pero todas ellas tienen a la química como ciencia central. IMPORTANCIA DE LA QUÍMICA La química es la ciencia que estudia la materia y sus transformaciones. En la vida, nada sería posible sin la ayuda de la química. La química está inmersa en todos los procesos naturales, así como en la mayoría de las ciencias creadas y descubiertas por el hombre. Pensar que la química no es importante, que no tiene desarrollarnos y reproducirnos sin necesidad de consumir alimentos. incluida el agua interlaminar. Con seguridad. Deshidratación de los minerales de la arcilla: A temperaturas comprendidas entre 100 y 400ºC. entre unos 400 y 750ºC. corrientemente llamada calcinación). ayuda a comprender el mundo que nos rodea. ya que en caso contrario se obtiene un clinker de color pardo (en vez de verde grisáceo) y el cemento resultante presenta un fraguado más rápido y resistencias mas bajas. El proceso de cocción exige una atmosfera oxidante dentro del horno. 1. aproximadamente. se desprende también el agua combinada químicamente en forma de grupos hidroxilo (deshidratación). es una equivocación tan grande como pensar que podemos nacer. la medicina. Secado: El agua libre presente como humedad en el crudo o añadida al mismo.valor alguno. en la deshidratación de la caolinita: Al2(OH8Si4O10) → 2(Al2O3 * 2SiO2)+ 4H2O . reacciones en estado solido y reacciones con participación de una fase liquida o fundida. además. crecer.. como la física. lo que decidas estudiar tiene relación con la química. la agricultura. 2. se desprende de un intervalo de temperaturas que alcanza hasta unos 200ºC. la astronomía. A continuación encontrarás una serie de lecturas donde podrás entender y comprender la relación directa entre la Química y las Construcciones Civiles: PRIMERA LECTURA: EL CEMENTO Para fabricar clinker de cemento a partir de material crudo es preciso calcinar este hasta una temperatura de 1450ºC alcanzando así la sinterización o clinkerización. así como cristalizaciones. etc. A temperaturas superiores y dependiendo de los tipos de minerales arcillosos presentes en la arcilla. la biología. y particularmente a la temperatura de cocción (clinkerización o sinterización) tienen ya a lugar importantes procesos fisicoquímicos tales como la deshidratación de los minerales de la arcilla. Durante el calentamiento del crudo. la descomposición de los carbonatos (descarbonatación o expulsión de CO2. La principal importancia de estudiar química es que sirve de apoyo para las demás áreas del conocimiento. por ejemplo en el proceso de granulación. es decir. los minerales de la arcilla ceden su agua adsorbida. que no es necesaria para la formación académica del futuro ingeniero civil o que no es valioso su estudio. como sucede por ejemplo. dando lugar a mezclas de óxidos reactivos. tales como el tipo de minerales arcillosos.El metacaolín se descompone parcialmente a las temperaturas señaladas. según la ecuación de reacción: Al2O3 * 2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 En la deshidratación de las arcillas influyen diversos factores. descarbonatación. la presión de disociación es igual o mayor que 1. se descompone (disociación. Para ello es necesaria una entalpía de reacción H de 1660 kJ/kg. aumentando hasta alrededor del 20% a temperaturas mayores. es decir. 3. por ejemplo y en primer lugar. CaO*SiO2 y 2CaO*SiO2. En la práctica. calcinación) a temperaturas teóricamente iguales o superiores a 896ºC. pero a temperaturas más bajas. 12CaO*7Al2O3. escaso por debajo de 800º C (menor de 2% en masa). el grado de cristalización de las arcillas. Descomposición de los carbonatos: El carbonato cálcico (CaCO3) contenido en el crudo en proporciones comprendidas entre 74 y 79% en masa. transcurre de forma análoga. por reacción en estado sólido. por las cuales se originan. CaO*Al2O3. pero también y más a temperaturas crecientes hasta unos 900ºC. según la ecuación: CaCO3 → CaO + CaO2 A estas temperaturas. . la atmósfera gaseosa. por lo tanto. La disociación térmica del MgCO3. el tamaño de las partículas. La temperatura de 896ºC sólo se refiere a la calcita pura y sólo es válida para ella. El contenido de cal libre CaO es. por lo menos igual a la presión externa. y otros. de mucha menor importancia en la fabricación de cemento. la disociación comienza ya entre 550 y 600ºC. Ello es debido a procesos químicos entre el CaO que se forma y las adiciones de SiO 2. Al2O3 y Fe2O3. al aumentar la proporción de impurezas o adiciones mezcladas con ella (como sucede en los crudos de cemento) la disociación se desplaza hacia temperaturas más bajas. la naturaleza y cantidad de las impurezas. dependiendo de la composición química del material. . por las cuales se combinan los productos de descomposición del CaCO3 con los de la arcilla. tiene lugar a temperaturas comprendidas entre 1260 y 1310ºC. comienza aproximadamente a unos 800ºC. aluminato monocálcico y silicato bicálcico). la cual indica el comienzo de la "sinterización" . constituyente principal del clínker de cemento portland. . Reacciones en presencia de fase liquida -fundida. alcanzando alrededor del 20% al 30 % en masa a 1450ªC.(sinterización o clinkerización): La primera formación de fase líquida (fundida). Ejemplos de estas reacciones son los siguientes: CaO*Al2O3 + 2 CaO → 3CaO*Al2O3 C3A CaO*Al2O3 + 3 CaO + Fe2O3→ 4CaO*Al2O3* Fe2O3 CaO*SiO2 + CaO → 2CaO*SiO2 C2S C4AF Las reacciones entre sólidos transcurren en general muy lentamente. Reacciones entre fases sólidas (reacciones a temperaturas inferiores a las de sinterización o clinkerización): Como ya queda indicado. Fe2O3)=C2AF).reducción del tamaño de partículas (aumento de la superficie específica). en particular por: . .4.distorsión de las redes cristalinas. La formación de aluminato tricálcico (3CaO*Al 2O3=C3A) y de ferritoaluminato tetracálcico (2CaO(AL2O3. pero se pueden acelerar. A estas temperaturas es ya posible la formación del silicato tricálcico (C 3S). formándose primero y preferiblemente compuestos de menor contenido de cal (por ejemplo. aproximadamente. 5. también presentes en el clinker de cemento portland. a partir de temperaturas comprendidas entre 550 a 600ºC comienzan a producirse reacciones entre sólidos.o en el caso de la fabricación del cemento "clinkerización". Al aumentar la temperatura aumenta también la fase líquida o fundida.aumento de la temperatura de cocción. como por ejemplo las que afectan a las partículas relativamente más gruesas de cuarzo o de caliza. Por consiguiente. Esto justifica la necesidad de utilizar altas y costosas temperaturas de clinkerización. En presencia de la fase líquida se disuelven el CaO y el C 2S. cuanto mayor es el contenido de Fe2O3. es decir. 7% SiO2. Reacciones durante el enfriamiento: Si el clinker formado en el proceso de sinterización se enfría lentamente. con lo cual se puede disolver en la fase líquida una parte del silicato tricálcico que tan decisiva influencia favorable tiene en el desarrollo de las resistencias. junto con silicato bicálcico (2CaO*SiO 2= C2S). la formación del valioso silicato tricálcico. y disminuyéndola. por ejemplo. los álcalis. A temperaturas superiores a 1450ºC éste contiene la totalidad de Al2O3 y Fe2O3 del clinker en formación.aumento de la proporción de dicha fase. férrico o de fundentes. Al mismo tiempo. . .Al comienzo de la clinkerización existen aún cantidades considerables de CaO sin combinar. a saber. el SO 3 y el MgO. 23% Al2O3 y 14% Fe2O3. por el contrario. aumentándola.reducción de la proporción de partículas gruesas (particularmente del cuarzo) en el crudo. según la reacción: CaO+ CaO*SiO2 → 3CaO*SiO2 con lo cual se cumple el objeto principal de clinkerización. . Los silicatos tricálcico y bicálcico se encuentran como fases sólidas en el fundido. Los constituyentes secundarios o minoritarios influyen también en la viscosidad de la fase líquida.disminución de su viscosidad. facilitándose dentro de ella la difusión de los reactantes y formándose el silicato tricálcico (C3S). La viscosidad de la fase líquida es tanto menor cuanto menor es el módulo alumínico. la fase líquida activa también otras reacciones. un enfriamiento demasiado lento produce una disminución de resistencias del cemento. puede invertirse el sentido de las reacciones de equilibrio. Las reacciones en la fase líquida se pueden acelerar por: . y su composición % en masa es. la siguiente: 56% CaO. 6. aproximadamente. A la temperatura de clinkerización se establece un estado de equilibrio. y a través del mismo en la reactividad de las fases del clinker. mayor resistencia. las cuales en su mayor parte se solidifican en forma vítrea. baja densidad. las fases líquidas alumino-férricas del clinker portland. Al igual que las piedras naturales no deterioradas. pero extremadamente frágil y débil a . se "congela" el equilibrio. etc. de dimensiones variables. SEGUNDA LECTURA: HORMIGÓN 1. amorfo y cristalino). así como la propia textura de este. con independencia de las fases líquidas presentes en él. limallas de hierro. ricas en cal. arena.1 INTRODUCCION El hormigón es una piedra artificial formada al mezclar apropiadamente cuatro componentes básicos: cemento. durante los procesos de fabricación y de fraguado. agregados pesados.En un enfriamiento rápido. se pueden añadir otros componentes como aditivos químicos. o se pueden reemplazar sus componentes básicos por componentes con características especiales como agregados livianos. a pesar de su enfriamiento rápido. cristalizan totalmente en el proceso técnico de fabricación del cemento. Por consiguiente. de forma que la composición del clinker enfriado técnicamente es prácticamente a la alcanzada a la temperatura de clinkerización.. El enfriamiento influye además en el estado de cristalización. Las propiedades del hormigón dependen en gran medida de la calidad y proporciones de los componentes en la mezcla. y en particular la fase líquida que participa en el mismo. El hormigón ha alcanzado importancia como material estructural debido a que puede adaptarse fácilmente a una gran variedad de moldes. grava y agua. cementos de fraguado lento.). Para conseguir propiedades especiales del hormigón (mejor trabajabilidad. Al contrario que las fases líquidas ricas en SiO2. gracias a su consistencia plástica en estado fresco. el cual es deseable. etc. etc. microsílice (mineral compuesto de esferas de bióxido de silicio SiO2 ultra fino. Observación: Averiguar los nombres de las sustancias (compuestos) que aparecen en este documento. y de las condiciones de humedad y temperatura. el hormigón es un material sumamente resistente a la compresión. adquiriendo formas arbitrarias. el clinker técnico de cemento portland representa un equilibrio de fusión congelado a la temperatura de sinterización. dentro de un cilindro rotativo. Se lo utiliza en hormigones normales que no estarán expuestos a sulfatos en el ambiente. el cemento Portland. en la trituración de los materiales crudos (calizas y arcillas). como cementos antibacteriales que pueden usarse . El color parecido a las piedras de la región de Portland. dio origen a su nombre El proceso de manufactura del cemento consiste. en Inglaterra. esencialmente. su mezcla en proporciones apropiadas. y yeso.2 LOS MATERIALES CEMENTANTES Son materiales aglomerantes que tienen las propiedades de adherencia y cohesión requeridas para unir fragmentos minerales entre sí. de resistencia y durabilidad adecuadas. se encuentran materiales empleados con menos frecuencia como las cales. en el suelo o en el agua del subsuelo. 1. existiendo además los cementos naturales y los cementos con alto contenido de alúmina. El clinker es enfriado y luego es molido junto con el yeso hasta convertirlo en un polvo fino llamado cemento Portland. Para aprovechar sus fortalezas y superar sus limitaciones. y su calcinación a una temperatura aproximada de 1400°C. arcillas o pizarras.solicitaciones de tracción. conformándose bolas del producto llamadas clinker. por su uso extendido. que es el de mayor utilización en el mercado. mediante procesos especiales. en estructuras se utiliza el hormigón combinado con barras de acero resistente a la tracción. El cemento Portland es un polvo muy fino. Existen diversos tipos de cemento Portland: Tipo I: Se lo conoce como cemento Portland ordinario. que provienen de la combinación de calizas. Entre los diferentes cementos hidráulicos destaca. que se compone principalmente de silicatos de calcio y de aluminio. Para fabricar hormigón estructural se utilizan únicamente los cementos hidráulicos (utilizan agua para reaccionar químicamente y adquirir sus propiedades cementantes durante los procesos de endurecimiento inicial y fraguado). lo que provoca una fusión parcial del material. Dentro de esta categoría. además de los cementos propiamente dichos. lo que se conoce como hormigón armado. formando una masa sólida continua. de color grisáceo. los asfaltos y los alquitranes. Tipo II: Son cementos con propiedades modificadas para cumplir propósitos especiales. cementos hidrófobos que se deterioran muy poco en contacto con sustancias agresivas líquidas. . que suelen utilizarse en obras de hormigón que están en contacto con flujos de agua durante su construcción o en obras que pueden inestabilizarse rápidamente durante la construcción. También es importante que las características mecánicas de los áridos sean adecuadas y que los áridos estén libres de impurezas. Se los emplea en obras que contienen grandes volúmenes continuos de hormigón como las presas. Mientras mayor sea el nivel de compactación del hormigón. La presencia de sulfatos junto con otros tipos de cementos provoca la desintegración progresiva del hormigón y la destrucción de la estructura interna del material compuesto. Los áridos finos o arenas pasan por el tamiz # 4.en piscinas. agua sin combinar y burbujas de aire. permitiendo controlar el calor emitido durante el proceso de fraguado. que producen poco calor de hidratación. el volumen restante está constituido por pasta endurecida de cemento. cementos impermeabilizantes que se los utiliza en elementos estructurales en que se desea evitar las filtraciones de agua u otros fluidos. por esta razón resulta importante cuidar la granulometría (tamaño de los granos y distribución estadística de esos tamaños de grano) de los áridos. lo que les dota de aristas (los áridos con superficie redondeada tienen menor adherencia). Los áridos naturales se clasifican en finos y gruesos. mejor será su resistencia y más económica será su fabricación. los áridos o agregados ocupan alrededor de las tres cuartas partes del volumen total del hormigón. etc. Tipo V: Son cementos resistentes a los sulfatos que pueden estar presentes en los agregados del hormigón o en el propio medio ambiente. cementos de albañilería que se los emplea en la colocación de mampostería. Los áridos gruesos presentan mejores propiedades de adherencia con la pasta de cemento cuando son triturados. 1. Los áridos gruesos no atraviesan el tamiz # 4 y se conocen como gravas (ripio en nuestro medio). Tipo III: Son los cementos de fraguado rápido.3 LOS ARIDOS En los hormigones estructurales. Tipo IV: Son los cementos de fraguado lento. por su parte. Las propiedades del hormigón endurecido dependen de la dosificación inicial de los componentes básicos y complementarios. siendo mucho más intensa la reacción (la creación de los cristales cohesivos) en los primeros días posteriores a la fabricación del hormigón. dentro del hormigón. y luego va disminuyendo progresivamente en su intensidad con el tiempo. La formación de estos cristales es una reacción química exotérmica (genera calor) que siempre requiere de agua para que tenga lugar. Normalmente. En términos generales los agregados dotan al hormigón de una estructura interna en la que los agregados más finos se intercalan entre los agregados más gruesos. una parte del cemento no alcanza a combinarse con el agua. llena los espacios libres entre partículas de áridos. por lo que permanece como cemento no hidratado.4 DOSIFICACION DE HORMIGONES Las proporciones en que se mezclan los componentes básicos y complementarios del hormigón constituyen su dosificación. y del proceso de curado. La pasta de cemento (cemento más agua). .1. del proceso de mezclado. y durante el proceso de fraguado genera cristales hidratados que unen químicamente las partículas de agregados. Estos cristales son los responsables de la cohesividad entre las partículas y de la resistencia del hormigón en general. en espacios vacíos por la evaporación del agua (o espacios con agua que no alcanza a escapar de los poros luego del fraguado) que disminuyen considerablemente la resistencia del hormigón. la que sirve para reponer el agua de amasado evaporada por el calor emanado como producto de las reacciones químicas. Lamentablemente una relación a/c cercana a 0. Usualmente estas dos propiedades son mutuamente conflictivas durante la construcción. que mantenga una adecuada trabajabilidad en el hormigón fresco. la propiedad constructiva más importante es su trabajabilidad.25 (que en teoría nos proporcionaría la mayor resistencia). Esta agua de curado usualmente se la proporciona humedeciendo la superficie de los elementos de hormigón. medida al peso. luego del fraguado inicial. Se requiere aproximadamente una relación a/c mínima de 0. pues la disminución de agua de amasado provoca una pérdida importante . no puede ser conseguida en un hormigón normal. a partir del endurecimiento inicial del hormigón (que normalmente se produce en las primeras doce horas después del mezclado).Para asegurar que las reacciones de fraguado continúen. se convertirá. y también provocará que los puentes cristalizados tengan mayor longitud y sean menos resistentes. se requiere dotar continuamente de agua de curado al hormigón. por encima de la relación a/c de 0.25 para que todo el cemento presente en la mezcla reaccione químicamente con el agua formando pequeños puentes cristalizados entre las superficies de las partículas de áridos. En general una relación agua/cemento (a/c) baja.25. conduce a hormigones de mayor resistencia y mejor calidad. La propiedad de diseño más importante del hormigón constituye su resistencia. Cualquier exceso de agua durante el amasado. pues provoca que las partículas de cemento no reaccionen totalmente. del hormigón endurecido y del proceso de fraguado.de trabajabilidad e inclusive puede llegar a imposibilitar la consecución de una mezcla apropiada. consiguiéndose hormigones de mediana resistencia (entre 350 Kg/cm2 y 420 Kg/cm2) y hormigones de alta resistencia (mayores a 420 Kg/cm2). . cambian (mejoran) las características del hormigón fresco. Para asegurar una mezcla homogénea y una trabajabilidad razonable en un hormigón normal (sin aditivos) serán necesarias relaciones a/c mínimas del orden de 0. Existen aditivos superplastificantes (también se los conoce en el mercado como reductores de agua de alto rango) que pueden convertir a un hormigón normal en un hormigón fluido. Estos mismos aditivos pueden conseguir que.30. Así mismo.5 LOS ADITIVOS Existen aditivos químicos que. en proporciones adecuadas. que no requiere de vibración para llenar todos los espacios de las formaletas. y permiten que la trabajabilidad del hormigón fresco mejore considerablemente. se reduzca la cantidad de agua de amasado mejorando con ello la resistencia del hormigón. con lo que disminuye la cohesión. 1. si se mantiene una trabajabilidad normal. Los aditivos plastificantes son los más utilizados en nuestro medio. por lo que se los suele utilizar en hormigones que van a ser bombeados y en hormigones que van a ser empleados en zonas de alta concentración de armadura de hierro. inclusive en sitios de difícil acceso para el hormigón. estos aditivos permiten la reducción de la relación agua/cemento hasta valores cercanos a 0. manteniendo la trabajabilidad de un hormigón normal.60 La falta de agua de curado durante el fraguado del hormigón (particularmente en los primeros días en que las reacciones son más intensas) tiene efectos adversos sobre la resistencia final del hormigón. dando lugar a pocos cristales de unión entre partículas de áridos. en el mar o en túneles. Usualmente se los emplea cuando se desea desencofrar en menor tiempo las formaletas. tiene efecto sobre la resistencia del hormigón a largo plazo. como en la fundición de elementos dentro de cauces de ríos. La aceleración o desaceleración del proceso de fraguado mediante aditivos o mediante cementos apropiados. Un efecto similar puede obtenerse utilizando cementos de fraguado rápido o mediante un proceso de curado con vapor de agua circulante. Se los suele utilizar en climas cálidos para evitar el fraguado anticipado por evaporación del agua de amasado. a más de afectar la velocidad de obtención de resistencia del hormigón a corto plazo. Existen aditivos de fraguado extra rápido que se emplean en casos en que se requiera un endurecimiento y fraguado del hormigón en pocos minutos. . Los aditivos retardantes retrasan el endurecimiento inicial del hormigón. y en obras masivas de hormigón en que se quiere controlar la cantidad de calor emitida por el proceso de fraguado. manteniendo por más tiempo su consistencia plástica.Los aditivos acelerantes permiten que el endurecimiento y fraguado de los hormigones se produzca más rápidamente en la fase inicial. porque ocasionalmente pueden provocar reacciones indeseables con ciertos tipos de cemento y con otros aditivos. poco frecuentes en nuestro medio (se los suele utilizar en refugios para ascencionismo). que por su composición química apropiada y por su granulometría aún más pequeña que la del cemento.La aceleración inicial del proceso conduce a resistencias menores a largo plazo. Los introductores de aire tienen como efecto colateral la disminución de la resistencia del hormigón aproximadamente en un 5% por cada 1% de burbujas de aire introducidas. pues el agua de curado tiene menor nivel de penetración por el endurecimiento del hormigón. La desaceleración inicial del proceso determina resistencias mayores a largo plazo. los que se utilizan en estructuras que están sometidas a procesos de congelamiento y descongelamiento periódico. Hay aditivos introductores de aire que producen burbujas de aire dentro del hormigón. antes de ser utilizados en las estructuras. El uso de aditivos requiere de mezclas de prueba en laboratorio o en obra. como la ceniza volcánica pulverizada (fly ash) o la cáscara de arroz quemada y pulverizada. Existen sustancias especiales. pues el curado se vuelve más eficiente. . mejoran la resistencia del hormigón a largo plazo. las que producen el endurecimiento de la pasta (Teoría cristaloidal de Le Chatelier) o alternativamente por el endurecimiento superficial de un gel formado a partir de dichos compuestos hidratados (Teoría coloidal de Michaelis).TERCERA LECTURA: Fraguado y endurecimiento de la pasta de cemento El cemento al ser mezclado con agua forma una pasta. El proceso producido es dependiente de las características del cemento. A partir de ese momento el proceso no es cabalmente conocido. tal estado corresponde al fraguado inicial de la mezcla. los cuales condicionan en especial la velocidad de su generación. Durante su desarrollo se producen variaciones de volumen. Los compuestos del cemento se hidratan a distinta velocidad. principalmente de su composición y de su finura. A medida que se produce el endurecimiento normal de la mezcla. especialmente en los primeros días. formando compuestos hidratados. C3S y C2S en ese mismo orden. se presenta un nuevo estado en el cual la consistencia . Fraguado del concreto.químico derivado de la reacción química del agua con las fases mineralizadas del clinquer y que en su primera etapa incluye la solución en agua de los compuestos anhidros del cemento. El endurecimiento de la pasta de cemento muestra particularidades que son de interés para el desarrollo de obras de ingeniería: La reacción química producida es exotérmica. iniciándose con el C 3A y continuando posteriormente con C4AF. con la formación de cristales entreverados entre si que desarrollen fuerzas de adherencia. de dilatación si el ambiente tiene un alto contenido de humedad o de contracción si este es bajo. existiendo teorías que suponen la precipitación de los compuestos hidratados. con desprendimiento de calor. estimándose actualmente que el proceso presenta características mixtas. Cuando el cemento y el agua entran en contacto. que tiene la propiedad de rigidizarse progresivamente hasta constituir un sólido de creciente dureza y resistencia. Dentro del proceso general de endurecimiento se presenta un estado en que la mezcla pierde apreciablemente su plasticidad y se vuelve difícil de manejar. se inicia una reacción química exotérmica que determina el paulatino endurecimiento de la mezcla. Estas características son causadas por un proceso físico . Algunos de estos agregados son estables y tienen un número determinado de moléculas de solvente y otras no. el fraguado no es sino una parte del proceso de endurecimiento.ha alcanzado un valor muy apreciable. se recurre al uso de “retardantes” del fraguado. puede definirse como tiempo de fraguado de una mezcla determinada. La solvatación es el proceso de interacción entre las moléculas de un solvente y las de un soluto formando agregados. el tiempo de fraguado final se estima en 10 horas aproximadamente. que se traduce en una notable disminución de la resistencia final. Así definido. Cualquier soluto covalente polar puede interactuar con solventes polares. hidrólisis. solución. La fuerza de atracción . En resumen. Es por ello que debe mantenerse húmedo el concreto recién colado. Cuando el solvente es el agua. Mercedez M. También se logra evitar la evaporación del agua necesaria para la hidratación del cemento. de igual manera. las moléculas de agua que son polares se auto orientan con relación a los iones de la superficie del cristal de cloruro de sodio. cubriendo el concreto recién descimbrado con una película impermeable de parafina o de productos especiales que se encuentran en el mercado desde hace varios años. oxidación. País: España CUARTA LECTURA: Principales procesos químicos del suelo Los principales procesos químicos que ocurren en el suelo son: la hidratación. Cuando un cristal de un compuesto iónico como el cloruro de sodio se introduce en agua. La reacción de endurecimiento es muy lenta. el lapso necesario para que la mezcla pase del estado fluido al sólido. reducción e intercambio iónico. La determinación de estos dos estados. entre los que se desarrolla una reacción química que produce la formación de un coloide “gel”. al proceso se le llama hidratación. Cuando se presentan problemas especiales que demandan un tiempo adicional para el transporte del concreto de la fábrica a la obra. compuestos de yeso o de anhídrido sulfúrico. Es necesario colocar la mezcla en los moldes antes de que inicie el fraguado y de preferencia dentro de los primeros 30 minutos de fabricada. puede acelerarse el fraguado con la adición de sustancias alcalinas o sales como el cloruro de calcio. El endurecimiento del concreto depende a su vez del endurecimiento de la lechada o pasta formada por el cemento y el agua. lo cual permite la evaporación de parte del agua necesaria para la hidratación del cemento. cuyo lapso comprendido entre ambos se llama tiempo de fraguado de la mezcla. “curándolo”. El tiempo de fraguado inicial es el mismo para los cinco tipos de cemento enunciados y alcanza un valor de 45 a 60 minutos. este estado se denomina fraguado final. a medida que se hidratan los componentes del cemento. Endurecimiento del concreto. es muy poco precisa y sólo debe tomarse a título de guía comparativa. Articulo escrito por: Raúl E. Los colores de los suelos están relacionados con la absorción Chernosems . es de color blanco. Factores que influyen en el color del suelo Una de las propiedades del suelo que se puede observar a simple vista es el color de los suelos. La naturaleza polar de las moléculas de agua es importante cuando se usa como solvente. Por ejemplo.entre las moléculas de agua y los iones superficiales del cloruro de sodio es suficientemente intensa para causar que los iones abandonen sus posiciones en el cristal y que se muevan a situarse entre moléculas de agua. Un ion hidratado es un agregado formado por un ion y una o más moléculas de agua. los suelos cafés forestales y los suelos negros (Chernosems). El CuSO4 . Higroscopía es la propiedad de las sustancias que absorben vapor de agua. las tierras pardas. sulfato de cobre II. Se utiliza para diferenciar los horizontes y para clasificar los diferentes tipos de suelos. reducción al proceso químico mediante el cual un átomo disminuye su estado de oxidación por la ganancia de uno o más electrones. Se le llama hidrólisis a cualquier reacción química con el agua. El agua disuelve con facilidad a muchos compuestos iónicos debido a la hidratación de los iones. CuSO2•5H2O (color azul). Por ejemplo: CuCl 2•4H2O (cloruro de cobre II tetrahidratado). Los colores del suelo tienden a ser menos grises y más rojizos con el incremento de la temperatura. MgCl 2•6H2O. los grandes grupos de suelos como los podsólicos rojos y amarillos. a tal proceso se le llama solvatación de ambos iones. ZnCl2•6H2O. La cubierta vegetal también absorbe y refleja el calor. Los suelos de colores oscuros absorben más el calor mientras que los de colores claros lo reflejan. por lo que actúa como regulador o amortiguador del calor. oxidación a la reacción química mediante la cual un átomo aumenta su estado de oxidación por la pérdida de uno o más electrones. (albedo y capacidad calorífica) y conservación del calor y por lo tanto con la capacidad de retención de humedad. Los compuestos ferrosos de color azul y verde con frecuencia se encuentran en condiciones mal aireadas. los colores pardos predominan en los materiales vegetales ligeramente descompuestos y en los materiales vegetales casi totalmente descompuestos son de color casi negro. Los suelos moteados indican condiciones rosado alternadas de buena y mala aireación. Por lo general. La pigmentación del humus es menos intensa en las regiones húmedas que en las áridas. su grado de Cristales de Cuarzo Podsol . el manganeso y la materia orgánica. Los compuestos de manganeso y la materia orgánica producen colores oscuros en los suelos. El color del suelo depende tanto de los procesos pedogenéticos (que lo originan) como de la composición de la materia madre de la que se derive. el color cuarzo del suelo se lo proporcionan pequeñas cantidades de óxidos metálicos como el fierro. condiciones de reducción química. La mayor parte de los minerales constituyentes del suelo son de color claro como el cuarzo y los feldespatos. así como. Los suelos que contienen fierro son rojizos debido a los compuestos férricos si están bien aireados y son de color amarillo si tienen aireación intermedia. es decir. El color es un indicador de varias características importantes del suelo como su origen geológico y el grado de intemperización del material edáfico. el contenido de materia orgánica. la condición de drenaje y aireación del suelo. es atribuido a Ilmenita Goethita . El color es una característica de los suelos que se relaciona con el material parental. En ocasiones las arenas deben su color negro a la presencia de magnetita (Fe3O2) o de ilmenita (titanato de fierro. indica. no es totalmente cierto. ricos en calcio. sin embargo. por ejemplo. FeTiO3). contenido de material orgánico. al 0. abundancia de materia orgánica. El color no es un indicador muy confiable de las condiciones del suelo debido a que hay otros factores que tienen mayor importancia. el color gris de un horizonte en suelos mal drenados se debe a los compuestos ferrosos del suelo. Se utilizan 3 variables de matiz (hue) que varía del rojo al amarillo. pero un color similar es resultado de la lixiviación del fierro y de materia orgánica del horizonte A2 de los podsoles. negro. donde 5 Y R representa el matiz. indica abundancia relativa de hematita (Fe2O3). la intensidad (value) que se define como pureza y varía de 0 a 10 y que es modificada por el tono (Chroma) que varía del 10. blanco.oxidación y reducción. en suelos derivados de caliza. es común en suelos tropicales con buen drenaje y aireación y por lo tanto buena estructura. El color amarillo u ocre. El color rojo. Color 5 Y R 5/4 = Olivo. lixiviación o acumulación de compuestos químicos. Por ejemplo. generalmente.Color negro. 5 intensidad y 4 tono. magnesio o sodio. Color violeta. Color moteado es debido a oxidaciones o reducciones incompletas y condiciones de aireación y drenaje. produce tonalidades amarillo herrumbre más o menos amarillento. Los estratos superficiales de color oscuro absorben el calor con mayor Hematita Vesuvianita . Goethita y estilphosiderita. nombre genérico para los óxidos hidratados de fierro. que se reducen en condiciones de suelos pantanosos o de manto freático elevado. con elementos blanquecinos. que está mezclada con otros colores. El color azul se atribuye a la vivianita. es atribuido al magnesio y es un color que identifica a la terraroxa del Brasil. Fe3(PO4)•8H2O. en general es atribuido a materiales parentales pobres en fierro o a remoción del fierro por agentes quelantes o agua ácida o bien cuando existen condiciones permanentes de saturación de agua. amarillo y rojizo de los horizontes plínticos. Color anaranjado o rosado. son consecuencia de la mezcla de hematita. Cuando el fierro es producto de la destrucción del humus. caliza o arena silicea. característico de los horizontes gley. Colores azul y verde. a la estilpnosiderita (Fe2O3n • H2O). en este caso se debe a la limonita. Por sus características sobresalen los jaspeados o marmoreos.Limonita la Goethita (Fe2O3 n •H2O o Fe•HO2). en donde aparecen bandas de diferentes colores como el gris. son debidos a la presencia de compuestos ferrosos. Color gris. El mecanismo por el cual se produce la carbonatación es la reacción del dióxido de carbono de la atmósfera con las sustancias alcalinas de la solución de los poros y con los componentes hidratados del hormigón. un hormigón puede presentar varios niveles de penetración de la carbonatación que estaría relacionado con la calidad del hormigón en cuestión. La carbonatación es un fenómeno natural que ocurre todos los días en miles de estructuras de concreto en todo el mundo. Por lo tanto. La carbonatación es también el proceso por el cual la alcalinidad de un hormigón se ve afectada por los efectos de las reacciones causadas por atmósferas contaminadas con anhídrido carbónico desprotegiendo a la armadura. en este momento es imposible proteger la armadura. generalmente. disminuyendo la alcalinidad a los valores antes mencionados (un pH 9 ó 9. El mecanismo de reacción es relativamente complejo e intervienen en él la cantidad de sodio y potasio presentes en el cemento. de excepcional importancia en la durabilidad del hormigón. Es un proceso bien sabido por los .5). ha comenzando la oxidación (corrosión). Esto genera un descenso del pH del hormigón por debajo de un valor crítico situado alrededor de 9.Caliza facilidad que los de colores claros. Las posibilidades de difusión de la carbonatación están en relación al tiempo y a la profundidad. el hidróxido cálcico se transforma en carbonato. Cabe hacer notar que aunque el color del suelo influye en el calentamiento de los suelos sin vegetación. Se trata de un caso especial de ataque ácido. La carbonatación es el proceso por el cual el hormigón de recubrimiento pierde la alcalinidad que mantiene protegida la armadura. es mayor a menudo tienen un mayor contenido de humedad. Cuando la humedad ambiental mezclada con anhídrido carbónico penetra por los poros.5. Por lo tanto. Se produce avanzando desde el exterior. su efecto es mucho menor en suelos forestados. pero a causa de su contenido en materia orgánica que. los suelos oscuros se calientan más lentamente que los suelos de color claro bien drenados. ENEMIGO DEL CONCRETO La carbonatación es un tipo de reacción ácida. El espesor del recubrimiento incide en la acción de estas variables. en esta situación el pH es de 12 ó 13. A partir de dicho valor no se puede garantizar la protección de la armadura. Las armaduras están protegidas frente a riesgos de oxidación por el recubrimiento y por la presencia del hidróxido de calcio. QUINTA LECTURA: LA CARBONATACIÓN. Esta protección se logra por la formación de una capa de óxido pasivo sobre la superficie del acero que permanece estable en el ambiente altamente alcalino. ¿En qué consiste realmente la carbonatación? La carbonatación en el concreto es la pérdida de pH que ocurre cuando el dióxido de carbono atmosférico reacciona con la humedad dentro de los poros del concreto y convierte el hidróxido de calcio con alto pH a carbonato de calcio. protege al acero de refuerzo ahogado contra la corrosión. y asalta al acero de refuerzo causando la corrosión. es posible que empiece la corrosión. que tiene un pH más neutral. Sin embargo. Cuando progresa la carbonatación hacia la profundidad del refuerzo.000 partes por millón (ppm) de cloruros para comenzar la corrosión del acero ahogado. avanza lenta y progresivamente hacia adentro desde la superficie expuesta del concreto.000 a 8. En concretos que no contienen acero de refuerzo. puede ser devastadora y muy costosa de reparar. la capa de óxido protectora y pasivadora deja de ser estable. sólo se requiere una pequeña concentración de CO2. La carbonatación es un proceso común y natural que causa la corrosión de las varillas de refuerzo. si el pH baja a un rango de 10 a 11. Por esta razón.03 por ciento) para que ocurra la carbonatación del concreto. A este nivel de pH (por debajo de 9. una investigación de la condición para la mayoría de las estructuras de concreto en proceso de corrosión debe siempre incluir un análisis de la profundidad de carbonatación. ¿Por qué es un problema la pérdida de pH? Porque el concreto. Aunque estos calentadores pueden liberar grandes cantidades de dióxido de carbono (el culpable de la carbonatación). no por ello es menos seria en términos del daño que provoca y del dinero que cuesta remediar sus efectos. En el concreto nuevo que tiene un pH de 12 a 13. con su ambiente altamente alcalino (rango de pH de 12 a 13). en el concreto reforzado. Algunos creen que la carbonatación es causada por los calentadores que queman combustible y que se usan en interiores. la carbonatación es. este proceso químico aparentemente inocuo. generalmente. se requieren aproximadamente de 7. el umbral de cloruro para la corrosión es significativamente menor (100 ppm o menos). Esta es la misma capa pasivadora que ataca los cloruros cuando alcanzan el acero de refuerzo expuesto a sales descongelantes y ambientes marinos. Es muy importante identificar la presencia de la carbonatación cuando también hay cloruros en el concreto. .5).ingenieros civiles que ha sido investigado y documentado perfectamente. Sin embargo. Aunque la difusión del dióxido de carbono a través de los poros de concreto pueda requerir años antes de que ocurra el daño por corrosión. que normalmente se encuentra en la atmósfera (0. un proceso de pocas consecuencias. resultando finalmente en el agrietamiento y astillamiento del concreto. Aunque la carbonatación es una causa de la corrosión menos importante que los cloruros. A humedad más baja. La reacción de carbonatación avanza más rápidamente cuando la humedad relativa en el concreto se encuentra entre 50 y 55 por ciento. Existen otros métodos y otros indicadores para detectar la carbonatación. en gran medida. debe haber presencia de humedad.5 adquirirán un color rosado brillante. mientras que las áreas con un pH mayor de 9 a 9. Después de soplar todo el polvo residual del espécimen o del substrato. Este cambio muy apreciable de color muestra cuán profundamente ha progresado el "frente" de carbonatación dentro del concreto. se pulveriza una solución de 1 o 2 por ciento de fenolftaleína en alcohol sobre el concreto. Así se explica por qué diferentes lados de la fachada de un edificio de concreto. mientras que la carbonatación puede haber avanzado a niveles más profundos en los otros lados del edificio. valoraciones de la profundidad del recubrimiento. pueden variar grandemente en la profundidad de sus frentes de carbonatación. Por encima de 75 por ciento de humedad. Factores que afectan la carbonatación Tal como se mencionó antes. Las agencias de prueba calificadas realizan estas pruebas rutinariamente como parte de una investigación de la condición en edificios y estructuras de concreto. estas investigaciones de la condición incluyen con frecuencia pruebas de resistencia del concreto. el proceso de carbonatación es completamente natural. La manera más fácil de detectar la carbonatación en una estructura es romper un pedazo de concreto (preferentemente cerca de un borde) en donde se sospeche que hay carbonatación. Las áreas carbonatadas del concreto no cambiarán de color. Además de las pruebas de carbonatación. evita en gran medida el ingreso del dióxido de carbono. la situación se revierte y los poros se bloquean progresivamente con agua. del contenido de humedad y permeabilidad del concreto.Afortunadamente para los ingenieros civiles y contratistas. contenido de cloruro y permeabilidad del concreto. Muchos años de protección contra la carbonatación pueden sumarse al concreto reforzado si los ingenieros civiles simplemente siguen las prácticas estándar para . Contenido de humedad del concreto: Para que tenga lugar la carbonatación. Aunque esto permite que se disuelva libremente el hidróxido de calcio. no hay suficiente agua en los poros del concreto para que se disuelvan cantidades significativas de hidróxido de calcio. la carbonatación es una condición relativamente sencilla de identificar y diagnosticar. Permeabilidad del concreto: El concreto permeable se carbonatará rápidamente. por ejemplo. pero éste es el método más fácil y común de detección. El aumento de carbonatación depende. Una fachada expuesta al mar puede tener poca carbonatación debido a su contenido constantemente alto de humedad. También se ve afectado por variables naturales que se encuentran en el concreto. las esquinas son también áreas donde con frecuencia el concreto no está bien compactado. Todas estas prácticas reducen la permeabilidad del concreto y hacen más difícil para que el dióxido de carbono se difunda a través de él. los pequeños hoyos pueden. . permitiendo que la carbonatación alcance rápidamente el acero. La realcalinización es una técnica bastante nueva que pretende restaurar la alta alcalinidad del recubrimiento de concreto extrayendo electroquímicamente un químico con alto contenido de pH en la estructura. Una grieta puede llevar a la carbonatación muy por debajo de la superficie expuesta de concreto. existen pocas opciones de reparación. Se trata también de una opción costosa con un historial muy limitado. los pequeños hoyos y otros defectos de la superficie deben rellenarse primero con un "mortero nivelante" para evitar roturas en el recubrimiento protector. Éstas incluyen relaciones bajas de agua/cemento. esta es una opción costosa y requiere la continuidad eléctrica del refuerzo. debe completarse un diagnóstico minucioso. uso de puzolanas tales como ceniza volante o humo de sílice y curado apropiado. agrietamiento y astillamiento inducidos por la carbonatación. Sin embargo. Un recubrimiento bajo del concreto y defectos de superficie tales como grietas y pequeños hoyos proporcionan una ruta directa hacia el acero de refuerzo. Del mismo modo. éste se difunde hacia el acero de refuerzo en dos direcciones. a veces.producir concreto de baja permeabilidad. la carbonatación conduciría a la corrosión y podría causar astillamiento en los bordes en muy pocos años. Recubrimiento del concreto y defectos de superficie: La carbonatación puede inclusive causar problemas de corrosión aun en concretos de alta calidad. Si el acero en estas áreas no tuviera un recubrimiento de concreto adecuado. Los huecos y los agregados expuestos de la superficie reducen el recubrimiento de concreto. Estrategias de reparación y protección La investigación de la condición debe siempre constituir la base para un enfoque de reparación y protección. así como también costos sustanciales para el mantenimiento progresivo. Durante la construcción original. Antes de que pueda prescribirse un remedio apropiado. Para estructuras a las que se ha diagnosticado corrosión. No pasará mucho tiempo antes de que el acero en el área de esta grieta empiece a corroerse debido a la pérdida de pasivación. Los bordes del recubrimiento de concreto son notables por su susceptibilidad a la corrosión inducida por carbonatación. Si los bordes o las esquinas tienen dióxido de carbono. compactación apropiada por vibración. Si ha de usarse un recubrimiento protector anticarbonatación. dar como resultado la pérdida de 12 mm o más del recubrimiento protector del concreto. Se puede elegir la protección catódica (PC) si el daño por corrosión es severo. la reparación del daño visible es sólo el primer paso para una reparación duradera del concreto dañado por la corrosión. donde puede medirse el coeficiente de difusión del CO2 de un material. Si sólo se resana el daño visible. Estas pruebas han demostrado que un recubrimiento anticarbonatación de alta calidad puede agregar protección a la varilla de refuerzo en una cantidad igual a muchos centímetros de recubrimiento de concreto. También se realizan pruebas. con frecuencia se emplean recubrimientos anticarbonatación. De manera similar. Es importante entender que no todos los recubrimientos resisten el dióxido de carbono. Los materiales a base de silicón tales como los silanos y los siloxanos son repelentes del agua. aunque detiene el progreso ulterior de la carbonatación. secando el concreto a tal grado que permita el ingreso más rápido del CO2. La investigación ha demostrado que existe todavía suficiente humedad en el concreto para continuar corroyendo la varilla de refuerzo. Sin embargo. Existen métodos de prueba estandarizados para evaluar la resistencia al dióxido de carbono de un recubrimiento. los recubrimientos anticarbonatación están específicamente diseñados para detener el ingreso del dióxido de carbono. En estas situaciones. Inhibidores de corrosión: Cuando el frente de carbonatación ha alcanzado ya la profundidad del refuerzo de acero. en efecto. acelerar la carbonatación. y que se pueden difundir a través del concreto que sirve de recubrimiento. Recubrimientos anticarbonatación: Para detener efectivamente el avance del "frente de carbonatación". la opción más factible es reparar y proteger el concreto. pero no evitan que entre el dióxido de carbono a los poros del concreto. también pueden incrementar la rapidez de carbonatación. no pasará mucho tiempo antes de que ocurra mayor astillamiento. Y al secar el concreto. pero el área total de ésta ha sido carbonatada. Las áreas resanadas cubren usualmente sólo alrededor de 15 por ciento de toda el área de la superficie. Esta es una técnica de reparación directa que atiende claramente la necesidad inmediata del propietario. los selladores penetrantes con frecuencia se usan erróneamente para proteger contra la carbonatación.Con frecuencia. sin preocuparse por las causas subyacentes. . pueden aplicarse en espray o con rodillos en la superficie de concreto antes de aplicar un recubrimiento anticarbonatación. los inhibidores de corrosión aplicados a la superficie. La tecnología actualmente en desarrollo de los inhibidores de corrosión puede ayudar a resolver la corrosión existente. Al contrario de las pinturas de mampostería o los recubrimientos elastoméricos comunes. El recubrimiento anticarbonatación. no podrá detener la corrosión existente que ya está teniendo lugar. El uso de tal recubrimiento puede. Muchos recubrimientos elastoméricos impermeables al agua no forman una barrera efectiva para el CO2. Los recubrimientos anticarbonatación deben ser recubrimientos respirables que puedan obtenerse en variedades rígidas o capaces de puentear grietas. Este enfoque utiliza el inhibidor de corrosión para tratar la corrosión existente en la varilla de refuerzo. La carbonatación es una causa seria de la corrosión del acero de refuerzo. La Química explica porqué el cemento endurece y la interacción entre éste y su entorno.proesval. hay otros tipos de procesos químicos que ocurren cuando se mezcla el hormigón. y el recubrimiento anticarbonatación agrega una protección efectiva. A diferencia de los cloruros.wikipedia. Waldemar A. donde los cloruros han alcanzado ya el nivel del refuerzo. con selladores y membranas. and Peter C.org/wiki/Carbonataci%C3%B3n http://www. Por supuesto. el papel de la carbonatación en la corrosión de la varilla de refuerzo se ha descuidado con mucha frecuencia. Klemm. Johansen. de marzo de 2002 Autores: Vagn C. tales como los aspectos misteriosos de la química . Referencias bibliográficas: http://es.com/revista/2000/dic2000/carbonatacion.imcyc. Los inhibidores de corrosión pueden probar su efectividad cuando se usan en situaciones similares.com/pdf/informes%20tecnicos/carbonatacionvsaluminosis. las pruebas de la profundidad de la carbonatación deben siempre incluirse en la evaluación del concreto dañado por corrosión.pdf SEXTA LECTURA: POR QUÉ LA QUÍMICA INTERESA EN EL HORMIGÓN? Adaptación del Artículo publicado en ACI Concrete International.htm http://www. Se tratará la química inorgánica básica del cemento y del hormigón bajo condiciones de servicio. Para evitar esto. Taylor Porqué interesa la Química? Interesa porque controla la vida extendida del hormigón. Este es un aspecto de la química. Cuando Joseph Aspdin patentó su cemento Portland en 1824. el hormigón es termodinámicamente inestable. pero cuán rápido ocurrirá esto? El hormigón hecho cuidadosamente con los materiales adecuados en las proporciones correctas. El aspecto importante es que el hormigón (el sistema de pasta de cemento que liga las partículas en el cuerpo de una piedra artificial) es inherentemente reactivo y. Un ejemplo de esto es el Panteón de Roma. lo cual es una forma de corrosión química. La pasta reaccionará a la exposición a la lluvia ácida o en la cantidad normal de dióxido de carbono en el aire. y aún miles de años. Esta reacción causa que las superficies se descascaren y carbonaten. dada su estructura particular y las . y gel de aluminio. el hormigón tiene el potencial para cambiar. y la durabilidad de la cosa real. que ha durado durante más de 2000 años. la resistencia. construido con un Cemento Romano puzolánico. puede durar durante muchos cientos. el silicato de calcio se hidrata para dar la resistencia al hormigón que lo convertirá otra vez a carbonato de calcio. Algunas de las estructuras tempranas de hormigón que se hicieron con el cemento de Aspdin aún están en pie hoy en día. gel de sílice. se tituló Una mejora en los Modos de Producir Piedra Artificial. En otras palabras. no a causa de que no sean importantes. Química y hormigón El primer principio para comprender es que.orgánica y de la química de superficies. Estos temas se dejan de lado. El Hormigón se consideró como una piedra artificial que tiene la apariencia. sino porque ellos no son el foco principal de este artículo. Cuando la pasta de cemento está expuesta a la atmósfera. ninguna destruida por desgaste. comienza a deteriorarse. y luego. pero la química no es solamente termodinámica. es también cinética. en un amplio sentido. el enemigo no es algún elemento exterior. varias reacciones químicas pueden deteriorar el hormigón. o el agua. la especificación de performance para los cementos. Ejemplos de agentes de exposición típicos que afectan la durabilidad son: Humedad y agua de napas. Sales descongelantes. En plazos. Ciclos de temperatura. las semillas de destrucción que pueden inocentemente contener dentro del hormigón mismo. cortos o largos. La humedad. Dióxido de carbono y contaminantes aéreos ácidos(NO2 y SO2). Como enfatizara Duff Abrams en su trabajo de seminario “Diseño de Mezclas de Hormigón”. El cemento portland es solamente un tipo de cemento hidráulico. que presentó en el Meeting de Diciembre de 1918 de la Portland Cement Association y luego publicado . el desarrollo de resistencia. sino más bien. es la química la que hace la diferencia en la permanencia del hormigón.condiciones de exposición. sin embargo. esa reactividad resultará en una durabilidad excelente o pobre. Ambiente marino. juegan el rol más importante en el fraguado. El cemento portland se endurece debido a un proceso químico llamado hidratación. se denomina ¨ Especificación de Performance Estándar para Cemento Hidráulico ¨. e incluye los cementos portland y los mezcla. y el eventual deterioro del hormigón. sin embargo. Esto significa que los minerales silicato y aluminato en el cemento portland reaccionan y se combinan con agua para producir la ¨ cola ¨ que mantiene juntos a los agregados que se denomina hormigón. Dependiendo de la composición del hormigón y las condiciones de exposición. A veces. y se deberá notar que la ASTM C 1157-00. o trabajable. El agua puede. sino que produce también presión localizada interna que puede provocar una fisuración severa del . se debería usar la cantidad más pequeña de agua que produzca un hormigón plástico. la temperatura influencia la velocidad del fraguado y el endurecimiento. Aunque el tamaño y la granulometría del agregado y la cantidad de cemento influyen sobre la cantidad de agua requerida para producir una mezcla trabajable. Por eso. la misma controla en una mezcla la resistencia del hormigón. El curado del hormigón por encima de ciertas temperaturas críticas puede conducir a la expansión y fisuración asociadas con la DEF. Entonces. en la presencia de humedad y oxígeno. disparar tales otros sucesos deletéreos como la reactividad álcali agregado(ASR) o la formación de etringita diferida (DEF). para entrar en el sistema. Varios factores externos del medio ambiente pueden iniciar las reacciones químicas destructivas en el hormigón. Algunos de estos factores incluyen sales descongelantes que contienen cloruro usados para tratar las carreteras en invierno. dependiendo de la calidad y naturaleza del agregado usado y la historia del curado del hormigón.en el Bulletin 1 del Lewis Institute. rociado de sales o exposición a las mareas del agua de mar. particularmente el hormigón con porosidad más abierta(debido a una relación a/c elevada). tales como sulfatos. la relación agua – cemento (a/c) dicta la resistencia del hormigón. El agua puede también actuar como un medio de transporte para especies potencialmente agresivas. La temperatura afecta la velocidad de las reacciones químicas. iniciarán la corrosión de la armadura. Los cloruros pueden lentamente difundir en el hormigón y. y suelos que contiene sulfatos o agua de napa. La oxidación del hierro para producir óxido de hierro es un proceso químico que genera un gran volumen de producto de oxidación que no solamente debilita estructuralmente al metal. y una regla práctica general es que una velocidad de reacción química se duplica por cada incremento de 10 °C en la temperatura. con un pH mayor de 12. mientras que el Tipo II provee moderada resistencia a . el pH disminuye y el carbonato de calcio finamente cristalino reemplaza a los productos de hidratación. se convierte en el foco de los agentes químicos agresivos exteriores como el dióxido de carbono atmosférico (CO2) y los gases ácidos que se disuelven en la humedad para producir la lluvia ácida. se expone más superficie del hormigón a un ataque químico posterior. destruyendo eventualmente los minerales hidratados del cemento que proveen la resistencia y la durabilidad. si el hormigón se coloca donde puede estar expuesto a los medios agresivos tales como cloruros o sulfatos. El Tipo I es cemento portland normal. la cal hidratada (hidróxido de calcio) reacciona con el CO2 para formar carbonato de calcio. Durante el diseño de una mezcla de hormigón. Aunque la caliza no es hormigón. permaneciendo en condiciones cuasi prístinas. Ha sobrevivido miles de años en el desierto de Egipto. La pasta de cemento es altamente alcalina. Por ejemplo. se deberá seleccionar otro tipo de cemento ASTM.recubrimiento de hormigón. Una vez iniciada la fisuración.5. Aunque el hormigón está compuesto de 10 a 15 % en peso de cemento portland. las inscripciones jeroglíficas han desaparecido. Un ejemplo de este comportamiento destructivo es el obelisco de caliza en el Central Park de Nueva York. se debe considerar la química. Una parte vulnerable del hormigón es la pasta de cemento. Como este proceso progresa lentamente. Bajo condiciones ideales de carbonatación (50 al 70 % de humedad relativa y una superficie de pasta expuesta). el hidróxido de calcio y las menores cantidades de sales alcalinas(de sodio y de potasio). puede corroer y desmenuzar las superficies expuestas. los efectos globales de la lluvia ácida son completamente similares. Este pH se debe a la presencia de los productos de hidratación. La lluvia ácida es agresiva. que es el mismo mineral que la calcita o la caliza. pero ahora después de solamente décadas de exposición a los gases ácidos en la atmósfera de esta ciudad. tal vez aún a velocidades de solamente un milímetro o menos por año. los métodos de ensayo normalizados de ASTM. La formación de etringita es un suceso normal y útil a medida que el cemento portland comienza a fraguar. Un ejemplo reciente de la importancia del curado y el control de la temperatura es la degradación del hormigón por DEF. y todas éstas se basan en el conocimiento fundamental de la química del cemento y el hormigón(Weaver. sin embargo. 1978). el mineral de hierro. es el proceso que provee suficiente humedad y energía térmica para promover el proceso de hidratación. El curado. los principios del ACI. puede provocar serios problemas de durabilidad. ellas tiene un impacto significativo sobre la durabilidad del hormigón. por eso.los sulfatos. y la arena. la reacción con otros materiales de cantera tales como la arcilla. y el Tipo V provee una resistencia mucho mayor a los sulfatos. y otras recomendaciones para el profesional de ingeniería sobre cómo diseñar las mezclas de hormigón. Después del enfriamiento. la experiencia de campo ha demostrado que no solamente el diseño de las mezclas. Ahora hay muchas especificaciones de normas ASTM. incluyendo la descomposición de la caliza. . Si su formación está muy demorada ( días o meses después que endurece el hormigón). sino también el curado del hormigón es muy importante. el clinker se muele junto con aproximadamente 5 % de yeso (sulfato de calcio dihidratado) hasta una finura tipo harina. redondeados denominados clinker. Las condiciones de curado controlan el desarrollo de resistencia y la fisuración térmica. la fusión parcial de estos componentes. Todo esto ocurre a la temperatura de 1450 °C en un horno rotatorio de una planta de cemento. Durante los pasados 10 a 20 años. y da origen a la formación de nódulos duros. por supuesto. Las reacciones químicas del cemento El cemento portland contiene silicatos y aluminatos de calcio formados mediante una secuencia de procesos térmicos y químicos. el silicato dicálcico. se introdujo una notación similar para los otros óxidos. y el aluminato tricálcico. 3 CaO. En 1915. El conocimiento presente de la composición química del cemento portland y lo que le sucede con él cuando se lo mezcla con agua fue primero revelado en 1887 por el químico francés Henry Le Chatelier(1905). 2 CaO.SiO2. y el aluminato tricálcico. por supuesto. Fe2O3 = F. los minerales silicato tricálcico y dicálcico. tales como 3CaO. En forma similar. Durante aproximadamente 100 años. identificó correctamente los minerales importantes del cemento como silicato tricálcico. Entre las fases minerales investigadas estaban. En el proceso de publicación del diagrama de fases en forma de triángulo. Otros se denominan . el silicato tricálcico.Al2O3 se transformó en C3A(Bogue y Steinour. Esta notación fue tan conveniente y útil que. De acuerdo con ello. Rankin y Wright. En su tesis doctoral. SiO2= S. Otros nombres para los minerales del cemento o sus hidratos entraron concurrentemente en el lenguaje y se usan comúnmente hoy en día.SiO2 – Al2O3. respectivamente. Los investigadores. MgO = M. estuvieron estudiando las relaciones de fase en altas temperaturas del sistema ternario CaO. en las futuras publicaciones durante los años siguientes.SiO2 podía escribirse como C3S. y aluminato tricálcico. en su composición impura como cristalizan en el clinker han sido denominados alita y belita. el silicato dicálcico. 3CaO. Na2O = N y K2O = K. 1961). 1994).SiO2.produciendo el producto final. Por ejemplo. Ca3SiO2. silicato dicálcico.Entonces. se inventaron ciertas abreviaturas simplificadas para las composiciones químicas de cada fase mineral. los científicos en el Laboratorio Geofísico en Washington DC. El problema adicional de la S del trióxido de azufre SO3 se resolvió simplemente indicándolo con S barra. cemento portland (Kosmatka y Panarese. y Al2O3 = A. el silicato tricálcico. H2O = H. se podría escribir también como la secuencia combinada de los dos óxidos. se transformó en C2S. usaron entonces la notación abreviada de CaO= C. En el siglo diecinueve. consumiendo el sulfato y formando más etringita. Solo él mismo. Si el cemento portland es del tipo ASTM Tipo I. el falso fraguado no era un problema.32H). portlandita para el hidróxido de calcio (CH en la notación abreviada) y etringita para el silicoaluminato de calcio hidratado(C3A. y luego comienza a eliminar sulfato de algo de la etringita (trisulfato) para formar otro compuesto estable sulfoaluminato de calcio denominado . tales como periclasa para los cristales de MgO en el cemento. Esta condición se denomina de falso fraguado. cuando el cemento desarrolló la resistencia lentamente debido a que era molido en partículas grandes y reaccionaba imperfectamente. el agregado de yeso (CSH2) al cemento eliminaron los problemas del falso fraguado. el exceso de C3A continúa hidratándose.(2 H2O). Eventualmente. sin embargo. Reacciones de hidratación normal La reacción más rápida que ocurre cuando se mezclan cemento y agua es la hidratación del aluminato tricálcico (C3A). La fórmula para la etringita en la notación de la química del cemento parece ser complicada. probablemente contiene más de 8% de C3A. con la introducción de hornos rotatorios. el yeso y el agua formarían un recubrimiento protector de sulfoaluminato de calcio hidratado(etringita)sobre las superficies expuestas de aluminato tricálcico que permanecería durante varias horas.(3SO2). Químicamente el C3A. una proporción más científica de los componentes de las materias primas y una molienda mucho más fina del clinker. Esto puede ocurrir tan rápidamente que el hormigón se puede volver espeso al cabo de unos minutos y volverse completamente intrabajable debido al calor emitido. que es un porcentaje mucho más alto que el sulfato presente. La hidratación del C3A se reactiva a medida que comienza el principio de fraguado.SiO2.por su nombre mineralógico equivalente. Cuando todo el sulfato ha sido combinado como etringita. pero es simplificada comparada a una fórmula química convencional (Ca5[al(OH)3]24 H2O. el C3A y el agua formarán rápidamente hidratos de aluminato tricálcico tales como C4AH13 y C2AH8. Ambos silicatos de calcio se combinan con agua para formar el silicato de calcio tipo gel hidratado. resulta de la hidratación de las fases silicato de calcio(C3S y C2S). Como un resultado de estas reacciones de hidratación y la disminución en el volumen de la pasta. para formar compuestos químicamente similares trisulfato y monosulfato. o C-S-H (ec. la fase ferrita que contiene hierro. aunque mucho más lentamente. sin embargo. Esta porosidad en el . C3ACSH12(ec.ferrito – trisustituidos) y AFm (aluminato – ferrito – monosulfato). respectivamente. el volumen total de los productos de hidratación es mayor que el volumen original del cemento portland y el agua. o el aluminoferrito tetracálcico(C4AF) también se hidrata. 1958). C3A + 3CSH2 + 26 H C6AS3H32 (etringita) (1) 2 C3A + C6AS3H32 + 4 H (monosulfoaluminato) 3 C4ASH32 (2) El desarrollo de la resistencia principal del hormigón. Un cuarto mineral importante en el cemento. Los químicos del cemento genéricamente denominan a éstos las fases Aft( aluminato. en los que el hierro (Fe2O3)reemplaza una porción del aluminio(Al2O3)(Steniour.monosulfato. 1 y 2). se crea un sistema de poros capilares. 3 y 4) 2 C3S + 6 H -S-H + 3 CH (3) 2 C2S + 4 H C-S-H + CH (4) Microestructura de la pasta de cemento Cuando endurece el hormigón debido a la hidratación de la pasta de cemento. 6 y más altas. el sistema de poros se vuelve aislado en racimos más pequeños no conectados de poros. pueden incluir sodio y cloruro. y las fases sólidas presentes. que son los minerales del cemento originales. Si el hormigón está saturado de humedad. Estos racimos pequeños próximos a la superficie se pueden volver saturados con solución y reactivos disueltos. Para el hormigón con una relación a/c de 0. A través de fisuras en la estructura de la pasta. tiene que poder entrar al hormigón y moverse a través de la estructura de poros. Con una relación a/c decreciente. el sistema capilar será continuo (sistema percolador) y agentes agresivos se moverán fácilmente a través de la masa de hormigón. solamente la pasta tomará parte en el transporte de iones reactivos en el hormigón. sus productos de hidratación y. algunas de las fases sólidas se disuelven y precipitan nuevas fases. a medida que pasa el tiempo. en la forma del sistema capilar de poros. Los iones de fuentes externas. hay tres posibilidades para el movimiento de agua: A través del sistema capilar.hormigón gobierna su grado de susceptibilidad a varios factores químicos que tienen una influencia profunda sobre la durabilidad. posiblemente superficies de agregados susceptibles. La conectividad de estos sistemas es crítico en controlar cuán lejos y rápido las soluciones se pueden mover en el hormigón. Cualquier movimiento posterior a través de la pasta tiene que ocurrir a través del gel C-S-H o a través de los productos de hidratación. tales como las sales descongelantes. Las reacciones de mayor interés en la pasta de cemento son aquéllas entre los componentes de la solución en los poros. sin embargo. en el caso de RRAA. De manera de que el agua esté disponible. aluminato y sulfato. El transporte en solución de las diversas sustancias que participan en las reacciones controla la velocidad a la cual ocurre la reacción química. la solución de los poros llenará ambos el sistema capilar de poros y las fisuras en la pasta. Si se descartan las fisuras en el agregado. A través de los productos de hidratación. La velocidad de transporte del líquido a través de la fase C-S-H está en el orden de 1000 veces más lenta que la que ocurre a través de los . Estos son principalmente iones oxhidrilo (OH-) e iones alcalinos (K + y Na+) así como menores cantidades de iones calcio. Este es el punto en donde es evidente la importancia de la microestructura de la pasta. donde se hace parte de la solución de los poros a partir de los materiales sólidos. Esto significa que. En tal sistema. El hormigón hecho con una relación a/c alta y sujeto al agua subterránea que contiene sulfato de sodio puede ser dañado por otro mecanismo. pueden también provocar . Si el cemento contiene una cantidad elevada de C3A se formará una cantidad sustancial de la fase monosulfoaluminato de calcio(Afm) durante la hidratación. el movimiento de una solución será proporcional al número y tamaño de las fisuras. Con suficiente fisuración. Esta sustancia es reactiva. las fisuras mismas pueden formar un sistema percolante conectado dentro del hormigón y que permita que los reactivos disueltos se muevan dentro del sistema más rápidamente. El mecanismo de ataque a los sulfatos es relativamente simple. el hormigón eventualmente será destruido. el humedecimiento y secado sobre la superficie expuesta al aire resulta en el deterioro serio. aún con el uso de tipos de cemento II y V. Los estudios efectuados en California han demostrado que. Si están presentes las fisuras llenas de líquido. aún si los poros capilares representan solamente el 1% del transporte total a través de la sección transversal. La producción de cementos Tipo II y V intenta particularmente proveer la resistencia a la exposición deletérea a los sulfatos. Por eso. provocará que el monosulfato reaccione rápidamente con él y lo convertirá otra vez en la fase Aft.poros capilares. Las reacciones químicas locales en el hormigón. y un sulfato adicional de la fuente exterior tal como el suelo o el agua subterránea que penetra en el hormigón. Además. La conversión de la fase monosulfato a etringita resulta en un incremento significativo de volumen y es destructivo para el hormigón. las fisuras también proveerán cortocircuitos entre los racimos de poros y por ello expondrán capas más profundas de hormigón a la solución penetrante. El tipo más común de ataque químico sobre el hormigón resulta de la exposición a los suelos o agua subterránea que contiene contenidos elevados de sulfatos. ellos proveerán también el 90% del transporte de la solución. si el agua puede percolar a través del hormigón. y ha sido conocida durante muchos años. Química y fisuración Las fisuras en el hormigón se pueden desarrollar por una razón física tal como la contracción por secado o la carga mecánica. El daño es principalmente debido a la recristalización repetida de los sulfatos y carbonatos alcalinos durante los ciclos de secado (Stark 1989). Esta enfermedad es una ocurrencia común en el oeste de los Estados Unidos. o etringita. Si esto se permite que continúe. sin embargo. Cualquier reacción química que dependa únicamente del transporte a través de CS-H es desestimable con propósitos prácticos. hay dos modos básicos de expansión: El agregado se puede expandir con relación a la pasta de cemento. La expansión en la superficie provoca que la parte interior de la partícula esté bajo tensión de tracción. En el hormigón de campo expuesto a los elementos agresivos. las muestras de hormigón interior se debe examinar microscópicamente o químicamente. la expansión observada es igual a la suma de los anchos de las fisuras. Cuando se dejan caer los cubos de hielo en una bebida y se escucha el sonido de una crepitación familiar – éste es el sonido del hielo que se calienta en el exterior. y luego la fisuración. en un sistema compuesto de partículas que se expanden en una matriz. Una fisuración de la partícula. provoca que las partículas se fisuren y la fisura se extienda hacia fuera dentro de la pasta circundante. tal como las partículas de agregado que sufren la RRAA. El hormigón es un material quebradizo y por eso se puede expandir solamente hasta un grado limitado antes de la fisuración. es realmente una experiencia casi común. y desde un punto de vista de la fisuración. En términos amplios. Este concepto es realmente un poco contraintuitivo. un desarrollo de presión interna. y La pasta de cemento se puede expandir con relación al agregado. La contracción de la pasta de cemento es un fenómeno común relacionado con la hidratación. Qué sucedería si la pasta realmente se expande con relación a las partículas de agregado? Cuando la pasta de cemento se expande con relación a las partículas de agregado. como se tiene en el DEF. cuando se expande desde la superficie. . La expansión de las partículas es una pasta endurecida.una expansión. es equivalente a la expansión de las partículas de agregado. para determinar la causa de la expansión interna. Si no es posible determinar la causa de la expansión y la fisuración por la aparición del patrón de fisuras sobre la superficie del hormigón. Se deduce de consideraciones físicas que. y se fisure desde la parte interior hacia fuera. se forman las fisuras radiantes desde las partículas en la matriz. se abren espacios alrededor de las partículas. en que uno podría esperar que la pasta que se expande realmente rompa la partícula más bien que crea un espacio alrededor de ella. expandiendo y luego fisurando. Esto es similar a la cuestión de si un agujero que ha sido perforado a través de una pieza de metal se volvería más pequeño o más grande en diámetro a medida que el metal se calienta y expande. solamente un mínimo grado de reacción puede ser necesario para provocar la fisuración. En varios casos. debido a la concentración altamente alcalina (sodio y potasio). son las rocas silíceas tales como el ópalo. en todas las direcciones. 1993). disuelve la sílice reactiva sobre las superficies del agregado para formar un gel de sílice alcalino. No hay distorsión. En tales casos. reaccionarán más lentamente. El debilitamiento se debe solamente a las fisuras. Aunque cualquier forma de sílice puede reaccionar con los hidróxidos alcalinos en teoría. la pasta entre las fisuras mantiene su composición y resistencia. y materiales volcánicos vítreos los que parecen ser los más reactivos. En el deterioro por RRAA. La evidencia visual resultante de la reacción es el “mapa de fisuración” observado sobre la superficie del hormigón. provocan que las partículas de agregado y la pasta circundante se fisuren. contraerlas a su tamaño original. Qué ha sucedido? Las partículas entonces se desparraman alrededor de los agujeros y. Reactividad álcali – sílice La reacción química AA ocurre entre la solución altamente alcalina de los poros (pH muy alto) y las porciones silíceas reactivas de algunas partículas de agregados. las fisuras se interconectarán y conducirán al debilitamiento del hormigón. Luego. se expande en un 20%. Los agregados silíceos reactivos formarán un gel de sílice – álcali comenzando en la superficie del agregado y moviéndose hacia adentro. incluyendo la pasta y el agregado. tales como los granitos. Los esfuerzos de tracción producidos durante la reacción. Las . ni fisuración. La gran cantidad de iones oxhidrilo (OH-) presente en la solución de los poros. y el hormigón es de alguna manera más extendido. Las rocas policristalinas más densas. además. Expansión de la pasta La RRAA es un ejemplo de una reacción química en la cual el agregado en el hormigón juega un rol en el mecanismo del deterioro.Una manera de comprender el fenómeno es considerar al hormigón constituido por agregado que no se expande. estos espacios son proporcionales al tamaño de las partículas. dado que las partículas de agregado no se expanden. el chert. la reacción álcali – árido provoca el incremento de volumen (Helmuth. dado que cada fractura interna en el hormigón crea un espacio vacío. La reacción química ocurrirá en aquellas áreas heterogéneas de los bordes de los granos. suponer que el hormigón. y efectuar la siguiente experiencia imaginaria. Primero. pero la diagnosis es relativamente simple. sin embargo. o etringita. y más frecuentemente por encima de 80 °C. sin embargo. Lo que está claro. La maduración de Ostwald es un principio químico general. La formación de etringita ocurre en la pasta y está distribuida uniformemente. es que la química importa. Esto significa que los cristales pequeños tienen una mayor solubilidad que los grandes en cualquier espacio disponible. sino más bien el resultado de un proceso de recristalización normal conocido como ¨ maduración de Ostwald ¨ . En el hormigón afectado de DEF. no están aún bien comprendidas en este momento. A ciertas temperaturas. . se observa generalmente la fase Aft . sin embargo. de la expansión de la pasta en el hormigón afectado. tal como las fisuras y poros. Considerando la DEF. Los resultados DEF de una reacción química o conjuntos de reacciones. han sido un tópico de atención en las discusiones durante algún tiempo. Ciertas porciones de etringita se pueden consumir en el C-S-H o puede permanecer en solución. Dentro del hormigón maduro expuesto a las condiciones húmedas. y la cristalización del hidróxido de calcio se comporta en una manera similar. aún si no se comprende completamente la secuencia precisa de las reacciones. Un signo de la expansión de la pasta es la presencia de vacíos o fisuras alrededor de las partículas de agregado. Generalmente. resultya el deterioro. el agua.reacciones relacionadas con el sulfato son un grupo que involucran solamente a la pasta de cemento. Esto no es una indicación de daño. en sistemas que contienen cementos de sulfato normal. generalmente por encima de 70 °C. la etringita se vuelve inestable porque aumenta su solubilidad. la etringita llena estos vacíos. Hay también ejemplos de la expansión de la pasta que muestran espacios vacíos. la etringita se encuentra generalmente en los poros y fisuras. Las reacciones DEF que están asociadas con la exposición del hormigón a altas temperaturas durante el curado. La etringita es un producto de la hidratación normal. formado por la reacción química entre las fases aluminato del cemento. una temperatura alta del hormigón a una edad temprana es un parámetro muy importante. y el sulfato de calcio(yeso). Donde los componentes de la etringita se van después de su descomposición no está clara. Esta temperatura es fuertemente dependiente del contenido de álcalis y otros factores de composición del cemento que son menos comprendidos. después del enfriamiento a temperatura ambiente que sigue al tratamiento térmico. Por eso. Los cristales bajo presiíon tienen una solubilidad más alta que aquélla que tendrían cuando no están bajo presión. Esto provocará un esfuerzo en la pasta circundante alrededor de la partícula. En esta forma. estas partículas continuarán reaccionando con sulfato en la solución de los poros. Conclusión Volviendo a la pregunta original: Porqué importa la química? La respuesta se puede resumir como sigue: la química importa porque la composición del hormigón y su comportamiento se basan en una variedad de reacciones químicas que varían desde el fraguado original y el endurecimiento de los constituyentes del cemento a las propiedades ingenieriles deseadas. como una clase de esfera de influencia: Si la presión creada es mayor que la resistencia a la tracción de la pasta. el hormigón contendrá partículas de aluminato anhidro. el crecimiento del cristal se interrumpe y la presión actuará localmente sobre la partícula y su entorno. Si la solubilidad aumenta hasta un nivel correspondiente con la concentración real en la solución de los poros. por eso. Durante el paso del tiempo y el curado húmedo del hormigón. con fases AFm y AFM. ésta se fisurará. La pasta endurecida. Si las partículas reaccionantes están suficientemente próximas una con otra. y la fase primaria aluminato hidratada es monosulfoaluminato de calcio (AFm). liberado del C-S-H que lo tenía inicialmente absorbido durante el tratamiento con calor. Por encima de ciertas temperaturas la etringita es inestable. lo hará también la solubilidad. dependiendo de la composición de la solución de los poros. El sulfato. La pasta endurecida confina a las partículas reaccionantes y el volumen de la AFm y la etringita (Aft) formadas provocarán una presión localizada.La siguiente es una explicación posible de la expansión de la pasta observada relacionada con las partículas anhidras e hidratadas de aluminato en la pasta de cemento endurecida. la presión aumenta y. resultará una expansión volumétrica. el mortero. tratados con calor así como el hormigón curado normalmente son todos lugares donde uno puede encontrar partículas de clínker no hidratadas en cantidades varias. mantiene la concentración de sulfato de la solución de los poros. Cuando más y más fases AFm y Aft se formen sobre las partículas. la partícula reaccionante puede actuar como un centro de presión local. Se forman la etringita y las fases AFm. LA durabilidad del hormigón depende de los . El hormigón endurecido es químicamente reactivo. cerca de París. SÉPTIMA LECTURA: EL ESTUCO El estuco es una pasta de grano fino compuesta de cal apagada (normalmente. columnas pareadas y elaborados altares—. basada en pinturas y diferentes tipos de morteros. El estuco se empleó ya en las antiguas Grecia y Roma como base para las pinturas al fresco. especialmente en Baviera y Austria. que permite la obtención de diferentes texturas. Rafael y otros artistas de la época utilizaron frisos de estuco coloreado para decorar palacios y pabellones. se adapta a cualquier tipo de construcción o época. El arquitecto inglés Robert Adam también lo empleó para sus exquisitas ornamentaciones de paredes y techos. Dada su versatilidad. Admite numerosos tratamientos. tallándolo en forma de mocárabes. El estuco blanco se utilizó mucho en los muros de las iglesias. las condiciones de curado y la exposición a una variedad de efectos ambientales. cales aéreas grasas). es esencial para diseñar mezclas de hormigón adecuadas y erigir estructuras en una manera de controlar o compensar adecuadamente la reactividad química. interiores o exteriores. algunos de cuyos restos se conservan en Roma y Pompeya. Entre los más relevantes destacan los relieves de Francesco Primaticcio (1533-1565) para el castillo de Fontainebleau. Además de la . el pulido para darle una apariencia similar al mármol y el pintado polícromo con fines decorativos. donde los palacios e iglesias de peregrinación presentaban estucos polícromos con infinidad de formas —motivos especulares. que más tarde se difundieron por toda Europa. que se endurece por reacción química al entrar en contacto el carbonato cálcico de la cal con el dióxido de carbono (CO2) y se utiliza sobre todo para enlucir paredes y techos. siendo una forma de terminación o decoración de paredes y techos. en ocasiones para pintar figuras de ángeles. en estilo neoclasicista. este material alcanzó sus cotas más espléndidas durante los siglos XVII y XVIII. mármol pulverizado y pigmentos naturales. El término estuco proviene del italiano "stucco". Durante el renacimiento italiano se perfeccionaron un gran número de técnicas. atauriques u otros motivos ornamentales como los que se pueden contemplar en la Alhambra. Los árabes lo utilizaron con frecuencia para sustituir al mármol. Por eso.procesos químicos que desarrollan tanto el cemento como los agregados. Sin embargo. entre los que destacan el modelado y tallado para obtener formas ornamentales. Tanto el barroco como el rococó decoraron con estuco sus interiores. Las reacciones químicas que ocurren durante la hidratación de los minerales del clinker determinan la micro estructura del hormigón. con diferentes tonalidades de color. húmeda o saturada. mas aun los cambios de estado como son los líquidos. El estuco más famoso es el veneciano. Es un revestimiento que se inventó en Venecia (Italia) a comienzos del siglo XV. lisa y brillante como un cristal. estructuras y de que se compone la misma. que se suelen barnizar con ceras o aguarrás. contaminación de aceites. sólidos y gaseoso. Se deja secar la aplicación durante 12 horas y se aplica una segunda capa no mayor a 3 mm para dar el acabado final. y se aplica una capa de 2 a 4 mm cubriendo todo el área con una llana lisa. que ya hoy en día puede servir en algunos casos de mejor conductor de electricidad. los morteros están compuestos de cal. Puede estar seca. También puede estar compuesto por yeso o escayola. de gran belleza. polvo u otras sustancias extrañas. APLICACIÓN La superficie debe estar sana y limpia. refuerza el muro y lo impermeabiliza. también llamado "Lustro Veneciano". OCTAVA LECTURA: LA QUIMICA EN LA INGENIERIA CIVIL Como todos sabemos. la Química es el estudio de composición de la materia. En el estuco de nueva generación. aunque existen otros como el plasma y mas por investigación científica moderna. resinas y colas naturales. le dieron una mayor perspectiva para exponer la construcción y darle una calidad de vida . arena de mármol y pigmentos naturales. Una vez comenzado el secado se le puede dar textura. Sobre una superficie fina de cemento o yeso: Se aplica el estuco con una llana lisa cubriendo toda la superficie con una capa no mayor a 4 mm. permitiendo la transpiración natural. Su acabado muestra una pared plana. como son sus propiedades. Sobre bloque: Se Humedece ligeramente la superficie. libre de partes sueltas.función decorativa. pero libre de encharcamientos. COMPOSICIÓN Dentro del estuco tradicional. se suele añadir resina sintética. Pero ¿en qué se relaciona la química en la ingeniería civil? Desde la antigua Grecia quienes desde una manera sistematizada propusieron algunas teorías sobre la composición de la materia y dieron a exponer un metal precioso como fue el oro. el agua. en las cuales el profesionista que pretende aplicar métodos de tratamiento físicos o químicos. los comportamientos de la madera impermeabilizada. está expuesta a comprender unos series de transformaciones o cambios en su estado. todas estas y muchos más comportamientos el ingeniero debe tener en cuenta la estructura interna y las propiedades de los dicho materiales debido a que como ingenieros debemos determinar la aplicación adecuada y la capacidad de desarrollar un mejor método de procesado. el saneamiento. aluminio. puentes. de que se componía el aire. como son la Hidrología. el vidrio. entre otros. etc. Ya aun en esta época tenían inquietudes sobre los comportamientos del clima. el hormigón. túneles. Gracias a la Ingeniería Civil. aditivos. además de los materiales de construcción también observamos qué nos proporciona los recursos de sostenimiento para mejorar la calidad de vida. debe de entender claramente conceptos básicos como concentraciones (molar. los procesos de combustión. los comportamientos del Acero con el concreto. la flora. la arena. acelerantes. la cal. teorías ácido-base y las técnicas de valoración del grado de acidez de una sustancia. el cambio de estado del metal expuestos a baja y altas temperaturas como se sabe tienden a expandir o contraerse. y muchos más son vistos y diseñados para en un momento dado mezclar algunos de estos componentes y darle varias características a la tarea que se vaya a realizar. entre otros. plástico. El acero es fundamental para la Ingeniería. como son los templos en Grecia. ppm o % en peso). de purificación a las aguas residuales. cemento. diseños urbanísticos. cobre.sumariamente mejor. según el ambiente en el que se encuentre. castillos. esta reacción química solo toma una pequeña parte de H2O y la mayor regula la viscosidad o resistencia. el bambú.. como pueden ser la resistencia al concreto. retardantes. como bien es el proceso de endurecimiento del concreto respecto a la relación agua. Podré dar un ejemplo básico y elemental sobre un punto de encuentro de la química en la ingeniería. Estas aéreas además de la construcción pueden ser la Hidráulica. . la Ingeniería Sanitaria y Ambiental. normal. entonces pasando al siglo XXI y tras de muchos años de investigación la materia como tal. caucho. como son los materiales: Los más destacados comúnmente son la madera. ésta es multidisciplinaria. las propiedades del asfalto. ladrillo. acero. En la ingeniería son muchos los factores que determina la química para las construcciones. ya que gracias a la composición química le proporciona una mayor resistencia y mayor deflexión para tener un mejor soporte en las cargas vivas y muertas..cemento. pH. que son materia de diseño más avanzado que podrían determinarse en represas. es decir que maneja una gran extensión en campos que pueden desempeñar. Vías. la ingeniería egipcia. pero a demás de construir e ingeniar como profesionales también debemos observar. la acción de los sulfatos que actúan especialmente sobre el aluminato tricalcico (el H2S formado en las aguas negras es liberado de la solución como un gas en la atmosfera de la tubería y deteriora el concreto). mencionare una de ellas como son la eflorecencia: que se representa como un deposito de sales en su entorno.com/ensayos/La-Quimica-En-La- Ingenieria-Civil/3570907. ferritos hidratados. aluminatos. es de muy importancia conocer estos tipos de daños que frecuentemente afectan en la vida útil de la obra. Igualmente emplear buenos materiales y mejorar diariamente la calidad de vida en el mundo entero. tanto así como los gases tóxicos a las edificaciones por contaminación de las empresas industriales. diagnosticar e idear una intervención (rehabilitar) sobre los problemas u enfermedades que se puedan presentar al concreto y el acero. es que debemos no solo preocuparnos por la durabilidad de las estructuras si no también que su proceso de obtención no vayan a perjudicar las condiciones ambientales.Realmente son muchas las relaciones que podemos encontrar con respecto a la química en la Ingeniería Civil. Referencia Bibliográfica: http://www. la corrosión: que es la desintegración o deterioro del concreto o del refuerzo por el fenómeno electroquímico de la corrosión que bien puede evitarse. La patología por lixiviación del Ca(OH) que conduce a la destrucción de los otros componentes: silicatos.buenastareas. estos son unos de los conocimientos que como profesionales debemos tener en cuenta para diseñar un buen diagnostico y pretenderle dar el mejor uso de químicos y disoluciones al momento de aplicarlos. Francisco Pastrán Beltrán . Una pequeña conclusión de la relación existente de la química en la ingeniería. minimizarse o incluso hacerse reversible.html Editado por Lic.