El hormigón armado compuesto de cemento Portland fue inventado hace algo más de un
siglo aproximadamente y se ha convertido en el material más utilizado en la construcción.
La durabilidad de este hormigón es una de las consideraciones más importantes a ser
tenidas en cuenta en el diseño de nuevas estructuras y en la evaluación estructural de las
ya existentes. Cuando un hormigón sujeto a un ambientes o cargas que puede degradarlo,
como puede ser su uso en puentes y ambientes marinos o si contiene grandes cantidades
de alúmina o áridos reciclados, el conocimiento o predicción de su durabilidad es una
aspecto crítico para su comportamiento en servicio.
Los ensayos no destructivos se han mostrado como unos de los ensayos preceptivos con
una importancia económica y social más relevante desde que se han aplicado para la
auscultación de la durabilidad de las estructuras de hormigón pertenecientes a la
ingeniería civil, donde estos materiales son ampliamente utilizados. En cualquier caso, el
uso de las técnicas no destructivas en estos materiales no está suficientemente
implementado, hecho este motivado por las características heterogéneas de su
microestructura. De todos los métodos no destructivos aplicables para el hormigón, el uso
de pulsos ultrasónicos es de gran interés para la caracterización de la microestructura y las
propiedades de materiales heterogéneos.
El objetivo del presente trabajo es obtener un procedimiento de evaluación del ciclo de
vida del hormigón preparado y puesto en servicio para ambientes marinos. Además, será
estudiado y analizado la incorporación de varias metodologías (destructivas y non
destructivas) para caracterizar el proceso de degradación de morteros y hormigones
expuestos a disolución de sulfato de sodio y a exposición en disolución de nitrato amónico.
Con esta finalidad, una integración adecuada de diferentes técnicas será usada para la
caracterización de propiedades y el seguimiento del proceso de degradación que afectan al
hormigón.
Como objetivos adicionales, destaca que fueron estudiadas las relaciones entre los
parámetros destructivos y no destructivos, así como la relación entre los distintos
parámetros no destructivos entre sí. Muchos de los estudios anteriores que han usado la
inspección ultrasónica las cuáles fueron utilizadas para determinar la relación
agua/cemento del mortero, de la pasta de cemento y del hormigón, o para monitorizar los
cambios estructurales, para diferentes relaciones a/c, en el proceso de curado. En este
trabajo de investigación fue analizado el efecto que tiene para diferentes relaciones a/c en
los parámetros ultrasónicos durante el proceso de degradación.
Para este objetivo, se utilizaron un Cemento Portland tipo II A L 42.5 (LPC), y otro
sulforresistente tipo I 42.5R/SR (SRPC) que fueron usados en la fabricación de dos marcos
de hormigón, los cuales fueron utilizados como hormigón en servicio (caso real). Para el
estudio del efecto de la variación de a/c en los parámetros ultrasónicos durante la
degradación se utilizaron muestras de mortero con deferentes relaciones agua cemento
0.525- 0.45- 0.375 and 0.30 a partir de LPC para obtener diferentes niveles de degradación.
Para monitorizar el proceso de degradación se utilizó la inspección por pulso/eco (1 y 3.5
MHz) para la obtención del parámetro del área del perfil de atenuaciones (APA) el cual fue
estimado por L Vergara et al., 2003 y usado por Fuente et al, 2004.
Para seguir el proceso de curado de pasta de cemento y morteros, este parámetro ha
demostrado una alta sensibilidad para caracterizar los cambios microestructurales de
materiales derivados del cemento a lo largo de su curado. El método de transmisión se ha
utilizado para la determinación de las velocidades de ondas longitudinales con la
frecuencia de 1MHz y transversales con la frecuencia de 500 kHz. La velocidad ultrasónica
también ha demostrado la capacidad para seguir los cambios microestructurales de un
modo sencillo porque dicho parámetro está relacionado con la variación de las propiedades
mecánicas, y bajo ciertas premisas, con la variación de la porosidad. El análisis con la
imagen ultrasónica con 2 MHz fue también usada para la consecución de los mismos
objetivos.
Como métodos destructivos, los ensayos de resistencia a la compresión y flexión fueron los
utilizados para determinar la pérdida de actividad resistente de morteros y hormigones, y la porosidad conectada al agua para analizar los cambios en la matriz porosa por el efecto
de la difusión de elementos agresivos que penetran en el material provocando su
degradación.
La porosimetría de mercurio (MIP) fue usada para observar las variaciones del volumen y
tamaño de poro y, por último, la microscopía electrónica de barrido (MEB) que fue utilizada
para cuantificar y detectar los cambios en la microestructura por el ataque de elementos
agresivos.
Los resultados obtenidos muestran que, la degradación producida por exposición a sulfato
de sodio, tiene dos etapas, en la primera etapa se forma la etringita que llena los poros pero
que no produce microfisuración. En esta etapa se observó una variación en los parámetros
obtenidos por ejemplo, incremento de la velocidad de la onda ultrasónica, de las
resistencias a compresión y a la flexión o la disminución de la porosidad. Esta variación en
los parámetros podría indicar una mejora en las prestaciones mecánicas del material
objeto de la investigación, pero en realidad esto no es cierto porque los poros están llenos
de etringita, provocando una expansión, que es la causa de la degradación en la segunda
etapa. En dicha segunda etapa, se produce una microfisuración generalizada por la
expansión de la etringita e incrementando su volumen dentro de los poros. Este hecho
produjo un cambio en los parámetros medidos que contrastan con la evolución en la
primera etapa, disminución de la velocidad de las ondas ultrasónicas, y de las resistencias
mecánicas y consecuentemente un aumento de la porosidad. Por otro lado, la degradación
por ataque de nitrato amonio tiene una única etapa debida al proceso de descalificación
que comienza desde el principio del proceso de exposición y es lineal durante todo el
periodo de exposición. Para ambos casos, la integración de las diversas técnicas se revela
como satisfactoria para el seguimiento del proceso de degradación, encontrando buenas
correlaciones entre los parámetros no destructivos y los parámetros destructivos de
técnicas de análisis físico-químico. / Mahmoud, TI. (2013). Evaluation of the degradation process of cement-based materials exposed to aggressive environment by using ultrasonic techniques and physical characterisation [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27550 / TESIS
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/27550 |
| Date | 07 March 2013 |
| Creators | MAHMOUD, TAREK IBRAHIM |
| Contributors | Fuente Ramírez, José Vicente, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería de la Construcción y de Proyectos de Ingeniería Civil - Departament d'Enginyeria de la Construcció i de Projectes d'Enginyeria Civil |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Source | Riunet |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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