Presencia de Sulfatos y Cloruros en Los Suelos

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PRESENCIA DE SULFATOS Y CLORUROS EN LOS SUELOS La presencia de sulfatos y cloruros en el suelo determinan las propiedades y/o características de los materiales que intervendrán en la fabricación del concreto, esto debido a que muchos sulfatos presentes en el suelo y en el agua pueden atacar y destruir un concreto que no fue adecuadamente diseñado. Los sulfatos (por ejemplo sulfato de calcio, sulfato de sodio y sulfato de magnesio) pueden atacar un concreto pues reaccionan con los compuestos hidratados en la pasta de cemento hidratada. Mientras que la presencia de cloruros en los suelos es el factor que provoca la corrosión del acero de refuerzo existente dentro del concreto, este proceso se origina por la presencia exclusiva de oxígeno y humedad en las proximidades de las barras, pero la existencia de cloruros libres en el medio que las rodea es un desencadenante del proceso. Para seguir hablando de este este tema es necesario tener un concepto claro de los sulfatos sulfatos y los cloruros y de la diversidad en que se encuentra en los suelos a lo largo del orbe.

¿QUE SON LOS SULFATOS? Los sulfatos vienen a ser el resultado de uno de de los tipos de oxidación del azufre, azufre, es de allí que que los sulfatos son las sales las sales o los ésteres los ésteres del ácido sulfúrico. sulfúrico. Contienen como unidad común un átomo de azufre de azufre en el centro de un tetraedro formado por cuatro átomos de oxígeno.

Estructura del ion sulfato

El ión sulfato aparece en mayor o menor proporción en todas las aguas libres subterráneas. El contenido de ión sulfato de las aguas subterráneas es considerable e n los terrenos arcillosos. En zonas áridas los sulfatos se pueden presentar en las are nas como material de aporte y en rocas carbonatadas de origen sedimentario.

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[Escriba el título del documento] Algunos de los sulfatos se encuentran en la naturaleza en forma de yeso, o aljez, (sulfato de calcio dihidratado CaSO4 · 2 H2O), baritina (sulfato de bario) o sulfato de sodio (Na2SO4)

PRESENCIA EN LOS SUELOS Los sulfatos que afectan la durabilidad, se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en solución en agua de lluvia o por flujos en suelos agresivos. Por lo general consisten en sulfatos de Sodio, Potasio, Calcio, Magnesio. Los suelos con sulfatos se hallan normalmente en zonas áridas, y pese a que pueden no estar en muy alta concentración, si se producen ciclos de humedecimiento y secado sobre el concreto, la concentración puede incrementarse y causar deterioro. 

El mecanismo de acción de los sulfatos considera dos tipos de reacción química:

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Combinación del sulfato con hidróxido de calcio libre (cal hidratada) liberado durante la hidratación del cemento, formándose Sulfato de Calcio (yeso) de propiedades expansivas.

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Combinación de yeso con Aluminio Cálcico Hidratado para formar Sulfoaluminio de Calcio (Etringita) también con características de aumento de volumen. Algunos investigadores indican que existe un efecto puramente físico causado por la cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto con aumento de volumen y deterioro.

La presencia de sulfatos en el suelo suele tener la doble vertiente de que pueden ser minerales relativamente comunes, pero al ser compuestos de solubilidad relativamente alta, su acumulación efectiva solo puede producirse bajo condiciones muy determinadas: abundancia de sulfatos (e.g., yesos) en el entorno inmediato, y c lima árido o semiárido. En estas condiciones los sulfatos podrán acumularse en el horizonte B, o en el A, en este segundo caso en forma de costras o eflorescencias (rosas del desierto).

¿CÓMO LLEGA EL SULFATO A LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS? Al moverse el agua a través de formaciones rocosas y suelos que contienen minerales sulfatados, una parte del sulfato se disuelve en las aguas subterráneas. Algunos minerales que contienen sulfato incluyen el sulfato de magnesio (sal de Epsom), sulfato de sodio (sal de Glauber), y el sulfato de c alcio (yeso).

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Sulfato de magnesio (sal de Epsom)

Sulfato de sodio

Sulfato de calcio

(sal de Glauber)

(yeso)

Algunos sulfatos comunes: El Sulfato de sodio: Su forma Na2SO4·10H2O (sal de Glaurbert) se utiliza en la fabricación de vidrio. Si se calienta a 32 ºC, es decir, a temperatura ambiente un poco alta, se disuelve en las aguas de cristalización. El proceso absorbe una gran cantidad de calor debido a su elevado calor latente de fusión. Esto permite utilizarlo como una forma de almacenar el calor generado por el sol. El calor diurno se puede utilizar para disolver el sulfato que cuando recristaliza por la noche libera ese calor. La forma anhidra se utiliza como desecante. El sulfato de magnesio . Se utiliza como laxante. Previene la absorción de agua en el cuerpo. Al haber más agua de lo normal en los intestinos se produce esa acción laxante. En su forma deshidratada es un poderoso desecante Sulfato cálcico CaSO4•2H2O conocido vulgarmente como yeso. Las famosas rosas del desierto son cristales de sulfato de calcio cristalizado. Por calentamiento a 150 ºC pierde parte del agua de cristalización convirtiéndose en el hemihidrato, CaSO 4•1/2 H2O, que es el constituyente del material de construcción (al recuperar las moléculas de agua se endurece en el fenómeno denominado fraguado). Una de las formas del yeso es el alabastro que es relativamente blando lo que lo convierte en un excelente material para hacer esculturas.

El Sulfato de cobre: el sulfato de cobre cristaliza en unos cristales de un color azul intenso. Se puede obtener haciendo reaccionar ácido sulfúrico con carbonato de cobre : H2SO4 (ac) + CuCO3 (s) → CuSO4 (ac) + CO2 (g) + H2O (l) Se utiliza ampliamente como fungicida. Se utilizaba antiguamente para prevenir la putrefacción de las semillas antes de que pudieran ser utilizadas. Previene la formación de verdina en las piscinas. La forma deshidratada (de color blanco) se utiliza como agente desecante.

ATAQUE DE LOS SULFATOS El ataque de sulfatos al concreto tiene lugar cuando la solución de sulfato penetra en el concreto y reacciona químicamente con sus constituyentes, principalmente con la matriz de c emento. El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce al concreto a un estado quebradizo y hasta suave.

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[Escriba el título del documento] Las dos consecuencias del ataque por sulfatos sobre los componentes del hormigón mejor conocidas son la formación de etringita (aluminato de calcio trisulfato 32-hidratado, CAO·Al2O3·3CaSO4·32H2O) y yeso (sulfato de calcio dihidratado, CaSO4·2H2O). La formación de etringita puede generar un aumento del volumen sólido, provocando expansión y fisuración. La formación de yeso puede provocar ablandamiento y pérdida de resistencia del hormigón. Sin embargo, la presencia de etringita o yeso en el hormigón no constituye por sí misma una indicación de ataque por sulfatos; la evidencia de un ataque por sulfatos se debería verificar mediante análisis químicos y petrográficos. Si la solución de sulfatos que provoca el ataque contiene sulfato de magnesio, además de etringita y yeso se produce brucita (Mg(OH)2, hidróxido de magnesio). Los sulfatos de magnesio y amonio son los más dañinos al concreto.

El concreto que va a estar expuesto a la acción de soluciones que c ontienen sulfatos, deberá cumplir con los requisitos en la tabla 4.4.3. no se empleara cloruro de calcio como aditivo en este tipo de concreto(según el reglamento nacional de edificaciones).

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F ACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A SULFATOS DEL CONCRETO El ataque de sulfatos al concreto tiene lugar cuando la solución de sulfato penetra en el concreto y reacciona químicamente con sus constituyentes, pri ncipal mente con

la

matriz de

cemento. Así pues, los factores que afectan la resistencia a

sulfatos del concreto no son sola- mente aquellos que i nfluyen en la reacción química con la matriz de cemento, sino también aquellos que influyen en la permeabilidad y la calidad total del concreto.

Cementos. La relación entre la resistencia a sulf atos del cemento Pórtland y su contenido de aluminato tricálcico (C 3 A) está b i e n establecida. El cemento Pórtland que contiene menos de 5% de C3A ha sido clasificado como un resistente a sulfatos,

y se usa como el criterio de especificaciones de muchos reglamentos y normas para el cemento en todo el mundo.

Relación agua-cemento. La permeabilidad del concreto es un factor significativo que influye en su resistencia al ataque de sulfatos. Cuando se tiene materiales de buena calidad, proporcionamiento satisfactorio y una buena practica, l permeabilidad del concreto es una función directa de su relación agua-cemento y del tiempo de curado.

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[Escriba el título del documento] Aditivos. Se procura utilizar los aditivos que provoquen una reducción en la relación agua cemento y/o incrementen la trabajabilidad, pueden aumentar la resistencia del concreto a sulfatos, a condición de que no se usen para r educir su contenido de cemento. Esta bien establecido que los aditivos que contienen cloruro de calcio afectan adversamente la resistencia del concreto a sulfatos.

Practica de construcción. La colocación, compactación y curado son factores importantes para producir concreto de baja permeabilidad. Se requiere de compactación adecuada y curado apropiado para producir concreto denso con capilares discontinuos (baja permeabilidad). Dar un acabado al concreto para proporcionar una superficie densa, libre de agujeros y defectos, puede mejorar la resistencia a los sulfatos.

ACCIONES A REALIZAR 

Usar aditivos que disminuyan la relación agua cemento, asi como tratar de disminuir la porosidad.

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Uso del cemento portlan tipo v

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Abatir el nivel freático por medio de drenes o por cualquier otro procedimiento adecuado.



Aplicar sobre la superficie del terreno o la cimentación un producto impermeabilizador u otro material que actúe como tal, antes de desplantar la estructura de concreto.



Aplicar un recubrimiento de protección sobre las superficies terminadas de concreto que deban permanecer enterradas (pinturas bituminosas, hechas a base de caucho).



Sustituir el material producto de excavación por otro exento de sustancias agresivas para efectuar los rellenos de las cimentaciones.

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[Escriba el título del documento] OBSERVACIONES 1. El ataque por sulfatos se presenta mayormente en l os cimientos y estructuras que entran en contacto con los suelos. 2. La fisuracion del concreto se debe a dos componentes principales (humedad, sulfatos) 3. Los sulfatos ingresan en el concreto después del vaciado. 4. La agricultura es una fuente que aporta sulfatos en los suelos. 5. Los suelos arcillosos o con presencia de rocas carbonatadas presentan un alto contenido de sulfatos.

CONCLUSIONES 1. Los sulfatos están presentes en el suelo, ya sea como degradación de las rocas o presentes en el agua freática. 2. Las practicas que conlleven a disminuir o eliminar la presencia de estos dos factores dentro del concreto servirán para eliminar la fisuracion del concreto por acción de sales. 3.

La permeabilidad esta muy relacionado con la resistencia del concreto a ataque de sulfatos.

4. Se debe realizar estudios previos en los suelos donde se abusó del uso de fungicidas y fertilizantes. 5. Se debe tomar las precauciones debidas si en estas zonas se realizaran cualquier

construcción de concreto.

RECOMENDACIONES 1. Si el suelo presenta un alto contenido de sulfatos esta deberá ser cambiada para realizar los cimientos. 2. Utilizar el cemento tipo v, con aditivos reductores de agua, asegurándose de que el concreto tenga buena granulometría y un mínimo porcentaje de aire atrapado (baja permeabilidad). 3.

Se deberá hacer efectivo el uso de materiales impermeabilizantes para recubrir el concreto tales como: brea(buenos resultados) , pinturas impermeabilizantes (epóxicos, acrílicos)

4.

En terrenos en cambio de uso (agrícola-vivienda) se deberá consultar a un especialista que determine la cantidad de sulfatos en lo suelos.

5. Se realizara el cambio de suelo para realizar las cimentaciones y de haber un nivel freático se procederá a construir un sistema de drenaje además de la impermeabilización de las superficies del concreto. [Escriba texto]

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¿QUE SON LOS CLORUROS? Son compuestos constituidos por uno ó varios átomos de cloro, a los que se les tomo átomos de elementos poco electronegativos (sodio, calcio, potasio), ó elementos metálicos como el hierro ó el aluminio, formando sales de carácter básico, aunque también pueden formar ácidos (ácido clorhídrico, H-Cl), y moléculas orgánicas complejas como el tetracloruro de carbono (CCl 4) y triclorometano ó cloroformo (CHCl3). Los compuestos más habituales en la naturaleza son el cloruro sódico ó sal común (ClNa), el cloruro potásico (kCl) y el cloruro cálcico (CaCl 2), siendo elementos esenciales para plantas, animales y humanos de allí su presencia en los suelos como forma de nutrientes para las plantas.

PRESENCIA EN LOS SUELOS. El Cl se encuentra en la naturaleza principalmente como anión cloruro (Cl-). Su contenido en el suelo, varía entre amplios márgenes (50-3.000 kg Cl-/ha), dependiendo de las sales presentes como el cloruro sódico y, en m enor medida, cloruro cálcico y magnésico. Los cloruros provienen de: - Descomposición de la roca madre, principalmente de las rocas ígneas. - Degradación de restos orgánicos. - Aportaciones realizadas por las lluvias. - Aporte de las aguas de riego, presencia de fertilizantes y plaguicidas.

ATAQUE DE LOS CLORUROS Los cloruros presentes en concentraciones significativas, o cuando el cemento tiene un elevado contenido de álcalis provocan la corrosión del acero de refuerzo del concreto, y aunque las reacciones de corrosión solo ocurren en presencia de agua y oxigeno hay que tener los cuidados necesarios. Como consecuencia de los procesos de corrosión del acero, se pueden tener dos efectos claramente diferenciados en las estructuras de concreto. Por una parte, debido a la corrosión del acero de refuerzo disminuye la sección del acero, con lo que pierde su adherencia a la pasta, se afectan en forma negativa sus propiedades mecánicas y, por tanto, merma su capacidad de trabajo estructural. Por otra parte, ocurren cambios volumétricos que se derivan de la formación de los productos de la corrosión, donde dichos cambios generan presiones lo suficientemente poderosas para agrietar la pasta de concreto y, en casos extremos, provocar desprendimientos de concreto.

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[Escriba el título del documento] Para mitigar la ocurrencia de los procesos corrosivos, se deben identificar las principales causas que lo favorecen, lo cual se ha hecho de acuerdo con lo siguiente: 

Excesiva porosidad del concreto (concreto permeable al agua y al aire).

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Reducido espesor del recubrimiento de concreto sobre el refuerzo.

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Existencia de grietas en la estructura.

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Alta concentración de agentes corrosivos en los componentes del concreto.

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Manifestación de corrientes eléctricas en el c oncreto (corrientes parásitas o generadas internamente por diferencia de potencial).

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Figura 1.1 – Fotografía de un conjunto de columnas que soportan una losa de un puente. Se pueden observar grietas producto de la corrosión del acero

La presencia de cloruros en el concreto puede deberse a sus componentes: cemento, agregados, agua de mezcla y aditivos. Además, los iones de cloruro provenientes del entorno también se difunden en el concreto a través de su estructura capilar, como sucede con el agua de mar, la brisa marina y sustancias gaseosas de medios industriales. Se conoce dos clases de cloruros en el concreto, los cloruros locales, y los que entran desde el exterior. Los ejemplos de cloruros locales incluyen un componente cloruro de los aditivos aceleradores del fraguado, los aditivos reductores del agua, los agregados o los materiales cementicios, mientras que los cloruros externos al ingresar al concreto provocan un gran daño en este. El concreto, pese a su apariencia de sólido compacto, es permeable a los fluidos debido a su estructura que contiene poros capilares y poros gel, que forman canalículos de diverso grosor

Figura 1.6 Pérdida de sección de acero útil

conectados con la superficie, de manera, los iones de cloruro pueden transmitirse del exterior. En ambiente marino, que puede alcanzar algunos kilómetros distantes del litoral, las construcciones de concreto recogen en su superficie el ion cloro procedente de la brisa marina y la niebla cargadas de sales, que luego por un proceso de difusión penetra a través de la capa de agua que recubre los poros, en procura del equilibrio en la solución, con mayor concentración en la superficie c on relación al medio interior.

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[Escriba el título del documento] PRECAUCIONES A TOMAR PARA EVITAR LA CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO El primer signo de corrosión es la aparición de una capa gris o parda a lo largo del eje del acero de refuerzo antes de que se forme la fisura, aunque algunas veces ocurre primero. Adicionalmente, las manifestaciones externas del proceso de oxidación incluyen manchas, decoloración, agrietamiento, descaramiento y astillamiento de la superficie del concreto, adicionalmente la sección transversal del acero se reduce pudiendo presentarse en el tiempo, problemas estructurales debido a la pérdida de adherencia acero/concreto, por agrietamiento de éste o a la reducción en la sección transversal, para reducir la aparición de estos problemas se debe tratar de que los materiales del concreto estén bien dosificados, es decir: El concreto debe ser sólido, homogéneo, compacto, resistente y poco poroso, que garantice, además de sus significativas prestaciones mecánicas, la protección de la armadura de acero de la estructura, de las acciones agresivas de los agentes externos. La dosificación del concreto es un factor que influye de forma significativa en el comportamiento futuro de éste, como elemento protector del acero de refuerzo. Además de ello el ASTM C 1202 se utiliza para la selección de las proporciones de la mezcla y la incorporación de aditivos a fin de diseñar co ncretos de baja permeabilidad a los c loruros y evitar la corrosión del acero. Se deberá tener en cuenta la protección adecuada de la cimentación, ya que de esto dependerá la durabilidad y protección contra los efectos de corrosión. Además dependerá de algunos parámetros como el nivel freático y el tipo de suelo, por eso es recomendable impermeabilizar por completo la superficie de la cimentación utilizando impermeabilizantes recomendamos usar la Brea como material impermeabilizante por su economía y efectividad, aplicándose inicialmente en el solado antes del vaciado del concreto, para luego continuar con las superficies de la cimentación El uso de pinturas protectoras aplicados sobre el concreto acabado en forma líquida formando una capa protectora (epóxicos, acrílicos y poliuretanos).

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[Escriba el título del documento] IDENTIFICACIÓN DE CLORURO. Colocar una muestra del suelo en e l vaso de precipitados y agregar 20 m l de agua destilada, agitar y filtrar la muestra en el tubo de ensaye, agregar unas gotas del nitrato de plata y observar los cambios.

Suelo Abajo En medio arriba

¿Existen cloruros? si no si

Material: Vaso de precipitados 250 ml, embudo de filtración, matraz erlenmeyer 250ml, pipeta volumétrica, capsula de porcelana. Sustancias: Acido clorhídrico, nitrato de palta, agua destilada. Suelo del cerro de Zacaltepetl.

OBSERVACIONES 1. El ataque por cloruros se presenta tanto en el concreto en contacto con el suelo y el concreto en contacto con la atmosfera. 2. La corrosión del acero de refuerzo dentro del concreto se debe a tres componentes principales (cloruros, humedad y oxigeno) 3. Los cloruros atacan al acero dentro del concreto y las armaduras que todavía no han sido vaciadas. 4. Los cloruros pueden entrar en el concreto desde sus elementos (material cementicio, agregados, agua de mezcla y aditivos) como también del medio que lo rodea. 5. Las construcciones en zonas costeras y mar adentro presentaran ataque por cloruros.

CONCLUSIONES 1. Los cloruros se presentaran en los suelos ya sea como parte de ellos o el agua que transcurre por estos; además de la presencia de cloruros en la atmosfera en los lugares cercanos a la costa.

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[Escriba el título del documento] 2.

Las practicas que conlleven a disminuir o eliminar la presencia de estos tres factores alrededor del acero de refuerzo servirán para evitar la corrosión del mismo.

3. Las armaduras expuestas a la intemperie deberán estar protegidas contra la humedad. 4. Un concreto impermeable impedirá el ingreso de cualquier tipo de sales. 5. Se deberá tomar las precauciones del caso en construcciones mar adentro.

RECOMENDACIONES 1. Si el suelo presenta un alto contenido de cloruros esta deberá ser cambiada para realizar los cimientos; además de impermeabilizar la superficie del concreto en zonas cercanas al mar. 2. El recubrimiento de el acero por medio del concreto deberá ser optimo, mientras la capa protectora sea mayor el ingreso de cloruros será mas difícil. 3. Las armaduras en proceso de construcción deberán serán cubiertas o impermeabilizadas para que no sean afectadas por las lluvias ni la humedad ambiental. 4. Se buscara un una buena gradación de los agregados para obtener un concreto poco poroso y compacto. 5. Para realizar construcciones mar adentro tales como los cimientos de los muelles se deberá contar con la tecnología necesaria para realizar una estructura impermeable (camisa protectora) y resistente a la acción de cloruros.

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Presencia de Sulfatos y Cloruros en Los Suelos

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