Investigación y aportaciones

Síntesis de los trabajos de investigación del Dr. Gomà. Conceptos e ideas fundamentales.

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Determinación de la sílice.


La necesidad de tener valores más exactos para la determinación de la sílice en los clinkers y cementos, y la constatación que no había ningún procedimiento para determinar la sílice que diera desviaciones tanto o más bajas que las obtenidas en otros elementos mayoritarios, hizo que iniciara una línea de investigación estudiando sistemáticamente cada uno de los pasos analíticos del procedimiento general clásico de determinación gravimétrica de la sílice.

Como resultado de estas investigaciones consiguió descubrir las causas de error y modificar el método clásico.
 

Esto le llevó a crear un nuevo método de análisis, el Método Gomà.  
 
Con este nuevo método se obtienen unas desviaciones estadísticas reducidas, entre 3 y 4 veces menores que las obtenidas por cualquier otro método existente, (de 0.16% a 0.04%). y se equipara a las desviaciones de otros mayoritarios como el óxido de cal,de magnesia, de alúmina y/o de hierro.

La cantidad de sílice que pasa en el filtrado, en este nuevo método, es de tant solo 0,001g de sílice por 1g de muestra, que es el límite normal del error en las gravimetrías. [1, 2, 26]

Esto permitió tener más precisión para situar los puntos de composición de los clinkers de Pórtland en los diagramas de fases, y obtener mejor exactitud en la determinación de los sus módulos de silicato. 

Estos trabajos condujeron a la realización de su Tesis Doctoral. 


Método de análisis completa de silicatos. 


Paralelamente hizo una investigación sobre la aplicación de la complexometría, para la determinación cuantitativa de los elementos mayoritarios, diferentes a la sílice, para obtener una marcha sistemática completa. Los elementos analizados fueron los siguientes: SiO2 (método Gomà), TiO2 (colorimetría  con peróxido de hidrógeno)  Al2O3, Fe2O3, CaO y MgO  (complexometría con EDTA 0.05 Molar con virajes visuales para evitar causas de error instrumentales), SO3 (gravimetría), Na2O y K2O(Fotometría de llama), Pérdida al fuego de 20º a 550ºC y de 550º a 950ºC y el residuo insoluble en ácido clorhídrico.

Las bajas desviaciones estadísticas de cada un de los elementos determinados, incluyendo la Sílice analizada por el método de Gomà, hace  que la suma de todos los resultados de una muestra en el análisis completa, dé un valor muy próximo a 100, de 99,5 a 100,1. Este valor, cuando se utiliza esta marcha analítica, llega a tener un sentido semi-cuantitativo para indicar, si hay o no, elementos no determinados, como P2O5, B2O3, etc... en cuyo caso da, entonces, valores inferiores a los señalados. 

Hay que constatar, que ya desde el año 1956, por primera vez en España, Gomà aplicaba la complexometría a los análisis de silicatos. 

Una marcha sistemática equivalente, consensuada por químicos de diferentes países ha constituído la actual CEN 196-2.


Métodos de análisis para la Diagnosis del hormigón endurecido.


Desde su lugar de trabajo en la Universidad, Gomà abrió una nueva línea de investigación orientada a la aplicación de métodos químicos de análisis, para realizar las diagnosis de estructuras de hormigón
armado, y preparó una asignatura nueva y específica, titulada: “Patologías de origen químico en la construcción y su confirmación experimental”.

Esta asignatura de la cual no hay antecedentes bibliográficos, trata de evitar la falta de conocimientos de la química de los cementos en los campos de la Ingeniería Civil y de la Arquitectura.

Esta asignatura contiene nuevos métodos para la diagnosis. Los nuevos procedimientos son los siguientes:


Determinación de la cantidad de cemento en un hormigón endurecido.


La determinación de la cantidad de cemento en un hormigón estructural, se realiza determinando la cantidad de sílice soluble por ataque de la muestra  con ácido clorhídrico, seguida de filtración, insolubilización de la sílice y determinación de la sílice por gravimetría.

Los métodos que utilizan oficialmente esta determinación han sido los de la British Standard BS 1881 Part 124, 1988 y ASTM  C – 1084/2003 pero tienen una desviación estándar demasiado alta, determinada por  las  mismas instituciones.

A partir de la cantidad de cemento podemos determinar la relación a/c. Este parámetro es el más importante para la tecnología del hormigón y/o morteros, porqué mide indirectamente la distancia que hay entre partículas aglomerantes y su concentración. Cuando más próximas están, más coherencia y más resistencia tiene el aglomerante.

Todos los demás parámetros dependen de la relación agua/cemento.

La situación actual es que este parámetro, en la tecnología del hormigón, no se puede determinar por los métodos normativos con suficiente precisión y exactitud, porqué el método gravimétrico de determinación de sílice para determinar la cantidad de cemento en el que se basan, tiene todavía importantes causas de error como ya hemos visto anteriormente.  

Por tanto, no son operativos. 

Esta situación, de no poder determinar con suficiente precisión la relación agua/cemento, no ha sido estudiada por ningún autor hasta los trabajos de Gomà, publicados en diferentes Conferencias Internacionales desde el año 1986 y por A, Neville, Ingeniero Civil del U.K.,  en el año 2000 [ 32, 33].

Gomà, en su línea de investigación sobre la determinación de la sílice, aplicó su nuevo método gravimétrico, habiendo corregido los importantes errores  negativos, lo cual permite encontrar con precisión la cantidad de cemento en los hormigones y morteros.

Propuso un nuevo procedimiento para esta determinación con una desviación estándar de tres a cuatro veces menos que los métodos normalizados, consiguiendo que el procedimiento sea operativo. [ 26 ].

Este método es aplicable a los hormigones tradicionales sin adiciones actives. Fue utilizado por Gomà, desde los años 70, con gran éxito para las diagnosis del hormigón endurecido.


Nuevo Método para determinar sulfuros en árido(s) y hormigón: caso histórico de “Las Piritas del Maresme”.


En el año 1969, el arquitecto Sr. D. Joan Majó y un arquitecto técnico, habían realizado la estructura del edificio  D.O.D., destinado a asistencia médica de la Seguridad Social, en Matarò (Barcelona). [10, 11]. Al cabo de 9 meses, todos los elementos estructurales puestos en obra, presentaban fisuras profundas en toda la masa del hormigón (caso histórico conocido como el caso de las Piritas del Maresme).

Gomà fue consultado para determinar las causas de las fisuras. Los análisis de Gomà pusieron en relieve la presencia de piritas, de estructura cúbica, y pirrotinas de estructura plana en los áridos del hormigón estructural, dictaminando ser una grave patología de sulfatos de origen intrínseco, con la resolución de demoler inminentemente.

En la norma vigente de aquel momento, para determinar el contenido de sulfuros en los áridos, Gomà descubrió que el procedimiento daba lugar a la pérdida de azufre por volatilización de SO2,
por causa de un tratamiento con ácido nítrico que no era apropiado. Demostró que en el método de análisis era imprescindible el ataque por fusión alcalina, seguida de oxidación en medio alcalino, y pasar a medio ácido posteriormente cuando el azufre está en valencia VI.  La pérdida por volatilización se estimó del orden del 40% .

Además, encontró que los sulfuros de estructura plana eran atacables por ácido clorhídrico en ebullición desprendiendo H2S, el cual absorbido con disolución amoniacal de sulfato de cadmio se puede valorar por complexometría y determinar el contenido de sulfuro. 

Estos sulfuros son los más agresivos al hormigón, mientras que los de  estructura cúbica, en ambientes secos, pueden mantenerse estables muchos años.  Por tanto, el procedimiento tenía aplicación en los análisis para diagnosis.

Un nuevo método para determinar sulfuros fue necesario, y el Dr. Calleja, del Instituto Torroja (Madrid), instó al Profesor Gomà a redactar un procedimiento nuevo para constituir la Norma 83.120, de la comisión CT 83, de la cual Gomà, era vocal.


Determinación del grado de clinkerabilidad.


En la década de los años 70, Gomà abrió una línea de investigación paralela en el campo de la manufactura de los cementos Pórtland, que dió como resultado un método de determinación del grado de clinkerabilidad de los crudos de clinker, a partir de los trabajos iniciales de Heilman [9], que determina el descenso de la cal libre en función de la temperatura de calcinación del crudo. 

El método de Heilman se modificó en los siguientes parámetros:
  • El método modificado para el análisis de la sílice, con más exactitud que cualquier otro existente; y el método citado para el análisis completo por complexometría.
  • Determinación de la influencia de cada un de los parámetros de la composición del crudo: estándar de cal, módulo de silicatos, módulo de fundentes, contenido de óxidos minoritarios con una función polinómica.
  • Uso de temperaturas reales, como las que existen en el clinker, dentro de la zona de llama del horno rotatorio, mediante un horno eléctrico con control automático, de diseño específico del propio autor, para obtener más precisión en la determinación de las temperaturas.
Como resultado de este trabajo se pudo determinar la temperatura real conseguida en el horno rotatorio; y se pudo ajustar los parámetros del crudo a la temperatura máxima, del horno rotatorio, en régimen estable.

En el año 1980, publicó este trabajo en el Congreso de Química de Cementos, de Paris, [9], bajo el título “Función generalizada de la clinkerabilidad”.

El título de su publicación hace referencia a que todos los crudos de Pórtland tienen la tendencia a convergir en un punto de óptima calidad, cuando la composición de fases da un valor para el C3S de ≥ 60%. Este punto es el que Gomà expone, en su texto citado, como punto de composición de referencia para una óptima calidad de un clinker.


Método de las Fracciones Solubles.


Las adiciones activas tienen sílice soluble que interfiere en la sílice solubleque procede del cemento. En consecuencia, para la mayoría de hormigones, no es posible determinar la relación agua/cemento con la necesaria exactitud debido a esta causa.

Por tanto, la situación actual es que los análisis químicos no se pueden aplicar a los hormigones con adiciones activas.

Gomà, en su línea de investigación de los análisis de siliatos, profundizó en las composiciones de los
elementos mayoritarios de las Fracciones Solubles, cuando las adiciones activas se atacan con disolución de ácido clorhídrico  en frío y se separa el residuo insoluble.
 

Encontró que las proporciones entre los cuatro óxidos componentes mayoritarios (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3), guardan entre sí una relación constante para cada adición activa en particular, y que la dispersión es muy pequeña entre adiciones del mismo tipo y origen.

Esto da lugar a un nuevo método denominado de las Fracciones Solubles de Gomà, que permite tener las siguientes informaciones: 

  • Analizando las Fracciones Solubles de les adiciones activas que hay dentro de una misma zona geográfica, es posible establecer en un diagrama ternario (asociando Al2O3 + Fe2O3, como a R2O3) los diferentes puntos de Composición. 
Los puntos de composición de la Fracción Soluble de cada adición se agrupan, en zonas separadas unas de las otras, de manera que se puedan diferenciar las zonas que corresponden a cada adición. 
Así, puede ser identificado el tipo de adición que hay según donde caiga su punto de composición en el diagrama. Ver el diagrama    de la Fig. 1. (clic sobre la Imagen para agrandar)

El punto de composición de Fracción Soluble de un hormigón tradicional sin adiciones activas se sitúa dentro la línea de composiciones del diagrama que une la calcaría micrítica y el punto del cemento Pórtland. Línea  E – P.

Cuando el punto de composición cae a la derecha de esta recta, es porqué hay, normalmente una, o más, adiciones activas.

  • Por tanto, mediante este procedimiento, se puede diferenciar si hay, o no, adiciones activas en un hormigón determinado.
  • El método permite determinar la sílice soluble procedente de la adición activa, analizada previamente, si se dispone, una muestra de esta adición. 
Restando la cantidad de sílice que proviene de la adición activa, según su cantidad en la mezcla, de la sílice soluble total del hormigón o mortero, se obtiene la cantidad de sílice soluble del cemento. Este valor se puede confirmar determinando la sílice soluble del cemento si se dispone de la muestra del cemento utilizado.

Si no se dispone de la muestra aislada de la adición activa, se puede extraer la muestra de la adición activa del residuo insoluble por ataque de la muestra de hormigón  en ácido clorhídrico [4].
 


Determinación del límite de contenido de SO3 en hormigón para evitar la patología por ataque por SO3.

En el año 1986, presentó un trabajo en la Conferencia Internacional de ACI, en Madrid, bajo el título “Sobre la durabilidad del hormigón”.

En este trabajo se demostraba que el valor máximo, sin que un hormigón estuviera afectado por patologías debidas a ataques por sulfato, debía ser 0,4% en vez del 1,20%  que la “EHE” de España había considerado hasta a este momento. “Sobre la durabilidad del hormigón”. En este trabajo se 


Los responsables del establecimiento de Normas del Instituto Torroja aceptaron, por unanimidad, aquella propuesta, la cual, en la siguiente  modificación del EHE, se introdujo el valor del 0,4%, como valor máximo del sulfato (SO3) en hormigón, [12] .

Esta valor permite determinar la probabilidad de existencia de patología por ataque de sulfato en hormigones puestos en obra. 

En este trabajo Gomà propone determinar el contenido de SO3 en hormigón y la cantidad de cemento y establecer la relación SO3/cemento con un valor límite no superior a 0.045. Cuando se supera este valor hay la posibilidad de la existencia de patología por sulfato.

Esta patología se puede haber desarrollado, o no, según el microclima existente, húmedo o seco.  


Método de análisis químicos para determinar la proximidad o no de riesgo de colapso en elementos estructurales de cemento aluminoso. 


En el año 1995, Gomà presentó unos trabajos de métodos químicos de análisis en la Conferencia Internacional que tuvo lugar en Barcelona, dedicada a recopilar conocimientos sobre el “caso de los techos”  de aluminoso, [19, 20,21].

En estos trabajos se dio un procedimiento integral para evaluar el estado de riesgo del hormigón aluminoso mediante métodos de análisis químico. 

Se basan en la determinación del contenido de cemento aluminoso a partir del contenido de alúmina soluble, de la cantidad de agua en el hormigón para obtener la relación agua/cemento y el grado de conversión, por Análisis Térmico Diferencial. 

Con estos datos se pueden deducir las resistencias finales actuales de los elementos de vigas. Esto es especialmente útil para aquellas vigas de las que no se puedan obtener probetas para su analisis de la resistencia a compresión.


Bibliografía


a) F.Gomà

   
1.- Gomà,F. "Sobre la determinació gravimètrica de la sílice". 
Tesi Doctoral. 1975. Universitat de Barcelona. 1975. Departament de química analítica.

2.- Gomà,F. "Nuevo método gravimétrico para la determinación de sílice en materiales silíceos".
Cemento Hormigón,n 505,marzo Barcelona1976 ,40 pp.  

3.- Gomà,F.,"Generalized method for the determination of the composition of portland cements 
mixtures with active additions". 
8th International Congress on the Chemistry of Cement, Rio de Janeiro,1986, IV 113/117.

4.- Gomà, F.G. and Vicente, M.D. “Chemical analysis of hardened concretes and morters  with active additions. A new procedure for its identification“.  
Proceedings  of the International Conference Creating with Concrete  DUNDEE  Scotland, U.K.  Sep. 1999 Utilizing ready- mixed concrete and mortar. Ed. R.K. DHIR  and  M.C.LIMBACHIYA

5.- Gomà, F.,"New method for analysis of portland cements with secondary components". 
Madrid, 1986.

6.- Gomà, F.,"The chemical analysis of hardened concrete containing fly ashes, slags, natural pozzolans, etc.". 
Third CANMET/ACI International Conference on Fly Ash,Silica Fume,Slag,and Natural Pozzolans in Concrete. Trondheim NORWAY, 1989. Supplementary Papers pag 828   845.

7.- Gomà, F., Presentation a new method for gravimetric silica determination that maked it possible to determine the Portland cement content in hardened hydraulic-cement concrete with three times more accurate than ASTM C 1084-97.  
Oral presentation at ASTM commettee 09/69 section cement content in Dallas 2,001   12:00 session, 12-03-01.    

8.- Gomà, F. “A new method for gravimetric silica determination that maked it possible to determine the Portland cement content in hardened hydraulic-cement concrete with three times more accurate than ASTM C 1084-97, inclosed when active addition are present".
       
9.-  Gomà,F.,"Generalized clinkerability function"
7th International Congress on chemistry of cement .Paris 1980. Vol II, pp67/73.
         
10.- Gomà,F ."Método para la determinación analítica de sulfuros y de azufre total contenidos en los áridos y hormigones
Madrid I.E.T.C.C. Nuevos Avances,Materiales de Construcción.nº 156 Pag.1 – 5, 1974.
(BASE DEL DOCUMENTO PARA EL ESTANDARD UNE 83.120  [11] IRANOR)

11.- Norma Española U.N.E 83.120 ARIDOS PARA HORMIGONES
"Determinación cuantitativa de los compuestos de azufre"
AENOR 1988.
                                
12.- Gomà, F.,"Considerations relating to the limitof sulfate in aggregates and admixtures for concrete".
Second International Conference on the  Use of Fly Ash, Silica Fume, Slag and Natural Pozzolans    
Concrete,Madrid,1986,Supplementary Papers n 17 1/12.

13.- Gomà, F., “Concrete Incorporating High Volume of ASTM Class C Fly Ash with High Sulfate Content” Proceedings of Fourth CANMET/ACI - International Conference on Fly Ash, Silica Fume, Slag, Pozzolands, in 
Concrete. Volume 1, SP132-23, Pag 403 – 417 Istambul  1,992

14.- Gomà, F., “Proposta de mètode per a determinar el contingut de ciment Portland i addicions actives en formigó fresc”.  
Generalitat de Catalunya - Departament de Política Territorial i Obres Públiques Secretaria General Publicació monogràfica Pags 1- 110 Gener 1,984 Barcelona.


15.- Gomà, F., “Recerca sobre les causes de degradació d’aglomerants aplicats 
a les façanes”.
Laboratori de Recerca Química del Departament de Construccions Arquitectòniques I Universitat Politècnica de Catalunya. - Conveni Específic CTT nº 3.331, Monografia Pags 1 - 58 1,999 
Barcelona 

16.-  Gomà, F.,and Vicente, M. “Determination and Classification Causes for the Loosening of Agglomerate Materials from Building Façades
Fifh CANMET/ACI Iternational Conference on Durability of Concrete Supplementary Papers Pags. 553 – 565, Barcelona 2,000.


17.- Gomà, F., and Vicente, M.,“Chemical Analysis of Hardehed Concreteand Mortarswith Active Additions: A new Procedure for its Identification Proceedings :Utilizing Ready Mixed Concrete and Mortar"
Edited by Ravindra K. Dhir, and Mukesh C. Limbachiya Pags 313 – 332  Dundee, Scotland 2,002.

18.-  Gomà, F., and Vicente, M. “ Composition of a Cement Having High Resistance to Strong Sulfate Attack: A New Look on New Cements in the Future.” 
Sixth CANMET/ACI International Conference on Durability of Concrete. Supplementary Papers Pags.541 – 555, 
Thessaloniki  2,003 
                                    
19.-  Gomà, F.,"Mètode Químic Integral per a l’avaluació de les Resistències Residuals del Formigó de Ciment Aluminós” 
Proceedings del 1º Congrés El cas dels Sostres. Experiències i Perspectives, Volum I Comunicacions 
Científiques   nº 15  Barcelona 1995.

20.-  Abenza,F.,  Gomà, F., Mañà, F., “Comportament del Ciment Aluminós Español Resistència residual en morters Rilem en funció de la seva composició i d’altres condicionants micro-ambientals” 
Proceedings del 1º  Congrés: El cas dels Sostres. Experiències i Perspectives, Volum I Comunicacions Científiques  nº 1 Barcelona 1995.

21.- Gomà, F., “Mètode Químic Integral per a l’Avaluació de les Resistències Residuals del Formigó de Ciment Aluminós”.
Proceedings del 1º Congrés: El cas dels Sostres. Experiències i Perspectives, Volum de Ponències Plenàries sobre el Ciment Aluminós. Pags 43- -59 Barcelona 1,995.

22.-  Gomà, F. “Durability Conditions of the Construcction nine domes in the Church of Sagrada Familia in Barcelona” Laboratori del Departament de  Construccions Arquitectòniques de la Universitat Politècnica de 
Catalunya. Barcelona 2,000.

23.-  Gomà, F., “Restauració del Monument a Colom de Barcelona”.   
Laboratori del Departament de Construccions Arquitectòniques de la Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona  1,986.

24.-  Gomà,F .,"El cemento portland y otros aglomerantes"
ISBN 84-7146-192-7.  Editores Técnicos Asociados  s.a Barcelona 1979. 

25.-  Gomà, F. “A New Method for Determining Soluble Silica in Hardened Concrete”  
Proceedings of International Conference University of Dundee Scotland U.K.  5-7-July 2005. Cement Combinations for Durable Concrete. Ed., Ravindra K. Dhir.,Thomas A. Harrison and Moray D. Newlands. Vol  I, 2005, pp 45 – 54,  

26.- Gomà, F. "Discovery of the causes of error in the determination of soluble silica in hardened concrete, with their corrections to obtain an accurate water cement ratio".
Seventh CADMET /ACI International Conference  on durability of concrete. Supplementary Papers pp 159-169 Montréal, Québec, Canada 2,006

27.- F.Gomà., and M.Vicente., “Diagnostic of the Origen Chemistry Phatologies by Analitical Chemistry of Hardened Concrete
International Conference Sustainable  Construction Materials and Technologies. Coventry University and the University of Wisconsin  Milwaukee. University De la Marche  ANCONA   Italy 2010, In preparation.

28.- F. Bendala., F.Gomà and  M. Vicente “Manual of the Diagnostic of 
Hardened Concrete  by Analytical Chemistry".
Asociación de Arquitectos de Madrid CSIC. en preparación.

b) Otros autores

29.- NEVILLE, A. "How useful is the water-cement ratio?" Concrete
International September, pp. 69-70, 1999.

30.- NEVILLE, A. "How closely can we determine the water-cement ratio of
hardened concrete?" Materials and Structures, Vol 36, June 2003, 
pp.311-318.

31.- Pablo Helene, Brazil.  

32.- La academia de Ciencias Técniques ATV Denmark;
Cowinconsult, consulting Engineers and Planners, Denmark; 
"The modern advanced concrete S.P.A., of Treviso de Italia"
Boletín de información CEB nº 166,