Unidad 4 - Agua Para Morteros Y Hormigones

Escuela Técnica de Vialidad Nacional Nº4 Ing. Luis Maria Barletta Av. 27 de Febrero 2199. Santa Fe. Capital. Te: 0342-4520031

Cátedra: Tecnología del Hormigón - Ingeniería Civil Profesor: Ing. Ma. Fernanda Carrasco

UNIDAD 4. AGUA PARA MORTEROS Y HORMIGONES INTRODUCCIÓN Resulta obvio decir que sin agua no se puede elaborar hormigón o morteros, más aún, no puede elaborarse una pasta de cemento. Así, el agua cobra importancia en la fabricación del hormigón como: agua de mezclado, agua de curado y agua de lavado. Han de tenerse en cuenta también, los efectos que pueda producir como agua de contacto. Si bien el agua es el componente de más bajo costo para la elaboración del hormigón, es un elemento tan importante como el cemento, ya que la variación de su contenido en una mezcla, permite realizar la dosificación del hormigón variando su resistencia, consistencia y permeabilidad. Además, cuando se desconoce la calidad del agua utilizada, su procedencia y composición química, se corre un gran riesgo, porque aunque la relación “a/c” sea la deseada, no se sabe si en el interior del hormigón el agua provocará un beneficio o un inconveniente. Las impurezas del agua pueden presentarse disueltas o en forma de suspensión y pueden ser: carbonatos o bicarbonatos, cloruros, sulfatos, sales de hierro, sales inorgánicas, ácidos, materia orgánica, aceites, o sedimentos y pueden interferir en la hidratación del cemento, producir modificaciones del tiempo de fraguado, reducir la resistencia mecánica, causar manchas en la superficie del hormigón y aumentar el riesgo de corrosión de las armaduras. En general, se establece que si el agua es potable, es adecuada para agua de mezclado, y una gran parte de los hormigones se elaboran con agua potable. Sin embargo, muchas aguas no aptas para beber son satisfactorias para el mezclado. En todo caso, las especificaciones establecen las cantidades máximas de impurezas que pueden ser aceptadas, dependiendo del tipo de hormigón a elaborar. Cuando existen dudas acerca de la calidad del agua de mezclado, se deben extraer muestras para someterlas a ensayos de laboratorio. El agua para lavado de los agregados o el equipo, no debe tener cantidades tales de impurezas como para producir daños en la superficie del hormigón, en la superficie de las partículas de agregado o en la mezcla de hormigón. Finalmente, como agua de contacto, cuando contiene sustancias agresivas sus efectos son más decisivos, pudiéndose llegar a la destrucción del hormigón si no se toman las precauciones convenientes. El agua de mar adquiere importancia especialmente en obras realizadas en las zonas costeras y en toda obra civil portuaria.

AGUA DE MEZCLADO El agua de mezclado, está compuesta por el agua agregada al elaborar un pastón más la proveniente de la humedad superficial de los agregados, siendo sus principales funciones: • Reaccionar con el cemento, produciendo su hidratación • Actuar como un lubricante, contribuyendo a la trabajabilidad de la mezcla fresca • Asegurar el espacio necesario en la pasta, para el desarrollo de los productos de hidratación

Una regla simple concerniente a la aceptabilidad del agua de mezclado, es que sea potable. En otras palabras, si el agua no tiene algún gusto, olor o color particular, y no es gaseosa o espumosa cuando se agita, no hay razón para asumir que podrá dañar al hormigón cuando se use como agua de mezclado. Por otra parte, muchas aguas inaceptables para beber, son satisfactorias para fabricar hormigones y permiten alcanzar la resistencia exigida en el proyecto sin influir desfavorablemente en el proceso de endurecimiento y fraguado. Las aguas que pueden considerarse perjudiciales, son aquellas que contienen excesivas cantidades de azúcar, ácidos, materia orgánica, aceites, sulfatos, sales alcalinas, efluentes de cloacas, sólidos suspendidos y gases. Algunas de estas impurezas son naturales, otras están en el agua de mar o aguas provenientes de actividades industriales. En general, el agua no debe contener sustancias que puedan producir efectos desfavorables sobre el hormigón o sobre las armaduras. A continuación se resumen los efectos de ciertas impurezas del agua de mezclado sobre la calidad del hormigón: Carbonato alcalino y bicarbonato Los carbonatos y los bicarbonatos de sodio y potasio tienen diferentes efectos sobre el tiempo de fraguado de diferentes cementos. El carbonato de sodio puede causar fraguado rápido, el bicarbonato puede tanto acelerar como retardar el fraguado. Estas sales, cuando se encuentran en grandes concentraciones, pueden reducir la resistencia del hormigón. Cuando la suma de las sales disueltas excede 1000 ppm, se hacen necesarios ensayos para el estudio de su influencia sobre la resistencia y el tiempo de fraguado. También se debe considerar la posibilidad de la ocurrencia de reacciones álcali-agregado. Cloruros El efecto adverso de los iones cloruro sobre la corrosión de la armadura (refuerzo) es la principal razón de preocupación a respecto del contenido de cloruros en el agua usada para la preparación del hormigón. Los iones cloruro atacan la capa de óxido protectora que se forma sobre el acero resultante de la alta alcalinidad (pH mayor que 12.5) presente en el hormigón. El nivel de iones cloruros solubles en ácido, en el cual la corrosión empieza en el hormigón, es aproximadamente del 0.2 a 0.4 % en peso de cemento (0.15 % al 0.3 % soluble en agua). Sulfatos La preocupación respecto del alto contenido de sulfatos en el agua usada para la preparación del hormigón se debe a las reacciones expansivas potenciales y al deterioro por el ataque de sulfatos, principalmente en áreas donde el hormigón será expuesto a suelos o aguas con alto contenido de sulfatos. Sales de hierro Las aguas subterráneas naturales raramente contienen más de 20 a 30 ppm de hierro, sin embargo las aguas ácidas de mina pueden contener grandes cantidades de hierro. Las sales de hierro en concentraciones de hasta 40.000 ppm normalmente no afectan la resistencia del hormigón, pero si su aspecto estético. Diversas sales inorgánicas Las sales de manganeso, estaño, cinc, cobre y plomo en el agua de mezclado pueden causar una significante reducción de la resistencia y grandes variaciones del tiempo de fraguado. De éstas, las sales de cinc, cobre y plomo son las más activas. Las sales yodato de sodio, fosfato de sodio, arseniato de sodio y borato de sodio son especialmente activas como retardadores. Todas ellas pueden retardar muchísimo tanto el tiempo de fraguado como también el desarrollo de la resistencia, siempre que estén en bajas concentraciones respecto del contenido de cemento. El sulfuro de sodio es otra sal que puede ser perjudicial al hormigón.

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Impurezas orgánicas El efecto de substancias orgánicas sobre el tiempo de fraguado del cemento portland y sobre la resistencia última del hormigón es un problema muy complejo. Tales sustancias se pueden encontrar en aguas naturales. Las aguas muy coloridas, con un olor apreciable o con algas verdes o marrones visibles se deben considerar sospechosas y, por lo tanto, hay que analizarlas. Las algas también pueden estar presentes en los agregados, reduciendo la adherencia entre el agregado y la pasta. Se recomienda 1000 ppm como contenido máximo de algas. Azúcar Un pequeña cantidad de sacarosa, del 0.03 a 0.15 % en peso de cemento, normalmente es suficiente para retardar el fraguado del cemento. El límite superior de este rango varía de acuerdo con los diferentes cementos. La resistencia a los 7 días se puede reducir mientras que la resistencia a los 28 días se puede aumentar. El azúcar en cantidades iguales o superiores a 0.25 % en peso de cemento puede causar fraguado rápido y gran reducción de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar influye en el tiempo de fraguado y en la resistencia de manera diferente. El azúcar en el agua de mezcla en concentraciones inferiores a 500 ppm, normalmente no presenta efecto nocivo sobre la resistencia, pero si la concentración supera este valor, se deben hacer ensayos de tiempo de fraguado y resistencia. Sedimentos o partículas en suspensión Se pueden tolerar aproximadamente 2000 ppm de arcilla en suspensión o partículas finas de rocas en el agua de mezclado. Cantidades más elevadas, posiblemente, no afecten la resistencia pero pueden influenciar otras propiedades de algunos hormigones tales como la contracción por secado, tiempos de fraguado, durabilidad o aparición de eflorescencia. Antes de utilizarse un agua embarrada o lodosa, se la debe pasar a través de estanques de sedimentación o se la debe clarificar por cualquier otro medio para la disminución de la cantidad de sedimentos o arcillas introducidos en la mezcla a través del agua de mezcla. Estos sedimentos podrían tolerarse en cantidades superiores cuando los finos del cemento se retornan al hormigón por el uso de agua de lavado reciclada. Aceites Muchos tipos de aceites están ocasionalmente presentes en el agua. El aceite mineral (petróleo) sin mezcla de aceites vegetales o animales tiene, probablemente, menos efecto sobre el desarrollo de la resistencia que otros aceites. Sin embargo, el aceite mineral en concentraciones superiores al 2.5% en peso de cemento puede reducir la resistencia en más del 20 %. Agua del mar El agua del mar, con una concentración de sales disueltas de hasta 35,000 ppm, normalmente es adecuada para el uso como agua de mezclado del hormigón que no contenga armaduras de acero. Aproximadamente 78% de la sal es cloruro de sodio y 15 % es cloruro y sulfato de magnesio. Aunque la resistencia temprana del hormigón preparado con agua de mar pueda ser más elevada que la resistencia del hormigón normal, la resistencia a edades mayores (después de 28 días) puede resultar menor. Esta reducción de la resistencia se puede compensar con la reducción de la relación agua/cemento. El agua de mar no es apropiada para la preparación de hormigón reforzado con acero y no se debe usar en hormigón pretensado, debido al riesgo de corrosión de la armadura, principalmente en ambientes cálidos y húmedos. El sodio y el potasio de las sales presentes en el agua de mar, usada en la preparación del hormigón, pueden agravar la reactividad álcali-agregado. Por lo tanto, no se debe usar agua de mar en la mezcla del hormigón donde estén presentes agregados potencialmente reactivos.

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El agua de mar empleada en el hormigón también tiende a causar eflorescencias y manchas en la superficie del hormigón expuesta al aire y al agua. Aguas ácidas La aceptación de aguas ácidas en la mezcla del hormigón se debe basar en la concentración de los ácidos en el agua. Ocasionalmente, la aceptación se basa en el pH, que es una medida de la concentración de los iones hidrógenos en una escala logarítmica. El valor de pH es un índice de intensidad y no es la mejor medida de la reactividad potencial de un ácido o de una base. El pH del agua neutra es 7.0; valores inferiores a 7.0 indican acidez y valores superiores a 7.0 indican alcalinidad. Normalmente el agua de mezclado que contiene ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones de hasta 10000 ppm no tiene efecto perjudicial sobre la resistencia. Las aguas ácidas con pH menor que 3.0 pueden crear problemas de manejo y, si posible, se deben evitar. Los ácidos orgánicos, tal como el ácido tánico, en altas concentraciones pueden tener un fuerte efecto sobre la resistencia. Aguas alcalinas Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio superiores al 0.5 % en peso de cemento pueden reducir la resistencia del hormigón. El hidróxido de calcio en concentraciones de hasta 1.2 % en peso de cemento tiene poco efecto sobre la resistencia del hormigón con algunos tipos de cemento, pero esto debe ser evaluado en cada caso. Se debe considerar la posibilidad del aumento de la reactividad álcali-agregado. Aguas de desechos industriales La mayoría de las aguas que cargan desechos industriales tienen menos de 4000 ppm de sólidos totales. Cuando se usa este tipo de agua para preparar el hormigón, la reducción de la resistencia a compresión no supera el 10 a 15 %. Las aguas de desechos industriales tales como curtiembres, fábricas de pintura, plantas de coque, plantas químicas y de galvanización pueden contener impurezas peligrosas. Lo mejor es verificar cualquier agua de desecho que contenga unos pocos cientos de partes por millón de sólidos poco comunes. Aguas sanitarias residuales (aguas negras) Un agua residual típica puede contener aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Después que el agua residual se diluye en un buen sistema de tratamiento, la concentración se reduce aproximadamente a 20 ppm o menos. Esta concentración es muy baja para afectar considerablemente la resistencia del hormigón.

AGUA DE CURADO Los requerimientos para el agua de curado se establecen en la norma IRAM 1601:1986 con las mismas exigencias aplicadas al agua de mezclado. El agua de curado no debe contener sustancias agresivas para el hormigón endurecido o las armaduras, ya que durante las primeras edades el hormigón es sumamente permeable. Se debe tomar en cuenta, consecuentemente, no emplear agua con elevados contenidos de cloruros en caso de estructuras armadas, evitar sustancias que puedan provocar decoloraciones o manchas superficiales y mantener reducida la diferencia de temperatura entre el agua de curado y el hormigón para evitar la aparición de fisuras.

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AGUA DE LAVADO El agua para lavado de los agregados, no debe contener materiales, en cantidades tales que produzcan una película o revestimiento dañino sobre las partículas de agregados. Cuando se utiliza para el lavado de la hormigonera u otros equipos, el agua de lavado no debe contener impurezas en cantidades suficientes para producir el deterioro del equipo o de la mezcla. Para la reutilización del agua de lavado, se deberá asegurar el cumplimiento de los requisitos establecidos en la norma IRAM 1601:1986 y se evitará el agua utilizada para el lavado de equipos que hubieran contenido aditivos tales que pudiesen afectar las características del nuevo hormigón elaborado. En algunos países como EE.UU. se prohíbe la descarga en las vías fluviales de cualquier agua de enjuague o lavado no tratada, que se ha usado en el lavado de arena, grava o mezcladoras. El agua de enjuague de lavado se utiliza normalmente en el hormigón premezclado.

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA En caso de dudas acerca de la aptitud del agua para la elaboración y curado del hormigón así como para el lavado de los agregados, se debe someter una muestra a ensayos de laboratorio. En nuestro país los límites de los requerimientos están fijados por la norma IRAM 1601:1986 que establece requisitos físicos y químicos. Toma de muestras Las muestras deben ser representativas del agua tal como se va a emplear. Se debe tener presente que una sola muestra de agua, tomada de un determinado lugar, puede no ser representativa, si existen variaciones de la composición en función del tiempo, como consecuencia de una variación de las condiciones climáticas, variaciones estacionales, influencia de las mareas o por otros motivos. Cuando se producen variaciones de composición, como consecuencia de lo antes citado, es necesario tomar muestras periódicas a distintas horas del día y en días distintos. Es muy importante el conocimiento local de las fuentes, especialmente en los casos en que, por tratarse de una zona industrial, exista la posibilidad de modificación de la composición. Cuando se conoce el lugar, de donde se proyecta extraer el agua a emplear, este debe ser uno de los lugares de extracción de muestra. En otros casos se debe hacer una estimación del lugar de acuerdo a la información que se desea obtener, a las necesidades o condiciones locales. Las muestras extraídas de distintas fuentes o lugares, se deben analizar separadamente sin mezclarlas. Es suficiente tomar 10 dm3 de muestra, envasarlos en recipientes o botellas de polietileno o vidrio incoloro, perfectamente limpios. Se debe tomar la precaución de enjuagar el recipiente igual que su tapa, repetidas veces con el agua, cuya muestra se desea obtener. En los ríos o arroyos, la muestra se debe tomar a la profundidad a que va a ser colocada la boca de extracción; en caso de aguas subterráneas, se debe dejar funcionar la bomba previamente, el tiempo necesario para lavar los conductos antes de extraer la muestra. Las muestras deben identificarse con: el número de muestra, la procedencia, la fuente de provisión (superficial o subterránea), el uso a que se destina, la profundidad a que fue extraída y la fecha de extracción. Requisitos Físicos Los requisitos físicos que deben ser verificados son: el tiempo de fraguado y la resistencia a compresión de mezclas de cemento. A veces es suficiente un ensayo del tiempo de fraguado satisfactorio. Cuando el tiempo lo permite, es conveniente ensayar muestras de hormigón o mortero, que contengan el agua en estudio, para comparar la resistencia y durabilidad con respecto a probetas hechas con agua potable.

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Tiempo de fraguado: Los tiempos de principio y fin de fragüe, especificados en la IRAM 1619:2003, se determinan midiendo la profundidad de penetración de la aguja de Vicat, en la pasta de cemento. La norma IRAM 1601:1986 establece que los tiempos de fraguado obtenidos con la pasta de cemento preparada con el agua a examinar, con respecto a los obtenidos con la pasta patrón, no deben ser inferiores al 90% para el principio de fragüe, ni superiores al 110% para el fin de fragüe. Resistencia a compresión: La resistencia a la compresión, según IRAM 1622:2002, se determina sobre los fragmentos de probetas de mortero provenientes del ensayo a flexión. La IRAM 1601:1986 limita al 10 %, la reducción de la resistencia a compresión, de las probetas moldeadas con la mezcla preparada con el agua a examinar, respecto de las probetas patrón. Requisitos Químicos La norma IRAM 1601:1986 limita los contenidos de sustancias perjudiciales de acuerdo a lo indicado en la Tabla 1. Tabla 1. Requisitos químicos para el agua de mezclado y curado Requisitos

Unidad

Mínimo

Máximo

Residuo sólido

mg/dm³

-----

5000

Materia orgánica, expresada como oxígeno consumido

mg/dm³

-----

3

-----

5.5

8

mg/dm³

-----

1000

Para emplear en hormigón simple

mg/dm³

-----

2000

Para emplear en hormigón convencional

mg/dm³

-----

700

Para emplear en hormigón pretensado

mg/dm³

-----

500

mg/dm³

-----

1

PH Sulfato, expresado como Cloruro, expresado Cl-

como

SO42-

Hierro, expresado como Fe

TRATAMIENTO DE AGUAS En el futuro próximo el agua potable será un recurso costoso y escaso. Por esta razón la tendencia actual es: •

Utilizar aguas servidas para evitar la contaminación y fijar contaminantes en la masa del hormigón • Reutilizar el agua de curado y de lavado • Utilizar procesos de purificación de aguas para posibilitar su utilización Algunas medidas tendientes a la solución de este problema, pueden ser: 1) Reducir las cantidades de sólidos y otras impurezas, a un nivel aceptable, por sedimentación, métodos químicos, u otros. 2) Reciclado del agua consumida, esto es reducir las cantidades de sólidos y otras impurezas a tales niveles, que el agua vuelva a ser aceptable, para reusarla en el mezclado, curado o lavado. Nota: Para la preparación del presente apunte de cátedra se han tomado como base las siguientes publicaciones: “HORMIGÓN: ESTRUCTURA, PROPIEDADES Y MATERIALES. Unidad 5: AGUA Y ADITIVOS QUÍMICOS”. Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Norma IRAM 1601:1986. Agua para morteros y hormigones de cemento portland. “Diseño y control de mezclas de concreto”, S. H. Kosmatka, B. Kerkhoff, W. C. Panarese, J. Tanesi, Portland Cement Association, 2004. “Curso de Tecnología del hormigón”, A. Castiarena, Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, 1994. “Concrete”, S. Mindess, J.F. Young, Prentice Hall, Inc., E.E.U.U., 1981. Santa Fe, junio 2008

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