TEMA 6. PROPIEDADES QUIMICAS Y DE ALTERACION DE LOS Y DE ALTERACION DE LOS ARIDOS ARIDOS.

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1 TEMA 6. PROPIEDADES QUIMICAS Y DE ALTERACION DE LOS Y DE ALTERACION DE LOS ARIDOS ARIDOS

2 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS. ESTABILIDAD A LA ACCIÓN DEL SULFATO DE SODIO O DEL SULFATO DE MAGNESIO. REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS

3 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Los ensayos químicos al árido se efectúan siguiendo los requerimientos normativos al tratar químicamente una muestra de árido con diferentes reactivos químicos hasta obtener una valoración aproximada del contenido de los diferentes óxidos y de los sulfatos. Los análisis químicos de los áridos tienen como objetivo determinar la composición mineralógica de la roca, lo que permite establecer su procedencia o naturaleza, así como su clasificación. A continuación se relacionan de normas cubanas de análisis químicos.  NC 44-18:84. Minerales. Arena Sílice. Análisis Químico.  NC44-18: 84. Minerales. Arena Sílice. Determinación de los R 2 O 3.  NC 44-3:84. Minerales. Arena Sílice. Determinación Gravimétrica de Dióxido de silicio.  NC 54-27:85. Cales y Calizas. Determinación de carbonatos totales (CT)

4 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Normas cubanas de análisis químicos.  NC 54-05:85. Cales y Calizas. Determinación del SiO 3.  NC 054-004.Cales y Calizas. Determinación de la pérdida por calcinación del contenido de anhídrido carbónico y del agua total.  NC 54-33:85. Cales y Calizas. Determinación de contenido de residuo insoluble.(RI)  NC 54- 35:85. Cales y Calizas. Determinación del SiO 2  NC 54 -279:84. Cales y Calizas. Oxido de calcio e hidrato de calcio. Determinación volumétrica del % aprovechable. (OC) y (Ca(OH) 2  NC 54-337:86. Cales y Calizas. Determinación del oxido de Magnesio.  NC 54-339:86. Cales y Calizas. Determinación del oxido de hierro III. (FeO 3 )  NC 54-341:86. Cales y Calizas. Determinación del oxido de calcio. (CaO)  NC 54-338:86. Cales y Calizas. Determinación del oxido de aluminio III. (Al 2 O 3 ).

5 CLASIFICACIÓN GEOLÓGICA DE LAS ROCAS De acuerdo a su origen: Rocas Exógenas Rocas Endógenas Rocas Sedimentarias  Rocas Sedimentarias Rocas Igneas  Rocas Igneas Rocas Metamórficas.  Rocas Metamórficas. ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS

6 NÁLISIS QAUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Rocas Igneas El cuarzo SiO 2 El cuarzo SiO 2 y sus modificaciones y sus modificaciones Los feldespatos Los silicatos de Fe y Mg serpentina y piroxenos CLASIFICACIÓN GEOLÓGICA DE LAS ROCAS

7 El cuarzo, que es el bióxido o anhidro sílices y sus modificaciones. Es uno de los minerales mas resistente y estable químicamente por lo que se mantiene casi invariable durante las alteraciones de las rocas ígneas conformadas por el. Los feldespatos, que son silicatos aluminicos y cálcicos. Los silicatos ferruginosos-magnesianos, los mas difundidos son el ortosilicato de magnesio y de hierro, frecuentemente sustituido por la serpentina y los metasilicatos de hierro y magnesio.

8 Grupo de los silicatos Rocas Sedimentarias Grupo de sulfatos: Grupo de carbonatos, ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS CLASIFICACIÓN GEOLÓGICA DE LAS ROCAS

9 SILICATOS Caolinita: Caolinita: Se forma a partir de la meteorización por intemperismo de una roca (origen sedimentario). Montmorillonita: Montmorillonita: Procede de la alteración de tobas y cenizas volcánicas. Illita Illita: Procede de la alteración de micas y feldespatos en climas templados. ARCILLA ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS

10 Grupo de la Calcita CaCO 3 Calcita CaCO 3 CARBONATOS: CARBONATOS: Suelen tener un 56 % de CaO y el 44 % de CO 2 siendo su fórmula CaCO 3. Grupo de la Dolomita (CaMg(CO 3 ) 2 ) Magnesita MgCO 3 Dolomita (CaMg(CO 3 ) 2 ) Grupo de la Magnesita MgCO 3 Magnesita MgCO 3 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS

11 Tabla 9. Clasificación de las rocas calcáreas. Roca Contenido (%) CaCO 3 CaMg(CO 3 ) 2 Caliza95-1005-0 Caliza en forma de Dolomita 75-9525-5 Caliza Dolomítica50-7550-25 Dolomita calcárea25-5075-50 Dolomita en forma de caliza 10-2590-75 Dolomita0-5100-95 Composición de las rocas calcáreas dolomíticas y de las rocas carbonatadas arcillosas. Tabla 10. Clasificación de las rocas carbonatadas arcillosas Tipos de Rocas SiO 2 CaCO 3 Caliza0-595-100 Caliza Arcillosa 5-2575-95 Marga25-5050-75 Marga Arcillosa 50-7525-50 Arcilla Calcárea 75-955-25 Arcilla100-950-5

12 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS SULFATOS SULFATOS: Están compuestos por CaO y el SO 3 Sulfatos Anhidros Sulfatos Hidratados Baritina BaSO 4 Anhidrita CaSO 4 Yeso CaSO 4 2H 2 O

13 CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS CUBANAS. En los estudios y clasificaciones de los áridos desde el punto de vista de su propiedades químicas y mineralógica es necesario considerar los orígenes geológicos de nuestras rocas y las de nuestro suelo debido a que estos conocimientos son determinantes en las aplicaciones y transferencias de los conocimientos científicos y técnicos desarrollados en la explotación, aplicación, uso racional y sostenibles de los recursos naturales disponibles regionalmente. ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Ubicación de Ríos y Yacimientos de origen calizo en Cuba

14 Las características geográficas y climáticas de nuestro país, una isla larga y estrecha que limita el recorrido del curso en la mayoría de sus ríos orientados hacia el norte o el sur, a excepción del río Arimao, impide la disponibilidad de contar con grandes reservas de arena naturales, como ocurre en los países de plataforma continental. Por otra parte, la existencia de rocas predominantemente sedimentarias de origen calizo, las que alcanzan mas del 80 % de nuestro suelo, formadas durante los periodos jurasico, cretácico, mioceno hace 185 millones de años, determina que deban ser considerados criterios particulares en las adopciones de normas de ensayo y especificaciones internacionales sobre la calidad y uso de los áridos como ocurre en otros países desarrollados de plataforma isleña, tales como Japón e Inglaterra. ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS

15 Es por ello que para la caracterización mas precisa de los áridos, junto a las determinación de los composición oxídica determinada mediante análisis químicos, resulta conveniente establecer la estructura mineralógica y petrográfica de la roca, empleando los métodos avanzados de la físico-química, difracción de rayos x, DRX, análisis térmico diferencial, DTA, microscopia electrónica de barrido, SEM. ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Estas determinaciones pueden ser realizadas tanto con las muestras de áridos como de morteros y hormigones en las cuales se podrán evaluar la influencia de la actividad micro estructural en las zonas de la interfase árido-pasta

16 ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS Determinación Difracción de rayos X a el material mas fino que el tamiz 200 de la cantera de origen calizo Anafe. Con esta técnica se pudo apreciar que el material mas fino que el tamiz 200 presente en este árido no contenía impurezas de origen arcilloso, el color rojo estaba dado por el oxido de hierro (FeO 3 ) presente en la misma, lo que se presenta con alguna frecuencia en los yacimientos de origen calizo.

17 La interacción química entre algunas rocas y la pasta de cemento puede conducir a un incremento en la fuerza de la adherencia. En particular la piedra caliza reacciona con la pasta de cemento hasta producir una gran cantidad de poros, lo que resulta en una reducción en la fuerza de adherencia a edades tempranas; sin embargo, a mayor edad, estos poros se llenan con productos de reacción posteriores incrementando la fuerza de adherencia. ANÁLISIS QUÍMICOS Y MINERALÓGICOS

18 ESTABILIDAD A LA ACCIÓN DEL SULFATO DE SODIO O DEL SULFATO DE MAGNESIO Este ensayo se aplica solamente a los áridos para hormigones que van a quedar expuestos a medios agresivos o a temperaturas por debajo de 0°C. El ensayo se efectúa según los requerimientos de la NC 183:2002 y consiste en someter la muestra de áridos a una solución de sulfato de sodio o de magnesio en cierta concentración y determinar las pérdidas que sufren estos áridos después de un cierto tiempo. Las especificaciones cubanas establecen para estas condiciones que los áridos en solución de sulfato de sodio no deben sufrir pérdidas en peso mayores del 10% para la arena y hasta el 12% para el árido grueso, en tanto que en solución de sulfato de magnesio no deben sufrir pérdidas mayores del 15% para la arena y hasta el 18% para el árido grueso.

19 REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS Microfisuras ocurridas por la expansión

20 REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS En general el árido empleado en la producción de hormigones no debe tener ningún tipo de compuesto que sea potencialmente reactivo con los álcalis del cemento, pues esto para el hormigón es como tener internamente la causa de su potencial destrucción, pues los productos resultantes de estas reacciones son de mucho mayor volumen que los iniciales y se crean tensiones internas de tracción que finalmente al cabo del tiempo provocarán la desintegración paulatina de la estructura.

21 Los compuestos potencialmente reactivos con los álcalis del cemento más comunes son: ópalo, calcedonia, tridimita, cristobalita, ryolita, andesita, zeolita, philita. No solo la mineralogía de los agregados o áridos son las que definen la reactividad: su composición química, las condiciones de intemperismo a que están sometidos y la calidad del cemento son también factores que deciden. Por ello se dice que el ensayo bajo las condiciones reales es la ultima palabra. REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS

22 En aquellos casos en que los áridos son de origen la potencialidad de reactividad con los álcalis se limita a la presencia de dolomitas. ( CaMg(CO 3 ) 2 ) Las dolomitas en su proceso de desdolomitización, es decir cuando rompen su estructura forman calcita y brucita, carbonatos de calcio y magnesio respectivamente con tamaños de cristal superior al de la dolomita provocando grietas y microfisuras por este efecto de expansión. REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS

23 En Cuba no están normalizados aún los métodos de ensayos para establecer la potencialidad reactiva de los áridos, pero en el mundo en general se emplean 3 métodos de ensayo:  El análisis petrográfico del árido para poder determinar mediante microscopio la presencia de estos minerales. El análisis químico del árido de sílice soluble y reducción de la alcalinidad y de acuerdo a un diagrama que correlaciona estas propiedades determinar la potencialidad de reactividad del árido  El análisis químico del árido de sílice soluble y reducción de la alcalinidad y de acuerdo a un diagrama que correlaciona estas propiedades determinar la potencialidad de reactividad del árido  La elaboración de prismas de hormigón que se someten a ciclos de humedecimiento y secado o a atmósfera húmeda, como método concluyente:

24 En el laboratorio del CTDMC se realiza esta determinación a través de la ASTM-C 289-94 Standard test method for potencial álcalis-silica reactivity of agregates (chemical method) Afortunadamente en Cuba no tenemos con frecuencia áridos potencialmente reactivos con los álcalis del cemento, pero cuando no quede otra alternativa que utilizar estos áridos, entonces será indispensable garantizar la utilización de cementos con bajo contenido de óxido de sodio equivalente, o sea que la siguiente suma de compuestos: 0,658 K 2 O + Na 2 O sea menor o igual al 0,6%. REACCIÓN ENTRE ÁLCALIS Y ÁRIDOS