La carbonatacinen edificios de Santiago Autores: Hugo Barrera V., Ing. Civil. Prof. Depto. Ing. OO.CC. U. de Santiago de Chile 1 Miembro de la Red Rehabilitar del CYTED Horacio Prez G., Ing. Civil. Romn Sandoval P., Ing. Civil. RESUMEN Entrelasagresionesambientalesalhormigon,unadelasmascomunesenlas grandesciudades,esladeldioxidodeCarbono,CO2 ,elcual,unidoalahumedad ambiental,ingresanalhormigonatravesdesusporos,generandoelataquepor carbonatacion, el cual no es suIicientemente conocido y, por tanto, no se toma conciencia de sus peligrosas consecuencias. PartesdelaproblematicasonladiIicultadparaobtenertestigosapropiados,la escasezdemetodosdedeteccionprecisosylaabsolutacarenciadelainIormacion ambiental necesaria para establecer el riesgo de ataque. Enestetrabajosepresentaunestudiodedetecciondelapresenciadecarbonato decalcioenhormigonesdediversosediIiciosdelaciudaddeSantiago,atravesdetres metodos cualitativos: uno tradicional, el empleo de IenolItaleina, de aplicacion en terreno y dos metodos de laboratorio, de ultima generacion, que no habian sido reportados en la literatura tecnica: la diIraccion de Rayos X y la termogravimetria. Seobtuvieronmuestrasde11ediIiciosdediversascomunasdeSantiago,de distintasedades,yentodosellosseconstatolapresenciadecarbonatodecalcioen distintas proporciones. Un estudio meteorologico de diversos porcentajes de humedad relativa, dentro de losumbralesreconocidoscomopeligrosos,unidoalainnegable,aunqueno adecuadamentecuantiIicadapresenciadeCO2 ,permitepronosticarglobalmentequela carbonatacionpodria,alargoplazo,llegaraconstituirseenunpeligrorealparalos ediIiciosdeSantiago.Seproponenalgunasmedidasparamitigarelproblemaenlos ediIicios existentes y para controlarlo en las nuevas construcciones. 1 Casilla 442-2 Santiago. Fax (56-2)776 1581. e-mail: hbarreralauca.usach.cl 1. INTRODUCCION El hormigon se constituye a partir de la hidratacion de su principal componente, el cemento.Estenecesita una determinada cantidad de agua para hidratarse. Sin embargo, una parte de ella se evapora y, en su salida, produce una red de capilares y microporos al interiordelhormigon,queposteriormentesellenadeaire.Estaredesunodelos principalesproblemasdepermeabilidadquepresentaelhormigon,yalagregarlela permeabilidadpropiadelosaridosylasIisurasproducidasporlasretraccionesde Iraguado y por temperatura, se obtiene un material poroso ypermeable. Son estos poros los que permiten el paso a los agentes agresivos del medio al interior del hormigon. Enprincipio,las barras de acero estan protegidas contra la corrosion, puesto que estan embebidas en el hormigon, medio alcalino que les asegura estabilidad quimica. Esta proteccion, puede romperse con la presencia de cloruros, sulIatos o por la penetracion de CO2 en el hormigon. Es este ultimo gas el de interes en este estudio, siendo el que origina el Ienomeno llamado Carbonatacion. Amenudopocoatendida,lacarbonatacionesunprocesodeavancelentopero continuoque culmina con la corrosion del acero en el hormigon armado y llega a daar seriamenteunaestructura.Elperjuicioyelcostoqueestopuedeacarrearsonrazones suIicientes para justiIicar el desarrollo de este estudio, en el que se deIine el Ienomeno, se explica como se produce y se resea como se detecta a traves de metodos tradicionales y otros mas innovadores. 1.1Significacin del estudio El Ienomeno de la carbonatacion ha sido muy poco estudiado en el pais (ReI 1 a 3), entreotrascausas,porladiIicultaddeobtenertestigosparaestudiarlo.Ademas,porser demuylentodesarrollo,sehaprivilegiadoelestudiodelacarbonatacionaceleradaen camaras ad-hoc.( ReI.4).Este es el primer estudio realizado en ediIicios comunes. 1.2.Objetivo General. EstudiarelIenomenodelacarbonatacionenmuestrasdehormigonarmado extraidas de demoliciones. 1.3. Objetivos Especficos. Determinarlapresenciadelacarbonatacionenconstruccionesantiguasdela ciudad de Santiago. Detectar la carbonatacion a traves de diIerentes metodos cualitativos. Estudiar el riesgo de carbonatacion en la ciudad de Santiago.. 1.4Alcances y limitaciones. En este estudio se pretende conocer en proIundidad el Ienomeno de carbonatacion delhormigonarmado,proporcionandopreviamenteunmarcoteoricocontundente,para posteriormente comprender el Ienomeno de una manera simple y sencilla. Elestudioserealizoenestructurasrealesconvariosaosdeservicio,lascuales Iueron demolidas por diversos motivos. Las muestras se obtuvieron en distintos puntos de la ciudad de Santiago en el lugar mismo de la demolicion.Enalgunoscasosseignoralaorientacionexactadelamuestrayelmiembro estructural al que pertenece. Se desconoce: dosiIicacion, tipo de cemento, razon a/c, tipo y cantidad de arido de las muestras utilizadas en la conIeccion de estos hormigones. No existe inIormacion sobre concentraciones historicas de CO2 para la ciudad de Santiago, lo cual hubiera permitido relacionarlas con los resultados obtenidos. 2.LAHIDRATACIONDELCEMENTOYALGUNASCONSECUENCIAS ATINGENTES. Al mezclarse el cemento con agua, se genera un complejo proceso Iisicoquimico denominadohidratacionquegeneramultiplesconsecuencias.Entreellas,lasqueson atingentes al Ienomeno en estudio son la Iormacion de poros y capilares y la liberacion de la portlandita y su accion baica. 2.1 La hidratacin del cemento. La relacion a/c es uno de los Iactores clave que tienen inIluencia sobre el conjunto depropiedadesdelhormigon.Suelecciondependeprincipalmentedelaagresividaddel ambientealqueestaraexpuestoelhormigonydelosrequisitosmecanicosqueel hormigon endurecido debe satisIacer. Larelacionagua/cementoesunodelosIactoresdelosquedependeelnivelde permeabilidad del hormigon, es decir, esta directamente relacionado con la capacidad de ingreso de agentes agresivos al hormigon. Por eso es importante al momento de analizar la penetracion de Iluidos al interior del hormigon, en este caso, el dioxido de carbono y la humedad ambiental. Razonesa/cmuyaltasproduciranhormigonesmuypermeablesypropensosala carbonatacion.Sinembargo,razonesmuybajasdaranhormigonespocotrabajables.Es porestoquesedebeencontrarunpuntodeequilibrioparaobtenerhormigones trabajables y con resistencia a la penetracion de agentes agresivos del medio.La hidratacion proporciona esencialmente dos productos principales.Agujas(silicatosdecalciohidratados)delentocrecimientocontendencia pronunciada a la compactacion, responsable de la Iormacion de una matriz densa y resistente.Pequeasplacasdehidroxidodecalcio(Ca(OH)2),muyalcalinas,sinaportede resistencia pero adecuadas para proteger a la armadura de la corrosion. FotograIia 2.1.- Cemento endurecido observado al microscopio de barrido electronico. Como se menciono, el cemento al mezclarse con agua Iorma una pasta, que tiene la propiedad de rigidizarse progresivamente hasta constituir un solido de creciente dureza yresistencia.EstoseproduceporunprocesoIisico-quimicoderivadodelareaccion quimicadelaguaconlasIasesmineralizadasdelclinkeryqueensuprimeraetapa incluyelasolucionenaguadeloscompuestosanhidrosdelcemento,Iormando compuestos hidratados. El hidroxido de calcio liberado es el principal responsable de la alcalinidad del hormigon (aproximadamente un pH12). Otro Iactor que aporta alcalinidad, pero en menor grado son los alcalis provenientes del clinker y de los aridos, los cuales estan Iormados por el oxido de potasio (K2O) y el oxido de sodio (Na2O) que, al hidratarse, Iorman hidroxido de potasio, K(OH), e hidroxido de sodio, Na(OH), respectivamente, los que contribuyen a producir la alcalinidad para mantener el estado de pasividad del acero. Eestudiosanterioreshancomprobadoqueloscementosconadiciondepuzolana tienen una mayor susceptibilidad a la carbonatacion (DelIin y Ruiz-Tagle), y esto debido principalmenteaquelapuzolanareaccionaconelhidroxidodecalcioneutralizandolo. Porellolaalcalinidaddelcementodisminuye,loqueconeltiemposetraduceenuna mayorvelocidaddepenetraciondeldioxidodecarbono(CO2)alinteriordelhormigon, gatillando la denominada corrosion por carbonatacion. 2.2. Porosidad del hormign. Una mezcla de agregados bien proporcionada, que sigue una curva granulometrica continua,produciraunhormigondebuenatrabajabilidad,elevadacohesionyuna reducidatendenciaala segregacion.Almismotiempo,serapocoporosoyporlotanto, tendraunadurabilidadprolongada(Figuras2.1y2.2).Lasmezclasagranulometria discontinuadeberianserutilizadassolamenteencasosespecialesdondeseapuntaa ventajasespeciIicas,comoporejemplo,unmejorcomportamientoalbombeo.Paraeste tipo de composicion es absolutamente necesario que las Iracciones granulometricas hayan sido clasiIicadas con cuidado. Figura 2.1.- Hormigon monogranular con unFigura 2.2.- Hormigon con granulometria continua con tenor de vacios optimo: porosidad es reducidaelevado tenor de vacios: suporosidad es alta Aligualquelarazonagua/cemento,laporosidadproducidaporlosaridos, desempea un papel importantisimo en la penetracion de Iluidos al interior del hormigon. 2.3La pasivacin del refuerzo Sedicequeunmetalestapasivadocuandopermanecepracticamenteinalterado, porlargosperiodosdetiempo,enmediosenlosquedebierareaccionar,sisetieneen cuentasutendenciatermodinamica.Ensuexpresionmassimple,lapasivacion, corresponde al proceso deIormacion de una pelicula de oxido protector en la superIicie del acero, que lo vuelve inmune a los agentes agresivos. El hormigon armado, ademas de tener una gran resistencia mecanica, ha demostrado poseer una durabilidad adecuada para la mayoria de los usos a los que se le destina. Esta durabilidad de las estructuras de hormigon armado es el resultado natural de la accion protectora, de doble naturaleza, que el hormigon ejerce sobre el acero: por una parte, el recubrimiento de hormigon establece una barrera Iisica. La elevada alcalinidad del hormigon desarrolla sobre el acero una capa pasivante que lo mantiene inalterado por tiempo indeIinido. Laalcalinidaddelhormigonsedebeprincipalmentealhidroxidocalcicoquese Iorma durante la hidratacion de los silicatos del cemento y a los alcalis que puedan estar incorporados como sulIatos en el clinker. Estas sustancias situan el pH de la Iase acuosa contenida en los poros en valores entre 12 y 14, es decir, en el extremo mas alcalino de la escala de pH. A estos valores de pH y en presencia de una cierta cantidad de oxigeno, el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto de una capa de oxidos transparentes,compactaycontinuaquelomantieneprotegidoporperiodosindeIinidos, aun en presencia de humedades elevadas en el hormigon. |ReI 6|. 2.4. Conceptos bsicos sobre corrosin de armaduras al interior del hormign. Elhierroenlanaturalezanoseencuentraenestadopuro,sinocombinadoen Iormadeoxidos(generalmenteFe203),loscualesseextraencomomineralesdehierro. Estos oxidos posteriormente se tratan en un proceso metalurgico, en el cual se le ingresa energia(calor)paraextraereloxigeno,dejandoelIierro(Fe)enestadolibre.Debidoa este proceso, el hierro se encuentra en un estado de mayor energia potencial y por lo tanto en una situacion inestable (Tiende a volver a su estado natural como oxido de Iierro). La corrosion metalica cuando tiene lugar en un medio acuoso, es un Ienomeno de caracter electroquimico, es decir, supone la existencia de una reaccion de oxidacion y una dereduccionylacirculaciondeionesatravesdelelectrolito(Solucionquepermiteel Ilujo de los iones). |ReI 7|. Asi, sobre la superIicie del metal, se generan dos zonas, de las cuales, donde se produzca la oxidacion del metal, actuara de anodo, liberando electrones, que emigran a traves del metal hacia otro lugar donde reaccionan a base de producir una reduccion de alguna sustancia existente en el electrolito. Elprocesodecorrosionsuponelageneraciondeunapilaelectroquimica,como muestralaIigura2.4.Lacorrosionatravesdelmetalyatravesdelelectrolito,entreel anodoyelcatodo,suponeelIuncionamientodeuncircuitocerrado.Sielcircuitose interrumpe en alguno de sus puntos, la pila no puede Iuncionar y la corrosion se detiene. Figura 2.4.- Formacion de la pila de corrosion. CONDICIONES PARA LA FORMACION DE UNA PILAEXISTENCIA DE UN CIRCUITO PRESENCIA SIMULTANEA DE OXIGENO Y HUMEDAD ANODO CONEXION ELECTRICA Y ELECTROLITICA CTODO Fe 2 - O2H2O4e- 4 - PRODUCTOS DE CORROSION Altenerlugarlacorrosionenmedioacuoso,sepuedenoriginarionesen disolucion, los cuales pueden participar en reacciones de equilibrio con otros del medio, incluidoslosdelagua.Deestemodo,lareacciondecorrosiondependedeunaseriede reaccionesenlasqueintervienen,directaoindirectamente,losionesdelagua,esdecir, dependen del pH del medio. Como el potencial del proceso de corrosion depende de estos equilibrios, se puede establecer una relacion en terminos de pH, los cuales se representan graIicamente en diagramas E-pH, llamados diagramas de Pourbaix.|ReI 7|.Fig. 2.5 Figura 2.5.- Diagrama simpliIicado de Pourbaix para el Fe a 25 0C. Los diagramas de Pourbaix establecen para cada metal las condiciones de pH y de potencial en las que el metal se corroe, se pasiva o permanece inmune. El estado deIinido comodepasivacion,suponequeelmetalserecubredeunacapadeoxidos, transparente,imperceptibleyqueactuadebarreraimpidiendolaposterioroxidacion.El metal posee la apariencia de mantenerse inalterado. En cambio, el estado de inmunidad supone que el metal no se corroe al no darse las condiciones termodinamicas para ello. Es el estado en el que se situan los metales sometidos a proteccion catodica. Es importanteresaltar que no solo se debe considerar si un metal dado se corroe o no,sinotambienlavelocidadalaquelohace,yaque,lacorrosionpuedeprocedertan lentamentequeaeIectosdevidautil,seadespreciable.Enlacineticadelproceso Fuente. Manual de inspeccion de obras daadas por corrosion de armaduras. corrosivo inIluye Iundamentalmente ademas de la naturaleza del electrolito, el contenido en oxigeno y la resistividad del medio. Resumiendo,setienequeparalaIormaciondeunapilaserequieredelapresencia de un electrolito (agua con sustancias disueltas que permitan un Ilujo de iones de un electrodo a otro), diIerencias de potencial electrico y conexion entre los electrodos. Enelcasodelhormigon,elelectrolitoloconIormalamasadehormigonquerodeaal acero, la cual, debido a la humedad ambiental se encuentra con agua al interior, Iormando una solucion electrolitica. La conexion entre los electrodos se debe a que, en este caso, la barra es el anodo y el catodo, por lo que la conexion entre los electrodos queda realizada por la misma barra de acero. La diIerencia de potencial entre el anodo y el catodo se debe a diIerencias en la composicion del acero, en las tensiones internas de este, variaciones en las concentraciones de humedades al interior del hormigon, etc.En el caso de la corrosion de las armaduras al interior del hormigon, va a inIluir el hechodequeelhormigon,sibienesunmaterialpermeable,diIicultaelingresodel oxigenonecesarioparalacorrosion,disminuyendolavelocidaddeesta,peroenningun caso deteniendola. Otro aspecto relevante es el hecho de que el hormigon es un material conuncoeIicientedediIusionelectricobajo.Estosetraduceenunincrementoenla diIicultad para que los iones de Iierro se muevan libremente dentro del hormigon, o mejor dicho, en la solucion acuosa que se encuentra al interior de los microporos del hormigon. En sintesis, para que exista corrosion de lasarmaduras al interior del hormigon es necesario haber cumplido los siguientes requisitos: Perdida de la pasividad de las armaduras. DiIerencia de potencial. Conexion electrica entre los electrodos (en la mayoria de los casos es la misma barra que se esta corroyendo). Acceso de oxigeno al catodo para poder producir la reaccion. Humedad al interior del hormigon, la cual va a proporcionar el electrolito por el cual se van a desplazar los iones y el agua necesaria para producir la reaccion catodica. Como se puede apreciar, en una estructura de hormigon armado se dan claramente la mayoria de estas situaciones y por ello es tan importante resguardar la pasividad de las barras de acero. Aun mas, el acceso del oxigeno al catodo al interior del hormigon se va a realizar de la misma manera por la cual ingresa el CO2al interior del hormigon. 2.5. Principales causasde la corrosin de armaduras. No obstante todo lo mencionado, existen ambientes agresivos o sustancias que se aadenduranteelamasado,quepuedenprovocarlacorrosiondelasarmaduras. Esencialmentesondoslascausasquepuedendarlugaraladestrucciondelacapa pasivamente del acero: LapresenciadeunacantidadsuIicientedecloruros(tantoporqueseaadan duranteelamasadocomoporquepenetrendesdeelexterior),uotrosiones despasivantes en contacto con la armadura, y ladisminuciondelaalcalinidaddehormigonporreaccionconsustanciasacidasdel medio, como lo es el acido carbonico, es decir, corrosion por Carbonatacion Como muestra la Iigura 2.7., los iones despasivantes dan lugar a una corrosion de tipo localizado,mientrasquelareducciondelpHpermiteladisolucioncompletadelacapa pasivante y por lo tanto da lugar a una corrosion de tipo generalizado. |ReI 7|. Figura 2.7.-Tipos de corrosion de armaduras y Iactores que los provocan. 2.6. Factores desencadenantes de la corrosin.a) Cloruros. La situacion mas agresiva y que es la responsable del mayornumero de casos de corrosiondearmaduras,.eslapresenciadecloruros.LosionessulIuroysulIatoson tambien despasivantes, pero mucho menos Irecuentes y peligrosos que los cloruros. Solo resultan peligrosos los cloruros que quedan disueltos en la Iase acuosa de los poros. De todas Iormas, las normativas se reIieren siempre al limite de cloruros totales, porqueloscloruroscombinadospuedenvolveraladisolucionporeIectodeprocesos como la carbonatacion.b) Fisuras. Lasgrietasinherentesalhormigonarmadoconstituyenuncaminorapidode penetracion de los agresivos hasta la armadura como muestra la Iigura 2.9, cuando estos laalcanzan,seempiezanacorroerlaszonasnorecubiertasdehormigonqueactuande anodo Irente a las adyacentes que se comportan como catodo. |ReI 7|. Figura 2.9.- Corrosion en Iisuras transversales y longitudinales. LasnormativasdediIerentespaisescontemplanunanchomaximoadmisiblede las Iisuras en la superIicie que se situa en 0,3-0,4 mm para ambientes no agresivos y en 0,1mmenlosagresivos.Sinembargo,estudiosrecienteshanmostradoquenoexisten diIerenciassigniIicativasenelcomportamientodelasIisuras,siemprequeestastengan anchosinIerioresa0.4mm,yaqueengeneral,estasIisurasseobturanconlospropios productos de corrosion y no suponen un riesgo signiIicativo en terminos de la vida util de la estructura. En cambio, Iactores como relacion recubrimiento/diametro de la armadura y calidad del recubrimiento, han resultado mas decisivos en algunas obras. Asi, pues, mientras las Iisuras no superan anchos de alrededor de 0,4 mm, aunque suponenun caminomascortopara quelosagresivosalcancenlaarmadura,enterminos de vida util no parece que supongan un Iactor que la acorte signiIicativamente. c) Corrosin generalizadaproducida por carbonatacin. Lacorrosiongeneralizadaseproduceporundescensoenlaalcalinidaddel hormigonquepuedeserdebidoaun'deslavado",porcirculaciondeaguaspuraso ligeramenteacidas,oporreacciondeloscompuestosdecaracterbasicoNaOH,KOHy Ca(OH)2delaIaseacuosadelhormigon,conloscomponentesacidosdelaatmosIera dioxidodecarbono(C02)ydeazuIre(S02)paradarcarbonatos-sulIatosyagua.Elque mas abunda es el CO2, por lo que a este proceso de reduccion de la alcalinidad se le llama genericamente Carbonatacion (Iigura 2.10.). |ReI 7|. Figura 2.10.- Carbonatacion del recubrimiento de hormigon. UnacaracteristicadeesteprocesoeslaexistenciadeunIrentedeavancedel proceso que separa las dos zonas con pH muy diIerente, una con pHmayor a 12.5 y la otraconpHmenora8.EsteIrentesepuedevisualizarmedianteunindicador apropiado como es la IenolItaleina, que se torna incolora en la zona carbonatada y toma un color rojo-purpura en la que permanece alcalina (zona oscuraen la IotograIia 2.2.) FotograIia 2.2.- Variacion de color de la IenolItaleina con el pH del hormigon. La velocidad de avance de la carbonatacion es un proceso lento que se atenua con el tiempo, ajustandose a una ley parabolica tambien del tipo: X K / t. Dondex proIundidad carbonatada t tiempo K una constante La constante de esta ley depende tambien de muchos Iactores relacionados con la calidadyresistenciamecanicadelhormigon(tipodecemento,proporcionporm3de hormigon, relacion a/c, etc.) y de la humedad ambiental. En la Iiguras 2.11 se muestra el progresodelacarbonatacionenIunciondealgunadeestasvariables|ReI5|.Enella puede apreciarse que la humedad optima de avance del Irente se situa alrededor del 50 a 80 de humedad relativa. A humedades mayores los poros estan saturados de agua y el gasCO2,penetraconmasdiIicultadhastalaarmaduray,ahumedadesinIeriores,los poros estan casi secos y el C02 no puede reaccionar sin la existencia de un medio liquido.

Figura 2.11.- GraIicos de variacion del espesor carbonatado respecto de laresistencia del hormigon, el contenido en cemento, la relacion a/c y la humedad ambiental. El tiempo que tarda en llegar el Irente carbonatado hasta la armadura es a su vez el periodo de iniciacion de este tipo de proceso, ya que una vez que alcanza el acero, la capapasivadeestenoesestableenlosvaloresproximosa7,tipicosdeunhormigon carbonatado. Desaparecida la capa pasivante, el acero se corroe de Iorma generalizada, tal y como si estuviera simplemente expuesto a la atmosIera sin ninguna proteccion, pero con el agravante de que la humedad permanece en el interior del hormigon y por tanto, en contacto con la armadura mucho mas tiempo que si esta estuviera libremente expuesta al aire, ya que el hormigon absorbe humedad muy rapidamente, pero se seca muy despacio. Fuente. Manual de inspeccion de obras daadas por corrosion de armaduras. Cuandolacarbonatacionseproduceenunhormigonquecontienecloruros,se sumanloseIectosdeambosagresivosprovocandounaIuertecorrosion.Ademas,por eIectodelaacciondelCO2sobrelasIasessolidasdelcemento,loscloroaluminatosse pueden disgregar y dejar libre a los cloruros que mantenian combinados. 2.7. Factores acelerantes de la corrosin de armaduras. Unaveziniciadalacorrosionydespasivadoelacero,lavelocidaddeldeterioro solo es signiIicativa, en terminos de vida util, para una oIerta suIiciente de oxigeno y por encimadeunminimodehumedad.LosIactoresqueIijanlacineticadelprocesode corrosion de las armaduras son: El contenido en humedad (oIerta de electrolito), que a su vez, Iija la disponibilidad de oxigeno en las cercanias de la armadura y la resistividad del hormigon. La proporcion de cloruros. Acido carbonico. La temperatura. a) Contenido de humedad. El hormigon es un material que absorbe con Iacilidad la humedad ambiente pero, encambio,sesecamuydespacio.Cuandolahumedadexterioresconstante,sellegaa establecerunequilibrioentreelcontenidoenhumedadenelinteriorylahumedad relativaambiental,pero,cuandolahumedadexterioroscila,elinteriordelhormigonno puedesegunloscambiosalamismavelocidad,dandocomoresultadoquesololacapa exterior de la estructura es la que mantiene un equilibrio con la humedad relativaexterior (vease Iigura 2.12). lo que ha llevado a decir que solo respira la piel del hormigon|ReI 5|. Esta circunstancia tiene diversas consecuencias que sera necesario tener en cuenta a la hora de valorar el estado en que se encuentran unas armaduras situadas a una determinada proIundidad. Figura2.12.-SimpliIicaciondelIenomenodeintercambiodehumedadentreel recubrimiento de hormigon y el medio-ambiente. ElcontenidoenhumedadeselIactorquemasinIluyeenlavelocidadde corrosion. Si los poros estan saturados de humedad, como es el caso (C) de la Iigura 2.13, entoncesaunquelaresistividadseralamenorposibleyportantolapiladecorrosion estaramuyIacilitada,eloxigenotendraprimeroquedisolverseenelaguaparapoder alcanzarlaarmadura|ReI5|.Enestascondicionessedicequeelprocesoesta controladoporelaccesodeoxigeno,ylasvelocidadesdecorrosionnoseranlasmas elevadas sino moderadas e incluso muy bajas, como es el caso de las estructuras situadas en los mares a cierta proIundidad. Figura 2.13.- Contenido de humedad de los poros de hormigon. Cuandolosporoscontienenmuypocahumedad,entonceslaresistividadesmuy elevada y el proceso de corrosion se encuentra muy diIicultado. En este caso, la velocidad decorrosiontambienserabaja,aunqueelhormigonseencuentrecarbonatadoy contaminado de cloruros (Iigura numero 2.13 A). Lasvelocidadesdecorrosionmaximassedanenhormigonesconcontenidosen humedad altos, pero sin saturar los poros. En este caso el oxigeno llega libremente hasta laarmaduraylaresistividadeslosuIicientementebajaparapermitirelevadas velocidades de corrosion (Iigura numero 2.13 B). b) cido carbnico. La corrosion producida por el acido carbonico presenta rasgos propios, por lo que puede considerarse como una corrosion independiente. Elacidocarbonico(H2CO3)esladisolucionenaguadelanhidridocarbonico (CO2) gaseoso. ElaguadelaatmosIera,lluviaoniebla,contieneunalevecantidaddeacido carbonicoporabsorciondelCO2atmosIerico.Constituyenunaexcepcionlaszonas Iabriles y las ciudades en las cuales los humos, especialmente los de las caleIacciones en invierno,semezclanconelvaporylaniebladuranteunmayorespaciodetiempo, depositandose en la superIicie de los objetos. En estas localidades, el contenido de vapor del aire admite mayor cantidad de acido carbonico que en otros puntos. c) Temperatura. La temperatura juega un papel doble en los procesos de deterioro. Por un lado, su incremento, promueve un aumento de la velocidad de corrosion y de la movilidad de los iones,peroporotro,sudisminucionpuededarlugaracondensaciones,queasuvez, pueden producir incrementos locales de contenido en humedad. Es importante destacar que la humedad, el oxigeno y la temperatura pueden tener eIectos contrapuestos. Por ejemplo, una mayor humedad Iacilita la corrosion, pero impide elaccesodeoxigeno,obien,unincrementodetemperaturaaceleralacorrosion,pero disminuyelacondensacion.EsteeIecto'inversorpuedeoriginarinterpretaciones erroneas. 2.8. Dixido de carbono y aspectos climatolgicos de la ciudad de Santiago. 2.8.1. Dixido de carbono. Eldioxidodecarbono(CO2)gaseoso,tambienconocidocomoanhidrido carbonico se Iorma por la combinacion de dos elementos: carbono y oxigeno. Se produce por combustion del carbon o hidrocarburos, Iermentacion de liquidos, cuando se quema, enexcesodeoxigeno,cualquiertipodecompuestosquecontengancarbonoolasimple respiracion de las personas y animales que habitan la tierra. EldioxidodecarbonoesunodelosprincipalescomponentesdelaatmosIera, encontrandose en cantidades de 0.035 en las zonas rurales no industrializadas y hasta 0.3 en las ciudades.Tabla 2.3 - Componentes de la atmosIera. El CO2 gaseoso tiene un leve olor irritante, es incoloro, es tan pesado como el aire, y a diIerencia del monoxido de carbono (CO), no es toxico. Cuando una atmosIera esta muy concentrada en CO2 ,puede tener eIectos nocivos y provocar asIixia, pero por Ialta de oxigeno. No es combustible ni comburente, es decir, no arde ni mantiene la combustion. En soluciones acuosas Iorma acido carbonico, el cual es muy inestable por lo que debe ser aislado. Suingresoal interior del hormigon se produce a traves de los poros y capilares de la pasta de cemento. Es por esta razon que la humedad ambiental inIluye de manera decisiva en la velocidad de diIusion y penetracion .El dioxido de carbono tambien se generaa traves del monoxido de carbono (CO). El tiempo de vida media de este gas en la atmosIera es de aproximadamente 1 mes, pero eventualmente se oxida y pasa a convertirse en dioxido de carbono (CO2).OtroIactordegranrelevanciaqueinIluyeenelaumentodelaconcentracionde dioxido de carbono, son los convertidores cataliticos de tres vias que poseen los actuales vehiculosmotorizados.Estosdispositivosconviertenlosgasescontaminantesemitidos porlosmotoresdecombustioninterna(monoxidodecarbono,hidrocarburosno quemados y oxidos de nitrogeno) en gases no contaminantes (CO2, H2O y N2) ParaloseIectosdelpresenteestudiodecorrosionporcarbonatacion,cuyo desencadenante principal es el CO2, se nota claramente que el incremento progresivo de vehiculos cataliticos aIecta directamente el aumento de este gas, que si bien es cierto no esnocivoparalavida,esunIactorpreocupantealahorademirarlodesdeelpuntode vista del mecanismo de corrosion por carbonatacion. 2.8.2. Humedad relativa del aire en Santiago y sus variaciones. El cuociente entre la cantidad (masa) de vapor de agua que contiene un cierto volumen de aire y la cantidad de vapor de agua que contendria si estuviera saturado se denomina "humedad relativa" y se expresa en porcentaje.Por ejemplo: si un cierto volumen de aire contiene 4 gr. de vapor de agua y, en similares condiciones de presion y temperature, el aire se saturaria con un contenido de vapor de agua de 16 gr., entonces la humedad relativa es de HR4/160.25 (25). Como el limite del contenido de vapor de agua necesario para la saturacion crece a medida que aumenta la temperatura del aire, la humedad relativa en un cierto lugar tiene una Iluctuacion diaria opuesta a la de la temperatura (al aumentar esta, crece el denominador en la expresion de HR y por lo tanto disminuye la humedad relativa). Este es el caso para Santiago, tal como lo muestra el siguiente ejemplo correspondiente a un dia de verano de 2000. Los antecedentes climaticos Iueron obtenidos en la Direccion Meteorologica de Chile, y corresponden a la estacion Quinta Normal , ubicada en dicha comuna de la Region Metropolitana, latitud 33 26' Sur, longitud 70 41' oeste y altitud 520 m. sobre el nivel del mar.ReI 8 Figura 2.15.- GraIico de humedad relativa versus hora del dia en Santiago. Tabla 2.4.-Antecedentes climaticos Estacion Quinta Normal ao 2001. MESVIENTO(NUDOS)HUMEDAD RELATIVA MEDIA () TOTAL DE HORAS DE SOL NUBOSIDAD MEDIA (OCTAS) DIRECCION PREDOMINANTE Y RAPIDEZ MEDIA (NUDOS) MAXIMO ENEROSO 6S 1257309.71 FEBREROSO 6S/SO 1059273.60 MARZOS 5S/SO 1065247.42 ABRILS 5S/SO 1076196.53 MAYOCalmaS/SO 683109.05 JUNIOCalmaS 879123.24 JULIOCalmaS 78564.66 AGOSTOCalmaN 2083113.45 SEPTIEMBRES 4S 979145.45 OCTUBRES 4S 1072205.14 NOVIEMBRES 5S/SO 1062271.83 DICIEMBRES 7S/SO 1057325.81 ANUALS 5N 20712385.53 Fuente. Direccion Meteorologica de Chile. 2.8.3. Condiciones geogrficas y meteorolgicas de la ciudad de Santiago. Condiciones Geogrficas:La ciudad de Santiago se encuentra ubicada entre cadenas montaosas de mas de milmetrosdealtura.Porelnorte,selevantanloscerrosdeChacabuco,alestela Cordillera de Los Andes, al oeste la Cordillera de la Costa y al sur, Angostura de Paine.La presencia de estas montaas debilita los vientos, lo que incide directamente en la acumulacion de contaminantes atmosIericos, ya que, si los vientos son debiles, no son capacesdetransportarlasparticulasygasesgeneradosporlaactividadpropiadeuna urbe como Santiago. |ReI 9|. Condiciones meteorolgicas: Casitodoelao,laRegionMetropolitanapresentaunainversiontermicade subsidencia, la cual tiene el mismo eIecto de un techo, impidiendo la mezcla del aire de las capas inIeriores con el que esta a mas altura. Esto ocasiona condiciones desIavorables de ventilacion, por lo cual los contaminantes permanecen encerrados, en contacto con la gente, la naturaleza y las construcciones. OtroIactormeteorologicoqueempeoralascondicionesdeventilacionesla vaguadacosteraque,enterminossimples,esunaondadepresionque semaniIiesta,en unaprimeraIase,conunsentidonoreste,propiciandolaacumulaciondecontaminantes sobre Santiago. En una segunda Iase, los vientos de lavaguada van de mar a cordillera, ingresando aire costero humedo cargado de pequeas gotitas de agua, el que contribuye a limpiar la atmosIera pero en una pequea proporcion. |ReI 9|. Son estas condiciones las que Iavorecen la gran concentracion de dioxido de carbono en el ambiente capitalino, lo que aIecta directamente al Ienomeno de carbonatacion.Lo anteriormente descrito obliga a pensar que las ediIicaciones y construcciones de hormigon enSantiago estan muypropensas a suIrir carbonatacion, por la ya mencionada excesiva cantidad de CO2 en el aire de la capital y las malas condiciones de ventilacion. 3. METODOS PARA DETERMINAR LA PRESENCIA DE CARBONATACION Actualmente existen varias Iormas para determinar la presencia de carbonatacion en un hormigon armado. A continuacion se exponen brevemente las utilizadas en el presente estudio. Para una inIormacion mas detallada, ver ReI. 18 3.1Deteccin mediante reactivos 3.1.1. Medicin por Fenolftaleina. La IenolItaleina es un indicador colorimetrico de pH el cual varia, de un color Iucsia a incoloro, dependiendo del pH del elemento sobre el cual se aplica. Es una molecula organica que posee dos estructuras diIerentes, las cuales se presentan dependiendo del pH, siendo una de dichas estructuras estable a un pH alcalino sobre 9 y la otra a un pH menos alcalino bajo 9. La manera mas Iacil de detectar la carbonatacion en una estructura es romper un pedazo de hormigon (preIerentemente cerca de un borde), o extraer un testigo normalizado en donde se sospeche que hay carbonatacion. Despues de soplar todo el polvo residual del especimen o del substrato, se pulveriza una solucion de 1 de IenolItaleina en alcohol de 70 sobre el hormigon. Las areas carbonatadas del hormigon(pH menor a 9) no cambiaran de color, mientras que las areas con un pH mayor de 9adquiriran un color Iucsia intenso. Este cambio muy apreciable de color muestra cuan proIundamente ha progresado el "Irente" de carbonatacion dentro del hormigon. En la siguiente IotograIia se observa un testigo de hormigon con un avance del Irente de carbonatacion de mas de 40 mm. OtroaspectoimportantedeesteanalisisesquelazonacontonoIucsia gradualmente se decolora, al seguir avanzando la carbonatacion, es por esto que se debe medirinmediatamente la muestra o guardarla en una bolsa o recipiente hermetico, libre deleIectodeCO2.ElensayoparadeterminarlaproIundidaddecarbonatacion anteriormentedescritosebasaenlanormaRILEMCPC-18queestablecelas metodologiasparaensayosdeprobetashechasenlaboratorioytestigosdeestructuras reales.Enelcasodeestructurasrealeslosrequerimientosdeexactitudsonmenos exigentes. Estanorma indicaque elensayo para medir la proIundidad de carbonatacion en una estructura de hormigon se puede realizar de dos maneras; la primera es picando con un cincel y luego rociar la zona picada con una solucion de IenolItaleina. Posteriormente, semidedentrodelagujerolaproIundidaddecarbonatacion(distanciadesdeelexterior hasta la zona que adquirio un color rojizo). La otra Iorma propuesta es extraer testigos de almenos2"dediametroyluegodehaberlesrealizadoelensayodehendimiento,(para partirlaprobeta)seleapliquelasoluciondeIenolItaleinaalazonaIracturada.Deesta Iorma, se puede medir la proIundidad de carbonatacion, la que corresponde a la extension de la zona incolora en el testigo. |ReI. 13|. Segunestanorma,laproIundidaddecarbonataciondesdelasuperIiciede exposicionhastalazonacarbonatadasedenominadkyconsideradiversasIormasde determinar dicha distancia. Existen tres Iormas de medir la proIundidad de carbonatacion dk dependiendo de la Iorma en que se presente dicha carbonatacion: Frente paralelo y regular a la superIicie de exposicion. En este caso la proIundidadde carbonatacion tiene un valor constante. Ver Iigura 3.7 a). Frente paralelo e irregular a la superIicie de exposicion. En este caso la proIundidad decarbonatacionseestimacomoelpromediodelasdistintasproIundidadesde carbonatacion. Ver Iigura 3.7 b). Frenteparaleloyconstanteperoconunairregularidad.Enestecasonosedebe considerar el promedio, omitiendo asi la irregularidad. Ver Iigura 3.7 c). Figura 3.7.- DiIerentes Iormas de avance del Irente de carbonatacion. LanormatambienrecomiendanomedirlaproIundidaddecarbonataciondonde existapresenciadearidosdegrantamao,debiendomedirladistanciadkenunazona dondeexistasolamentepastadecemento.LasmedidasdksedebentomarenIorma perpendicular respecto de la superIicie expuesta, aproximando al milimetro. Esimportanteaclararqueestemetodoindicativodelacarbonatacionnohace posible determinar la inIluencia de otro tipo de agentes agresivos como por ejemplo, SO2

HCl u otros acidos, existiendo para ellos metodos propios.3.1.2. Uso de otros reactivos. Ademas existen otros reactivos quimicos, que tambien cambian de un color a otro Irente a ciertos pH.Segun investigaciones realizadas por Krajoi y Janotka |ReI. 14|, la proIundidad de carbonatacion se puede medir por medio de un set de cuatro indicadores acido-basicos: Forma (a): Forma (b): Forma (c): Nitramina. TimolItaleina. FenolItaleinaM-NitroIenol. SeprocededelamismamaneraqueparaelensayoconFenolItaleina,aplicandose inmediatamentesobrelaIracturaIresca,cambiandodecolor,cadaunodeellos,sobreo bajo los siguientes pH: Tabla 3.2.- pH Umbral de cambio de color para el set de indicadores. IndicadorPH Umbral Nitramina11.5 TimolItaleina.10 FenolItaleina9 M-NitroIenol.8 Normalmente,laproIundidaddecarbonatacion,enmuestrasdehormigonse determina por el test de FenolItaleina. Sin embargo, este metodo solo muestra el caso en elqueeltestigodehormigonestamuycarbonatadoonocarbonatado.Poresto,la aplicaciondecuatroindicadoresesimportante,yaque,sepuedenobtenerdiIerentes zonasoregionesenunamuestra de hormigon, a traves de diIerentes cambios de color, en respuesta a diIerentes pH. LaFenolItaleinasolomuestracambiosdepHentornoa9,esdecir,cuandola alcalinidad necesaria para mantener pasivada la armadura ya no existe. En cambio, el set deindicadorescomienzaamostrardisminucionesdepHapartirde11.5,pudiendo prevenir mucho antes el problema de la carbonatacion. Segunelmetododelsetdeindicadores,lacarbonatacionsedivideencuatro estados (I, II, III, IV).Paraelprimerestadodecarbonatacion(I),losvaloresdepHdelhormigonen estudio,seencuentranentre10y11.5.Enestecaso,elaceroestabienprotegidoy conservasuspropiedadesycontinuaenestadopasivado.Elhidroxidodecalcio, Ca(OH)2, recien comienza a ser aIectado por los productos de la carbonatacion. En el segundo estado de carbonatacion (II), el pH de la muestra se encuentra entre 9y10.Laalcalinidaddelamuestraenestudiodecreceyladisminuciondelas propiedades que protegen a las armaduras se hace evidente. Este estado se caracteriza por loscambiosquesuIrenlossilicatosdecalciohidratadosylosaluminatosdecalcio hidratados,juntoconlaconversiondelhidroxidodecalcioencarbonatos.Elcarbonato de calcio no solo esta presente como Calcita, sino ademas, como Vaterita y Aragonita. En el tercer estado (III), el pH del testigo de hormigon es alrededor de 9. En este estado, existe una insuIiciente proteccion para mantener las propiedades de las barras de reIuerzo. El Iilm o capa protectora de la armadura esta completamente destruida. En este estado comienza la recristalizacion de los productos de la carbonatacion. El cuarto estado de carbonatacion (IV), con pH bajo 8, es muy extrao que ocurra enunhormigon.Paraqueesteestadosepresente,elhormigondebetenerbajas cantidadesdecemento,insuIicientecompactacion,granpermeabilidadyedadesque superenlos40aos.Enesteestadolosproductosdelacarbonatacionpenetranla estructura del hormigon. |ReI. 14|. 3.2.Mtodo Termogravimtrico. Enelanalisistermogravimetrico,continuamenteseregistralamasadeuna muestra colocada en una atmosIera controlada en Iuncion de la temperatura o del tiempo, aliraumentandolatemperaturadelamuestra(normalmentedeIormalinealconel tiempo).|ReI.15|.Esdecir,amedidaquelamuestrasecalienta,desdelatemperatura ambientehastalos1500C,estavaperdiendopeso,yaqueseevaporanliquidosy escapan gases de las muestras analizadas, a medida que aumenta la temperatura. Paraesteanalisisseutilizanmuestraspequeisimaslasquepuedensersolidaso pulverizadas.Enesteestudio,seutilizoentre50y70mgdepolvoextraidodelas muestras de hormigon. Estasmuestrassecolocanenunpequeacapsulaorecipientellamadocrisol,el cualpuedeestarIabricadodeplatinooceramica.Sedebetenerprecauciondeno contaminar las muestras, ya que como son tan pequeas, cualquier agente externo podria alterarlosresultados.Paraesteestudioserecomendoobtenerlasmuestraspulverizadas de hormigon e inmediatamente realizar el analisis termogravimetrico. Losanalisispuedenhacerseapresionreducidaonormal.Enesteestudiose utilizo la presion atmosIerica del ambiente del laboratorio. LarepresentaciondelamasaodelporcentajedemasaenIunciondeltiempo, versus el aumento de temperature, se denomina termograma o curva de descomposicion termica. Tambien se les llama curva de termolisis, curva de pirolisis y termogravigrama.Figura 3.8. Termograma tipico Enelcasodelestudiodelacarbonatacion,elcompuestoquesebuscaes carbonatodecalcio,CaCO3.Estecarbonatodecalcioalsersometidoatemperatura, aproximadamenteentre650y 750 C, se disocia en oxido de calcio (CaO) y dioxido de carbono(CO2).EsesteCO2elqueescapaalairequeseutilizadeatmosIeraenel analisis,yaqueesungas,ydesciendeabruptamenteelpesodelamuestraadicha temperatura. Es por esto que en la Iigura 3.8 (curva superior), se aprecia la existencia de carbonato de calcio. Desciende el peso de la muestra, alrededor de los 700 C.Enesteestudio,soloseanalizolacarbonatacionenIormacualitativa,esdecir, determinando solamente si hay presencia o no de ella. Sin embargo, es posible determinar elIenomenoenIormacuantitativa.Sepuededeterminarlacantidaddecarbonatode calcio que existe en la muestra, conociendo los pesos moleculares de los compuestos que se quieren detectar y la temperatura al que estos se disocian. 3.3.Mtodo de Difraccin por rayos X. La aplicacion de los rayos X a la investigacion de la estructura Iina de la materia, tuvosu origenen1912,cuando, los primerosmateriales cristalinos se expusierona ese tipo de radiacion, dando lugar a un diagrama de diIraccion caracteristico de la muestra. DeacuerdoaltipodedetecciondelaradiaciondiIractada,existendosmetodos clasicosaplicablesalanalisisdematerialespulverizados.Elprimerodeellosseconoce con el nombre de metodo de "polvos" y utiliza una camara con pelicula IotograIica.El segundo metodo de diIraccion requiereun diIractometro de polvos, consistente en un dispositivo electromecanico con deteccion electronica. Esta tecnicaes la de mayor aplicacionindustrial,dadasuversatilidaddeusoyelreducidotiempodeduracionde cadaanalisis,encomparacionconlacamaradepolvos.Enesteestudioseutilizoesta tecnica, por lo que se analizara con mas detalle solamente dicho metodo. Caracterizacin e identificacin de muestras cristalinas. Figura 3.9.- DiIractograma general de una muestra de polvo de hormigon El uso de diagramas de diIraccion de rayos X constituye un procedimiento estandarparalacaracterizaciondematerialescristalinos.EldiagramadediIraccionde polvosdeunasubstanciaescaracteristicodeella,proporcionandoasila"huelladigital" que permite su identiIicacion.Esta compuesto por un grupo de espaciados Interplanares, d,propiosdelaestructuracristalinadelmaterial,yporungrupodeintensidadesde diIraccion. I, tambien caracteristicas del arreglo atomico en el solido. Hoy en dia las'huellas digitales de cada compuesto se encuentran en un soItware que determinalascaracteristicasdedichamuestraanalizada,dandocomoresultadoun diIractograma de ella,en Iorma cada vez mas rapida y precisa para luego, determinar los elementos y compuestos que lo Iorman. 4.RECOLECCIONDEMUESTRASYMETODOSDEDETECCIONY MEDICION 4.1Origen de las muestras Lasmuestrasutilizadasparaesteestudiodecarbonatacion,seextrajeronde construccionesqueseencontrabanenprocesodedemolicionendiversascomunasdela ciudad de Santiago: Quinta Normal, Santiago, uoa, Providencia, Pedro Aguirre Cerda, Vitacura y Las Condes. Seobtuvieronbloquesconunaomascaraslisasconelobjetivodemedirdesde ellas la proIundidad de carbonatacion hacia el interior de cada muestra. .Tabla 4.1. Ubicacion de muestras recopiladas. Muestra UbicacionEdad (al 2003)Observaciones A A1 1M Mo or ra an nd de e # # 1 14 47 7. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o69 E Ex x E Ed di iI Ii ic ci io o d de e C Co or rr re eo os s 5 5 p pi is so o A A1 1* *M Mo or ra an nd de e # # 1 14 47 7. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o69 E Ex x E Ed di iI Ii ic ci io o d de e C Co or rr re eo os s 1 1 p pi is so o. . B B1 1R Ra ad da al l# # 1 10 05 51 1. . Q Qu ui in nt ta a N No or rm ma al l. . 68Vivienda 1 piso C C1 1 y y C C2 2S Su ue ec ci ia a / / I Ir ra ar rr ra az za ab ba al l. . u u o oa a 43Vivienda 2 pisos. D D1 1 y y D D2 2B Bl la an nc co o E En nc ca al la ad da a # # 2 20 00 02 2. . S St tg go o. .

59 L La ab bo or ra at to or ri io o U U. . C Ch hi il le e. . E E1 1, , E E2 2 y y E E3 3H Ho os sp pi it ta al l O Oc ch ha ag ga av vi ia a 33EdiIicio abandonado F F1 1, , F F2 2 y y F F3 3E El l O Oi id do or r # # 1 18 88 89 9. . u u o oa a. . 43Vivienda 1 piso G G1 1, , G G2 2F Fa am ma ae e. . S Sa an nt ti ia ag go o. . 43Bodegas y galpon. H H1 1, , H H2 2E Ej je er rc ci it to o # # 5 52 20 0. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o 68EdiIicacion de 3 pisos. I I1 1, , I I2 2 e e I I3 3R Ro os sa as s # # 2 22 22 23 3. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o 68Casona 3 pisos. J J1 1, , J J2 2 y y J J3 3F Fi in nl la an nd di ia a # # 1 17 74 40 0. . V Vi it ta ac cu ur ra a. . 40Vivienda 1 piso. K K1 1, , K K2 2 y y K K3 3V Va at ti ic ca an no o # # 3 37 77 76 6. . L La as s C Co on nd de es s. . 40Vivienda 1 piso 4.2. Determinacin de la profundidad de carbonatacin con Fenolftaleina. EnesteestudioserealizounaadaptacionalmetodoRILEM,yaque,porposeer muestras obtenidas de demoliciones, es muy diIicil extraer testigos regulares y que no se disgreguen ni desmoronen. SerealizounaIracturaencadaunadelasmuestras,utilizandoparaellouna prensaVersatester,comosemuestraenlaIotograIia.Estarupturadelamuestrase realizoenIormasimilaralensayodedeterminaciondetraccionporhendimientoo 'splittingtest,cuidandodenoIrotarlasdosmitadesobtenidasparaevitarsu contaminacion. FotograIia 4.1 Rotura de trozos irregulares Una vez Iracturada la muestra, se obtuvo dos mitades de cada pieza, de las cuales seeligiolamitadmasapropiadaparaaplicarIenolItaleinayseprocedioarociarla inmediatamente sobre todo el plano de Iractura. LaotramitaddelapiezaIracturadasecubrioinmediatamenteconplasticopara evitar su contaminacion y asi poder obtener muestras para analizarlas posteriormente condiIractometro de rayos X y por termogravimetria. UnavezaplicadalaIenolItaleinasobreunadelasdosmitades,losresultados visiblesapareceninmediatamente.Entonces,seprocedeamedirlazonacarbonatada desde la superIicie expuesta del hormigon hasta donde ocurre el cambio de color. 4.3 Muestreo para los otros ensayos Medianteuntaladro,seextrajopolvo,delasegundamitaddecadamuestra Iracturada, (IotograIia 4.2) Ademas, serealizaron perIoracionesde la zona carbonatada y la no carbonatada de la primera mitad estudiada , para eIectos de comparacion. FotograIia 4.2.- Extraccion con taladro de polvo de la zonacarbonatada para ensayo. Unavezquesehapulverizadolamuestradehormigon,obteniendo aproximadamente una cucharadita de te, se introduce en un sobre plastico sellado, desde dondeseextraeradirectamentealosportamuestrasrespectivos.Lacantidaddemuestra pulverizada necesaria para este tipo de analisis es del orden de los 50 a 100 miligramos. 5. PRESENTACION Y ANALISIS DE RESULTADOS 5.1 Presentacin y analisis de resultados de ensayo con fenolftaleina Enlastabla5.1.sepresentanlosresultadosobtenidosluegodelaaplicacionde IenolItaleina a las muestra recopiladas. SepresentaunpromediodelaproIundidad de carbonatacion de cada muestra y la maxima medicion, segun RILEM CPC-18. Seentreganademasobservacionesdecadamuestraencuantoasuporosidad, presencia de corrosion y otros datos de importancia. Tabla 5.1. ProIundidad de carbonatacion de muestras recopiladas. Profundidad de carbonatacinMuestra Promedio (cm) Mxima (cm) Edad (aos) Ubicacin Observaciones A1 5.856.169M Mo or ra an nd de e # # 1 14 47 7. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o. . E Ex x E Ed di iI Ii ic ci io o d de e C Co or rr re eo os s 5 5 p pi is so o. . Muestra muy porosa y Iragil. A1* 7.07.569M Mo or ra an nd de e # # 1 14 47 7. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o. . E Ex x E Ed di iI Ii ic ci io o d de e C Co or rr re eo os s 1 1 p pi is so o. . Muestra muy porosa B16.36.568R Ra ad da al l# # 1 10 05 51 1. . Q Qu ui in nt ta a N No or rm ma al l. .Muestra muy Iragil se disgrega Iacilmente. C14.24.543S Su ue ec ci ia a / / I Ir ra ar rr ra az za ab ba al l. . u u o oa aMuestra muy solida C23.84.043S Su ue ec ci ia a / / I Ir ra ar rr ra az za ab ba al l. . u u o oa a. .Encuentro pilar-viga. D11.11.359B Bl la an nc co o E En nc ca al la ad da a # # 2 20 00 02 2. . S St tg go o. .Pilar muy compacto D2 5.25.459B Bl la an nc co o E En nc ca al la ad da a # # 2 20 00 02 2. . S St tg go o. .Muestra humeda en su interior. E1 2.83.033 H Ho os sp pi it ta al l O Oc ch ha ag ga av vi ia a. . Losa intermedia. F3 8.39.156 E El l O Oi id do or r # # 1 18 88 89 9. . u u o oa a. . Presencia de armaduras corroidas. Alta porosidad G18.2943F Fa am ma ae e. . S Sa an nt ti ia ag go o. .Muestra muy porosa y permeable. G28.0943F Fa am ma ae e. . S Sa an nt ti ia ag go o. .Muestra muy porosa y permeable. H17.27.568E Ej je er rc ci it to o # # 5 52 20 0. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro oHormigon se disgrega con Iacilidad. Muy porosa. H27.07.368E Ej je er rc ci it to o # # 5 52 20 0. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro oHormigon se disgrega con Iacilidad. Muy porosa. I10.330.468R Ro os sa as s # # 2 22 22 23 3. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro oRadier. Cubierta de Ilexit I20068R Ro os sa as s # # 2 22 22 23 3. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro oRadier. Cubierta de Ilexit I311.368R Ro os sa as s # # 2 22 22 23 3. . S Sa an nt ti ia ag go o C Ce en nt tr ro o .......................... J16.67.140F Fi in nl la an nd di ia a # # 1 17 74 40 0. . V Vi it ta ac cu ur ra a. . .......................... J25.96.240F Fi in nl la an nd di ia a # # 1 17 74 40 0. . V Vi it ta ac cu ur ra a. . .......................... J30040F Fi in nl la an nd di ia a # # 1 17 74 40 0. . V Vi it ta ac cu ur ra a. . Radier. K16.17.240V Va at ti ic ca an no o # # 3 37 77 76 6. . L La as s C Co on nd de es s. . ............................ K23.6640V Va at ti ic ca an no o # # 3 37 77 76 6. . L La as s C Co on nd de es s. . ............................ K30.2140V Va at ti ic ca an no o # # 3 37 77 76 6. . L La as s C Co on nd de es s. .............................. DelatablasepuedeobservarquelamayorproIundidaddecarbonatacionse presenta en la muestra F3, extraida en El Oidor # 1889, uoa, con una edad de 43 aos. La menor, la presentan las muestras I2 y J3, ambas sin presencia de carbonatacion, por corresponder a pisos cubiertos. DelosdatosobtenidosseveriIicaque,amayoredaddelhormigon,mayoresla proIundidad de carbonatacion. Sin embargo, algunos autores proponen que el metodo de analisisconIenolItaleinapresentaalgunasdeIiciencias,yaqueesteliquidoreacciona, indicandosolamentepHynomuestralapresenciadelcarbonatodecalcio,queesel compuesto que produce la carbonatacion del hormigon. 5.2. Presentacin y anlisis de resultados de ensayo de difraccin de rayos X. ParaesteanalisisseutilizaronlasprobetasA1,B1,C1,D2,J2,J3,K1,porsu representatividad y por la limitacion de cantidad de muestras, debido a la alta demanda de lautilizaciondelamaquina.Porrazonesdeespacio,sepresentanlosdiIractogramas masrepresentativos,paraeIectosdecomparacionconlosotrosmetodos.Todoslos diIractogramasobtenidosseincluyenenlaReI.18.LainIormacionsobrelosequiposy las tecnicas empleadas, se incluye en la ReI. 19 C E N T R O 5 M U E ST R A A 1 D 5 M E AS - P ro g ra m : R O M A N .0 5- 05 86 ( *)- C alc it e, s y n- C aC O 3- Y : 1 00 . 00% -dx by : 1. -W L : 1 .5 40 5 6- 0- / cP DF n. a. - / c U s ern .a . - S -Q n. a .O p era ti on s :B ack g rou n d0. 0 55 , 1. 0 00| S m o ot h0 .0 8 0| m p ortC E N T RO 5 M U E S T R AA 1 D5 M E A S-P rog ram : R O M A N .D Q LD5 M E A S -P rog ram : R O M A N .D Q L- F il e:C e nt r o5 . r aw- T y p e: 2T h / T hlo c k ed - S ta r t : 5 .0 0 0-E n d: 70 . 00 0-S t ep :0 . 02 0-S t e ptintensidad relativa010203040506070809010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 025 02 x t et a5 10 20 30 40 50 60 70 Figura 4.1Muestra extraida de EdiIicio en Plaza de la Constitucion, Morande 147 U C H - S S C A R B O N A TA D A U . D EC H D D 5M E AS - P r og r am : R0 5- 05 86 ( * ) - C al c i t e, syn- C aC O 3- Y :1 00 . 00% - dxb y: 1. - W L :1 .5 40 5 6 - 0- / cP DF n . a. - / cU se r n .a .- S - Q n . a .O p e r a tion s:S m oo th 0 . 0 8 0| Bac kg r o u n d0 . 0 5 5 , 1 .0 0 0| m p or tU C H- S SC AR B O NAT AD AU. D ECH DD 5 M EAS-P r o g r a m :R O M AN .D Q LD 5M EAS - Pr og r am :R O M AN . DQ L- F i le : Uc h- si. r a w- T yp e: 2 T h /T hl o cked - Sta r t :5 .0 0 0 - En d : 70 . 00 0- St e p :0 . 02 0- S tntensidadrelativa01 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 01 1 01 2 01 3 01 4 01 5 01 6 01 7 01 8 01 9 02 0 02 1 02 2 02 3 02 4 02 5 02 6 02 7 02 8 02 9 03 0 03 1 03 2 03 3 03 4 02x t e t a5 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 Figura 4.2 Muestra de EdiIicio Pabellon de Hidraulica U. de Ch., Av Blco Encalada 2002 EncadadiIractogramaseobservaenlineanegralacurvaquerepresentaalamuestra analizada. Esta curva corresponde a la 'huella digital del polvo analizado. Cada linea vertical, que en el original es de color, corresponde al compuesto que seanaliza,asociadoalnombrequelecorrespondaenlaparteinIeriordelgraIico.Para eIectos de este estudio se analiza la presencia de los siguientes 3 compuestos: CaCO3 : Carbonato de calcio o Calcita (Calcite). Ca(OH)2 :Hidroxido de calcio o Portlandita (Portlandite) SiO2 : Cuarzo (Quartz). Cada uno de estos compuestos genera una serie de lineas verticales, las cuales deben coincidir con determinados peaks de la 'huella digital de la muestra en estudio. Al analizar los diIractogramas, se observa que en todas las muestras existe Calcita o CarbonatodeCalcio(CaCO3),inclusoenaquellasenquelaIenolItaleinanoladetecto. Sinembargo, en lasmuestras enque la IenolItaleina detecto carbonatacion, la presencia de Calcita es notablemente mayor que en las que no la detectaba. EntodaslasmuestrasanalizadasexisteunagrancantidaddeCuarzo,elcualesta asociado a los aridos que se utilizan en la conIeccion de los hormigones. EnlasmuestrascarbonatadasexistemayorpresenciadeCalcitaquedePortlandita. En estos casos, la Portlandita existe, pero en una minima cantidad respecto a la Calcita. 5.3.Presentacin y anlisis de resultados de ensaye termogravimtrico. ParaesteanalisisseutilizaronlasprobetasA1,D2,E1,G1,J2,K1,porsu representatividad y por la limitacion de cantidad de muestras impuesta en el laboratorio. Enesteanalisis,tambienserequieredeunamuestrapulverizada,pero,enuna cantidadmuyreducida(50a70mg.)Estemetododetectalaperdidadepesodela muestraenestudioamedidaquelatemperaturavaaumentando,locualpuede representarse graIicamente. Soloseincluyenlostermogramasocurvastermogravimetricasquese correlacionan con los otros ensayos. Todas las curvas obtenidaspueden consultarse en la ReI.18.Lascurvassuperiorescorrespondenamuestraspulverizadascarbonatadasylas curvas inIeriores corresponden a muestras no carbonatadas de una misma probeta.Se incluyen tambien las graIicas derivadas de cada muestra con el Iin de apreciar mejor los cambios que ocurren en cada una de ellas. 400.00C97.96%600.00C95.72%850.00C89.17%600.00C92.15%400.00C93.75%850.00C89.08%859095100Weight (%)0 200 400 600 800 1000Temperature (C) CentroC.001 CentroSC.001Universal V2.6D TA nstruments-0.020.000.020.040.06Deriv. Weight (%/C)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900Temperature (C)CentroC.001CentroSC.001Universal V2.6D TA nstruments Figura 5. 1. EdiIicio en Plaza de la Constitucion Figura 5.2.Derivadas de las curvas 5.1 400.00C96.90%600.00C95.28%850.00C88.54%400.00C92.41%600.00C91.36%850.00C89.29%859095100Weight (%)0 200 400 600 800 1000Temperature (C) Concreto Carbonatado Concreto Sin CarbonatoUniversal V2.6D TA nstruments-0.020.000.020.040.060.08Deriv. Weight (%/C)0 200 400 600 800 1000Temperature (C) Concreto Carbonatado Concreto Sin CarbonatoUniversal V2.6D TA nstruments Figura 5.3.Pabellon de Hidraulica U de Ch.Figura 5.4.Derivadas de las curves 5.3 Al analizar los termogramas obtenidos se puede observar lo siguiente: Bajo los 200 C se evapora el agua libre de la muestra y la atrapada dentro de las particulas. La Portlandita o hidroxido de calcio tiene la caracteristica de atraer agua, es decir es un compuesto higroscopico.Entre 400 y 500 C, la portlandita, (Ca(OH)2), se descompone en CaO y H2O. Al evaporarse el agua, se aprecia una disminucion en el peso de la muestra pulverizada. Entre600y850Celcarbonatodecalciosedescomponeenoxidodecalcio (CaO)ydioxidodecarbono(CO2),siendoesteultimocompuestoelqueescapaalaire, provocandounamarcadadisminuciondepesodelamuestraextraidadelazona carbonatada del bloque. Entodaslasmuestrascarbonatadas,hayunanotoriapresenciadecarbonatode calcio, determinado al descender notablemente el peso de muestra entre 600 y 850 C. Entodas las muestras no carbonatadas se observa un marcado descenso del peso de la muestra bajo los 200 C. Se presume que esto se debe a que, alexistir una cantidad considerable de hidroxido de calcio en la muestra, el agua atraida por este compuesto se evaporaproduciendoquelamuestrapierdapeso.Asimismo,seobservaunpequeo descenso del peso de la muestra entre 600 y 850 C. Es decir, a pesar de no considerarse carbonatada,sedetectoigualmentelapresenciadecarbonatodecalico,locualpuede deberse a contaminacion durante la manipulacion. El equipo es tan sensible que detecta la presencia del CO2 exhalado al respirar. Paralacomparacionentrelazonacarbonatadaylasincarbonatar,secalculoel porcentaje de perdida de peso, ya que las muestras pulverizadas no tienen la misma masa inicial. Ver ReI.18 6. CONCLUSIONES 1.El avance del Irente de carbonatacion se produce desde aIuera hacia el interior de la estructuradehormigon.Ademas,estedependedirectamentede:relacion agua/cemento(a/c),humedadrelativa,compacidaddelhormigon,tipoycantidadde cemento empleado y cantidad de CO2 en el ambiente. 2.SerequierendehumedadesrelativasespeciIicasparaquelacarbonatacionse desarrolle. La carbonatacion se produce entre 30 y 80 de humedad relativa del aire, siendomaximapara50.Bajo30lacarbonatacionnoseproduce,yaqueno existehumedadsuIicienteparaquesedesarrollelosprocesosqueconllevaeste Ienomeno.Sobre80tampocoseproduce,yaquelosporosdelhormigonse encuentran saturados de humedad, impidiendo la penetracion del dioxido de carbono (CO2).DeaquisededucequelasconstruccionesdehormigonarmadoenlaRegion MetropolitanaestanpropensasasuIriresteIenomeno,debidoaquelahumedad relativa promedio anual es de un 71.(Direccion Meteorologica de Chile, 2001). 3.La IenolItaleina sigue siendo un medio eIectivo, economico y de Iacil uso en terreno ylaboratorioparadeterminarcarbonatacion,yaqueproporcionaunarazonable indicaciondelaproIundidaddecarbonatacion,indicandodoszonasbien diIerenciadas entre si, pudiendo medir claramente la proIundidad de carbonatacion. 4.Delasmuestrasanalizadasseobtuvieronresultadosheterogeneosparalasdistintas zonasdelacapitalqueseanalizaron,probablementedebidoaqueloshormigones estudiadosposeiandiversascomposicionesyaladiIerenteexposicionalCO2y humedad ambiente a la que Iueron sometidos.De los ensayos realizados con IenolItaleina se concluye : 5.LamuestramasantiguacorrespondealaextraidadelediIicioqueseubicabaen Morande# 147 con 69 aos, arrojando una proIundidad promedio de 7.0 cm para el primer piso y 5.85 para el quinto piso. Sin embargo, a pesar de ser la muestra de mas edad, no presento la mayor proIundidad de carbonatacion, como era de esperarse. La muestramasjovencorrespondeauntrozodelosaextraidadelhospitalOchagavia, quearrojounaproIundidadpromediodecarbonatacionde2.8cm.Sinembargo,no Iuelamenoscarbonatada,comoseesperaba..Esto,debidoalomencionadoenla conclusion 4. De los ensayos realizados por DiIraccion de rayos X se concluye : 6.Seencontroquetodaslasmuestraspresentancarbonatodecalcio,tantoenlas extraidasdelazonacarbonatadacomolassincarbonatar,inclusoalanalizaruna muestraconedadde1mes.Laaltasensibilidaddelequipoasilodetecta.Ellose debeprincipalmentealosagregados,impurezasyaunaprecarbonataciondelos cementosutilizados,todosloscualesposeenestecompuestoenalgunaproporcion.Elyesoqueseagregaaloscementosenun3a5tambienposeecarbonatosde calciocomoimpurezas.Tambienpuededeberseaque,pesealasprecauciones adoptadas, pudo haber ocurrido una pequea contaminacion en la manipulacion de la muestra. 7.En todas las muestras,la zona propiamente carbonatada (zona mas cercana a la cara superIicial)arrojounaproporciondecalcitamayorqueenlasdelazonasin carbonatar,debidoaqueeslaregionmasexpuestaalataquedelosagentes ambientales que producen el Ienomeno. A traves de los ensayos realizados por Termogravimetria se concluye : 8.LatermogravimetriademostrosereIicazparadeterminarlapresenciadecarbonato decalcioentodoslosanalisisrealizados,obteniendograIicosdeperdidadepesoa medida que aumenta la temperatura.Con este analisis se determino si la muestra esta carbonatadaono,interpretandoelgraIicoqueentregoelmetodo,atravesdelaidentiIicaciondelatemperaturaalaquesedisocianloscompuestosdeinteres (carbonato de calcio). 9.AlusarlosmetodosmassoIisticados,debenextremarselasprecaucionesparano contaminarlasmuestrasalmanipularlas.Losequipossonextraordinariamente sensibles y detectan pequeas concentraciones.10. En lasmuestras carbonatadas se detecto una perdida de peso en un alto porcentaje a temperaturas entre los 600 y850 C, ya que el carbonato de calcio se disocia a estas temperaturascomooxidodecalcioydioxidodecarbono,liberandoesteultimo compuestoalaatmosIera.Enlasmuestrassincarbonatar,elmayorporcentajede perdidadepesoseprodujobajolos200C,yaqueseevaporaelagualibredela muestraylaatrapadadentrodelasparticulas,laPortlanditaoHidroxidodeCalcio presenteenestasmuestrastienelacaracteristicadeatraeragua,esdecir,esun compuesto higroscopico. 11. Losmetodosmasmodernospresentanlaventajadeoperarconpequeascantidades de muestra.De ahi que no sea necesario extraer grandes testigos, lo cual no siempre lo permiten los propietarios de las construcciones. 7. AGRADECIMIENTOS. Losautoresagradecenlainestimablecolaboracionprestada,tantoenasesoria,comoen ejecuciondirectadelosensayos,porlosDres.Sres.JorgeGarindelDepto.deIng. Metalurgica y Daniel SeraIini del Depto. de Fisica, ambos de la U. de Santiago de Chile. 8. 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