Deterioro del hormigón sometido a ensayos acelerados de hielo-deshielo en presencia de cloruros

Romero Mendoza, Héctor Leonardo (2011). Deterioro del hormigón sometido a ensayos acelerados de hielo-deshielo en presencia de cloruros . Tesis (Doctoral), E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM).

Descripción

Título: Deterioro del hormigón sometido a ensayos acelerados de hielo-deshielo en presencia de cloruros
Autor/es:
  • Romero Mendoza, Héctor Leonardo
Director/es:
  • Gálvez Ruiz, Jaime C.
  • Casati Calzada, María Jesús
Tipo de Documento: Tesis (Doctoral)
Fecha: 2011
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Caminos, Canales y Puertos (UPM)
Departamento: Ingeniería Civil: Construcción
Grupo Investigación UPM: ISBN-978-84-694-5133-5
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El deterioro del hormigón por ciclos de hielo-deshielo en presencia de sales fundentes es causa frecuente de problemas en los puentes e infraestructuras en los países europeos. Los danos producidos por los ciclos de hielo-deshielo en el hormigón pueden ser internos, fundamentalmente la fisuracion y/o externos como el descascarillamiento (desgaste superficial por la acción ambiental), que se manifiestan principalmente en la disminución del modulo de elasticidad dinámico, la aparición de fisuras y el desprendimiento de laminas. Para el estudio del comportamiento del hormigón expuesto a la congelación y descongelación, existen diversos métodos de ensayo normalizados, que someten al material a ciclos acelerados que intentan reproducir el fenómeno natural. En este trabajo, para evaluar la resistencia superficial del hormigón frente al hielo-deshielo se ha utilizado la norma UNE-CENT/TS 12390-9 (CDF – Método alternativo). Esta norma emplea una disolución de cloruro sodico (NaCl) al 3% como medio de congelación. El deterioro se mide por la perdida de masa superficial tras 28 ciclos de hielo-deshielo. Este ensayo tiene indudables ventajas, pero también algún inconveniente, como es el procedimiento de medida del deterioro del material. Esta investigación propone evaluar la evolución del deterioro del hormigón debido a los ciclos de hielo-deshielo mediante el incremento de la deformación superficial y la modificación de la velocidad de pulsos ultrasónicos. Se han sometido probetas de hormigones con diferente estructura porosa al ensayo de resistencia al hielo-deshielo y se han caracterizado las principales propiedades del hormigón en estado fresco y endurecido, además se han realizado algunos ensayos de durabilidad, antes y después del ensayo, para conocer el efecto de los ciclos de hielo-deshielo en esas propiedades. Durante el ensayo de hielo-deshielo se han realizado mediciones de variables como la humedad y la temperatura en el interior de las probetas con sensores embebidos. La deformación superficial del hormigón se ha medido utilizando bandas extensometricas y sensores de fibra óptica. La velocidad de pulso ultrasonico (VPU) en las probetas de hormigón también se ha medido utilizando diferentes métodos y equipos para establecer la variación del modulo de elasticidad dinámico del material. El trabajo presenta los resultados correspondientes a los ensayos realizados en una amplia campana experimental con siete dosificaciones diferentes de hormigón para estudiar su comportamiento frente al hielo-deshielo. Los hormigones con aditivo aireante presentaron alta resistencia al hielo-deshielo, mientras que los que no tenían aditivo aireante tuvieron mayor deterioro. También se estudio el hormigón con humo de silice y sin aditivo aireante, debido a que en el hormigón pretensado con cordon adherente esta prohibido el uso de aditivos aireantes y una estrategia adecuada es emplear humo de silice para mejorar la impermeabilidad del hormigón. Los resultados obtenidos mostraron que el descascarillamiento esta relacionado con el aumento de la deformación superficial del hormigon y con la reducción del modulo de elasticidad dinámico relativo, calculado a partir de la velocidad de pulso ultrasonico. De esta forma se constata experimentalmente la viabilidad y ventajas de las medidas no destructivas propuestas, las cuales captan el deterioro del hormigón antes de que finalice el ensayo, permiten la medicion en continuo y evitan tener que detener el ensayo para realizar las medidas. Con los ensayos realizados ha sido posible estudiar el efecto del hielo-deshielo en el hormigón. Las principales propiedades mecánicas del hormigón no se ven seriamente afectadas durante el ensayo debido a que el dano producido es solamente superficial. Con la monitorizacion de la humedad y la temperatura en el interior del hormigón, se ha comprobado que una mayor capacidad de transporte de liquido en el hormigón puede generar mayor deterioro. La permeabilidad del hormigón aumenta por los ciclos de hielo-deshielo debido a la fisuracion interna. El uso de humo de silice como adición al hormigón resulta adecuado para sustituir el aditivo aireante, pero a largo plazo puede tener un deterioro mayor que el hormigón con aire ocluido. Con el objeto de poder estudiar la incidencia real de los ciclos de hielodeshielo en las estructuras construidas a lo largo del tiempo, se ha realizado una inspección visual de dos puentes construidos hace mas de veinte y cincuenta anos, respectivamente, y situados en zonas con solicitaciones de hielo-deshielo y uso frecuente de sales fundentes. Se han extraido probetas testigo de los puentes y sobre ellas se realizaron ensayos para conocer la resistencia a compresión, la porosidad y distribución porosa, asi como el grado de deterioro de los hormigones por la penetración de cloruros. El trabajo realizado pone de manifiesto la viabilidad y ventajas del uso de técnicas de medida no destructivas para evaluar el deterioro del hormigón frente a ciclos de hielo-deshielo. 1. ABSTRACT Concrete deterioration due to freeze-thaw cycles in the presence of de-icing salts is a frequent cause of problems in concrete bridges and other civil infrastructures in Europe. Concrete damage generated by freeze-thaw cycles can be internal, mainly by cracking and/or external, like scaling (wear surface by environmental action), producing a loss of the dynamic modulus of elasticity, cracking and the removal of small flakes of material. There are many standard tests to study the behavior of concrete exposed to freezing and thawing. In these tests, the concrete is subjected to accelerated cycles that try to reproduce the natural phenomenon. In this Thesis, in order to assess the superficial concrete resistance to freeze-thaw, the standard test UNE-CENT/TS 12390-9 (CDF – Altenative method) has been used. This method uses a 3% sodium chloride solution (NaCl) as a freezing medium. The damage is measured by the loss of superficial mass after 28 freeze-thaw cycles. This test has valuable advantages but also some drawbacks, like the procedure for measuring the material damage. This research proposes to assess the concrete damage evolution caused by the freeze-thaw cycles using the increase of the superficial strain and the variation of the ultrasonic pulse velocity measurements. Concrete specimens with different porous structures were tested according to the freeze-thaw test and the main concrete properties in fresh and hard state were obtained. Also, some durability tests were performed before and after the freeze-thaw test, in order to assess the effect of the cycles in those properties. During the freeze-thaw test, the humidity and temperature inside the concrete were obtained using embedded sensors. The surface strain was measured using strain gages and fiber optic sensors. The ultrasonic pulse velocity (UPV) measurements were obtained through the concrete specimens by means of different methods and equipments in order to assess the variation of the material’s dynamic modulus of elasticity. This Thesis presents the results of the tests performed in a wide experimental programme with seven different concrete mixes in order to study their behavior against freeze-thaw attack. The air-entraining concretes showed high freeze-thaw resistance, while the non air-entraining concretes were more affected by the cycles. The silica fume and non air-entraining concrete were also studied, because the use of air-entrained admixtures is forbidden on prestressed concrete with adhesive bead and an appropriate strategy is to use silica fume in order to improve the impermeability of concrete. The results showed that the scaling of concrete is related to the increase of its surface strain and to the reduction of the dynamic modulus of elasticity, calculated with the ultrasonic pulse velocity measurements. These results give experimental evidence of the feasibility and the advantages of the proposed nondestructive measures, which capture the deterioration of concrete before the end of the test, allowing the continuous measurement and avoiding having to stop the test for measurement. The tests performed in this Thesis allowed to study the effect of freeze-thaw in concrete. The main mechanical properties of concrete were not seriously affected during the test because the damage was only superficial. With the monitoring of humidity and temperature inside the concrete, it was found that a higher fluid transport capacity in concrete can lead to further deterioration. The permeability of concrete was increased by freeze-thaw cycles due to internal cracking. The use of silica fume as an addition in a concrete mix is suitable to replace the air-entraining admixture, but in the long term, it may suffer further deterioration in comparison to the airentrained concrete. In order to study the real impact over time of freeze-thaw cycles in concrete structures, visual inspections were made and cores for durability test were taken from two bridges built more than twenty and fifty years ago, and located in areas with freeze-thaw solicitations and frequent use of de-icing salts. Some test to assess the compressive strength, the porosity and the deterioration caused by chloride penetration in concrete, were performed. This Thesis shows the feasibility and the advantages of using non-destructive measurement techniques for assessing the deterioration of concrete against freeze-thaw cycles.

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ID de Registro: 8821
Identificador DC: http://oa.upm.es/8821/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:8821
Depositado por: Archivo Digital UPM
Depositado el: 02 Sep 2011 11:19
Ultima Modificación: 20 Abr 2016 17:28
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