Action of atmospheric agents against reinforced concrete-traducido

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Conferencia Internacional de los Balcanes sobre los Desafíos de la Ingeniería Civil, BCCCE, 23-25 de mayo de 2013, Universidad Epoka, Tirana, Albania
Acción de los agentes atmosféricos contra el hormigón armado
Iralda Xhaferaj1 ,
Idlir Dervishi1
1Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Tirana, Albania
Resumen
Cada vez con más frecuencia, el hormigón es el material de elección para la construcción de estructuras expuestas
a condiciones extremas. A medida que aumenta la demanda de construcción en entornos hostiles, también aumenta la
vida útil deseada de estas estructuras.
La presencia de sulfatos en ambientes agresivos constituye una gran amenaza para la estabilidad y longevidad de
las estructuras de hormigón armado porque sus efectos conducen a la degradación del hormigón y la corrosión del acero
en el hormigón. El ataque de los sulfatos al concreto puede provocar agrietamiento, desconchado, aumento de la
permeabilidad y pérdida de resistencia. El propósito de este estudio es identificar (analizar) estos efectos adversos y
examinar las medidas necesarias para prevenir la degradación del hormigón y la corrosión del acero. Este estudio concluye
que la protección de las estructuras R/c de la presencia de sulfatos en ambientes agresivos se logra a través de un
cuidadoso diseño de estabilidad, el compromiso de medidas preventivas y el uso de técnicas preventivas adicionales.
Palabras clave: Degradación del hormigón, corrosión y durabilidad del hormigón armado.
Introducción
El hormigón es el material de elección para la construcción de estructuras expuestas a condiciones extremas, ya sean
plataformas petrolíferas en alta mar en aguas heladas o recipientes de contención de residuos peligrosos enterrados en
la tierra. Por lo general, las estructuras de hormigón están diseñadas para funcionar, con un mantenimiento mínimo, de
50 a 100 años. Los recipientes de contención de hormigón, que pueden contener desechos químicos y radiactivos, están
diseñados para una vida útil de 500 años y existe el deseo de extender la vida útil esperada a 1000 años.
Los sulfatos presentes en los suelos, las aguas subterráneas, el agua de mar, la materia orgánica en
descomposición y los efluentes industriales que rodean una estructura de hormigón representan una gran amenaza para
la durabilidad a largo plazo del hormigón expuesto a estos entornos. El ataque de los sulfatos al concreto puede provocar
agrietamiento, desconchado, aumento de la permeabilidad y pérdida de resistencia. Por lo tanto, la resistencia del
concreto al ataque de los sulfatos es integral para asegurar un desempeño satisfactorio durante largos períodos.
-Degradación de estructuras de hormigón
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1.1-Provoca daños mecánicos tempranos en el concreto
(errores en el diseño o ejecución de estructuras de hormigón) ÿ
fisuración del hormigón debido a: - retracción plástica o retracción
por secado
- calor de hidratación
- congelación temprana
- asentamiento plástico
1.2-Causas físicas
Ataque de congelación y descongelación
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Prevención:
- reducir la porosidad capilar (a/c, curado) aire incorporado (aditivo incorporador de aire)
1.3- Causas químicas del ataque de sulfatos
Mecanismo:
1) Penetración de sulfatos a través del hormigón
2) Formación de yeso:
Ca(OH)2 + SO4= + H20 ÿ CaSO4 · 2H2O
3) Formación de etringita (C3A3·CaSO4·32H2O)
Prevención:
- reducir la porosidad capilar (a/c, curado) - tipo
de cemento: C3Aÿ, puzolanas (cementos resistentes a los sulfatos)
Reacción álcali-sílice
Na2O + H2O ÿ NaOH K2O + H2O ÿ KOH
2-Corrosión de barras de acero
Solución en los poros:
Ca(OH)2
NaOH
pH ÿ 13-14
KOH
Pasividad
Condiciones de estabilidad de la película pasiva:
Carbonatación
1) pH > 11,5
2) ausencia de cloruros
Agua de mar, sales de deshielo
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Otras causas:
- corriente parásita
- fragilización por hidrógeno (de acero pretensado de alta resistencia)
La fragilización es la pérdida de ductilidad del material, haciéndolo quebradizo causado por la absorción de
sulfuro de hidrógeno
Consecuencias de la corrosión
Desprendimiento de la cubierta de hormigón
Agrietamiento
Reducción de la sección transversal de la barra de refuerzo
Colapso de la estructura
Penetración
Colapso de
estructura
de la corrosión
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2.1-Corrosión inducida por carbonatación
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w/c,curado,compactación
-espesor de la cubierta de hormigón
2.2-Corrosión inducida por cloruro
La corrosión por picadura puede iniciarse cuando se alcanza un contenido crítico de cloruro (umbral de cloruro) en la
superficie del acero.
Penetración de cloruro
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- condiciones ambientales (microclima)
- propiedades del
concreto: ÿ a/c, curado,
compactación ÿ tipo de cemento (cemento mezclado vs cemento portland)
- espesor de la cubierta de hormigón
Umbral de cloruro
Depende de:
- el potencial del acero (ÿ contenido de humedad)
- pH de la solución de poro (ÿ tipo de cemento)
- huecos en la superficie del acero (ÿ trabajabilidad / compactación)
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2.3-Corrosión del acero de pretensado
1) estructuras pretensadas ÿ cubierta de hormigón 2)
estructuras postensadas ÿ relleno de conductos
Peculiaridades:
- baja ductilidad del acero de alta resistencia
- riesgo de fragilización por hidrógeno en aceros susceptibles
Fragilización por hidrógeno, HE
+
h+e
ÿ 2Had ÿ H2 ÿ
acero de alta resistencia (>700 MPa), principalmente ferrítico
Pasos
1-Iniciación de grietas ÿ entornos capaces de iniciar una grieta ÿ tiempo de incubación
ÿ tras el aumento local de la agresividad de
el medio ambiente (corrosión por picaduras o grietas)
2-Propagación de la fisura ÿ acción combinada del medio ambiente y el
tensión aplicada (ÿm/año ÿ mm/año)
3-Durabilidad de estructuras RC
Una estructura debe diseñarse y ejecutarse de tal manera que, durante su
vida prevista, con grados apropiados de confiabilidad y de manera económica - sostener
todas las acciones e influencias que puedan ocurrir durante la ejecución y el uso, y
- permanecer apto para el uso para el que se requiere.
(EN 1990)
Propiedades del hormigón
relación agua/cemento (relación agua/ligante),
resistencia a la compresión, tipo de cemento y adiciones
minerales (GGBS, PFA, SF, ...), trabajabilidad, retracción por secado, fluencia,
fisuración, uso de hormigones especiales (HPC , SCC, LWC, etc.)
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Espesor de la cubierta de hormigón
Detalles de diseño
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Protecciones adicionales
1) Refuerzo resistente a la corrosión:
- acero inoxidable
- acero galvanizado barras recubiertas de epoxi
2) Tratamientos superficiales del hormigón
- recubrimientos orgánicos
- tratamiento hidrófobo revestimientos cementosos
3) Inhibidores de corrosión
4) prevención catódica
Para aumentar la durabilidad de la intervención también se puede aplicar una capa protectora o superficie
que se puede utilizar con la adición de inhibidores de corrosión.
Situación inicial
Restauración incorrecta
Como b, incluso si usa Exitoso
recuperación
porque no elimina de
un aislamiento de imprimación
porque
elimina
la superficie de refuerzo todo
concreto
cloruros
hormigón con cloruros
hormigón no atacado por cloruros
parte del refuerzo corroído
concreto con contenido de cloruros
mayor que el umbral crítico de
imprimación adhesiva impermeabilizante
recuperación de hormigón
no forma parte del revestimiento corroído
reforzamiento
superficie
Fig. Ilustración esquemática de las consecuencias de la estructura local de recuperación contaminada por
cloruros. Situación inicial (a) restauración implementada sin eliminar por completo la
concreto contaminado de la superficie del refuerzo (b,c) después de eliminarlo
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Clases de exposición
1 - Sin riesgo de corrosión o ataque
2 - Corrosión inducida por carbonatación
3 - Corrosión inducida por cloruros distintos del agua de mar
4 - Corrosión inducida por cloruros del agua de mar
5 - Ataque de hielo-deshielo con o sin agentes descongelantes
6 - Ataque químico
EN 206-1 – Valores recomendados
1) vida útil 50 años.
2) CEM I (clase 32,5 de resistencia)
máx.
Clase de exposición
WC
mín.
mín.
cem.
fuerza
(kg/m3)
-
X0
Sin riesgo
C1
-
C2
26
2/15
XC1
Corrosión
a
0,65
(seco/saturado)
debida carbonatación
0,60
XC2 (mojado)
0,55
XC3 (humedad
0,50
debido a
Agua de mar
0
5/30
por cloruros (sin agua
de mar)
28
C3
XC4 (húmedo/seco)
XS1 (en la costa)
0/37
0/37
0
0
0,55
XD1 (humedad
0,55
mod.) XD2 (húmedo)
5/45
0/37
0
C3
C3
30
32
C3
5/45
1075
34
30
0
0/37
seco)
0
0
C3
0,45
XD3 (húmedo/
32
C3
0,45
(spray/mareomotriz)
30
30
C3
C3
0,50
0,45
XS2 (sumergido) XS3
0
0/37
5/45
Corrosión
28
C2
mod.)
Corroído
0
0/25
0
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máx.
Clase de exposición
mín.
WC
0,55
XF1 (mod.sat.- sin sal)
Ataque de
congelación y descongelación
XF2 (mod.sat.- sal)
0,55
XF3 (hi.sat.- no salt)
0,50
XF4 (hi.sat.- sal)
0,45
mín.
cem. tren. aire
fuerza (kg/m3)
C30/37
300
-
300
C25/30
4% C25/30 320
4% C30/37 340
4% 300
0,55
XA1 (ligeramente
Ataque
XA2
agr.)
químico
C30/37
- C30/37 320
0,50
0,45
(agregación moderada)
-C35/45 360
XA3 (altamente agr.)
-
EN 1992-1-1 (Eurocódigo 2) – Espesor de recubrimiento de hormigón
Espesor mínimo de la capa de hormigón
Clase de exposición
(mm)
refuerzo
Sacerdote
Concreto
X
Sin riesgo
1
0
0
X
Corrosión por
carbonatación
Concreto
1
5
C1
2
5
2
XC2, XC3
5
X
3
5
4
3
0
C4
Corrosión por
1
0
0
4
3
XS1, XD1
5
cloruros
5
4
XS2, XD2
0
5
0
4
XS3, XD3
5
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5
5
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Conclusiones
La reducción de la relación agua/cemento es necesaria pero no suficiente para obtener una alta
hormigón de calidad.
Es fundamental considerar también: la preparación (mezcla), la producción en obra y el curado del hormigón.
Tecnología de
diseño de mezclas
Mezcla
Control de calidad
La única forma de reducir un ataque externo (ataque químico) es reducir la porosidad y la permeabilidad, para
reducir la penetración de agentes agresivos en el hormigón.
Esto limita también la consecuencia de los ataques físicos.
Referencias
[1] Corrosión del acero en el hormigón, Autor: Luca Bertolini, Bernhard Elsener, Pietro
Pedeferri, Rob P.Polder, 2004 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim [2] ISBN: 3-527-30800-8
[3] EN 206-1, Concrete - part 1. Specification, performance, production and conformidad,
2001
[4] (ÿ UNI 11104, Hormigón - Especificación, rendimiento, producción e
conformidad - Instrucciones complementarias para la aplicación de EN 206-1)
[5] EN 1992-1-1, Eurocódigo 2: Proyecto de estructuras de hormigón – Parte 1: Reglas generales y
normas para edificios”, Comité Europeo de Normalización, 2004.
[6] ENV 13670-1, Ejecución de estructuras de hormigón, 2000.
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