determinación recubrimientos. cemex

DETERMINACIÓN DEL RECUBRIMIENTO MÍNIMO DE LAS
ARMADURA EN EL HORMIGÓN ESTRUCTURAL.
CONFORME CON LA INSTRUCCIÓN DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE-08, EN
FUNCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO UTILIZADO Y LAS CLASES DE EXPOSICIÓN
QUE INDUCEN PROCESOS DE CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS
(clases IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc y IV ≈ Qa)
Juan Carlos López Agüí
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Manuel Burón Maestro
Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Luis Fernández Luco
Dr. Ingeniero Civil
Sergio Carrascón Ortiz
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)
RESUMEN
Se proponen tablas para obtener, directamente, el recubrimiento mínimo de las
armaduras en el hormigón estructural, para las clases de exposición que
inducen procesos de corrosión de dichas armaduras. Las tablas propuestas
son aquellas que estén incluidas en la Instrucción de Hormigón Estructural
EHE-08, ampliadas con el resultado de aplicar el contenido del Anejo nº 9, de
dicha Instrucción, a hormigones fabricados con diferentes tipos de cemento,
cuando la propia Instrucción ofrece suficiente información para ello.
En algunos casos, el empleo de las tablas propuestas exige conocer la relación
entre el coeficiente de difusión de cloruros del hormigón a utilizar y el mismo
coeficiente correspondiente al hormigón descrito en la tabla análoga incluida en
la Instrucción EHE-08.
También se aplica el contenido del mencionado Anejo nº 9 al caso en el que la
clase general de exposición es IIIa (marítima y aérea) y la distancia desde la
estructura a la costa es superior a 500 m, concluyendo que, en el caso de
hormigón armado, el recubrimiento mínimo de las armadura no está
dimensionado por la consideración de dicha clase de exposición IIa y IIb
(normal humedad alta y normal humedad media, respectivamente), quedando
del lado de la seguridad la consideración de la clase IIb.
Por último, se analiza la influencia del valor de los diferentes parámetros a
considerar en el cálculo del recubrimiento mínimo según el modelo de
penetración de cloruros incluido en el citado Anejo nº 9 y se hacen algunas
consideraciones relativas al periodo de propagación de la corrosión.
1
1. Introducción
La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, avanzando en los aspectos
relativos a la durabilidad, incluye dos métodos para la determinación del
recubrimiento mínimo cuando el hormigón estructural está sometido a la acción
de las clases generales de exposición que inducen, en las armaduras,
procesos de corrosión. Los procesos que se consideran son:
-
la corrosión por carbonatación (clases IIa y IIb):
procesos de corrosión que tienen su origen en la actuación de cloruros
propios del ambiente marino (clases IIIa, IIIb y IIIc);
procesos de corrosión como consecuencia de la acción de cloruros de
origen diferente al medio ambiente marino (clase IV, a la que se asemeja, a
efectos del recubrimiento mínimo, la clase específica de exposición Qa
correspondiente a una agresión química débil).
Uno de dichos métodos es, como ha sido habitual en anteriores Instrucciones,
directo y de carácter prescriptivo. Se concreta en la determinación del
recubrimiento mínimo empleando las tablas:
-
37.2.4.1.a “Recubrimientos mínimos (mm) para las clases de exposición I y
II”;
37.2.4.1.b “Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de
exposición III y IV”;
la fila correspondiente a la clase de exposición Qa de la tabla 37.2.4.1.c
“Recubrimientos mínimos para las clases específicas de exposición”.
Todas ellas incluidas en el apartado 37.2.4.1 “Especificaciones respecto a
recubrimientos de armaduras pasivas o activas pretesas” del capítulo 7
“Durabilidad” de la Instrucción EHE-08.
El otro método, que supone una novedad y un avance en el tratamiento de la
durabilidad, es de carácter prestacional, ya que el recubrimiento mínimo a
disponer es el resultado de un cálculo realizado de acuerdo con los criterios
recogidos en el Anejo 9 “Consideraciones adicionales sobre durabilidad” de la
propia Instrucción EHE-08. Dicho resultado, depende de determinadas
características del hormigón empleado, tales como:
-
relación agua/cemento;
tipo de cemento utilizado;
resistencia a compresión del propio hormigón;
porcentaje de aire ocluido en el mismo;
contenido de cloruros aportado por las materias primas (áridos, cemento,
agua, etc.) en el momento de la fabricación del hormigón;
cantidad de cemento por m3 de hormigón fabricado.
Es decir, el resultado del cálculo esta relacionado con determinadas
características o prestaciones del hormigón.
2
Como es lógico ambos métodos están relacionados. El objetivo de este trabajo
es el establecimiento de estas relaciones, así como el establecimiento de
relaciones que vinculan a diferentes tipos de hormigón entre sí y con los
criterios de durabilidad: Esto permite optimizar el dimensionado del
recubrimiento mínimo y ampliar al campo de aplicación del método directo, con
lo que ello supone de rapidez en el dimensionado y eficacia en el empleo de la
información disponible.
Más allá de la información disponible, está la información obtenida mediante
ensayos que, en algunos casos, será necesario desarrollar para realizar el
cálculo conforme al Anejo 9 citado. En todo caso, la aplicación del Anejo 9
permite la optimización del recubrimiento mínimo a disponer.
2. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.a) para su aplicación a
las clases generales de exposición IIa y IIb
Considerando que los parámetros “a” y “b”, cuyo valor se incluye en la tabla
A.9.3 del Anejo 9, tienen idéntico valor para el cemento tipo CEM I que para los
cementos tipo CEM II/A, CEM II /B-S, CEM II/B-L, CEM II/B-LL, CEM II/B-M Y
CEM/V, la tabla 37.2.4.1.a se puede ampliar como sigue:
Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de exposición IIa
y IIb
Clase de
exposición
IIa
IIb
Tipo de cemento
Resistencia
característica del
hormigón (N/mm2)
CEM I, CEM II/A, CEM
II/B-S, B-L, B-LL, B-M,
CEM /V
Otros tipos de cementos
o en el caso de adiciones
al hormigón
CEM I, CEM II/A, CEM
II/B-S, B-L, B-LL, B-M,
CEM /V
Otros tipos de cemento o
en el caso de empleo de
adiciones al hormigón
25 ≤ fck < 40
fck ≥ 40
25 ≤ fck < 40
fck ≥ 40
25 ≤ fck < 40
fck ≥ 40
25 ≤ fck < 40
fck ≥ 40
Vida útil de
proyecto (tg)
(años)
50
100
15
25
10
20
20
30
15
25
20
30
15
25
25
35
20
30
Como información adicional, la calibración del método de cálculo, incluido en el
apartado 1.2.2.1 “Modelo de carbonatación” del Anejo 9 de la Instrucción EHE08, indica que, si se considera el coeficiente de aireantes,
cair = 1
correspondiente a un porcentaje de aire ocluido < 4’5 %, el valor de los
coeficientes de ambiente es, aproximadamente
3
Para la clase IIa (humedad alta) Cenv = 0’5
Para la clase IIb (humedad media) Cenv = 0’65
3. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.b) para su aplicación a
las clases IIIa, IIIb, IIIc y IV
Esta tabla distingue dos situaciones diferentes. Una corresponde al hormigón
armado, la otra corresponde al hormigón pretensado. Esta diferenciación debe
entenderse, a la luz del propio título del apartado de la Instrucción EHE-08 que
la contiene, como: especificaciones respecto a recubrimientos de armaduras
pasivas (simplificamente: “Hormigón Armado”) y especificaciones respecto a
recubrimientos de armaduras activas (simplificadamente: “Hormigón
Pretensado”).
La razón de esta diferenciación es prevenir el riesgo de corrosión bajo tensión
que se pueda presentar en las armaduras activas. Para ello se exigen mayores
recubrimientos mínimos de las mismas. El resto de las comparaciones, en
términos de durabilidad, entre el hormigón armado y el hormigón pretensado
favorecen al hormigón pretensado que brinda a las armaduras una protección
superior, en la medida en que la sección de hormigón se aleja, por efecto de la
precompresión, de las tensiones de tracción que producen la fisuración.
En consecuencia cuando en la tabla 37.2.4.1.b leemos “Hormigón Armado”
debemos entender Armaduras Pasivas y cuando leemos “Hormigón
Pretensado” debemos entender “Armaduras Activas”, de tal modo que en un
elemento pretensado existen dos requisitos diferentes para el recubrimiento
mínimo. Uno será el recubrimiento mínimo para las armaduras activas que
deberá cumplir la exigencia reflejada en la tabla 37.2.4.1.b para el caso
correspondiente a hormigón pretensado y el otro será el recubrimiento mínimo
para las armaduras pasivas que deberá cumplir la exigencia reflejada en la
misma tabla para el caso correspondiente a hormigón armado.
En dicha tabla y para el hormigón armado, es decir para las armaduras
pasivas, se exige el mismo recubrimiento mínimo para todos los casos en los
que se haya empleado cemento de los siguientes tipos: CEMT III/A, CEM III/B,
CEM IV, CEM II/B-S, B-P, B-V, CEM II/A-D u hormigón con adición de
microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%.
De esta relación de tipos de cementos u hormigones se deducen, en función
del conjunto de especificaciones incluidas en el texto de la propia Instrucción
EHE-08, las siguientes consideraciones:
a) el hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas
volantes superior al 20%, se fabrica empleando, obligatoriamente,
cemento tipo CEM I
b) la definición del porcentaje de adición directa al hormigón, según la
EHE-08, comparado con el porcentaje de adición de un cemento, según
4
la EHE-08 y, por referencia, la Instrucción para la Recepción de
Cementos RC-08, concluye que una adición del 20% al hormigón es
equivalente , en cuanto a la cantidad de adición, a un hormigón
fabricado empleando un cemento tipo CEM II/a con la adición activa (V =
cenizas volantes, S = escorias y P = puzolanas que satisfagan el
ensayos normalizado del índice de actividad resistente) que corresponda
en un porcentaje del 16%
c) los hormigones armados para las clases generales de exposición IIIa,
IIIb y IV y Qa, deben fabricarse con una relación máxima agua/cemento
(a/c) = 0’50. Los hormigones armados para la clase general de
exposición IIIc, deben fabricarse con una relación máxima (a/c) = 0’45
d) el coeficiente de difusión de cloruros D (to) de un hormigón fabricado
empleando un cemento tipo CEM II/A-V es, según la tabla A.9.4 del
Anejo 9 de la Instrucción EHE-08,
D (to) = 9’0 (10-12 m2/s) si a/c = 0’50
D (to) = 6’9 (10-12 m2/s) si a/c = 0’45
De la misma tabla se obtiene, para un hormigón fabricado empleando un
cemento tipo CEM I,
D (to) = 8’9 (10-12 m2/s) si a/c = 0’40
e) aplicando el modelo de penetración de cloruros incluido en el Anejo 9
(punto 1.2.2.2) de la Instrucción EHE-08, se obtiene que, a igualdad de
las demás condiciones, la relación entre el recubrimiento mínimo exigible
a dos hormigones con diferente valor del coeficiente de difusión de
cloruros D (to) es la siguiente:
 D (t o ) b
d b  d a 
 D (t o ) a



1/ 2
donde:
db =
valor del recubrimiento mínimo utilizando el hormigón “b” cuyo
coeficiente de difusión de cloruros tiene el valor “D (to)b”
da=
valor del recubrimiento mínimo utilizando el hormigón “a” cuyo
coeficiente de difusión de cloruros tiene el valor “D (to)a”
Por tanto, si el hormigón “a” corresponde a un hormigón fabricado
empleando un cemento tipo CEM II/A-V con relación a/c = 0’5, el valor
D (to)a = 9’0 (10-12 m2/s)
Y, si el hormigón “b” corresponde a un hormigón fabricado empleando un
cemento tipo CEM I con relación a/c = 0’40, el valor
5
D (to)b = 8’9 (10-12 m2/s)
En consecuencia,
db = da (8’9/9’0)1/2 ≈ da
Es decir, en hormigones armados para las clases generales de
exposición IIIa, IIIb y IV el recubrimiento mínimo a disponer es el mismo
cuando se emplea un cemento tipo CEM I y la relación a/c =0’40, que
cuando se emplea un cemento tipo CEM II/A-V y se cumplen las
condiciones de dosificación exigidas por la Instrucción EHE-08. Siendo
el recubrimiento mínimo, para ambos casos, el mismo y el indicado en la
misma fila de la tabla 37.2.4.1.b (la primera fila para una vida útil de
proyecto tg = 50 años y la segunda fila para tg = 100 años).
En relación a la clase Qa correspondiente a la clase específica de
exposición química con agresividad débil que induce procesos de
deterioro distintos de la corrosión, el parámetro que gobierna el proceso
de deterioro puede no ser el coeficiente de difusión de cloruros, pero es
evidente la analogía que la Instrucción EHE-08 plantea, en cuanto a
cementos u hormigones con el recubrimiento mínimo indicado de modo
directo en la tabla 37.2.4.1.c y en la tabla 37.2.4.1.b, entre la clase Qa y
la clase general de exposición IV.
Por tanto, cuando se emplea un cemento CEM II/A-V, CEM II/A-S, CEM
II/A-P (todos ellos con porcentaje de adición superior al 16% y, en el
caso de las puzolanas, satisfaciendo éstas el ensayo normalizado de
índice de actividad resistente) y cuando se emplea un cemento tipo CEM
I con relación a/c = 0’40, el recubrimiento mínimo a disponer es el
indicado en la tabla 37.2.4.1.c, es decir 40 mm para una vida útil de
proyecto tg = 50 años y 55 mm para tg = 100 años.
f) Con idéntico razonamiento al expuesto en el punto anterior [e)] se llega
a que:
Si el hormigón “a” corresponde a un hormigón fabricado empleando un
cemento tipo CEM II/A-V con relación a/c = 0’45, el valor
D (to)a = 6’9 (10-12 m2/s)
y, si el hormigón “b” es el mismo descrito como tal en el apartado
anterior [e)], el valor
D (to)a = 8’9 (10-12 m2/s)
en consecuencia
db = da (8’9/6’9)1/2 = 1’136 da
6
Es decir, en hormigón armado para la clase general de exposición IIIc el
recubrimiento mínimo a disponer cuando se emplea un cemento tipo
CEM I y la relación a/c = 0’40 es 1’136 veces el correspondiente a
cuando se emplea un cemento tipo CEM II/A-V y se cumplen las
condiciones de dosificación exigidas por la Instrucción EHE-08. Siendo
el recubrimiento mínimo a disponer, cuando en el hormigón armado se
ha empleado cemento tipo CEM I y relación a/c = 0’4, el indicado en las
primeras filas de la tabla 37.2.4.1.b multiplicado por el coeficiente 1’136
(la primera fila para una vida útil de proyecto tg = 50 años y la segunda
fila para tg = 100 años).
g) Para la determinación del recubrimiento mínimo, mediante el método
directo de aplicación de la tabla 37.2.4.1.b, en el caso de hormigón
pretensado sometido a las clases generales de exposición IIIa, IIIb, IIIc,
IV y en cuanto a la armadura activa se refiere, si se emplea un cemento
tipo CEM I, o cualquier otro diferente del tipo CEM II/A-D u hormigón con
adición de humo de sílice superior al 6%, y se pretende optimizar los
datos que la mencionada tabla ofrece bajo el epígrafe “Resto de
cementos utilizables”, el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 facilita el
empleo de un razonamiento similar al expuesto en el punto [e)] siempre
que, para ello, se disponga del valor, obtenido mediante ensayos, del
coeficiente de difusión D(to) del hormigón correspondiente así como del
hormigón “patrón”. Entendiendo, en este caso, como hormigón “patrón”
aquel fabricado con adición de humo de sílice del 6’1% (superior al 6%),
empleando un cemento tipo CEM I y una relación a/c = 0’45. Además,
para la clase IIIa la cantidad mínima de cemento tipo CEM I es de 300
kg/m3 de hormigón; 325 kg/m3 de hormigón para las clases IIIb y IV y
350 kg/m3 de hormigón para la clase IIIc.
Por ejemplo, si se comprobara mediante ensayos que la relación entre el
valor del coeficiente de difusión D (to)b, correspondiente a un hormigón
fabricado empleando cemento tipo CEM II/A-V con una relación a/c =
0’35, y el valor del coeficiente de difusión D (to)a, correspondiente al
hormigón “patrón” anteriormente descrito, es de:
D (to)b = 2’63 D (to)a
Los recubrimientos mínimos (mm) a disponer se podrán obtener
directamente multiplicando los correspondientes de la tabla 37.2.4.1.b
por el coeficiente 1’622.
Así mismo, si la comprobación mediante ensayos se realizará entre un
hormigón (“b”) fabricado empleando cemento tipo CEM I con una
relación a/c = 0’35 y el hormigón patrón descrito (“a”), y el resultado de
dicha comparación fuera:
D (to)b = 4’21 D (to)a
7
Los recubrimientos mínimos (mm) a disponer se podrán obtener
directamente multiplicando los correspondientes de la tabla 37.2.4.1.b
por el coeficiente 2’052.
Teniendo en cuenta todas las consideraciones expuestas, la tabla
37.2.4.1.b puede ampliarse como sigue:
8
Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de
exposición III y IV
Hormigón
Cemento
Armado
–
Armaduras
Pasivas
CEM III/A, CEM III/B, CEM IV,
CEM II/B-S, B-P, B-V, CEM
II/A-D, A-V (con más del 16%
de adición), A.-S (con más del
16% de adición), A-P (con más
del 16% de adición y con
puzolanas que cumplan el
ensayo normalizado del índice
de actividad resistente) u
hormigón con adición de
microsílice superior al 6% o de
cenizas volantes superior al
20%
CEM I con relación a/c = 0’4
Resto de cementos utilizables
Pretensadoarmaduras
activas
CEM II/A-D u hormigón con
adición de humo de sílice
superior al 6%
CEM II/A-V, CEM II/A-P
(ambos con relación a/c = 0’35)
y siempre que el valor del
coeficiente de difusión de
cloruros D (to) del hormigón no
resulte mayor que 2’63 veces
el valor del mismo coeficiente
D (to) obtenido en hormigón
con adición de humo de sílice
igual al 6’1%
CEM I (con relación a/c = 0’35)
y siempre que el valor del
coeficiente de difusión de
cloruros D (to) del hormigón no
resulte mayor que 4’21 veces
el valor del mismo coeficiente
D (to) obtenido en hormigón
con adición de humo de sílice
igual al 6’1%
Resto de cementos utilizables
según el artículo 26
Vida útil
de
proyecto
“tg”
(años)
IIIa
IIIb
IIIc
IV
50
25
30
35
35
100
30
35
40
40
50
100
50
100
50
25
30
45
65
30
30
35
40
60
35
40
45
*
*
40
35
40
*
100
35
40
45
45
50
50
45
65
65
100
60
55
75
75
50
60
45
80
80
100
70
65
90
90
50
100
65
90
45
65
*
*
*
*
*
40
Nota: el símbolo * indica que el recubrimiento debe ser calculado utilizando el Anejo 9 de la
Instrucción EHE-08 y obteniendo, mediante ensayos, el coeficiente de difusión de cloruros D
(to) del hormigón correspondiente.
En relación con la tabla anterior conviene observar que se mantiene el criterio
de la Instrucción EHE-08, limitando el recubrimiento mínimo requerido para la
9
clase general de exposición IIIb a 45 mm para 50 años de vida útil de proyecto,
debido a que en este tipo de exposición (situación permanentemente
sumergida) el deterioro por la corrosión inducida por los cloruros es muy lenta.
Análogamente, se propone un límite del recubrimiento mínimo requerido, para
100 años de vida útil de proyecto, de 65 mm.
Hay que tener en cuenta que las estructuras pretensadas mediante armaduras
activas postesadas dispuestas en el interior de las vainas de sección circular,
deben dimensionarse con un recubrimiento igual o mayor al diámetro de dichas
vainas. El diámetro de la vaina depende del número de torones que discurren
por ella y del diámetro de los mismos. Vainas de diámetro superior a 62 mm
son de uso muy frecuente y vainas de diámetro de 110 mm se emplean
habitualmente. En consecuencia, en estas estructuras, el requisito de
recubrimiento mínimo, por razones de durabilidad, no resulta crítico en el
proceso de dimensionado de las secciones de los elementos de hormigón
estructural.
En elementos pretensados con armadura activa pretensada el requisito de
recubrimiento mínimo, por razones de durabilidad, resulta crítico en la
disposición geométrica de los torones más próximos a las caras de la sección
del elemento, pero el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 y el diseño y control del
hormigón tipo a emplear en la fabricación de los mismos, permite ajustar el
valor del recubrimiento mínimo a espesores del orden de los tradicionalmente
dispuestos en ambiente marino (50 mm), empleando los criterios de cálculo
incluidos en el citado Anejo 9 y conociendo, mediante ensayos, el coeficiente
de difusión de cloruros “D (to)” de hormigón empleado.
4. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.c) para su aplicación a la
clase de exposición Qa
Por las razones indicadas en el punto anterior, especialmente en el apartado
[g)], la tabla 37.2.4.1.c, en lo que se refiere a la clase de exposición Qa, puede
ampliarse como sigue:
Recubrimientos mínimos (mm) para la clase específica de exposición Qa
Clase de
exposición
Qa
Tipo de cemento
Resistencia
característica del
hormigón (N/mm2)
CEM III, CEM IV, CEM
II/B-S, B-P, B-V, CEM
II/A-D, A-V (con más del
16% de adición), A-S
(con más del 16% de
adición), A-P (con más
del 16% de adición y con
puzolanas que cumplan
el ensayo normalizado
del índice de actividad
resistente), CEM I con
relación a/c = 0’40 u
-
10
Vida útil de proyecto “tg”
(años)
50
100
40
55
hormigón con adición de
microsílice superior al 6%
o de cenizas volantes
superior al 20%
Resto
de
cementos
utilizables
-
*
*
Nota: el símbolo * indica que el recubrimiento puede resultar excesivo, debiendo ser calculado
con mayor precisión.
5. Aplicación del cálculo del recubrimiento mínimo, según el Anejo 9,
para la clase general de exposición IIIa, cuando la distancia desde la
estructura a la costa es superior a 500 m
Para realizar este cálculo los datos de partida, de acuerdo con la formulación
del Anejo 9 en su punto 1.2.2.2 “Modelo de penetración de cloruros”, son:
Cs =
concentración de cloruros en la superficie del hormigón = 0’07%
del peso del hormigón = 0’53% del peso del cemento
Cth (hormigón armado) = concentración crítica de cloruros, expresada
en % en peso del cemento = 0’6 del peso del
cemento
Cth (hormigón pretensado) =
0’3 del peso del
máximo admisible)
Cb (máximo en hormigón armado) =
cemento
(límite
contenido de cloruros aportado
por las materias primas (áridos,
cemento, agua, etc.) en el
momento de la fabricación del
hormigón, expresado en % en
peso del cemento = 0’4% del
peso del cemento (límite máximo
admisible)
Cb (máximo en hormigón pretensado) = 0’2% del peso del cemento
(límite máximo admisible)
Con estos datos se obtiene, en el caso de hormigón armado, que:
Cth = 0’6% del peso del cemento
Cs = 0’53% del peso del cemento
Es decir, Cth > Cs.
Lo que quiere decir que, para cualquier valor de Cb, se cumple:
Cth – Cb > Cs - Cb
11
Es decir, la concentración de cloruros que podría pasar al interior del hormigón
sin superar la concentración crítica (Cth – Cb) es superior a la concentración
existente de cloruros que pueden ingresar, desde la superficie, al interior de la
sesión (Cs – Cb). Lo que indica que la difusión de cloruros no es el criterio que
dimensione el espesor del recubrimiento mínimo.
En estos casos el dimensionado del recubrimiento mínimo se realiza aplicando
la tabla 27.2.4.1.a relativa a las clases generales de exposición IIa y IIb.
Se propone, quedando del lado de la seguridad, emplear la tabla
correspondiente a la clase IIb.
En el caso del hormigón pretensado:
Cth = 0’3% del peso del cemento
Cs =0’53% del peso del cemento
La fórmula que calcula el coeficiente de penetración de cloruros “Kcl”, en el
Anejo 9, incluye el término
  C  C 1/ 2 
b
1  th

  C s  C b  


respecto del cual el valor “Kcl” es directamente proporcional.
Por otra parte, la profundidad “d” (recubrimiento) en la que se alcanza una
concentración de cloruros, en el interior del hormigón, crítica “Cth”, viene dada
por la expresión:
d = Kcl
t
donde:
t=
tiempo necesario para que se produzca dicha concentración crítica de
cloruros a una profundidad “d” medida desde la superficie de la sección
considerada
Es decir, el recubrimiento mínimo requerido es, también, directamente
proporcional al valor “Kcl”. Por tanto, si el valor:
C th  C b
C s  Cb
Crece: el recubrimiento mínimo requerido disminuye y, al contrario, si
disminuye: el recubrimiento requerido aumenta.
En consecuencia, el recubrimiento mínimo requerido de valor más elevado, en
un determinado caso, se obtendrá cuando el valor de:
12
C th  C b
C s  Cb
sea el menor posible, para dicho caso concreto.
Como en el caso que tratamos
Cth = 0’3% del peso del cemento < Cs = 0’53% del peso del cemento
el mayor valor de Cb es el que hace menor el cociente
C th  C b
C s  Cb
Por tanto, el recubrimiento mínimo de valor máximo corresponde, en este caso,
el valor
Cb = 0’2% del peso del cemento
y el resultado final es, para el hormigón pretensado:
d   12 D t  1 / 2 . 0'45 . t
donde:
d = valor del recubrimiento mínimo (mm)
 12 D t  1 / 2 = tiene el significado que figura en el Anejo 9
 = coeficiente de conversión de unidades
D (t) = coeficiente de difusión efectivo de cloruros para la edad t (años),
expresado en cm2/s
Si el mismo cálculo se realiza considerando una distancia a la costa no superior
a 500 m, el valor a considerar de Cs es:
Cs = 0’14% del peso del hormigón = 1’06% del peso del cemento
y con el resto de valores iguales, es decir:
Cth = 0’3% del peso del cemento
Cb = 0’2% del peso del cemento
El resultado final es, para el hormigón pretensado:
d   12 D t  1 / 2 . 0'66 . t
Por tanto,
13
da más de 500 m de la costa =  12 D t  1 / 2 . 0'45 . t
da más de 500 m de la costa =  12 D t  1 / 2 . 0'66 . t
En definitiva el recubrimiento mínimo, para hormigón pretensado-armaduras
activas, a más de 500 m de distancia de la costa es el 68% de aquel que
corresponde a situaciones en las que la distancia desde la estructura a la costa
no es superior a 500 m.
Esta consideración da lugar a ampliar la tabla 37.2.4.1.b, en lo que se refiere a
la clase IIIa del modo siguiente:
Recubrimientos mínimos (mm) para la clase de exposición IIIa
Hormigón
Tipo de cemento
Vida útil de
proyecto
“tg” (años)
CEM I, CEM II/A,
CEM II/B-S, B-L, BLL, B-M, CEM V
25 ≤ fck < 40
50
100
20
30
A no más
de 500 m
de la
costa
-
50
100
50
15
25
25
-
100
35
-
50
100
20
30
-
50
-
25
100
-
30
fck ≥ 40
Otros tipos de
cemento o en el caso
de adiciones al
hormigón
Armado –
Armaduras
pasivas
IIIa
Resistencia
característica
del hormigón
(N/mm2)
CEM III/A, CEM III/B,
CEM IV, CEMII/B-S,
B-P, B-V, CEM II/AD, A-V (con más del
16% de adición), A-S
(con más del 16% de
adición), A-P (con
más del 16% de
adición)
y
con
puzolanas
que
cumplan el ensayo
normalizado
del
índice de actividad
resistente), CEM I
con relación a/c =
0’4, u hormigón con
adición de microsílice
superior al 6% o de
cenizas
volantes
superior al 20%
Resto de cementos
utilizables
25 ≤ fck < 40
fck ≥ 40
A más de
500 m de
la costa
-
50
100
14
45
65
Pretensadoarmaduras
activas
CEM
II/A-D
u
hormigón con adición
de humo de sílice al
6%
CEM II/A-V, CEM
II/A-P (ambos con
relación a/c = 0’35) y
siempre que el valor
del coeficiente de
difusión de cloruros
D(to) del hormigón no
resulte mayor que
2’63 veces el valor
del mismo coeficiente
D (to) obtenido en
hormigón con adición
de humo de sílice
igual al 6’1%
CEM I (con relación
a/c = 0’35) y siempre
que el valor del
coeficiente
de
difusión de cloruros
D (to) del hormigón
no resulte mayor que
4’21 veces el valor
del mismo coeficiente
D (to) obtenido en
hormigón con adición
de humo de sílice
igual al 6’1%
Resto de cementos
utilizables según el
artículo 26
-
50
20
30
100
25
35
50
35
50
100
40
60
50
40
60
100
50
70
50
45
65
100
60
90
-
-
6. Influencia del valor de los diferentes parámetros a considerar en el
cálculo del recubrimiento mínimo según el “Modelo de penetración de
cloruros” incluido en el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08
La fórmula empleada por el modelo de penetración de cloruros incluido en el
Anejo 9 en :
d   12 D t 
1/ 2
  C  C 1 / 2 
b
. t
. 1   th
  C s  C b  


donde lo que representa cada uno de los parámetros es ya conocido por el
contenido de los apartados anteriores.
El valor de  como factor de conversión de unidades es constante. El valor Cth
es un requisito especificado. Ambos parámetros quedan fuera de las opciones
de diseño y, por tanto, de este análisis.
15
La influencia que nos interesa conocer es independiente del tiempo (t), por lo
que analizaremos la influencia de “D(t)”, “Cs” y “Cb” en el valor de “d”, a
igualdad de tiempo. Para ello observaremos como influye el valor de cada uno
de los parámetros citados, cuando los demás se mantienen constantes.
De acuerdo con el punto 1.2.2.2 del Anejo 9:
t 
D t   D t o  o 
t 
n
Donde:
D(t)
es el coeficiente de difusión efectivo de cloruros a la edad t
D(to) es el coeficiente de difusión de cloruros a la edad to
n
es el factor de edad que al actuar como potencia de (to/t) refleja que la
difusión de cloruros es un proceso amortiguado en el tiempo
to
es la edad (del hormigón) cuando se realiza el ensayo de determinación
del coeficiente de difusión de cloruros (generalmente 28 días = 0’0767
años)
t
es la edad a la que se calcula, que coincidirá con la vida útil de proyecto
(tg) mayorada por 1’10 (generalmente 55 ó 110 años)
Por tanto la formula general puede escribirse:
n

 to  
d   12 D t o    
 t  

1/ 2
  C  C 1 / 2 
. t
b
. 1   th

  C s C b  


a) Influencia del valor del coeficiente de difusión de cloruros “D (to)”
Para valores menores de D (to): valores menores de “d”.
De la tabla A.9.4 del Anejo 9 se deduce que con menor relación a/c
(agua/cemento) en el hormigón, se obtienen valores más pequeños de D
(to).
Esta es una conclusión que es aplicable a cualquier tipo de cemento, más
allá de los recogidos en la tabla citada.
La influencia de la relación a/c es muy importante.
Reducir a/c de 0’50 a 0’40 supone reducir D(to) al 56% en el caso de
cemento tipo CEM I, al 62% en el caso de cemento tipo CEM II/A-V y al
16
50% en el caso de cemento tipo CEM III, del valor D(to) correspondiente a la
relación a/c = 0’50. Ello hace que el valor de “d” se reduzca al 75%, 79% y
71% respectivamente, respecto al valor “d” correspondiente a a/c = 0’50.
b) Influencia del valor del factor de edad “n”
El valor de “n” resulta decisivo. El valor de 0’5, correctamente propuesto en
el Anejo 9, determina valores de “d” que si, por acción de las adiciones en el
cemento y con la comprobación experimental correspondiente, se
obtuvieran con un valor n = 0’7, se reducirían al 52% del valor obtenido con
n = 0’5 y “tg” (vida útil de proyecto) = 50 años.
La reducción sería al 48% del valor obtenido con n = 0’5 si tg = 100 años.
c) Influencia del valor del contenido de cloruros en la superficie del
hormigón “Cs”
Este valor, salvo un mejor conocimiento de la situación ambiental, está
determinado por la tabla A.9.4 del Anejo 9.
Lo analizamos porque es el único parámetro que, en el modelo empleado,
esta relacionado con la cantidad de cemento y, por tanto, permite conocer la
influencia que, en este modelo, tiene la cantidad de cemento dosificada.
Como ejemplo, vamos a observar la influencia de emplear 350 kg de
cemento por m3 de hormigón, o de elevar esta cantidad a 450 kg/m3, en el
caso de que el contenido de cloruros en la superficie de hormigón sea de
0’50% del peso del hormigón y el resto de contenido se sitúen en sus
valores límite.
En el caso del hormigón armado:
Cth = 0’6% del peso del cemento
Cb = 0’4% del peso del cemento
Contenido de cemento = 350 kg/m3
Cs = 0’50 . 2300/350 = 3’28% del peso del cemento
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'74
  C s  C b  


Si el contenido de cemento fuera 450 kg/m3
Cs = 0’50 . 2300/450 = 2’55% del peso de cemento
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'69
  C s  C b  


17
Es decir, en el caso de hormigón armado del ejemplo, incrementar la
dosificación de cemento en 100 kg ha reducido el valor del recubrimiento “d”
al 93% del valor necesario si la dosificación de cemento fuera de 350 kg/m3.
En el caso del hormigón pretensado
Cth = 0’3% del peso del cemento
Cb = 0’2% del peso del cemento
Contenido de cemento 350 kg/m3
Cs = 0’50 . 2300/350 = 3’28% del peso del cemento
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'82
  C s  C b  


Si el contenido de cemento fuera de 450 kg/m3
Cs = 0’5 – 2300/450 = 2’55% del peso de cemento
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'79
  C s  C b  


Es decir, en el caso de hormigón pretensado del ejemplo, incrementar la
dosificación de cemento en 100 kg ha reducido el valor del recubrimiento “d”
al 96% del valor necesario si la dosificación de cemento fuera de 350 kg/m3.
d) Influencia del valor del contenido de cloruros aportado por las materias
primas en el momento de la fabricación del hormigón “Cb”.
El valor de Cb refleja el contenido de cloruros que aportan el cemento, los
áridos, el agua, los aditivos y cualquier otra materia prima que se utilice
para fabricar el hormigón. En consecuencia, es un valor sobre el que se
puede actuar al diseñar éste.
Para observar su influencia continuaremos con el ejemplo expuesto en el
apartado anterior [c)], considerando ahora que el valor de Cb pudiera
reducirse al 50% del valor límite y comparando el resultado obtenido con el
correspondiente al caso en que Cb es, precisamente, el valor límite.
En el caso del hormigón armado:
Cth = 0’6% del peso del cemento
Cb =0’4% del peso del cemento
Cs = 0’50% del peso del hormigón = 3’28% del peso del cemento
18
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'74
  C s  C b  


Si el contenido Cb se redujera un 50%
Cb = 0’2% del peso del cemento
y, entonces:
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'64
  C s  C b  


Es decir, en el caso del hormigón armado del ejemplo, la reducción del valor
de Cb a 0’2% del peso del cemento reduce, a su vez, el valor del
recubrimiento mínimo al 86% del que corresponde, en el mismo ejemplo,
cuando Cb =0’4% del peso del cemento.
En el caso de hormigón pretensado
Cth = 0’3% del peso del cemento
Cb = 0’2% del peso del cemento
Cs = 0’50% del peso del hormigón = 3’28% del peso del cemento
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'82
  C s  C b  


Si el contenido Cb se redujera un 50%
Cb = 0’1% del peso del cemento y, entonces,
  C  C 1 / 2 
b
1  th
  0'75
  C s  C b  


Es decir, en el caso del hormigón pretensado del ejemplo, la reducción del
valor de Cb a 0’1% del peso del cemento reduce, a su vez, el valor del
recubrimiento mínimo al 91% del que corresponde, en el mismo ejemplo,
cuando Cb = 0’2% del peso del cemento.
Del análisis realizado se concluye que tienen gran interés las
investigaciones experimentales que aportan conocimiento sobre el valor de
“n” coeficiente de edad.
19
En el diseño del hormigón es sumamente importante reducir la relación
agua/cemento, si se quiere optimizar la sección resistente reduciendo el
espesor del recubrimiento mínimo.
Es conveniente realizar ensayos para conocer el valor del coeficiente de
difusión de cloruros “D (to)” del hormigón correspondiente, como
conocimiento elemental necesario para optimizar el dimensionado de la
sección reduciendo el valor del recubrimiento mínimo.
Incrementar la cantidad de cemento en 100 kg/m3 por encima de la mínima
exigida por la Instrucción EHE-08, reduce el recubrimiento mínimo, si bien lo
hace en un porcentaje menor que una reducción de 0’10 en la relación
agua/cemento.
Reducir el contenido de cloruros que aportan las materias primas (cemento,
áridos, aguas, etc.) utilizadas en la fabricación del hormigón es una forma
de reducir el recubrimiento mínimo exigido y de optimizar la sección
resistente.
Por último, comentar el destacado papel que la expresión
  C  C 1 / 2 
b
1  th

  C s  C b  


juega en la formulación del modelo de cálculo incluido en el Anejo 9.
Los parámetros contenidos en esta expresión tienen el significado ya
conocido e indicado en apartados anteriores.
El conjunto de esta expresión marca los límites y la intensidad del proceso
de penetración de cloruros desde el exterior (superficie de la sección de
hormigón) hacia el interior de dicha sección de hormigón.
El valor “Cth – Cb” indica la cantidad (en términos de concentración) de
cloruros que pueden ingresar en la sección de hormigón sin sobrepasar la
concentración crítica en el interior de la misma, es decir, representa la
cantidad admisible que puede ingresar en la sección.
El valor “Cs – Cb” indica la cantidad (en términos de concentración) de
cloruros que pueden ingresar en la sección. Téngase en cuenta que el
ingreso de cloruros, o proceso de difusión de cloruros, está gobernado por
la diferencia de concentración de los mismos en el exterior (Cs) (donde la
concentración debe ser superior a la del interior para que se produzca
difusión hacia el interior o ingreso de cloruros) y en el interior (Cb). Si esta
diferencia no es positiva no se produce ingreso de cloruros y, por tanto, el
recubrimiento mínimo no se dimensiona en función del ataque de los
cloruros ya que éste no se produce. En este caso las clases generales de
exposición que reflejan el ataque por cloruros no resultan dimensionantes
20
del recubrimiento mínimo que se deberá dimensionar en función de otras
clases generales o específicas de exposición.
Por otro lado, cuando “Cth – Cb = Cs – Cb”, es decir, cuando toda la cantidad
de cloruros que pueda ingresar (Cs – Cb) es admisible (Cth – Cb), tal ingreso
se producirá sin acarrear ninguna consecuencia en la sección. Es un caso
límite en el que el recubrimiento mínimo no se ve dimensionado por el
ataque de cloruros.
Situaciones en las que “Cth – Cb ≥ Cs – Cb” no dimensionan el recubrimiento
mínimo.
Por el contrario, situaciones en las que “Cth – Cb < Cs – Cb”, es decir,
situaciones en las que la cantidad de cloruros que pueden ingresar (Cs – Cb)
es mayor que la cantidad admisible (Cth – Cs), sí producen alteraciones en
la sección de hormigón y, por tanto, dimensionan el recubrimiento mínimo a
disponer para proteger debidamente a las armaduras.
En consecuencia
  C  C 1 / 2 
b
1  th
 0
  C s  C b  


Indica que el recubrimiento mínimo no se dimensiona en razón al ataque de
cloruros, y cuando
  C  C 1 / 2 
b
1  th
 0
  C s  C b  


El dimensionado del recubrimiento mínimo debe realizarse en razón del
ataque de cloruros.
En ambos casos, pueden existir, dependiendo de las circunstancias
concretas, otras clases de exposición (generales o específicas) cuya
consideración lleve a la necesidad de adoptar valores del recubrimiento
mínimo superiores a los dimensionados en razón del ataque de cloruros.
7. Consideraciones relativas al periodo de propagación de la corrosión,
al que se refiere el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08
En el modelo propuesto en el Anejo 9 se considera que el tiempo total (tL)
necesarios para que, en el caso de la corrosión, la degradación de la armadura
sea significativa es:
t L = ti + tp
21
donde:
ti = periodo de iniciación de la corrosión o tiempo en el que la penetración del
agente agresivo alcanza la armadura y produce la despasivación de la
misma, iniciándose la corrosión
tp= periodo de propagación o tiempo de propagación de la corrosión hasta que
se llega a producir una degradación significativa del elemento estructural
En el caso de armaduras activas se considera tp= 0. En el caso de hormigón
armado, todas las armaduras son pasivas, y el valor de “tp” no es despreciable.
No obstante, el método directo ofrece algunas tablas que son aplicables, sin
distinción, para el hormigón armado y el hormigón pretensado. Por esta razón
en los apartado anteriores no se ha considerado valor alguno para “tp”.
En todo caso, el método directo, así propuesto, deja, por esta razón, del lado
de la seguridad en las estructuras de hormigón armado ya que, en ellas, el
valor de “tp” se convierte en un margen de seguridad, en cuanto al Estado
Límite de Durabilidad se refiere, que el recubrimiento mínimo dimensionado
ofrece de manera muy económica.
Como en hormigón armado el valor del recubrimiento de una armadura siempre
debe ser igual o mayor al diámetro de la misma, se puede afirmar que el valor
de “tp” es igual o mayor que los que se indican a continuación:
tp (hormigón armado)
(años)
IIa (humedad alta)
26’6
IIb (humedad media)
40’0
IIIa (marino aéreo)
4’0
IIIb (marino sumergido)
20’0
IIIc (marino carrera de mareas)
1’6
IV (corrosión por cloruros de origen diferente al marino)
4’0
Clase de exposición
22