Alternativas de Empleo de Agua de Mar y Otros

ALTERNATIVAS DE EMPLEO DE AGUA DE MAR Y OTROS EN LA CONSTRUCCIÓN 1.

AGUA DE MEZCLADO PARA EL CONCRETO

Las aguas potables y aquellas que no tengan sabores u olores pueden ser utilizadas para preparar concreto, sin embargo algunas aguas no potables también pueden ser usadas si cumplen con algunos requisitos, en nuestro país es frecuente trabajar con aguas no potables sobre todo cuando se tratan de obras en las afueras de las ciudades.

El estudio de las características del agua a utilizar en la mezcla del concreto adquiere gran importancia ya que este material interviene en la reacción química con el material cementante (cemento) para lograr:

a) La formación de gel; se define como gel a la parte sólida de la pasta la cual es el resultado de la reacción química del cemento con el agua durante el proceso de hidratación. En su estructura el gel es una aglomeración porosa de partículas sólidamente entrelazadas el conjunto de las cuales forman una red eslabonada que contiene material amorfo. El gel desempeña el papel más importante en el comportamiento del concreto especialmente en sus resistencias mecánicas y en su módulo de elasticidad. Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Portland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidróxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este último es el componente cementante más importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional principalmente dependen del gel del hidrato de silicato de calcio. Es la médula del concreto. b) En estado fresco; faciliten una adecuada manipulación y colocación de la misma. c) En estado endurecido; la conviertan en un producto de las propiedades y características deseadas. Es importante conocer la velocidad de reacción entre el cemento y el agua porque esta velocidad determinara el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reacción inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocación del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rápido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del Clinker, actúa como regulador de la

velocidad inicial de hidratación del cemento Portland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratación incluyen la finura de la molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado. d)

Curado del concreto; El aumento de resistencia continuará con la edad mientras se encuentre cemento sin hidratar, a condición de que el concreto permanezca húmedo o tenga una humedad relativa superior a aproximadamente el 80% y permanezca favorablemente la temperatura del concreto. Cuando la humedad relativa dentro del concreto sea aproximadamente del 80% o la temperatura del concreto descienda por debajo del punto de congelación, la hidratación y el aumento de resistencia virtualmente se detiene. Si se vuelve a saturar el concreto luego de un periodo de secado, la hidratación se reanuda y la resistencia vuelve a aumentar. Sin embargo lo mejor es aplicar el curado húmedo al concreto de manera continua desde el momento en que se ha colocado hasta cuando haya alcanzado la calidad deseada debido a que el concreto es difícil de restaurar. Como requisito de carácter general y sin que ello implique la realización de ensayos que permitan verificar su calidad, se podrá emplear como aguas de mezclado aquellas que se consideren potables, o las que por experiencia se conozcan que pueden ser utilizadas en la preparación del concreto. Debe recordarse, que no todas las aguas inadecuadas para beber son inconvenientes para preparar concreto. En general, dentro de las limitaciones, el agua de mezclado deberá estar libre de sustancias colorantes, aceites y azúcares.

2.

APLICACIONES 2.1 AGUA DE AMASADO ∗ Participa en las reacciones de hidratación del cemento ∗ Confiere al hormigón la trabajabilidad necesaria para su puesta en obra ∗ La cantidad de agua estrictamente necesario.

de

amasado

debe

limitarse

al

mínimo

− El agua en exceso se evapora y crea una serie de huecos en el hormigón, disminuyendo su resistencia. − Un déficit de agua de amasado origina masas pocos trabajables y de difícil colocación en obra.

∗ Cada litro de agua de amasado añadido de más a un hormigón equivale a una disminución de 2 kg de cemento. El agua para amasar morteros puede ser cualquiera que produce la naturaleza, siempre que no estén sucias ni contengan sales. Serán las consideradas potables. La de río es preferible a la de fuentes y pozos siempre que no contengan vertidos contaminantes. 2.2 AGUA DE CURADO Durante el proceso de fraguado y primer endurecimiento del hormigón, tiene por objeto: − Evitar la desecación − Mejorar la hidratación del cemento − Impedir una retracción prematura 3.

REQUISITOS DE CALIDAD

El agua que ha de ser empleada en la preparación del concreto deberá cumplir con los requisitos de la Norma NTP 339.088 y ser, de preferencia potable. No existen criterios uniformes en cuanto a los límites permisibles para las sales y sustancias presentes en el agua que va. A emplearse. La Norma Peruana NTP 339.088 considera aptas para la preparación y curado del concreto, aquellas aguas cuyas propiedades y contenidos de sustancias disueltas están comprendidos dentro de los siguientes límites: DESCRIPCIÓNLÍMITE PERMISIBLE Sólidos en suspensión (residuo insoluble) 5,000

Materia Orgánica Ala alcalinidad (NaCHCO3) Sulfatos ( ion SO4 ) Cloruros ( ion Cl- 1,000 ) pH

3 1,000 600 1,000 5a8

ppm

Máximo

ppm ppm ppm ppm ppm

Máximo Máximo Máximo Máximo Máximo

Tabla: Límites permisibles para el agua de mezcla y curado según la norma NTP 339.088

Recomendaciones Adicionales: • Si la variación de color es un requisito que se desea controlar, el contenido máximo de fierro, expresado en ión férrico, será de 1 ppm.

• El agua deberá estar libre de azúcares o sus derivados. Igualmente lo estará de sales de potasio o de sodio. • Si se utiliza aguas no potables, la calidad del agua, determinada por análisis de Laboratorio, deberá ser aprobada por la Supervisión. • La selección de las proporciones de la mezcla de concreto se basará en resultados en los que se ha utilizado en la preparación del concreto el agua de la fuente elegida. 4.

EFECTOS DE LAS SUSTANCIAS DISUELTAS: • Sustancias Orgánicas; El efecto que las sustancias orgánicas presentes en las aguas naturales puedan tener en el tiempo de fraguado del cemento Portland o en la resistencia ultima del concreto, es un problema que presenta una complejidad considerable. Las aguas que estén muy coloreadas, las aguas con un olor notable o aquellas aguas en que sean visibles algas verdes o cafés deberán ser vistas con desconfianza y en consecuencia ensayadas . • Sedimentos o partículas en suspensión; Se puede tolerar en el agua aproximadamente 2,000 ppm de arcilla en suspensión o de partículas finas de roca. Cantidades mayores podría no afectar la resistencia, pero bien podrían influir sobre otras propiedades de algunas mezclas de concreto. Antes ser empleada, cualquier agua lodosa deberá pasar a través de estanques de sedimentación o deberá ser clarificada por cualquier otro medio para reducir la cantidad de sedimentos y de arcilla agregada a la mezcla. Cuando se regresan finos de cemento al concreto en aguas de enjuague recicladas, se pueden tolerar 50,000 ppm. • Azúcar; Una pequeña cantidad de sacarosa, de 0.03% a 0.15% del peso del cemento, normalmente retarda el fraguado del cemento. El límite superior de este rango varía respecto de los distintos cementos. La resistencia a 7 días puede verse reducida, en tanto que la resistencia a los 28 días podría aumentar. El azúcar en cantidades de 0.25% o más del peso del cemento puede provocar un fraguado rápido y una reducción sustancial de la resistencia a los 28 días. Cada tipo de azúcar afecta al tiempo de fraguado y a la resistencia de manera distinta. Menos de 500 ppm de azúcar en el agua de mezclado, generalmente no producen un efecto adverso en el desarrollo de la resistencia, pero si la concentración sobrepasa esta cantidad, se deberán realizar ensayos para analizar el tiempo de fraguado y el desarrollo de la resistencia.

5.

UTILIZACIÓN DE AGUAS NO POTABLES Cuando el agua a ser utilizada no cumpla con uno o varios de los requisitos indicados en la tabla anterior, se deberá realizar ensayos comparativos empleando el agua en estudio y agua destilada o potable, manteniendo similitud de materiales y procedimientos. Dichos ensayos se realizarán, de preferencia, con el mismo cemento que será usado. Dichos ensayos incluirán la determinación del tiempo de fraguado de las pastas y la resistencia a la compresión de morteros a edades de 7 y

28 días. El tiempo de fraguado no es necesariamente un ensayo satisfactorio para establecer la calidad del agua empleada ni los efectos de la misma sobre el concreto endurecido. Sin embargo, la Norma NTP 339.084 acepta que los tiempos de fraguado inicial y final de la pasta preparada con el agua en estudio podrán ser hasta 25% mayores o menores, respectivamente, que los correspondientes a las pastas que contienen el agua de referencia. Los morteros preparados con el agua en estudio y ensayados de acuerdo a las recomendaciones de la Norma ASTM C 109 deben dar a los 7 y 28 días, resistencias a la compresión no menores del 90% de la de muestras similares preparadas con agua potable. Es recomendable continuar los estudios a edades posteriores para certificar que no se presentan reducciones de la resistencia. El agua empleada no deberá contener sustancias que puedan producir efectos sobre el fraguado, la resistencia o durabilidad, apariencia del concreto, o sobre los elementos metálicos embebidos en éste. Previamente a su empleo, será necesario investigar y asegurarse que la fuente de provisión no está sometida a influencias que puedan modificar su composición y características con respecto a las conocidas que permitieron su empleo con resultados satisfactorios. Cuando la concentración de sales, especialmente cloruros exceda los limites indicados en estas recomendaciones, se efectuarán ensayos de resistencia a la compresión a edades de 180 y 365 días. No se permitirá en concretos presforzados el empleo de aguas que superen los límites de sales especificados. Ni el olor ni el sabor son índices de la calidad del agua. Tampoco son los resultados de los ensayos de estabilidad de volumen. Podrá utilizarse, previa autorización de la Supervisión, aguas no potables si, además de cumplir los requisitos anteriores se tiene que: a) Las impurezas presentes en el agua no alteran el tiempo de fraguado, la resistencia, durabilidad, o estabilidad de volumen del concreto; ni causan eflorescencias, ni procesos corrosivos en el acero de refuerzo. b) El agua es limpia y libre de cantidades perjudiciales de aceites, ácidos, álcalis, sales, materia orgánica, o sustancias que pueden ser dañinas al concreto, acero de refuerzo, acabados o elementos embebidos. c) La selección de las proporciones de la mezcla se basará en los resultados de ensayos de resistencia en compresión de concretos en cuya preparación se ha utilizado agua de la fuente elegida. Sobre esta base se ha determinado que algunas aguas aparentemente inconvenientes no dan necesariamente un efecto dañino en el concreto. De acuerdo a los criterios expresados y previa realización de los ensayos correspondientes, las siguientes aguas podrían ser utilizadas en la preparación del concreto: a) Aguas de pantano y ciénaga, siempre que la tubería de toma esté instalada de manera tal que queden por lo menos 60 cm de agua por debajo de ella,

debiendo estar la entrada de una rejilla o dispositivo que impida el ingreso de pasto, raíces, fango, barro o materia sólida. b) Agua de arroyos y lagos. c) Aguas con concentración máxima de 0.1% de SO4. d) Agua de mar, dentro de las limitaciones que en la sección correspondiente se indican. e) Aguas alcalinas con un porcentaje máximo de 0.15% de sulfates o cloruros. 6.

AGUAS PROHIBIDAS Está prohibido emplear en la preparación del concreto: - Aguas ácidas. En general, el agua de mezclado que contiene ácidos clorhídrico, sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible. - Aguas calcáreas; minerales; carbonatadas; o naturales - Aguas provenientes de minas o relaves - Aguas que contengan residuos industriales - Aguas con un contenido de cloruro de sodio mayor del 3%; o un contenido de sulfato mayor del 1%. - Aguas que contengan algas: materia orgánica: humus; partículas de carbón; turba; azufre; o descargas de desagües. - Aguas que contengan ácido húmico u otros ácidos orgánicos. - Aguas que contengan azucares o sus derivados. - Aguas con porcentajes significativos de sales de sodio o potasio disueltos, en especial en todos aquellos casos en que es posible la reacción álcaliagregado. Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la misma concentración al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días. - Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Luego que estas aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o

menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia. 7.

EFECTOS DE LAS IMPUREZAS EN EL AGUA • El carbonato de sodio; puede causar fraguados muy rápidos, en tanto que lo bicarbonatos pueden acelerar o retardar el fraguado. En concentraciones fuertes estas sales pueden reducir de manera significativa la resistencia del concreto. Cuando la suma de las sales disueltas exceda 1,000 ppm, se deberán realizar pruebas para analizar su efecto sobre el tiempo de fraguado y sobre la resistencia a los 28 días. También se deberá considerar la posibilidad que se presenten reacciones álcali – agregado graves. • Cloruros; La inquietud respecto a un elevado contenido de cloruros en el agua de mezclado, se debe principalmente al posible efecto adverso que lo iones de cloruro pudieran tener en la corrosión del acero de refuerzo, o de los torones del presfuerzo. Los iones cloruro atacan la capa de óxido protectora formada en el acero por el medio químico altamente alcalino (pH 12.5) presente en el concreto. Los cloruros se pueden introducir en el concreto, ya sea con los ingredientes separados – aditivos, agregados, cemento, y agua – o atraves de la exposición a las sales anticongelantes, al agua de mar, o al aire cargado de sales cerca de las costas. El agua que se utilice en concreto preforzado o en un concreto que vaya a tener embebido aluminio no deberá contener cantidades nocivas de ion cloruro. Las aportaciones de cloruros de los ingredientes distintos al agua también se deberán tomar en consideración. Los aditivos de cloruro de calcio se deberán emplear con mucha precaución • El interés respecto a un elevado contenido de sulfatos en el agua, se debe a las posibles reacciones expansivas y al deterioro por ataque de sulfatos, especialmente en aquellos lugares donde el concreto vaya a quedar expuesto a suelos o agua con contenidos elevados de sulfatos. Aunque se a empleado satisfactoriamente aguas que contenían 10,000 ppm de sulfatos de sodio. • Los carbonatos de calcio y de magnesio no son muy solubles en el agua y rara vez se les encuentra en concentraciones suficientes para afectar la resistencia del concreto. En algunas aguas municipales se pueden encontrar bicarbonatos de calcio y de magnesio. No se consideran dañinas las concentraciones inferiores o iguales a 400 ppm de bicarbonato en estas formas. Se han obtenido buenas resistencias con concentraciones hasta de 40,000 ppm de cloruro de magnesio. Las concentraciones e sulfato de magnesio deberán ser inferiores a 25,000 ppm • Las aguas freáticas naturales rara vez contienen más de 20 a30 ppm de hierro; sin embargo, las aguas de mina acidas pueden contener cantidades muy grandes. Las sales de hierro en concentraciones hasta 40,000 ppm normalmente no afectan de manera adversa al desarrollo de la resistencia.

• Las sales de magnesio, estaño, zinc, cobre y plomo presentes en el agua pueden provocar una reducción considerable en la resistencia y también grandes variaciones en el tiempo de fraguado. De estas, las más activas son las sales de zinc, de cobre y de plomo. Las sales que son especialmente activas como retardantes, incluyen el yodato de sodio, fosfato de sodio, arsenato de sodio y borato de sodio. Generalmente se pueden tolerar en el agua de mezclado concentraciones de estas sales hasta de 500 ppm. Otra sal que puede ser dañina al concreto es el sulfuro de sodio; aun la presencia de 100 ppm requiere de ensayes. 8.

ALMACENAMIENTO El agua a emplearse en la preparación del concreto se almacenará, de preferencia, en tanques metálicos o silos. Se tomarán las precauciones que eviten su contaminación. No es recomendable almacenar el agua de mar en tanques metálicos.

9.

MUESTREO El muestreo del agua de mezclado se efectuará de acuerdo en lo indicado en la Norma NTP 339,070 ó ASTM D 75. Se tendrá en consideración que: a) En las especificaciones de la obra (Expediente técnico) se indicara la frecuencia de muestreo caso contrario es la Supervisión quien determinará la frecuencia de la toma de muestras. b) Las muestras remitidas al Laboratorio serán representativas del agua tal como será empleada. Una sola muestra de agua puede NO ser representativa si existen variaciones de composición en función del tiempo como consecuencia de las variaciones climáticas u otros motivos. c) Si se duda de la representatividad de la muestra, se deberán tomar muestras periódicas a distintas edades y días o, a la misma hora en distintos lugares, igualmente cuando se presume que haya variado la composición del agua. d) Cada muestra tendrá un volumen mínimo de 5 litros, se envasarán en recipientes de plástico o vidrio incoloro, perfectamente limpios cerrados herméticamente.

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ENSAYOS El agua se ensayará de acuerdo a lo indicado en la Norma NTP 339.088, iniciado el proceso de construcción podría ser necesario nuevos ensayos a intervalos regulares en los siguientes casos: a) Las fuentes de suministro sean susceptibles de experimentar variaciones apreciables entre la estación seca y la húmeda. b) Exista la posibilidad que el agua de la fuente de abastecimiento pueda haber sido contaminada con un volumen excesivo de materiales en suspensión debido a una crecida anormal; o

c) El flujo de agua disminuya al punto que la concentración de sales o materia orgánica en el agua pueda ser excesiva.

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TIPOS DE AGUA 11.1 AGUA DE MAR El agua de mar no es adecuada para producir concreto reforzado con acero y no deberá usarse en concreto reforzados debido al riesgo de corrosión del esfuerzo, particularmente en ambientes cálidos y húmedos. El agua de mar que se utiliza para producir concreto, también tiende a causar eflorescencia y humedad en superficies de concreto expuestas al aire y al agua. El agua del mar produce eflorescencias, disminuye el entumecimiento de la cal, pero no tiene influencia sobre la solidez de los morteros, que incluso puede tomar una consistencia igual o mayor que con agua dulce. En algunos casos muy excepcionales puede ser necesario utilizar agua de mar en la preparación del concreto. En estos casos debe conocerse el contenido de sales solubles, así como que para una misma concentración los electos difieren sí hay un contacto duradero, con renovación o no del agresivo, o si se trata de una infiltración. Debe recordarse que mucha menor intensidad tiene el ataque del agua de mar al concreto si se trata de un contacto sin renovación ya que el agente activo se agota y su acción se modifica por la presencia de nuevos productos formados por la reacción, caso en que la reacción tiende a anularse. El agua de mar sólo podrá utilizarse como agua de mezclado en la preparación del concreto con autorización previa escrita del Proyectista y la Supervisión, la misma que debe de figurar en el Cuaderno de Obras. Está prohibido su uso en los siguientes casos: - Concreto presforzado. - Concretos cuya resistencia a la compresión a los 28 días sea mayor del 75 Kg/cm². - Concretos con elementos embebidos de fierro galvanizado o de aluminio. - Concretos preparados con cementos de alto contenido de óxido de alúmina, o con un contenido de C3A mayor del 5%. - Concretos con acabado superficial de importancia. - Concretos expuestos o concretos cara vista. - Concretos masivos. - Concretos colocados en climas cálidos. - Concretos expuestos a la brisa marina.

- Concretos con agregados reactivos. - Concretos en los que se utiliza cementos aluminosos. En la utilización del agua de mar como agua de mezclado se debe recordar que: a) No hay evidencias de fallas de estructuras de concreto simple preparadas este agua. b) La utilización del agua de mar en la preparación del concreto no produce variación en el asentamiento; obteniéndose para cualquier dosificación la misma trabajabilidad que se consigue empleando aguas potable. c) Puede presentarse una aceleración en el fraguado y endurecimiento inicial de la mezcla. d) La resistencia a la tracción y compresión en morteros preparados, es mayor durante los primeros días. en relación a los morteros preparados con agua potable. e) Su empleo disminuye la resistencia a la compresión a los 28 días aproximadamente en un 12% a los tres días pueden presentarse valores del 124% a 137%, tendiendo la resistencia a igualarse a los siete días a la de los concretos preparados con agua potable. 11.2 AGUAS ACIDAS En general, el agua de mezclado que contiene ácidos clorhídrico, sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones inferiores a 10,000 ppm no tiene un efecto adverso en la resistencia. Las aguas acidas con valores pH menores que 3.0 pueden ocasionar problemas de manejo y se deben evitar en la medida de lo posible. 11.3 AGUAS ALCALINAS Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio de 0.5% el peso del cemento, no afecta en gran medida a la resistencia del concreto toda vez que no ocasionen un fraguado rápido. Sin embargo, mayores concentraciones pueden reducir la resistencia del concreto. El hidróxido de potasio en concentraciones menores a 1.2% por peso de cemento tiene poco efecto en la resistencia del concreto desarrollada por ciertos cementos, pero la misma concentración al ser usada con otros cementos puede reducir sustancialmente la resistencia a los 28 días. 11.4 AGUAS DE ENJUAGUE La Agencia de Protección Ambiental y las agencias estatales de los EEUU prohíben descargar en las vías fluviales, aguas de enjuague no tratadas que han sido utilizadas para aprovechar la arena y la grava de concretos regresados o para lavar las mezcladoras. 11.5 AGUAS DE DESPERDICIOS INDUSTRIALES La mayor parte de las aguas que llevan desperdicios industriales tienen menos de 4,000 ppm de sólidos totales. Cuando se hace uso de esta agua como aguas de

mezclado para el concreto, la reducción en la resistencia a la compresión generalmente no es mayor que del 10% al 15%. 11.6 AGUAS NEGRAS Las aguas negras típicas pueden tener aproximadamente 400 ppm de materia orgánica. Luego que estas aguas se han diluido en un buen sistema de tratamiento, la concentración se ve reducida aproximadamente 20 ppm o menos. Esta cantidad es demasiado pequeña para tener efecto de importancia en la resistencia. 12.

NORMAS TÉCNICAS PERUANAS Para el agua del concreto Para el ensayo del agua se tendrán en consideración las siguientes Normas: NTP 339.070: Toma de muestras de agua para la preparación y curado de morteros y concretos de cemento Portland. NTP 339.071: Ensayo para determinar el residuo sólido y el contenido de materia orgánica de las aguas. NTP 339.072: Método de ensayo para determinar por oxidabilidad el contenido de materia orgánica de las aguas. NTP 339.073: Método de ensayo para determinar el ph de las aguas. NTP 339.074: Método de ensayo para determinar el contenido de sulfatos de las aguas. NTP 339.075: Método de ensayo para determinar el contenido de hierro de las aguas. NTP 339.076: Método de ensayo para determinar el contenido de cloruros de las aguas.

BIBLIOGRAFIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO BASICO DE TECNOLOGIA DEL CONCRETO PARA CIVILES ING.ANA TORRE C. ULCM UIVERSIDAD DE LA CASTILLA LA MANCHA

INGENIEROS