La permeabilidad del concreto es importante cuando se trata de la durabilidad de concreto especialmente en aquellos utilizados en estructuras de retención de agua o subestructuras para el mismo fin. Las estructuras expuestas a condiciones ambientales adversas también requieren baja porosidad y permeabilidad. Tales elementos adversos pueden dar lugar a la degradación del concreto reforzado, por ejemplo, la corrosión del acero conduce a un aumento en el volumen del acero, agrietamiento y eventual astillamiento o delaminación. Las pruebas de permeabilidad miden con facilidad qué tipo de líquidos, iones y gases pueden penetrar en el concreto. Existen pruebas in situ para evaluar la facilidad con que agua, gases y materia perjudicial como los iones de cloruro pueden penetrar en el concreto.
Procedimiento general para la prueba de permeabilidad
Un examen exhaustivo de la amplia gama de métodos de ensayo se da en la Concrete Society Technical Report No. 31. Dos de los métodos más ampliamente establecidos son la Prueba Inicial de Absorción de Superficie (ISAT) y la Prueba de Permeabilidad de Aire Figg Modificada. El primero mide la facilidad de penetración de agua en la capa superficial del concreto mientras el último se puede utilizar para determinar el índice de absorción de agua, así como la penetración de aire en la capa superficial del concreto. Otra técnica recién desarrollada utiliza una modificación de la prueba de laboratorio para determinar la permeabilidad de iones cloruro. Todas las pruebas del sitio enfatizan la medición de la permeabilidad de la capa del concreto puesto que esta capa es vista como la más importante para la durabilidad del concreto.
Equipo para la prueba de permeabilidad
Prueba Inicial de Absorción de Superficie (ISAT)
Para el ensayo ISAT se dan detalles en la Norma BS 1881:Parte 5, que estima la absorción de agua desde la superficie. En este método, una copa con una superficie mínima de 5000 mm2 es sellada a la superficie del concreto y se llena de agua. El índice en que el agua es absorbida por el concreto bajo una columna de presión de 200 mm se mide por el movimiento a lo largo de un tubo capilar adjunto a la copa. Cuando el agua entra en contacto con el concreto seco es absorbida por capilaridad inicialmente a un ritmo elevado. Esta es la base de absorción de superficie inicial, que se define como la velocidad del flujo de agua en el concreto por unidad de superficie en un intervalo indicado desde el inicio de la prueba en una columna constante aplicada a temperatura ambiente.
Prueba de Permeabilidad de Aire Figg Modificada
La prueba de permeabilidad Figg modificada puede utilizarse para determinar la permeabilidad de aire o el agua de la capa superficial del concreto. En ambos aire y agua, la permeabilidad se prueba en un agujero de 10 mm de diámetro perforado a 40 mm de profundidad normal a la superficie del concreto. Un tapón se inserta en este agujero para formar una cavidad hermética en el concreto. En la prueba de permeabilidad de aire, la presión en la cavidad se reduce a -55 kPa utilizando una bomba de vacío operada manualmente. El tiempo que tarda el aire en alcanzar los -50 kPa permeando a través del concreto se toma como una medida de la permeabilidad de aire del concreto. La permeabilidad de agua se mide a una columna de 100 mm con una cánula muy fina que pasa a través de una aguja hipodérmica para tocar la base de la cavidad. Se utiliza un conector bidireccional para conectarse a una jeringa y a un tubo capilar horizontal 100 mm por encima de la base de la cavidad. Se inyecta agua a través de la jeringa para reemplazar todo el aire y después de un minuto la jeringa es aislada con un menisco de agua en una posición adecuada. El tiempo para el menisco de moverse 50 mm se toma como una medida de la permeabilidad de agua del concreto.
94 Ensayo rápido de permeabilidad de iones cloruro
Este método fue originalmente diseñado para aplicaciones de laboratorio, pero se ha modificado para uso in situ. El procedimiento para la prueba de laboratorio se da en la AASHTO T277 y ASTM C1202. La técnica se basa en el principio de que iones cargados tal como los iones cloruro Cl- se acelerarán en un campo eléctrico hacia el polo de carga opuesta. Los iones llegarán a la velocidad terminal cuando la resistencia friccional del medio que lo rodea alcanza el equilibrio con la fuerza de aceleración. Esta es la base de "electroforesis", que se utiliza en muchos estudios químicos y biológicos.
Una fuente de alimentación de CD se utiliza para aplicar una tensión constante entre la capa de cobre y el acero de refuerzo. Luego se mide el total de corriente que fluye entre la malla y la barra de refuerzo durante un período de seis horas. La carga eléctrica total (en Coulombs) se calcula y se puede relacionar con la permeabilidad de iones cloruro del concreto.
Aplicaciones de la prueba de permeabilidad
Los métodos descritos no miden la permeabilidad directamente pero determinan “un índice de permeabilidad”, que está relacionada estrechamente con el método de medición. En general, se debe seleccionar el método de ensayo apropiado para el mecanismo de permeación pertinente a los requisitos de rendimiento del concreto estudiado. Diversos mecanismos de permeabilidad existen dependiendo del medio de permeabilidad, que involucran los efectos de absorción y capilaridad, permeabilidad diferencial de presión y difusión de gases e iones.
La mayoría de estos métodos miden la permeabilidad o porosidad de la capa superficial de concreto y no la permeabilidad intrínseca del núcleo de concreto. La piel o capa delgada del concreto ha sido conocida en que afecta considerablemente la durabilidad del concreto desde que el deterioro como la carbonatación y lixiviación comienzan desde la superficie del concreto. Esta capa proporciona así la primera defensa contra cualquier degradación.
Las directrices sobre las diferentes categorías de permeabilidad se muestran en la Tabla 4.6.
Tabla 4.5. Directrices para las diferentes categorías de permeabilidad. Métodos Unidades Absorción/Permeabilidad del Concreto
Bajo Medio Alto
ISAT 10 min ml/m2/seg < 0.25 0.25-0.50 > 0.50 30 min < 0.17 0.17-0.35 > 0.35 1 hr < 0.10 0.10-0.20 > 0.20 2 hr < 0.07 0.07-0.15 > 0.15 Figg, absrorción de agua, 50 mm (concreto seco) seg > 200 100-200 < 100 Índice de permeabilidad de aire, Figg modificado seg > 300 100-300 < 100
Alcance y limitaciones del ensayo de la permeabilidad
Para el ensayo ISAT, las pruebas de secado en horno de en especímenes dan resultados razonablemente consistentes pero en otros casos los resultados son menos confiables. Esto puede resultar en un problema con concretos in situ. Se ha encontrado que la prueba es muy sensible a los cambios en la calidad y el correlacionar con observaron conducta meteorización. La principal aplicación
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es como una prueba de control de calidad para los prefabricados pero crece también en la aplicación a la evaluación de la durabilidad del concreto in situ.
Las propiedades eléctricas del concreto y la presencia de campos eléctricos aislados afectan los resultados de la prueba rápida de permeabilidad de cloruros. Algunas mezclas de concretos que contienen materiales conductores por ejemplo, algunas combinaciones de cementos, en particular, escorias, pueden producir una permeabilidad de iones cloruro alta aunque tales concretos son conocidos por ser muy densos e impermeables. La prueba también se ve afectada por los incrementos de temperatura durante las mediciones. Sin embargo, se ha obtenido razonablemente una buena correlación entre esta técnica y la prueba de 90 días de la AASHTO T259 en el laboratorio.