PUZOLANAS

CURSO:

TECNOLOGIA DEL CONCRETO

DOCENTE : CARLOS, MODRAGON CASTAÑEDA TEMA: USOS Y EFECTOS DE LAS PUZOLANAS INTEGRANTES: 

CERVERA SANCHEZ JIMENA

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CHAPOÑAÑ CARPIO VANESSA

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ECHEVERRE CHUIQUIPOMA ABIMAEL

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SALDAÑA OCMIN NICKOLE

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SANCHEZ YAMUNAQUE CRISTIAN

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DIAZ SHIMPUCAT FRANZ



RAMOS CISNEROS ESTEFANY

AULA-SECCIÓN: B706-

“A”

Pimentel, Setiembre del 2018

PUZOLANAS DEFINICION En su definición clásica, las puzolanas le identifican como materiales silíceos y aluminosos, a partir de los cuales se producía históricamente el cemento, desde la antigüedad romana hasta la invención del cemento Portland en el siglo XIX. Hoy en día el cemento puzolánico se considera un eco material; que en sí mismos tienen poco o ningún valor cementante, pero que finamente divididos y en presencia de humedad reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a la temperatura ambiente para formar compuestos que si poseen propiedades cementantes.

USOS Y EFECTOS DE LAS PUZOLANAS En las condiciones actuales de la producción nacional, solo es posible disponer regularmente de los cementos portland tipos I y II. Y delos cementos portland-puzolana tipos Puz-1 y Puz-2; además, en forma limitada, algunos fabricantes producen los cementos tipos III y V, previo convenio con el comprador. Esto significa que no siempre es posible disponer del tipo de cemento portland requerido como preferente, siento entonces necesario optar por un cemento portland-puzolana como alternativo, suponiendo que este puede aportar los afectos necesarios al concreto. Dada la frecuencia con que esta situación se presenta, y por la gran variedad de los materiales que se utilizan a escala nacional en la fabricación de los cementos portlandpuzolana, resulta conveniente examinar los requisitos de calidad de las puzolanas y los efectos que de ellas pueden obtenerse en el concreto.

CLASIFICACION DE LAS PUZOLANAS Los materiales que tienen la capacidad necesaria para cumplir con los requisitos de la definición, son muy numerosos y pueden clasificarse en dos grupos:

I.

Grupo 1: Puzolanas naturales (crudas o calcinadas) 

Tierras diatomáceas



Cenizas, arenas, lapilli, tobas y rocas vítreas volcánicas.



Rocas silíceas diversas, de origen ígneo, sedimentario y metamórfico.

II.

Grupo 2: Puzolanas artificiales (subproductos industriales) 

Cenizas volantes



Hollín de sílice (micro sílice)



Ladrillo molido

MODOS DE EMPLEO DE LAS PUZOLANAS Existen dos modos básicos de emplear las puzolanas en el concreto, ya sea formado parte de un cemento portland-puzolana, o bien dosificándolas por separado durante la elaboración de las mezclas. 

En el primer caso, la proporción de puzolana por emplear queda sujeta al criterio del fabricante del cemento.



Mientras que, en el segundo, existe la posibilidad de ajustarla a los requerimientos de la obra.

Otra diferencia importante derivada de ambos modos de empleo, se refiere al procedimiento para verificar las características y propiedades de la puzolana. Así, cuando se utiliza un cemento portland-puzolana, las opciones viables son obtener en fabrica una muestra del material puzolánico en bruto para molerlo en el laboratorio y ensayarlo por separado, o bien verificar el comportamiento del cemento como tal, ya mezclado con la puzolana. Por su parte, cuando se emplea la puzolana como ingrediente individual del concreto, es factible muestrearla y verificar su calidad como un producto terminado, en las condiciones como se utiliza.

VERIFICACIÓN DE CALIDAD DE LAS PUZOLANAS Cuando se requiere verificar la calidad de un material puzolánico que se emplea en la elaboración de un cemento portland-puzolana, son aplicables los requerimientos considerados en las especificaciones correspondientes (NOM C-2/ASTM C 595). Conforme a estas, si la puzolana se va moler en fabrica conjuntamente con el Clinker, para ensayarla de molerse en el laboratorio hasta darle una finura similar a la que se debe tener como integrante del cemento terminado. El único requisito obligatorio que debe cumplir regularmente la puzolana en esta condición de ensaye, conforme a la NOM C-2, se refiere a su actividad puzolánica con cemento portland. Si el fabricante conviene con el comprador en suministrarle un cemento portland-puzolana con ciertos requisitos opcionales (moderado calor de hidratación o la facultad de inhibir la reacción álcali-agregado) la verificación del cumplimiento de tales requisitos debe efectuarse en el cemento terminado.

Para las puzolanas que se emplean y dosifican por separado, como componentes individuales del concreto, no existen especificaciones nacionales aplicables (NOM) de manera que es necesario referirse a las correspondientes especificaciones ASTM C 618(27). En éstas se consideran tres diferentes clases de puzolanas identificadas como sigue: 

Clase N. Puzolanas naturales, crudas o calcinadas.

 

Clase F. Cenizas volantes que sólo tienen propiedades puzolánicas. Normalmente provienen de la combustión de carbón bituminoso o de antracita.



Clase C. Cenizas volantes que tienen algunas propiedades cementantes, además de las puzolánicas. Normalmente proviene d la combustión de carbón sub bituminoso o de lignito, y su contenido de cal es alto (a veces de 10 por ciento).

En este caso, además de la actividad puzolánica con cemento portland, es verificada regularmente a estas puzolanas su requerimiento de agua y su actividad puzolánica con cal (excepto de la Clase C); y también existe, para verificar su calidad, un requisito opcional relativo al incremento que producen en la contracción por secado, el cual es un requisito útil para ser especificado en algunas aplicaciones donde conviene limitar esa contracción. Por lo anterior se observa que puede haber un mejor conocimiento y verificación de la calidad de las puzolanas por parte del usuario, cuando se manejan por separado. PUZOLANAS LOCALMENTE DISPONIBLES Los materiales puzolánicos que ahora se utilizan en el país para la fabricación de los cementos portland-puzolana comerciales, corresponden en su mayoría al primer grupo; es decir, se trata principalmente de puzolanas naturales crudas (sin calcinar) que se muelen en fabrica conjuntamente con el Clinker portland. Aun cuando cada fabricante utiliza materiales diferentes, por conveniencia de proximidad al sitio de fabricación, en su mayor parte son materiales que pertenecen al subgrupo de cenizas, arenas, lapilli, tobas y rocas vítreas de origen volcánico, complementados con otros materiales silíceos de distinto origen, incluyendo el caso de una ceniza volante que se muele junto con el Clinker como se indica más adelante. Dada la diversidad de estos materiales puzolánicos, las características y propiedades de los cementos portland-puzolana correspondiente también varían, por lo cual cuando se requiere un efecto especifico en el concreto con el uso de un cemento de esta clase, resulta necesario verificar previamente su comportamiento en el aspecto requerido.

En lo relativo al uso de puzolanas dosificadas por separado del cemento portland en la elaboración del concreto, existen varios antecedentes locales de obras construidas y en servicio donde se aplicó este modo de empleo, en una época en que se dispuso de puzolanas solas en el mercado nacional. En la actualidad existe la perspectiva de volver a disponer de una puzolana sola, ya que en la central cabo eléctrica de la CFE en Rio Escondido, Coahuila, se obtienen grandes cantidades de ceniza volante como subproducto de la combustión del carbón. Esta ceniza, que es Clase F, resulta demasiado gruesa en su condición integral actual para cumplir con los requisitos aplicables a las puzolanas que se adicionan individualmente al concreto, según la especificación ASTM C 618. Por tal motivo, su utilización en el concreto se ha limitado hasta ahora a dos diferentes usos en que dicho incumplimiento de finura no constituye un obstáculo, o bien se corrige por medio de molienda:

1.  Adición de la ceniza volante integral a concretos de cementos portland como componente puzolánico y de relleno, considerado que su porción fina menor de 45 micras (60 por ciento de la ceniza) es una buena puzolana, y que su porción gruesa mayor de 45 micras (40 por ciento de la ceniza) se integra los agregados como parte de la arena. Este modo de empleo ha producido buenos resultados en obras de CFE en donde ha existido ciert a deficiencia de finos en la arena (30).

2. Molienda conjunta de la ceniza volante integral con el Clinker portland, para producir cementos portland-puzolana, previa verificación de la calidad de la ceniza

volante

molida,

tal

como

lo

previenen

las

especificaciones

correspondientes (NOM C-2/ASTM C 595). Esta forma de utilización se ha realizado con éxito en la elaboración de cementos portland-puzolana con moderado calor de hidratación para obras de las CFE, moliendo la ceniza integral  junto con Clinker portland tipo II. También se ha producido un cemento portland puzolana comercial, tipo Puz-1, moliendo esta ceniza junto con un Clinker tipo I.  Además, existe el proyecto de separar la porción fina de esta ceniza volantes integral, para utilizarla sin limitaciones como puzolana individual adicionable al concreto de cemento portland, ya que se ha comprobado que dicha porción fina cumple satisfactoriamente con los requisitos de la ceniza volante Clase F, según la especificación ASTM C 619.

EFECTOS VERIFICABLES DE LAS PUZOLANAS La función básica de una puzolana en el concreto de cemento portland consiste en reaccionar con el hidróxido de calcio que se libera en el curso de la hidratación del cemento, para formar compuestos con propiedades cementantes. De esta manera el hidróxido de calcio liberado, que es un compuesto fácilmente soluble en agua, se convierte a la forma de silicatos hidratados de calcio que son insolubles y resistentes. El principal beneficio que se obtiene en concreto endurecido como consecuencia de esta reacción, es el de hacerlo más durable especialmente cuando presta servicio en condiciones que propician la disolución y extracción del hidróxido de calcio que normalmente contiene en su interior. Sin embargo, puede haber otros efectos útiles derivados del empleo de las puzolanas, cuya realidad he importancia dependen sustancialmente de las características y propiedades de cada puzolana en particular. A continuación, se mencionan los principales efectos que pueden producir las puzolanas, y que debe verificarse en cada caso, según el uso a que se les destine.

a)  Actividad puzolánica Para cualquier uso a que se destine la puzolana, ya sea formando parte de un cemento portland-puzolana o como adición al concreto en la mezcladora, es requisito fundamental que posea una adecuada actividad puzolánica. Para comprobarlo, es recomendable que dicha actividad se verifique con cemento portland y cal. Aunque las especificaciones para el cemento portland-puzolana (NOM C-2 y ASTM C 595) solo exigen actualmente la primera, es una práctica acostumbrada en CFE verificarla también con cal. Los ensayos para determinar la actividad puzolánica por ambos procedimientos se hallan descritos en el método de prueba ASTM C 311, y se considera que la puzolana cumple especificaciones en el este aspecto si produce una resistencia mayor el 75 por ciento de valor de referencia en la prueba con cemento a 28 días, y al mayor de 55 / 2 en la prueba con cal a 7 días.

b) Requerimiento de agua El requerimiento de agua de mezcla de una puzolana se obtiene directamente como secuencia de los morteros comparativos que se elaboran para determinar la actividad puzolánica con cemento portland, y se expresa como un porcentaje del agua requerida en el montero de referencia sin puzolana. Para las puzolanas naturales (Clase N) dicho requerimiento no debe exceder de 115 por ciento, en tanto que para las cenizas volantes (Clases F y C) el valor máximo permitido 105 por ciento.

Este aspecto del comportamiento de la puzolana es importante porque un excesivo requerimiento de agua de mezcla puede ser motivo de mayor contracción por secado en el concreto que contenga dicha puzolana.

c) Contracción por secado Cuando se planea utilizar concreto con puzolana en estructuras que son proclives a sufrir agrietamientos por cambios volumétricos, debe concederse particular atención al efecto de la puzolana sobre la contracción por secado del concreto. El incremento de la contracción por secado producido por una puzolana que se dosifica individualmente, se determina en barras de mortero ensayadas por el método de prueba NOM C-173 (ASTM C 157) y se cuantifica por la diferencia entre la contracción de las barras de referencia sin puzolanas. El requisito establecido, que es opcional según ASTM C 618, fija un valor máximo permisible de 0.03 por ciento en el incremento de la contracción por secado a 28 días, para las tres clases de puzolanas (N, F y C). En el caso de los cementos portland-puzolana locales, este aspecto no se halla reglamentado en la NOM C-2. Sin embargo, en la especificación ASTM C 595, se establece una contracción máxima permisible igual al 0.15 por ciento, a los 28 días de secado, como un requisito normal para los cementos portlandpuzolana tipo P. La aplicación de esta limitación, como elemento de juicio en general, puede ser útil se requiere elegir entre dos o más cementos portlandpuzolana, para su empleo en una estructura de concreto donde este efecto es importante.

d) Calor de hidratación En los casos en que se pretende utilizar una puzolana con el fin de aprovechar su facultad de producir menos calor de hidratación que la cantidad equivalente de cemento portland, es conveniente verificar este supuesto determinado el calor de hidratación del cemento portland-puzolana propuesto, o bien del cemento portland y la puzolana individual de uso probable, combinados en la proporción prevista. Esta determinación debe efectuar a los 7 y 28 días de hidratación por el método de prueba NOM C-152 (ASTM C 186) y sur resultados no deben ser mayores de 70 y 80 cal/g respectivamente, cuando se requiere cemento portland-puzolana con el requisito opcional de moderado calor de hidratación. Cuando la puzolana se emplea por separado, es conveniente determinar paralelamente el calor de hidratación del cemento solo y de la combinación prevista de cemento y

puzolana, a fin de poder evaluar por comparación el efecto de la puzolana en este aspecto.

e) Reactividad álcali-agregado Un motivo frecuente para utilizar puzolanas en el concreto de cemento portland consiste en aprovechar su aptitud para inhibir los efectos dañinos de la reacción álcali-agregado, cuando es inevitable emplear agregados que son reactivos y no se disponen de cemento portland bajos en álcalis (0.60 por ciento máximo como 2 ).

Se sabe que muchas puzolanas son capaces de restringir he incluso anular las expansiones detrimentales que eventualmente se producen en el concreto como consecuencia de la reacción entre los álcalis (óxidos de sodio y de potasio) que normalmente provienen del cemento, y algunos agregados que contienen ciertos minerales y de rocas silíceas y carbonatas. Pero como no todas las puzolanas poseen esta facultad, resuelta verificarla durante pruebas, cuando se propone emplear una puzolana con esta finalidad especifica. Se conocen actualmente tres modalidades de la reacción álcali-agregado:

1. Álcali-sílice 2. Álcali-silicato 3. Álcali-carbonato La más frecuente por mucho es la primera, en la que participan agregados de su uso común que contiene sílice amorfa y criptocristalina principalmente como las rocas vítreas volcánicas y sus tobas, rocas que contienen ópalo y otras rocas con alto contenido de sílice. La segunda reacción es muy poco conocida, pues involucra particularmente rocas que contiene vermiculita que es un mineral de la familia de las micas, con tendencia exfoliable y no muy común en los agregados para el concreto por su dudosa calidad. En la tercera reacción, cuya frecuencia es intermedia, son participes algunas rocas calizas que contienen dolimita, las cuales sufren un proceso de dedolomitizacion por efecto de los álcalis. Las experiencias con el uso de las puzolanas para esta finalidad se relacionan en su gran mayoría con la reacción álcali-carbonato y prácticamente nada con la reacción álcali-silicato. Debido a ello, existen pruebas bien experimentadas para evaluar la acción atenuante de las puzolanas sobre los efectos de la reacción álcali-sílice, cuya aplicación se supone extensiva a la reacción álcali-sílice mientras no se desarrollen pruebas específicamente aplicables a esta. En cuanto a las pruebas para verificar los efectos moderadores de una puzolana sobre la reacción álcali-carbonato, su desarrollo es más reciente y por ello existe menos antecedentes de su eficacia.

Como se pretende utilizar una puzolana a través de un cemento portlandpuzolana como medio para prevenir el riesgo de una reacción deletérea álcalisílice, se pues especificar el requisito opcional en el cemento del que al ser ensayado por el método de prueba NOM C-180 (ASTM C 227), utilizando vidrio de boro silicato como agregado, produzca una expansión que no exceda de 0.02 por ciento a los 14 días, ni de 0.05 por ciento a los 91 días, existe también la posibilidad de obtener en fabrica una muestra de la puzolana en bruto, para molerla en el laboratorio a una finura como la que se pone parte del cemento, y ensayarla como se indica a continuación. Si la puzolana se va dosificar por separado en el concreto, o bien si se obtiene en fabrica una muestra de la puzolana que se emplea en la elaboración del cemento puzolana-puzolana de uso propuesto, la eficacia de la puzolana para mitigar los efectos de la reacción álcali-sílice puede verificarse por dos procedimientos alternativos:

1. La prueba de expansión de mortero mencionada en el párrafo anterior, mezclando la puzolana con el Clinker o cemento portland de uso previsto en las proporciones acordadas con el fabricante o requeridas en la obra, en cuyo caso las expansiones se obtiene a las 4 y 91 días para compararlas con los límites máximos permisibles de 0.02 y 0.05 por ciento, respectivamente.

2. La prueba de reducción de expansión conducida por el método de prueba NOM C-298 (ASTM C 441) en la cual se elaboran un mortero de referencia sin puzolana y un mortero de prueba con puzolana, y se comparan sus respectivas expansiones a 14 días de edad. En ambos morteros se emplea un cemento con altos álcalis (1.0 + 0.05%) y se considera que la puzolana es eficaz si reduce la expansión a esa edad en un 74 por ciento por lo menos. Cuando se requiere evaluar la aptitud de una puzolana para restringir la expansión debida a una reacción del tipo álcali-carbonato, el procedimiento aplicable consiste en ensayar barras de concreto conforme al método de prueba  ASTM C 1105, tanto si se trata de un cemento portland-puzolana como de una puzolana que se va a dosificar por separado. En este caso deben ensayarse mezclas de concreto con los agregados de la obra (rocas carbonatadas reactivas con los álcalis). Variando únicamente el cementante: se puede utilizar un cemento portland simple de uso probable como referencia, para comparar su expansión con la que produzca el concreto con cemento portland-puzolana, o el concreto con una

combinación del mismo cemento de referencia y la puzolana en estudio. Las expansiones deben obtenerse a 3, 6 y 12 meses de edad, y para ser consideradas no detrimentales deben ser menores de 0.0155, 0.025 y 0.030 por ciento, respectivamente. Aun cuando se pueden hacer juicios con base en las expansiones a 3 y 6 meses, lo recomendable es esperar el dato de expansión a 12 meses para tomar una decisión definitiva. Esta circunstancia pone de manifiesto la necesidad de hacer estas pruebas con la debida anticipación, cuando la puzolana se pretende utilizar en el concreto como una medida de protección contra los efectos deletéreos de una reacción del tipo álcali-carbonato.

f) Resistencia a los sulfatos Simplificando puede decirse que el ataque de los sulfatos al concreto de cemento portland se debe a la reacción de estas sales con el aluminato tricálcico ( 3 ) del cemento, dando lugar a sulfoaluminato de calcio hidratado (etringida) cuya formación se asocia con un incremento de volumen capaz de desintegrar el concreto. De esta relación causal se deriva la principal medida de defensa del concreto contra el ataque de los sulfatos que consiste en reducir el contenido de (3 ) en el cemento portland para hacerlo menos susceptible a dicho ataque. Como consecuencia práctica de ello, existen los cementos portland tipos II y V, con mediano y bajo contenido de ( 3 ), que proporcionan al concreto moderada y alta resistencia a los sulfatos, respectivamente. Pero también existe numerosa información en el sentido que algunas puzolanas pueden mejorar inclusive la resistencia en los sulfatos que proporcionan estos cementos. Así, por ejemplo, en estudio realizado en los laboratorios del U.S. Bereau of Reclamation (31) utilizando puzolanas consistentes en cenizas volantes Clase F, se obtuvo la siguiente escala de resistencia de sulfatos de los cementantes ensayados, en orden de mayor a menor.

Cementante

Resistencia a los sulfatos

Cemento tipo V + ceniza volante

Máxima resistencia

Cemento tipo II + ceniza volante

Buena resistencia, de orden similar

Cemento tipo V Cemento tipo II

Moderada

resistencia,

Cemento tipo I + ceniza volante

similar

Cemento tipo I

Mínima resistencia

de

orden

Sin embargo, no todas las puzolanas son capaces de mejorar las resistencias del concreto a los sulfatos, por cuyo motivo es necesario verificar dicha capacidad cuando se pretende utilizar una puzolana con este propósito. Dada la buena correspondencia que normalmente existe en los cementos portland entre la disminución del ( 3 ) y el aumento de su resistencia a los sulfatos, cuando se requiere verificar la aptitud potencial de un cemento en este aspecto, suele ser suficiente determinar su composición química mediante el análisis respectivo. Además, para un cemento portland especifico se requiere corroborar su resistencia a los sulfatos, es posible ensayarlo por el método de prueba NOM C-185 (ASTM C 452) para determinarle su expansión por efecto de los sulfatos en 14 días. Las especificación ASTM C 150 admiten como requisito alternativo de la limitación del 5 por ciento máximo ( 3 ) en el cemento portland tipo V, que la expansión a 14 días de esta dicha prueba no exceda de 0.040 por ciento. Para verificar la resistencia a los sulfatos de los cementos portland-puzolanas o de las puzolanas que se adicionan al cemento por separado, la prueba anterior no es aplicable debido a la lentitud con que las puzolanas aportan sus efectos al concreto. Para salvar esta limitación, lo indicado es hacer la verificación en especímenes con suficiente edad para que se pueda apreciar el efecto de las puzolanas. La práctica usual en este aspecto, que no se halla reglamentada por métodos de prueba NOM ni ASTM, consiste en fabricar especímenes de mortero o de concreto que después de un periodo de curado estándar se expone por inversión a una solución concentrada de sulfatos. Los especímenes suelen ser prismas o cilindros en los que se cuantifican el efecto de los sulfatos midiendo la expansión, la disminución en el módulo dinámico, la pérdida de peso y la reducción en la resistencia a compresión, o bien se evalúa por simple inspección visual. Debido a que los resultados de esta prueba pueden requerir mucho tiempo para obtenerse, es posible acelerar los efectos sometiendo los especímenes a periodos alternados de saturación y secado.  A modo de ejemplo, en los laboratorios del u. s. Berau of Reclamation se ha aplicado con éxito una prueba acelerada (32) en que se utilizan especímenes cilíndricos de 75 x 150 mm (3’’ x 6’’) que se someten alternadamente a una saturación por inmersión durante 16 horas en una solución en 2.1 por ciento de sulfato de sodio (2.600 ppm 4= ) a 23°C, y secado durante 8 horas a 55°C para completar ciclos de 24 horas. Se considera que el espécimen falla cuando manifiesta una pérdida de 15 por ciento en el módulo dinámico una expansión mayor de 0.2 por ciento. No obstante, aun en estas

condiciones de efecto acelerado, hay ocasiones en que se requiere varios meses e incluso años para llegar a resultados definidos. Tomando esto en cuenta en el caso de las cenizas volantes se ha tratado de correlacionar algunos espectros de su composición química con su resistencia potencial a los sulfatos, de igual manera que se procede con los cementos portland al emplear el contenido de (3 ) como parámetro de su comportamiento en este aspecto. El resultado de ello ha sido la definición del llamado “Factor R” que se ha propuesto como índice de la resistencia a los sulfatos que puedan proporcionar al concreto las cenizas volantes, cuya expresión es:



%  − 5 % 2 3

Para jerarquizar la influencia del Factor R, se ha propuesto también el siguiente escalar:

Factor R de la ceniza volante

Resistencia del concreto a sulfatos

< 0.75

Mejorada notablemente

0.75 a 1.5

Mejorada moderadamente

1.5 a 3.0

Sin cambio significativo

> 3.0

reducida

(*) Comparativamente con cemento portland tipo II, sin ceniza. Como indiferencia de todo ello puede decirse que el uso de una puzolana de calidad adecuada, ya sea como integrante de un cemento portland-puzolana o adicionada por separado del cemento portland, representa un posible medio para incrementar la resistencia del concreto a los sulfatos. Sin embargo, si no existe evidencia de la eficacia de la puzolana propuesta en este aspecto, es preferible no emplearla con esa finalidad y atenerse al uso de n cemento portland con el contenido de ( 3 ) apropiado al grado de concentración de los sulfatos en el medio de contacto.