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Prácticamente cualquier agua natural que sea potable y no presente fuerte sabor u olor se la puede usar como agua de mezcla (de mezclado, de amasado) para la preparación del concreto (Fig. 4-1). Sin embargo, también se pueden emplear en concreto algunas aguas que no se consideran potables. La Tabla 4-1 muestra seis análisis típicos de abaste- cimiento (suministro) de agua de algunas ciudades y agua de mar. Estas aguas poseen composición similar al agua de abastecimiento doméstico para la mayoría de las ciudades con más de 20,000 personas en los EE.UU. y Canadá. El agua de cualquiera de estas fuentes es adecuada para la preparación de concreto. Una fuente de agua con análisis equivalente a cualquiera de las aguas en la tabla es proba- blemente satisfactoria para el uso en concreto (Fig. 4-2). La Tabla 4-2 presenta las normas que tratan específica- mente de la calidad del agua para empleo en morteros y concretos. Se puede emplear el agua dudosa en concreto, pero se debe verificar su desempeño. Por ejemplo, se aconseja que los cubos de mortero (ASTM C 109 o AASHTO T 106) preparados con el agua dudosa tengan la resistencia a los 7 días igual a por lo menos 90% de la resistencia de los
Capítulo 4
Agua de Mezcla para el Concreto
especimenes de referencia preparados con agua potable o agua destilada. Además, se debe garantizar a través de ensayos del tiempo de fraguado que las impurezas en el agua de amasado no van a disminuir o aumentar adversa- mente el tiempo de fraguado del cemento. Las normas
Tabla 4-1. Análisis Típicos del Agua de Abastecimiento de Las Ciudades y Agua de Mar, Partes Por Millón
Análisis No. Sustancia química 1 2 3 4 5 6 Agua de mar* Sílice (SiO 2 ) 2.4 0.0 6.5 9.4 22.0 3.0 — Hierro (Fe) 0.1 0.0 0.0 0.2 0.1 0.0 — Calcio (Ca) 5.8 15.3 29.5 96.0 3.0 1.3 50 a 480 Magnesio (Mg) 1.4 5.5 7.6 27.0 2.4 0.3 260 a 1410 Sodio (Na) 1.7 16.1 2.3 183.0 215.0 1.4 2190 a 12, Potasio (K) 0.7 0.0 1.6 18.0 9.8 0.2 70 a 550 Bicarbonato (HCO 3 ) 14.0 35.8 122.0 334.0 549.0 4.1 — Sulfato (SO 4 ) 9.7 59.9 5.3 121.0 11.0 2.6 580 a 2810 Cloruro (Cl) 2.0 3.0 1.4 280.0 22.0 1.0 3960 a 20, Nitrato (NO 3 ) 0.5 0.0 1.6 0.2 0.5 0.0 — Total de sólidos disueltos 31.0 250.0 125.0 983.0 564.0 19.0 35,
Fig. 4-1. El agua que es buena para beber es buena para el concreto. (IMG12312)
- Diferentes mares contienen diferentes cantidades de sales disueltas.
ASTM C 94 (AASHTO M 157) y AASHTO T 26 presentan criterios de aceptación para el agua que será usada en el concreto (Tablas 4-3 y 4-4). El exceso de impurezas en el agua de mezcla no sólo puede afectar el tiempo de fraguado y las resistencia del concreto, sino también puede causar eflorescencias, manchado, corrosión del refuerzo, instabilidad del volu- men y reducción de la durabilidad. Por lo tanto, se pueden establecer ciertos límites opcionales para cloruros, sulfatos, álcalis y sólidos en el agua de mezcla o se pueden realizar ensayos adecuados para la determinación del efecto de las impurezas sobre varias propiedades. Algunas impurezas pueden tener un pequeño efecto sobre la resistencia y el tiempo de fraguado y aun afectar la durabilidad y otras propiedades.
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Fig. 4-2. Análisis de agua en laboratorio, en este caso usando un espectrofotómetro de absorción atómica para detectar la concentración de los elementos. (IMG12313)
Tabla 4-2. Normas de la Calidad del Agua para Empleo en Morteros y Concretos
País Norma Nombre de la norma Argentina IRAM 1601 Agua para morteros y hormigones de cemento portland Chile NCh1498.Of1982 Hormigón - Agua de amasado – Requisitos Colombia NTC 3459 Concretos. Agua para la elaboración de concreto Ecuador 1 855-1:01 Hormigón premezclado; requisitos 1 855-2:02 Hormigón preparado en obra; requisitos EE.UU. ASTM C 94 Standard specification for ready mixed concrete Perú NTP 339.088-1982 Hormigón (concreto). Agua para morteros y hormigones de cementos portland. Requisitos México NMX-C-122-82 Agua para concreto Venezuela CONVENIN 2385:2000 Concreto y mortero. Agua de mezcla. Requisitos
Tabla 4-3. Criterios de Aceptación para Abastecimiento de Aguas Dudosas (ASTM C 94 o AASHTO M 157) Límites Método de ensayo Resistencia a compresión, porcentaje mínima en relación al control, a los siete días 90 C 109* o T 106
Tiempo de fraguado, diferencia en relación al control, hr:min De 1:00 más temprano a^ C 191* o T 131 1:30 más tarde
- La comparación debe estar basada en proporciones fijas, así como en el mismo volumen de agua de ensayo comparado con una mezcla de control preparada con agua de la ciudad o agua destilada.
*Tabla 4-4. Límites Químicos para Aguas de Lavado Usadas con Agua de Mezcla (ASTM C 94 o AASHTO M 157) Sustancia química o tipo de construcción Concentración máxima en ppm Método de ensayo**** Cloruro, como Cl ASTM D 512 Concreto pretensado (presfuerzo, presforzado, precomprimido) o concreto para tablero de puentes 500 † Otros tipos de concreto reforzado (armado) en ambiente húmedo o conteniendo elementos de aluminio o metales distintos embebidos o cimbras permanentes de metal galvanizado 1,000† Sulfato, como SO 4 3,000 ASTM D 516 Álcalis, como (Na 2 O + 0.658 K 2 O) 600 Total de sólidos 50,000 AASHTO T 26
- El agua de lavado usada como agua para la preparación del concreto puede exceder a los límites de concentraciones de cloruros y sulfatos presentados si se puede mostrar que las concentraciones totales calculadas en el agua de mezcla, incluyendo agua de mezcla en los agrega- dos y otras fuentes, no excedan a los límites establecidos. ** Se puede usar otros métodos de ensayos que han enseñado resultados semejantes. † Para las condiciones que permitan el uso de aditivos aceleradores a base de CaCl 2 , los compradores pueden ignorar los límites de cloruros.
agravar la reactividad álcali-agregado. Por lo tanto, no se debe usar agua de mar en la mezcla del concreto donde estén presentes agregados potencialmente reactivos. El agua de mar empleada en el concreto también tiende a causar eflorescencias y manchas en la superficie del concreto expuesta al aire y al agua (Steinour 1960). Los agregados procedentes del dragado del mar se analizan en el Capítulo 5.
AGUAS ÁCIDAS
La aceptación de aguas ácidas en la mezcla del concreto 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 intensi- dad 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 (una base). Normalmente el agua de mezclado que contiene ácido clorhídrico, ácido sulfúrico y otros ácidos inorgánicos comunes en concentraciones de hasta 10,000 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 (Fig. 4-3).
ciones de sulfato de magnesio deben ser menores que 25,000 ppm.
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 las resistencias del concreto.
DIVERSAS SALES INORGÁNICAS
Las sales de manganeso, estaño, cinc, cobre y plomo en el agua de mezclado pueden causar una significante reduc- ción 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 (retardantes). Todas ellas pueden retardar muchísimo tanto el tiempo de fraguado como también el desarrollo de la resistencia, siempre que estén en concentraciones de pocas décimas de porcentuales del peso del cemento. Normalmente, se pueden tolerar concentraciones de hasta 500 ppm de estas sales en el agua usada para la preparación del concreto. El sulfuro de sodio es otra sal que puede ser perjudicial al concreto, incluso requiere análisis en una concentración de sólo 100 ppm. Más informaciones sobre el efecto de otras sales se encuentran en las referencias.
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 concreto que no contenga acero. Aproximadamente 78% de la sal es cloruro de sodio y 15% es cloruro y sulfato de magnesio. Aunque la resisten- cia temprana del concreto preparado con agua de mar pueda ser más elevada que la resistencia del concreto normal, la resistencia a edades mayores (después de 28 días) puede ser 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 concreto reforzado con acero y no se debe usar en concreto pretensado, debido al riesgo de la corrosión de la armadura, principalmente en ambientes cálidos y húme- dos. Si se usa agua de mar para la preparación de concreto sin refuerzo (sin acero) en aplicaciones marítimas, se deben emplear cementos de moderada resistencia a los sulfatos y baja relación agua-cemento. El sodio y el potasio de las sales presentes en el agua de mar, usada en la preparación del concreto, pueden
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0
20
40
60
80
100
0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.
Resistencia, porcentaje en relación al control
Ácido tánico, porcentaje del agua de mezcla
Ensayos de cilindros de concreto a los 28 días 75 mm x 150 mm (3 pulg. x 6 pulg.)
Fig. 4-3. Efecto del ácido tánico sobre la resistencia (Abrams 1920)
AGUAS ALCALINAS
Las aguas con concentraciones de hidróxido de sodio del 0.5% en peso de cemento no afectan considerablemente la resistencia del concreto desde que no se induzca el fraguado rápido. Sin embargo, concentraciones más elevadas pueden reducir la resistencia del concreto. El hidróxido de calcio en concentraciones de hasta 1.2% en peso de cemento tiene poco efecto sobre la resisten- cia del concreto con algunos tipos de cemento, pero la misma concentración puede reducir significantemente la resistencia a los 28 días de concretos con otros tipos de cemento. Se debe considerar la posibilidad del aumento de la reactividad álcali-agregado.
AGUAS DE ENJUAGUE
La agencia de protección ambiental y las agencias estatales de los EE.UU. prohíben que se descarguen en las vías fluviales del país cualquier agua de enjuague o lavado no tratada, que se ha usado en la recuperación de arena y grava de concretos retornados o en la operación de lavado de las mezcladoras. El agua de enjuague de lavado se utiliza normalmente en el concreto premezclado (Fig. 4-4) (Yelton 1999).El agua de enjuague debe atender a los límites de las Tablas 4-3 y 4-4 y a las especificaciones de las normas de la Tabla 4-2.
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 concen- tración se reduce para aproximadamente 20 ppm o menos. Esta concentración es muy baja para afectar considerable- mente la resistencia del concreto.
IMPUREZAS ORGÁNICAS
El efecto de substancias orgánicas sobre el tiempo de fraguado del cemento portland y sobre la resistencia última del concreto es un problema muy complejo. Tales substan- cias, como marga de superficie, 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 impurezas orgánicas provienen normalmente de humus conteniendo ácido tánico (Fig. 4-3).
AZÚCAR
Un pequeña cantidad de sacarosa, del 0.03% al 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 al 0.25% en peso de cemento puede causar fraguado rápido y grande reducción de la resisten- cia 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 infe- riores 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 algunas mezclas de concreto. Antes de utilizarse un agua embarrada o lodosa, se la debe pasar a
Capítulo 4 ◆^ Agua de Mezcla para el Concreto
Fig. 4-4. Los sistemas de recuperación permiten el uso inmediato del agua de lavado en el mezcla. (IMG12425)
AGUAS DE DESECHOS INDUSTRIALES
La mayoría de las aguas que cargan desechos industriales tienen menos de 4000 ppm de sólidos totales. Cuando se usa esta agua para preparar el concreto, la reducción de la resistencia a compresión no supera 10%-15%. Las aguas de desechos industriales tales como curtidurías, fábricas de pintura, plantas de coque, plantas químicas y de galva- nización pueden contener impurezas peligrosas. Lo mejor
Whiting, David A., Origins of Chloride Limits for Reinforced Concrete (Origen de los Límites de Cloruro para el Concreto Reforzado), R&D Serial No. 2153, Portland Cement Association, http://www.portcement.org/pdf_files/ SN2153.pdf, 1997, 18 páginas.
Whiting, David A.; Taylor, Peter C.; y Nagi, Mohamad A., Chloride Limits in Reinforced Concrete (Límites de Cloruro en el Concreto Reforzado), R&D Serial No. 2438, Portland Cement Association, 2002, 96 páginas.
Yelton, Rick, “Answering Five Common Questions about Reclaimers (Respuestas para Las Cinco Preguntas más Comunes sobre Saneamiento),” The Concrete Producer, Addison, Illinois, Septiembre, 1999, páginas 17 a 19.
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