Sitio experimental de pruebas y ensayos del hormigón hidráulico sometido a diferentes condiciones de agresividad marina

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(1)Resumen. Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Construcciones. Departamento de Ingeniería Civil.. TRABAJO DE DIPLOMA Título: Sitio experimental de pruebas y ensayos del hormigón hidráulico sometido a diferentes condiciones de agresividad marina.. Autor: Henry del Toro Fleites. Tutor: Dr. Ing. Raúl González López. Consultante: Dr. C. José F. Martirena Hdez.. Santa Clara 2012.

(2) Pensamiento. II. PENSAMIENTO. Da tu primer paso ahora. No es necesario que veas el camino completo, pero da tu primer paso. El resto irá apareciendo a medida que camines. Martin Luther, Jr..

(3) Dedicatoria. III. DEDICATORIA. En especial a la persona que ha hecho posible todos mis anhelos, a quien debo dar gracias por ayudarme a triunfar en la vida, mi madre, Odalis Fleites de la Paz.. A mi familia por apoyarme y a mi novia Ailenys por estar todo este tiempo a mi lado..

(4) Agradecimientos. IV. AGRADECIMIENTOS. A mi familia por ayudarme y apoyarme durante toda mi carrera, en especial a mi madre. Por su ayuda y consagración al buen desempeño de esta tesis, brindando sus conocimientos cuando mas se necesitaba mi agradecimiento a mi tutor Raúl González Pérez. Por su compresión y su grata compañía a mi novia Aile. A mis compañeros de aula, mi agradecimiento especial a los que compartieron beca conmigo durante estos cinco largos años. A los profesores que estuvieron presentes en mi formación como profesional. A los compañeros del centro de Meteorología de Villa Clara, por su apoyo profesional. A la institución de GEOCUBA, por la colaboración en la realización de este trabajo. A la Universidad Central de las Villas, por acogerme durante mi carrera..

(5) Resumen. V. RESUMEN. El presente trabajo se enmarca en la propuesta de un sitio de prueba en la Cayería Norte de la Región Central, para proponer la evaluación del comportamiento de muestras y elementos de hormigón bajo diferentes regímenes de agresividad marina. Su importancia recae en constituir una primera aproximación al estudio de los hormigones insitu en Cuba, capaz de obtener datos experimentales de gran importancia para el diseño, fabricación y conservación de las estructuras de hormigón colocadas en ambientes agresivos. Se pretende localizar un área de 100 x 100m en la costa norte del Cayo Santa María, Caibarién, donde los especímenes estarán colocados en cinco zonas de exposición como es el caso de las zonas de, salpicadura, mareas, sumergida, subterránea y atmosférica con ejemplares y elementos de adecuadas dimensiones. Los hormigones producidos de diferentes resistencias se evalúan ante la presencia de diferentes niveles de agresividad del mar. Finalmente la realización de estudios a corto, mediano y largo plazo de exposición de las muestras permitirá predecir el comportamiento de la corrosión en hormigones sometidos al ambiente marino estudiado y a su vez disponer de una amplia y valiosa información que amplia el conocimiento teórico práctico sobre la durabilidad en las estructuras..

(6) Índice. VI. Índice. PENSAMIENTO ............................................................................................................. II DEDICATORIA .............................................................................................................. III AGRADECIMIENTOS ................................................................................................... IV RESUMEN ..................................................................................................................... IV INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 1 CAPÍTULO I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón. ............................................................................................... 5 1.1. Introducción. ....................................................................................................... 5. 1.1.1. Durabilidad de estructuras de hormigón. Insuficiencias versus. compromiso de su valoración. ................................................................................ 5 1.1.2. Importancia de la durabilidad de estructuras de hormigón a escala. global y su inserción en el medio ambiente. ......................................................... 6 1.1.3. Durabilidad del hormigón. Conceptos y definiciones. ........................... 7. 1.1.4. Vida útil y vida residual............................................................................. 8. 1.2. Aproximación holística al estudio de la durabilidad de las estructuras. hormigón. Principales componentes......................................................................... 8.

(7) Índice 1.2.1. VII. Efecto de aditivos plastificantes y fluidificantes e inhibidores de la. corrosión de estructuras en ambientes diversos. ................................................. 8 1.2.2. Empleo de cenizas volantes como adición mineral al hormigón. ........ 9. 1.2.3. Proceso de hormigonado. Producción, colocación, terminación y. curado del hormigón. Conocimientos y habilidades del personal. ................... 10 1.2.3.1. Preparación del árido. ........................................................................ 10. 1.2.3.2. Selección del cemento. ...................................................................... 11. 1.2.3.3. Dosificación......................................................................................... 11. 1.2.3.4. Amasado. ............................................................................................ 12. 1.2.4. Fisuración y rotura del hormigón. .......................................................... 13. 1.2.5. Mantenimiento (Reparación). ................................................................ 13. 1.3. Comportamiento físico-mecánico y químico del hormigón. ........................ 14. 1.3.1. Influencia de las características del hormigón fresco en la durabilidad. del hormigón endurecido....................................................................................... 14 1.3.2. Validez de la permeabilidad del hormigón y de cambios de volumen. en la durabilidad. .................................................................................................... 16 1.3.3. Potencial empleo de los hormigones autocompactables y altas. prestaciones a escala internacional. .................................................................... 17 1.4. Papel del medio ambiente circundante en la corrosión de las estructuras. de hormigón. .............................................................................................................. 19 1.4.1. Corrosión de estructuras de hormigón armado en ambientes marinos. 19. 1.4.2. Características de la corrosión marina en regiones tropicales. ......... 19.

(8) Índice. VIII. 1.4.3. Corrosión por disolución del hidróxido de calcio Ca (OH) 2................. 20. 1.4.4. Corrosión producida por aguas blandas y aguas con contenido de. dióxido de carbono (CO2) agresivo. ..................................................................... 20 1.4.5. Corrosión producida por aguas y sales agresivas. Influencia de los. cloruros, sulfatos, nitratos e hidróxidos. .............................................................. 21 1.5. Factores acelerantes de la corrosión del acero-hormigón en ambientes. agresivos. ................................................................................................................... 23 1.5.1. Estado superficial del acero. .................................................................. 23. 1.5.2. Recubrimiento del acero en elementos de hormigón. ......................... 24. 1.5.3. Contenido y tipo de cemento. ................................................................ 24. 1.5.4. Relación agua - cemento (a/c). ............................................................. 25. 1.5.5. Variabilidad de las condiciones ambientales. ...................................... 26. 1.5.6. Fisuración del hormigón. Carbonatación. ............................................. 26. 1.5.7. Acción de cloruros en ambientes marinos. Contenido crítico de. cloruros en el hormigón. ....................................................................................... 28 1.5.8. Mecanismos de penetración de cloruros del agua de mar en el. hormigón. ................................................................................................................ 29 1.5.9. Acción de los sulfatos en hormigones expuestos a ambientes. marinos. 31 1.6. Normas para la prevención y evaluación de la corrosión en estructuras de. hormigón armado sometidas a ambientes marinos. .............................................. 32 1.6.1. Manual de Ingeniería de protección costera, Ejército de EE.UU (U.S.. Army coastal engineering. Shore protection manual). (CENTER, 1984) ......... 32.

(9) Índice 1.6.2. IX. Estructuras de concreto edificadas en costas (ACI 357R. Fixed. offshore concrete structures). (ACI, 2002b) ........................................................ 33 1.6.3. Código británico práctico para estructuras marítimas (British standard. code of practice for maritime structures). (INSTITUTION, 1984) ...................... 35 1.7. Modelos de estudios de durabilidad de hormigones sometidos a ambientes. marinos y experimentación insitu. ............................................................................ 37 1.7.1. Generalidades. Modelos de Durabilidad. ............................................. 37. 1.7.2. Estudios de durabilidad en hormigones sometidos a ambientes. marinos a escala internacional y nacional. .......................................................... 39 1.7.2.1. Generalidades. ................................................................................... 39. 1.7.2.2. Formulación e importancia de los sitios de pruebas más. reconocidos. ........................................................................................................... 39 1.7.2.3. Limitaciones de los estudios y posibilidades de la experimentación. en Cuba.. 41. 1.8. Conclusiones parciales. .................................................................................. 42. CAPÍTULO II. Características de los sitios experimentales a escala internacional. ......................................................................................................................................... 43 2.1. Valoración de muestras de hormigón sometidas a la interacción con el. mar. 43 2.1.1. Generalidades. ........................................................................................ 43. 2.1.2. Sitios de pruebas reconocidos a escala internacional en el mar. ...... 44. 2.1.2.1. Características del medio ambiente y zonas de interacción en los. sitios experimentales. ............................................................................................ 44 2.1.2.2. Estudio y características de mezclas colocadas en los sitios........ 45.

(10) Índice 2.1.2.3. X. Características geométricas de elementos estructurales comunes. en sitios experimentales........................................................................................ 46 2.2. Diferentes estudios experimentales realizados a nivel mundial. ................. 47. 2.2.1. Estación en Khaleej Mardomah, Golfo de Arabia................................ 48. 2.2.1.1. Características de estudios realizados. ........................................... 48. 2.2.1.2. Interacción y posición de especímenes con respecto al nivel medio. del mar. Curado de muestras de hormigón. ........................................................ 49 2.2.1.3. Dimensiones de los especímenes colocados en el sitio. ............... 51. 2.2.1.4. Dosificación y características de hormigones producidos para su. implementación en el sitio. .................................................................................... 52 2.2.1.5. Experimentación y monitoreo llevado a cavo en el estudio. experimental. .......................................................................................................... 52 2.2.2. Estación experimental ubicada en el Golfo Pérsico. ........................... 54. 2.2.2.1. Características de los experimentos. ............................................... 54. 2.2.2.2. Forma de las muestras estudiadas. ................................................. 55. 2.2.2.3. Características de las mezclas. ........................................................ 55. 2.2.2.4. Experimentos realizados en el sitio experimental. .......................... 56. 2.2.2.5. Importancia y deducciones de los estudios realizados. ................. 56. 2.2.3. Sitios experimentales en Noruega. ....................................................... 58. 2.2.3.1. Características de las investigaciones efectuadas. ........................ 58. 2.2.3.2. Dimensionamiento de los ejemplares en el sitio. ............................ 58. 2.2.3.3. Dosificaciones y características de los hormigones producidos. .. 59. 2.2.3.4. Resultados e importancia de los estudios realizados.................... 60.

(11) Índice 2.2.4. XI. Estación Dornoch Bridge en el nordeste de Escocia. (Scotland, Mar. del Norte). ............................................................................................................... 61 2.2.4.1. Estudios realizados en muestras de hormigón. .............................. 61. 2.2.4.2. Niveles de interacción y posicionamiento de los especímenes con. respecto al nivel medio del mar. ........................................................................... 62 2.2.4.3. Dosificación de los hormigones elaborados. ................................... 63. 2.2.4.4. Deducciones de la experimentación efectuada. ............................. 64. 2.2.5. Estación experimental situada en la costa mediterránea de España. 65. 2.2.5.1. Experimentación realizada en las costas del Mediterráneo. .......... 65. 2.2.5.2. Dosificación de los hormigones realizados en el sitio experimental. 66. 2.2.5.3. Monitoreos llevados a cabo en el estudio. ....................................... 66. 2.2.5.4. Importancia de los experimentos realizados en el Mediterráneo. . 69. 2.2.6. Sitios experimentales en Maine, Canadá, Los Ángeles EE.UU y. Japón. 73 2.2.6.1. Características de los experimentos y dimensionamiento de los. especímenes. ......................................................................................................... 73 2.2.6.2. Cantidades y tipos de materiales utilizados en la fabricación de los. hormigones. ............................................................................................................ 74 2.2.7. Estaciones experimentales en Japón. Isla de Seto y Océano Pacífico. 75. 2.2.7.1. Características de las exposiciones realizadas en Japón. ............. 75. 2.2.7.2. Zonas de interacción de los especímenes con el mar. .................. 75.

(12) Índice. XII. 2.2.7.3. Dimensión de las muestras en sus áreas de exposición. .............. 76. 2.2.7.4. Dosificaciones de las mezclas para la producción de hormigones. 76. 2.2.7.5 2.8. Importancia y resultados de los estudios experimentales.............. 77. Conclusiones parciales. .................................................................................. 79. CAPÍTULO III. Síntesis de propuesta de un sitio experimental en la costa norte de la región central. ............................................................................................................ 80 3.1. Importancia del estudio insitu en sitios de pruebas experimentales en. litorales de Cuba. ....................................................................................................... 80 3.2. Entorno medio ambiental del litoral norte de la región central de Cuba. Comportamiento de la salinidad en las costas. ...................................................... 82 3.3. Condiciones meteorológicas. Régimen de temperatura, humedad relativa,. intensidad de la lluvia y del viento. .......................................................................... 83 3.3.1. Incidencia de ciclones tropicales en el ambiente construido del. litoral norte de la región central. ........................................................................... 84 3.4. Propuesta de localización del sitio. Situación geográfica. .......................... 87. 3.5. Características generales del sitio experimental. ......................................... 88. 3.5.1. Distribución de áreas del sitio experimental y emplazamiento de las. estructuras soportantes. ........................................................................................ 88 3.5.2. Oleaje y nivel de mareas en el litoral norte Cayo Santa María. ......... 91. 3.5.3. Interacción de los especímenes con respecto al agua y aerosol. marino. 93 3.5.4. Especímenes y elementos. Geometría y dimensiones. ...................... 97. 3.5.5. Estudio de hormigones hidráulicos a evaluar en especímenes. ........ 98.

(13) Índice 3.5.6. XIII. Formulación de ensayos de especímenes para la modelar el. comportamiento de la durabilidad del hormigón en el tiempo. .......................... 99 3.6. Importancia de los ensayos para la modelación de la durabilidad en. condiciones de Cuba. .............................................................................................. 100 3.7. Conclusiones parciales. ................................................................................ 106. CONCLUSIONES GENERALES ............................................................................... 108 RECOMENDACIONES ............................................................................................... 109 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................................... 110 BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 113 ANEXOS ....................................................................................................................... 119.

(14) Introducción. 1. INTRODUCCIÓN. Los hormigones que se encuentran expuestos a zonas marítimas pueden deteriorarse debido a la combinación de muchos efectos como pueden ser la acción química de los componentes del agua de mar sobre los productos de hidratación del cemento, de la reacción álcali-árido, de la presión de cristalización de las sales en el hormigón si una de las caras de la estructura esta sometida a condiciones de la humedad y la otra a condiciones secas, la corrosión de las armaduras y muchos otros efectos que influyen en la durabilidad del hormigón. De todos estos efectos planteados anteriormente el de corrosión de las armaduras debido a la penetración de cloruros del agua de mar es el más influyente en la vida útil de los elementos sometidos ambientes marinos ya sea en zonas sumergidas, como en zonas de de mar, zona de salpicadura, zona atmosférica o zona subterránea. En las estructuras de hormigón armado sometidas a ambientes marinos la zona de emplazamiento de dicha estructura es definitoria para la duración tanto del periodo de iniciación como el periodo de propagación y por consiguiente la durabilidad de los elementos. En zonas de hormigones sumergidos este siempre se encontrara saturado y la penetración de agua dependerá de la profundidad, en la zona donde el hormigón este mas profundo el agua penetrará por presión y cercana al nivel superior del mar penetrará por absorción. En esta zona los cloruros pueden penetrar con gran rapidez y la profundización en su avance dependerá de la permeabilidad. Pero por otra parte no hay oxígeno lo que nos favorece y disminuye la corrosión. En las zonas de mareas el.

(15) Introducción. 2. hormigón siempre se encuentra saturado, aquí los cloruros avanzan lentamente por difusión pero puede ser que con el tiempo penetren en la armadura y es despreciable el contenido de oxígeno. En el nivel superior de esta zona de mareas se encuentra la llamada zona de salpicadura que es una de las más críticas para el avance de la corrosión debido a que se humedece y se seca dependiendo del oleaje y la marea, aquí los cloruros avanzan a gran velocidad por succión capilar hasta una determinada profundidad y después de ahí sigue avanzando por difusión. En esta área si hay oxígeno y una gran humedad por lo que el riesgo de corrosión es muy elevado. En la zona atmosférica los cloruros avanzan por la niebla salina que es colocada en la superficie por el viento, la condensación y otros. El principal transporte puede ser por difusión, el avance es mucho más lento que en las otras zonas y tarda mucho tiempo en alcanzar las armaduras pero para el tiempo en que lo haga hay que tenerlo en cuenta ya que esta zona si esta en contacto con el oxigeno y puede provocar la corrosión. Estudios de durabilidad en hormigones sometidos a ambientes marinos en diferentes zonas de exposición se han realizado alrededor del mundo, en Noruega, Escocia, Canadá, Golfo Aravico Pérsico y muchos otros, la mayoría de estos realizan evaluaciones sobre especímenes de hormigón de diferentes dimensiones y secciones, produciendo variedades de diseños de mezclas y variando el uso de adiciones, con el propósito de ganar conocimiento práctico sobre el comportamiento real de las estructuras que son agredidas en ambientes marinos. En Cuba es poca la documentación sobre estudios realizados con respecto a la durabilidad de los hormigones sometidos al ambiente marino en condiciones agresivas, basado en investigaciones de otros países y las condiciones reales de agresividad de la costa norte de la región central se propondrá un sitio experimental de pruebas y ensayos del hormigón hidráulico sometido a diferentes condiciones de agresividad marina.. . Objetivo general. Realizar la propuesta de un sitio de prueba en la Cayería Norte de la Región Central, para evaluar el comportamiento de muestras y elementos de hormigón bajo diferentes regímenes de agresividad marina..

(16) Introducción  1.. 3. Objetivos específicos. Evaluar el estado del arte del comportamiento de hormigones hidráulicos sometidos. a diferentes ambientes marinos, en regiones, zonas y niveles de agresividad variables. 2.. Establecer las características de las muestras de hormigón y elementos. de. hormigón, sometidos a diferentes niveles de interacción. 3.. Definir de las características geométricas y estructurales, de los elementos. de. hormigón a colocar en el sitio experimental. 4.. Presentar el diseño del sitio experimental mar adentro en la Región Central para. ubicar las muestras de hormigones hidráulicos en los diferentes estados de interacción con el mar 5.. Formular las instrucciones de operación y cuidado del sitio experimental, al evaluar. el comportamiento del hormigón. en el tiempo y sometido a niveles variables de. agresividad marina.. . Estructura por Capítulos.. Capitulo I: Estudio del comportamiento de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. . Evaluar el estado del arte sobre el comportamiento de los hormigones hidráulicos. sometidos a ambientes agresivos del mar en diferentes zonas y niveles de agresividad. Capitulo II: Características de los sitios experimentales a escala internacional. . Establecer las características de las mezclas más convenientes para la fabricación. de los elementos de hormigón a colocar en diferentes niveles de interacción con el nivel del mar. Definición de las características geométricas y estructurales de los elementos a colocar en la zona experimental de ensayos. Capitulo III: Síntesis de propuesta de un sitio experimental en el norte de la región central. . Proponer el diseño de la zona experimental en las proximidades del litoral, para la. obtención de muestras y pruebas de hormigones hidráulicos en ambientes agresivos..

(17) Introducción . 4. Diseñar los requerimientos de operación y protección de la zona experimental para. evaluar la microestructura y comportamiento del hormigón colocados en diferentes estadios de tiempo y niveles de agresividad del régimen corrosivo..

(18) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 5. CAPÍTULO I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 1.1 Introducción. 1.1.1 Durabilidad. de. estructuras. de. hormigón.. Insuficiencias. versus. compromiso de su valoración. Las estructuras de hormigón son la base de todas las construcciones, debido a su consistencia rígida en un principio se creía que tenía una larga vida útil, sin embargo, la experiencia ha demostrado que no es así. Los ejemplos en la construcción de estructuras de hormigón con problemas ante sus condiciones de servicio son abundantes y de diferente naturaleza, estos se han tenido que explicar, enfrentar y resolver desde diferentes trincheras, todas ellas con el objetivo de diagnosticar problemas de durabilidad y conocer los factores que en ella intervienen (Oscar Hernández Castañeda, 2006). Los problemas de durabilidad afectan diferentes tipos de estructuras, las cuales una vez que se presentan ya no son funcionales ni eficientes y están destinadas a no cumplir con su vida de servicio estimada. Los problemas de durabilidad no se limitan a su diseño inicial y construcción, tiene una fuerte intervención en la operación, en ocasiones con el costo y pérdidas económicas para el propietario o inversionista, ya sea por la reparación de las zonas afectadas, por la sustitución de elementos que se han deteriorado o por costos operativos imputables a remodelaciones o mantenimientos periódicos (Oscar Hernández Castañeda, 2006). Por tal motivo, al hablar de durabilidad se debe partir de un enfoque holístico que integre.

(19) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 6. los aspectos más relevantes para la construcción de estructuras de hormigón con criterios de alta durabilidad. Este es un tema actual y necesario que con el transcurrir del tiempo acaparará una mayor atención en diferentes ámbitos.. 1.1.2 Importancia de la durabilidad de estructuras de hormigón a escala global y su inserción en el medio ambiente. En los últimos veinte años el término ―durabilidad‖ se ha estado escuchando con más frecuencia en la rama de la ingeniería civil. Países industrializados como los EEUU, Canadá y algunos en Europa (España, Francia, Gran Bretaña, etc.), han tomado a la durabilidad en el hormigón como un tema de gran importancia. En este sentido se han intentado establecer códigos de diseño por durabilidad en diferentes lugares. En Latinoamérica un esfuerzo similar se realizó en el año 1997 al presentarse el reporte de la Red Temática DURAR, en el cual se sustentaron algunos conceptos básicos sobre evaluación, mantenimiento, reparación y/o rehabilitación de obras de concreto armado dañadas principalmente por corrosión de la armadura (barras de refuerzo) (Andrés A. Torres Acosta, 2001). Son muchos los estudios realizados hasta el momento sobre durabilidad todos, con el propósito de lograr un aumento de la vida útil de las estructuras y conocer mejor las características, ventajas y desventajas que puede traer consigo el uso del hormigón como principal material en las obras de hoy en día. El hormigón presenta variedad de ventajas en su uso como pueden ser el poseer una elevada durabilidad en los ambientes comunes donde otros materiales se corroen o se alteran con gran facilidad (Acevedo, SA). Es resistente al agua, prácticamente impermeable y muy resistente a los esfuerzos a compresión. Además, soporta elevadas temperaturas, normalmente los hormigones elaborados con cemento Portland pueden soportar sin grandes afectaciones temperaturas hasta 100 oC, no obstante con otros tipos de cementos se pueden lograr hormigones refractarios(Acevedo, SA). Por sus propiedades, este es un material ideal para la protección del acero, producto de que uno de los inconvenientes del acero es su inestabilidad en ambientes húmedos, corroyéndose con relativa facilidad (Acevedo, SA). En su forma de uso como hormigón armado se logra una efectiva protección si se adoptan las medidas adecuadas del acero..

(20) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 7. La compatibilidad entre el hormigón y el acero se aprovecha para la elaboración del hormigón armado, que es la forma más utilizada de dicho material (NC, 2007). De esta manera se explotan mejor las ventajas de ambos materiales; la protección que ejerce el hormigón sobre el acero favorece en gran medida las condiciones marinas que pretendemos estudiar. El conocimiento de todas estas características favorables es necesario para su estudio, sin embargo hay que tener en cuenta también sus desventajas, entre ellas su baja resistencia a los esfuerzos de tracción. En efecto, aunque el hormigón tiene muy buena resistencia a la compresión, su resistencia a la tracción es alrededor de diez veces menor, no obstante como su uso más generalizado es como hormigón armado, esta limitante se compensa parcialmente(Acevedo, SA). El logro de superficies bien acabadas para dejarse a vista y lograr una buena permeabilidad del material, resulta muy trabajoso y es de vital importancia para lograr elementos más durables (Acevedo, SA). Específicamente en esta investigación se aborda la durabilidad de los hormigones en los ambientes marinos, partiendo de que en la mayoría de los estudios a nivel mundial se plantea que el proceso principal de degradación para durabilidad de las estructuras de hormigón armado en ambiente marino está, sin dudas, en la corrosión del acero de refuerzo. En este ambiente específico, la corrosión ocurre casi enteramente debido a la presencia de cloruros en el agua salada. De gran interés es conocer entonces el efecto de la concentración de cloruros en el hormigón armado puesto que lleva consigo a la corrosión del acero.. 1.1.3 Durabilidad del hormigón. Conceptos y definiciones. La durabilidad de una estructura de hormigón se define como su capacidad para soportar durante la vida útil para la que ha sido diseñada, las condiciones físicas y químicas a las que va a estar expuesta (NC, 2005). Ningún material es específicamente perdurable, las propiedades de los materiales se alteran con el tiempo. Se asume que un material cumple el fin de su vida útil cuando sus propiedades bajo las condiciones dadas de uso se han deteriorado para una extensión de tiempo a la que el material está regido ya sea arriesgado o poco lucrativo(P. KUMAR MEHTA, 2001)..

(21) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 8. 1.1.4 Vida útil y vida residual. Se entiende por vida útil de una estructura el intervalo de tiempo durante el cual la misma mantiene su forma original, sus propiedades resistentes, sus condiciones de servicio y sus características estéticas, sin necesidad de efectuar reparaciones capitales, pero con mantenimientos ligeros sistemáticos (NC, 2005). Es decir, si la estructura careciera de cualquiera de estas tres propiedades (seguridad, funcionalidad y estética), ésta ya sobrepasó el periodo de su vida útil. La vida residual es el tiempo a partir del momento que la estructura alcanza el anterior límite aceptable (fin de la vida útil) (Andrés A. Torres Acosta, 2001).. Este es el periodo en el que la estructura necesitaría reparación,. remodelación o completa renovación para que regrese a su estado de servicio original, es decir, que sea segura, funcional y estética.. 1.2 Aproximación holística al estudio de la durabilidad de las estructuras hormigón. Principales componentes. 1.2.1 Efecto de aditivos plastificantes y fluidificantes e inhibidores de la corrosión de estructuras en ambientes diversos. Los aditivos plastificantes tienen un efecto físico, son adsorbidos por los granos de cemento y neutralizan la carga eléctrica molecular, dispersándolos y logrando que se hidraten mejor, lo que mejora la laborabilidad de la mezcla y además se incrementan las resistencias mecánicas. Estos tipos de aditivos se pueden notar de dos formas como: Plastificantes ligeros: pueden reducir hasta el 10-15% del agua de amasado, manteniendo la consistencia constante. Se adiciona normalmente entre 0,2 y 0,5% en peso del cemento. Superplastificantes: pueden reducir normalmente desde un 15% hasta un 40% del agua de amasado, manteniendo la consistencia constante. Adición normalmente entre 0,5 y 2% en peso del cemento (Monteiro, 1998a). Los plastificantes pueden ser plastificantes físico-químicos o plastificantes físicomecánicos. A los primeros los integran productos como, la cal grasa, la bentonita y las cenizas volantes. Los plastificantes físico-químicos, son aquellos de base de.

(22) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 9. lignosulfonato cálcico que es un subproducto de la producción de la celulosa (SEQUEIRA, 1986). Estos aditivos tienen diferentes funciones y características que lo hacen particular, la principal función de un aditivo plastificante es mejorar las propiedades del hormigón: mayor laborabilidad, mayores resistencias a edades tempranas y finales, ó mayor rendimiento del cemento. Se puede utilizar para reducir el consumo de cemento en la mezcla, sin afectar sus resistencias mecánicas y manteniendo la consistencia en un valor razonablemente útil, pero esta reducción depende mucho del contenido total de finos en la mezcla (finos aportados por los áridos). Se pudiera reducir un 20% del agua de amasado de la mezcla en un hormigón con 400 kg de cemento y 200 kg de agua con relación A/C = 0,5 (Monteiro, 1998a). Los aditivos superplastificantes se pueden identificar mediante tres formulaciones básicas: lignosulfonatos modificados (LM), naftaleno formaldehído sulfonato (NFS),. melamina. formaldehído sulfonato (MFS). Los últimos diseños de aditivos superplastificantes, además de lograr reducciones del agua de amasado de hasta un 40% logran mantenimientos muy prolongados de la consistencia de la mezcla, ideal para el hormigón premezclado: Policarboxilatos, copolímeros vinílicos y poliacrilatos. Uno de los más recientes y geniales logros del uso de estos aditivos fueron los hormigones autocompactables (Howland Albear, 2007). Concluyendo, los plastificantes físico – mecánicos tienen un gran uso como aditivos de hormigones que se someten a ambientes marinos, en especial las cenizas volcánicas. En estudios anteriores se ha demostrado que este aditivo unido al hormigón ayuda a disminuir la velocidad de penetración de los cloruros en el ambiente marino, esto puede ser de gran ventaja en hormigones que se someten a ambientes agresivos.. 1.2.2 Empleo de cenizas volantes como adición mineral al hormigón. El empleo de adiciones y con ello las cenizas volantes como adición de tipo II debe ser regulada a la hora de utilizarla como composición del hormigón con dependencia de la cantidad de cemento y la relación a/c; en cuanto a la cantidad de cemento se reduce la cantidad mínima de cemento en la mezcla y la adición de la cenizas volantes más el cemento debe ser mayor o igual que el contenido mínimo de cemento según plantea la.

(23) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 10. DIM 450 al igual que en la fabricación de hormigones con altas resistencias a los sulfatos para aguas que atacan al hormigón con un contenido de sulfatos de SO 4 ≤ 1500 mg/L. En lugar de utilizar cementos con escorias de alto horno se pueden utilizar cenizas volantes en combinación con los siguientes cementos: cenizas volantes más cemento portland, cenizas volantes más cemento portland con escorias de alto horno, cenizas volantes más cemento portland de pizarra bituminosa (P. KUMAR MEHTA, 2001). Para el empleo de cenizas volantes con granos de piedra que puedan ser atacados por álcalis se debe tener en cuenta la directriz de la reacción de los álcalis al hormigón, en esta aplicación el contenido de álcalis máximo de las cenizas volantes está limitado a un 4% de la masa y en cuanto a la fabricación de hormigones sumergidos con adiciones, el contenido de cemento y de cenizas volantes no debe ser menor que 350 kg/m3 según plantea la DIM 450.. 1.2.3 Proceso de hormigonado. Producción, colocación, terminación y curado del hormigón. Conocimientos y habilidades del personal. 1.2.3.1. Preparación del árido.. Los áridos constituyen una parte importante en el hormigón, no sólo en el orden cuantitativo, ya que constituyen generalmente más del 75% del volumen del mismo, sino también en el comportamiento cualitativo (Monteiro, 1998b). En ocasiones se le suele dar a los áridos una función puramente económica, presentándose simplemente como un material de relleno, sin embargo, los mismos tienen también una importante función técnica. Los áridos tienen una gran repercusión en las propiedades de los hormigones, tanto en su estado fresco como en el endurecido (Monteiro, 1998b). La disminución de la fisuración y de las variaciones volumétricas en general, así como las propias resistencias mecánicas que se logran, se debe en gran medida a la presencia de los áridos en el aglomerado (P. KUMAR MEHTA, 2001). Debe tenerse en cuenta además, que la durabilidad y resistencia química que caracterizan al hormigón se deben en gran medida a la presencia de los áridos. Antes del proceso de hormigonado se corresponde realizar una preparación del árido en la cual se debe tener en cuenta su procedencia ya que si este viene del rio, la única.

(24) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 11. operación necesaria es la clasificación mediante zarandas por estar ya lavado, y se acostumbra a venir clasificados. Los áridos de. machaqueo. se obtienen. rústicamente. mediante almádenas, e. industrialmente con machacadores de mandíbulas, molinos de martillo y cilindros entere otros. Se clasifican mediante cribas cilíndricas rotatorias ligeramente inclinadas con orificios de 5mm en la parte superior, estos orificios dejan pasar la arena, en el centro los orificios son de 15 a 30 mm para la gravilla y en la parte baja son mayores que 50 mm (ASSO, 2000). Tanto los áridos naturales obtenidos en minas como los artificiales obtenidos por machaqueo deben ser lavados para eliminarles el polvo o tierra, pudiendo hacerse esto a la vez que se clasifiquen (ASSO, 2000).. 1.2.3.2. Selección del cemento.. Para un buen comportamiento del cemento en el proceso de hormigonado antes debe ser almacenado en sitios secos y protegidos de la humedad, clasificándose por expediciones y clases, de manera que en todo momento se pueda saber las informaciones necesarias para ser utilizados como marca, fecha de expedición (ASSO, 2000). Además para utilizarlo se seleccionará entre aquellos cuya aptitud de uso esté establecida, teniendo en cuenta la ejecución de la obra, el uso final del hormigón, las condiciones del curado, las dimensiones de la estructura, las condiciones ambientales a las que estará expuesta la estructura y la reactividad potencial de los áridos con los álcalis procedentes del resto de los materiales constituyentes (Monteiro, 1998b).. 1.2.3.3. Dosificación.. En obras de pequeño volumen en las que se preparan las mezclas a mano, los áridos se miden por medio de carretillas de una cavidad conocida. También se acostumbra a emplear cajas de madera sin fondo las cuales se colocan sobre una superficie plana y se llenan con áridos (ASSO, 2000). Cuando el amasado se hace con hormigoneras estas generalmente están provistas por cargadores de cierta capacidad en las que vierten los áridos y el cemento siendo elevados con el mismo motor..

(25) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 12. El cemento generalmente se vierte por sacos de 50 kg debiéndose procurar que las mezclas sean múltiplos de sacos, pues las fracciones de no pesarse suelen dar grandes errores (ASSO, 2000). Es conveniente que en obras de gran importancia hacer las dosificaciones por peso de todos los productos, debiéndose tener siempre muy presente el estado de humedad de los áridos sobre todo de la arena, ya que puede provocar un aumento de volumen además de agregar mas agua innecesaria para la mezcla.. 1.2.3.4. Amasado.. En las obras de poca envergadura el amasado se realiza a mano, sobre una superficie impermeable mezclando en seco el árido con el aglomerante, hasta obtener una mezcla de color uniforme y agregando después el agua en pequeñas dosis, dándole a esta mezcla varias vueltas de pala gasta obtener un producto homogéneo (ASSO, 2000). En las obras de importancia se realiza el amasado con hormigoneras. Las hormigoneras pueden ser de amasado continuo cuando los constituyentes entran por un lado y salen mezclados por el otro, e intermitentes las que amasan una dosificación se vacían y es vuelven a llenar estas son las mas usadas en el amasado del hormigón, las hormigoneras de amasado continuo se usan solo para desleiduras de cemento y agua (Monteiro, 1998a). La introducción de los componentes a la hormigonera deberá hacerse en el orden siguiente: en primer lugar, una parte de el árido grueso y un poco de agua y se hace girar la hormigonera para limpiar la cuba de amasados precedentes, después se echa el cemento, el resto del agua y la arena dando seguidamente unas vueltas y finalmente el resto del árido grueso por orden creciente de tamaño (ASSO, 2000). El. tiempo de. amasado después de llenar la hormigonera, para un hormigón de. consistencia plástica es aproximadamente de medio minuto en las hormigoneras de eje vertical, un minuto en las de eje horizontal y dos minutos en las de eje inclinado. La duración exagerada del amasado puede ser perjudicial porque se produce un descenso o segregación del árido grueso y molienda de los áridos (Monteiro, 1998a)..

(26) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 13. 1.2.4 Fisuración y rotura del hormigón. Las fisuras inherentes al hormigón armado constituyen un camino rápido de penetración de los agresivos hasta la armadura. Cuando éstos la alcanzan se empiezan a corroer las zonas no recubiertas de hormigón que actúan de ánodo frente a las adyacentes que actúan como cátodo (Andrés A. Torres Acosta, 2001). Las normativas de los diferentes países y, por tanto, también la cubana, contemplan un ancho máximo admisible de las fisuras en la superficie que se sitúa entre 0,1 - 0,4 mm. Sin embargo, estudios recientes han mostrado que no existen diferencias significativas en el comportamiento de las fisuras siempre que éstas tengan anchos inferiores a alrededor de 0.4 mm, ya que en general estas fisuras se obturan con los propios productos de corrosión y no suponen un riesgo significativo en término de la vida útil de la estructura, en cambio, factores como relación recubrimiento/diámetro de la armadura y la calidad del recubrimiento han resultado más decisivos en algunos trabajos.. 1.2.5 Mantenimiento (Reparación). Para lograr bajos costos de mantenimiento y obtener ahorros a largo plazo se requieren tomar varias estrategias y precauciones desde el inicio de construcción de una obra, una óptima selección de los materiales de construcción es una. de ellas, otras son los. procedimientos de diseño y construcción bien planeado y organizado llevándolo a un buen término, y por último hacer un buen programa de mantenimiento que esté definido por la naturaleza de las construcciones, para esto se debieran realizar inspecciones aunque las inspecciones diarias son difíciles, por lo que las técnicas de inspección a las obras deben ser consideradas por el diseñador desde el principio de su puesta en marcha ya que algunos problemas pueden evitarse si se identifican y tratan a tiempo (Andrés A. Torres Acosta, 2001). Los costos de mantenimiento imputables a la durabilidad son de gran importancia por lo que a la vez que los procesos deletéreos que se le asocian a la durabilidad requieren tiempo para mostrarse macroscópicamente, con frecuencia se detectan cuando están muy avanzados y entonces sus costos son mucho mayores (Oscar Hernández Castañeda, 2006). Por lo tanto, se ha demostrado que es de vital importancia invertir en el mantenimiento de las estructuras y no tratar de evitar esta inversión que en un final se pudiera multiplicar y.

(27) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 14. en muchas ocasiones provocar el desmantelamiento de una obra por no hacerle revisiones periódicas para su mantenimiento y aumento de su durabilidad.. 1.3 Comportamiento físico-mecánico y químico del hormigón. 1.3.1 Influencia de las características del hormigón fresco en la durabilidad del hormigón endurecido. El principal componente que constituye la estructura en la mezcla de hormigón es la pasta de cemento. A medida en que se desarrolla el proceso de hidratación del cemento aumenta la dispersión de las partículas de la fase sólida y crece la capacidad aglutinante y adhesiva de la pasta de cemento (Monteiro, 1998a). La mezcla de hormigón, al someterse a un esfuerzo creciente va experimentando deformaciones elásticas, pero vencida la resistencia estructural fluye de manera similar a como ocurre con un líquido viscoso. Por eso a la mezcla de hormigón se le denomina cuerpo elasto-plástico viscoso, con propiedades del sólido y del líquido auténtico (Monteiro, 1998a). Las principales propiedades del hormigón en estado fresco que contribuyen a una buena durabilidad del hormigón endurecido son: la docilidad de la mezcla, consistencia del hormigón, tiempo de fraguado, temperatura del hormigón, el contenido de aire y peso unitario, entre otras propiedades que pudieran ser válidas en este sentido. La docilidad o laborabilidad de la mezcla fresca es una propiedad indispensable en la elaboración de un hormigón con criterios de durabilidad, entendiéndose como tal la aptitud del material para dejarse fabricar, transportar, colocar y compactar, sin que se presenten afectaciones notables en dichas actividades. Bajo un enfoque correcto del problema, puede señalarse que la docilidad del hormigón depende de dos factores fundamentales, las condiciones de fabricación y puesta en obra y las condiciones y dimensiones del encofrado, así como, las dimensiones y la separación de los aceros (Gorchakov, 1984). La laborabilidad de la mezcla deberá estar mutuamente relacionada con las características de la obra o elemento que se quiera realizar. Lograr una buena docilidad garantizaría un buen vertido de la mezcla y con ella una compactación adecuada para.

(28) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 15. poder obtener un hormigón con apropiada terminación y así un máximo de calidad (Monteiro, 1998a). La consistencia del hormigón se entiende el grado de deformabilidad del mismo, la cual es un índice indirecto de evaluar la docilidad (Monteiro, 1998a). La consistencia constituye una propiedad muy útil del hormigón, siendo un índice bastante confiable para el control de la cantidad de agua de amasado. Muchos son los factores que modifican la consistencia del hormigón, entre ellos contenido de finos, tamaño máximo del árido, forma de las partículas de los áridos, granulometría de los áridos, proporción de la mezcla, presencia de aditivos, sin embargo, es indudable que el más importante de ellos es el contenido de agua en la masa del material (Monteiro, 1998a). La temperatura de la mezcla de hormigón en un momento determinado depende de muchos factores. Como se conoce ya las elevadas temperaturas son en algunas ocasiones favorables, pero la mayor parte de las veces negativa, en las elevadas temperaturas que se generan en los hormigones en trance de fraguado. Como se comprende, esa temperatura es la suma de la que se genera por la hidratación del cemento más la condicionada por el ambiente (Gorchakov, 1984). Por esa razón, en países con clima tropical fuerte, como el caso de Cuba, es necesario efectuar el control de la temperatura del hormigón y adoptar medidas preventivas para evitar la fisuración prematura del hormigón y otros efectos negativos, como la pérdida de asentamiento, disminución de los tiempos de fraguado, entre otras consecuencias negativas. El contenido de aire en la mezcla trae consigo resultados indeseados en la durabilidad del hormigón endurecido y es producto de una inadecuada compactación que dejará la masa de hormigón menos compacta, y pueden quedar coqueras adicionales al aire atrapado (Monteiro, 1998a). Todas estas propiedades del hormigón en estado fresco son importantes de considerar a la hora de elaborar un hormigón porque puede traer daños prematuros en la estructura provocando una deficiente terminación y así una durabilidad pobre en comparación con la requerida. El cuidado de la mezcla de hormigón debe hacerse desde el inicio de su elaboración para poder lograr que después el hormigón endurecido logre las propiedades.

(29) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 16. resistentes adecuadas para soportar todos los embates de la naturaleza a que sean sometidos.. 1.3.2 Validez de la permeabilidad del hormigón y de cambios de volumen en la durabilidad. La permeabilidad del hormigón es una propiedad muy importante, pero en algunos casos es decisiva. Siempre debe tenerse en cuenta esta propiedad, pues ella influye en la capacidad de trasporte de agentes a través del hormigón, lo cual tiene especial significado en la durabilidad. En el hormigón armado la permeabilidad tiene efectos negativos también, pues de esa manera se favorece la penetración de agentes corrosivos. La permeabilidad del hormigón está gobernada mayormente por la permeabilidad del mortero y la pasta de cemento endurecida, pues es en definitiva donde se encuentran los poros permeables capaces de permitir el paso de sustancias a su través, mediante distintos fenómenos (Gorchakov, 1984). Desde luego, que la porosidad influye en la permeabilidad, pero debe recordarse que en este caso lo que interesa son los poros conectados, y en el sentido práctico, los poros de determinado diámetro. Efectivamente, los poros del gel de tobermorita, por ejemplo, ocupan un volumen considerable de la pasta de cemento endurecida (alrededor del 28%), sin embargo su influencia en la permeabilidad es despreciable, debido a sus pequeñísimas dimensiones y extraordinaria superficie específica (Monteiro, 1998a). Los poros capilares de la pasta de cemento pueden llegar a sellarse con un buen curado, si la relación agua/cemento utilizada en la mezcla no es demasiado elevada (más de 0,5), y ciertamente ellos tienen un peso mucho menor en la permeabilidad, influyendo solamente en las primeras edades (Gorchakov, 1984). En el sentido práctico, puede considerarse que la permeabilidad del hormigón depende fundamentalmente de los poros capilares, los poros debidos a la exudación y de los poros debidos a deficiente compactación. De esta manera, las medidas preventivas contra la permeabilidad del hormigón, deben estar dirigidas a la disminución de tales tipos de poros. Durante el endurecimiento al aire tiene lugar la retracción del hormigón, es decir las dimensiones lineales de los elementos se acortan, se encojen. La retracción está.

(30) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 17. integrada por diferentes componentes, a causa de la humedad, a consecuencia de la carbonización y debido a la contracción. Como han demostrado. las diferentes. investigaciones, la evaporación del agua a partir del gel de cemento va acompañada del acercamiento de sus partículas y es la razón que conduce a la retracción debido a la humedad. La carbonización del hidróxido cálcico que contiene la piedra del cemento pasando aquel a formar carbonato de calcio también provoca retracción (Gorchakov, 1984). Las mediciones corrientes dan valor sumario de la retracción del hormigón constituido por los componentes relacionados con la humedad y carbonización. El constituyente que integra a la contracción, suscitada por la disminución del volumen absoluto del sistema cemento-agua es pequeño y constituye tan solo el 10% de la retracción a causa de la humedad (Gorchakov, 1984). La retracción no uniforme provoca el surgimiento de tensiones de tracción en las capas exteriores de la obra y la aparición de fisuras internas en el lugar de las zonas de contacto con el árido y en la propia piedra de cemento (Gorchakov, 1984). Por tanto, como consecuencia de la retracción del hormigón en las estructuras de hormigón simple u hormigón armado, aparecen tensiones de contracción, por eso las obras de gran envergadura se separan con juntas especiales para evitar la aparición de fisuras. El hormigón en masa se seca por fuera, mientras que por dentro permanece húmedo por mucho tiempo.. 1.3.3 Potencial empleo. de los hormigones autocompactables y altas. prestaciones a escala internacional. El hormigón autocompactable es aquel hormigón diseñado de forma especial para que presente una consistencia muy fluida, capaz de llenar los moldes por gravedad, sin ayuda de medios de compactación externos. Debe mantenerse homogéneo tanto en el transporte como en su puesta en obra, no produciendo segregaciones y siendo capaz de atravesar los obstáculos que constituyen las armaduras. Tal consistencia presenta cierta viscosidad que diferencia este hormigón del hormigón convencional de consistencia fluida (Monteiro, 1998a)..

(31) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 18. El hormigón autocompactante se obtiene a partir de la adición de aditivos superplastificantes los que le conceden su principal propiedad que es la no necesidad de compactación (CATALÁ, 2012). Evidentemente esta propiedad es una gran ventaja con respecto a otros tipos de hormigones ya que elimina la aparición de coqueras en las estructuras, elimina la utilización de operarios para el vibrado de los elementos. Las características principales que debe reunir este hormigón son, capacidad de llenado bajo la acción de su peso propio llenando completamente los moldes o encofrados, facilidad de paso a la hora del hormigonado evitando la segregación y la creación de nidos de árido grueso, estabilidad para mantenerse homogéneo durante su transporte y colocación (Jaime Fernández Gómez). Para la fabricación de este tipo de hormigón hay que tener en cuenta los materiales componentes, el cemento se puede utilizar de igual manera que en los hormigones convencionales, las especificaciones de los áridos son las mismas que para la fabricación de cualquier hormigón, los aditivos si son muy importante a considerar ya que es obligatorio utilizar aditivos superplastificantes para lograr hormigones autocompactables, también se pudieran utilizar otros tipos de aditivos para modificar la viscosidad, incorporadores de aire ocluido, retardadores de fraguado entre otros, en estos hormigones se pueden utilizar adiciones que tengan efecto filler, en cantidades suficientes para dar cohesión a la mezcla y evitar la segregación de la mezcla. El acabado superficial de este tipo de hormigón es muy difícil de igualar ya que elimina la heterogeneidad que produce el vibrado (Jaime Fernández Gómez). Una de las características más significativas de este tipo de hormigón es que calca a la perfección el encofrado que se le ponga, por eso es muy utilizado para lograr variedades de figuras, relieves y terminaciones que no son tan fáciles de lograr con otro tipo de hormigón (CATALÁ, 2012). El hormigón autocompactable presenta una interface árido-pasta de cemento más densa que el hormigón convencional y, por lo tanto, una estructura interna más compacta y con menor red de poros abiertos, lo que determina una durabilidad igual o superior a la de el hormigón tradicional con los mismos parámetros de durabilidad, es decir análoga dosificación de cemento y la misma relación a/c (Jaime Fernández Gómez)..

(32) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón. 1.4 Papel del medio ambiente circundante. en. la. 19. corrosión de las. estructuras de hormigón. 1.4.1 Corrosión de estructuras de hormigón armado en ambientes marinos. La mayoría de las aguas de mar presentan una composición química uniforme, caracterizada por la presencia de un 3.5% de sales solubles en peso. Las mayores concentraciones iónicas son las del Na +; y del Cl‾, que son de 11.000 y 20.000 mg/litro, respectivamente (Monteiro, 1998a). También hay cantidades significativas de Mg2+ y SO42-, normalmente 1.400 y 2.700 mg/litro, respectivamente. El pH de estas aguas marinas varía entre 7.5 y 8.4 correspondientemente (Miguel Ángel Bermúdez Odriozola, 2007). Por lo tanto, el hormigón expuesto a un ambiente marino puede deteriorarse debido a los efectos combinados de la acción química de estos constituyentes del agua de mar sobre los productos de hidratación del cemento, de la expansión álcali-árido (cuando hay áridos reactivos), de la presión de cristalización de sales en el hormigón (si una cara de la estructura está sometida a condiciones de humedad y la otra a condiciones de secado), a la acción del hielo en climas fríos, a la corrosión de las armaduras y a la erosión física debida a la acción de las olas y de las partículas en suspensión. Cada una de estas acciones provoca un aumento de la permeabilidad del hormigón, lo que contribuye a que progrese el ataque de la causa inicial y el de los demás tipos de acción (Monteiro, 1998a). De todas estas posibles patologías, la corrosión de las armaduras suele ser la principal causa de deterioro del hormigón en estructuras de hormigón armado expuestas a condiciones marinas agresivas.. 1.4.2 Características de la corrosión marina en regiones tropicales. El agua de mar contiene sales disueltas que presentan gran agresividad para el hormigón, todas estas se encuentran presentes como agentes agresores: cloruro sódico (NaCl), cloruro magnésico (MgCl2), sulfato magnésico (MgSO4), sulfato cálcico (CaSO4), cloruro potásico (KCl) y sulfato potásico (K 2 SO4) (Portugal, 2007). Como en otras zonas, en las zonas tropicales la corrosión en el hormigón se vincula con la temperatura y humedad. Como se sabe, el incremento de temperatura potencia todas las reacciones químicas, se estima que un aumento de la temperatura en 10°C duplica la.

(33) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 20. velocidad de la reacción. La corrosión por carbonatación se activa en el rango de 60 a 90% de humedad relativa (Portugal, 2007). En el caso de la corrosión por cloruros el efecto de la humedad es importante en especial en los niveles de 70 a 90% de humedad relativa (Vargas, 2007). Para concluir, los resultados en regiones cálidas muestran que la elevada humedad relativa favorece el fenómeno de la corrosión. La experiencia internacional sobre deterioros por corrosión en estructuras de concreto demuestra que, la corrosión se incrementa en las zonas marítimas de climas semitropicales y subtropicales, con temperaturas elevadas y apreciable humedad relativa, en comparación con los resultados que se obtienen en climas fríos o templados. De esta manera, en las regiones tropicales se hace más difícil la prevención de la corrosión, ya sea por el conveniente diseño estructural o la adopción de apropiados sistemas de construcción.. 1.4.3 Corrosión por disolución del hidróxido de calcio Ca (OH)2. En la hidratación del cemento se libera gran cantidad de Ca (OH) 2 como consecuencia de la hidratación del SC3 y SC2, que constituyen aproximadamente el 75% del cemento. Este tipo de ataque se debe principalmente a un proceso de disolución y posterior lavado del Ca (OH)2 producido por las aguas agresivas. Esto conlleva, si el proceso es continuado, a la descomposición de los silicatos, aluminatos y ferritos, por la liberación de la cal combinada en dichos compuestos, que son estables a una concentración de hidróxido de calcio determinada. Lo anterior produce destrucción del hormigón (Gorchakov, 1984).. 1.4.4 Corrosión producida por aguas blandas y aguas con contenido de dióxido de carbono (CO2) agresivo. Aguas Blandas: Se denominan aguas blandas a aquellas cuyo contenido de sales disueltas es pequeño. Las aguas blandas pueden ser aguas destiladas, aguas de retorno industriales, aguas de lluvia. Las aguas de ríos y embalses pueden ser también algo blandas(Monteiro, 1998b). Este tipo de corrosión consiste esencialmente en la disolución y posterior lixiviación (lavado) del hidróxido de calcio (Monteiro, 1998b)..

(34) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 21. Aguas con dióxido de carbono (CO 2) agresivo: El mecanismo de ataque de las aguas con CO 2 agresivo es el siguiente(Monteiro, 1998b): Sobre la superficie del hormigón existirá CaCO 3 como consecuencia de la reacción del CO2 de la atmósfera con el Ca (OH)2. El efecto de CaCO3 es aumentar la impermeabilidad del hormigón ya que actúa como sellante debido a su baja solubilidad. Sin embargo, si este hormigón entra en contacto con agua con CO 2 agresivo se efectuará la reacción (Monteiro, 1998b): Ca CO3 + CO2 + H2O. Ca (HCO3)2. El bicarbonato de calcio, Ca (HCO 3)2, es sumamente soluble, por lo que permite que el agua agresiva penetre hasta zonas nuevas, ricas en Ca (OH) 2, el que reaccionará con el bicarbonato de calcio de la siguiente manera (Monteiro, 1998b): Ca (HCO3)2 + Ca (OH)2. 2CaCO3 + 2 H2O. El carbonato de calcio obstruye los poros, pero después es atacado nuevamente por el agua agresiva repitiéndose el proceso hasta poner en peligro la estructura. El agua con CO2. agresivo puede aparecer en aguas subterráneas, embalses y otros lugares. (Monteiro, 1998b).. 1.4.5 Corrosión producida por aguas y sales agresivas. Influencia de los cloruros, sulfatos, nitratos e hidróxidos. Los sulfatos pueden ser muy agresivos a la hora de atacar al hormigón provocando el deterioro de este que se manifiesta la mayoría de las veces como fisuras y deformaciones del hormigón, a continuación se expondrán gran parte de los sulfatos que le pudieran provocar estas acciones negativas sobre el hormigón en ambientes desfavorables (Monteiro, 1998b).  Sulfatos. Los sulfatos más peligrosos son(Monteiro, 1998b): o. Sulfato de sodio (Na2SO4). o. Sulfato de calcio (CaSO4). o. Sulfato de magnesio (MgSO4).

(35) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón. o. Sulfato de cobre (II) (CuSO4). o. Sulfato de aluminio y potasio (K Al(SO 4)2). o. Sulfato de manganeso (MnSO4). o. Sulfato de potasio (K2SO4). o. Sulfato de hierro (II) (FeSO4). o. Sulfato de hierro (III) (Fe2(SO4)3). . 22. Nitratos.. Los nitratos son ampliamente solubles en agua, su efecto sobre el hormigón es muy similar al de los cloruros, ellos deterioran el hormigón sin causar expansión. Los siguientes nitratos no son perjudiciales al hormigón(Gorchakov, 1984): o. Nitrato de sodio NaNO3. o. Nitrato de potasio KNO3. o. Nitrato de calcio Ca(NO3)2. o. Nitrato de plomo (II) Pb(NO3)2. El nitrato de aluminio Al(NO3)3 tiene un efecto moderado, sin embargo el nitrato de amonio NH4NO3 tiene un efecto muy perjudicial sobre el hormigón (Gorchakov, 1984). . Hidróxidos.. En este caso, los mecanismos de ataque al hormigón que se pueden producir son (Monteiro, 1998b): a. Reacción química de intercambio con los componentes del hormigón. b. Cristalización en los poros del hormigón (la cual es particularmente severa en el caso de que existan zonas donde se alteran el secado y la humedad). Las soluciones básicas de bajas concentraciones no son perjudiciales al hormigón. La fortaleza de las bases está expresada usualmente en términos de pH. La corrosión debido a las bases puede ocurrir en plantas de productos químicos, fábricas de jabones, etcétera. Las aguas con concentraciones elevadas de hidróxido de potasio (KOH) e hidróxido de sodio (NaOH) son agresivas al hormigón. Las soluciones básicas de débiles.

(36) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 23. concentraciones no son agresivas al hormigón. Por otro lado por ejemplo, el hidróxido de calcio, aún en concentraciones elevadas no es agresivo al hormigón, recuérdese que el cemento al hidratarse produce este compuesto (Monteiro, 1998b).. 1.5 Factores acelerantes de la corrosión del acero-hormigón en ambientes agresivos. 1.5.1 Estado superficial del acero. Si el acero se encuentra recubierto de óxidos de color pardo, su pasivación será más difícil e incompleta y la cantidad de agresivo necesario para despasivarlo será mucho menor que si su superficie se coloca limpia de óxidos y otras suciedades (Andrade, 1998). Según un estudio experimental (Odrizola, 2007) realizado sobre bloques de hormigón armado, en los hormigones con un contenido bajo de cloruros (0 y 0,4% en peso de cemento), las muestras de acero inicialmente preoxidadas mostraban las velocidades medias de corrosión más elevadas (hasta 5 µm/año). En los hormigones con un contenido alto de cloruros (2,5% en peso de cemento), todas las muestras de acero, independientemente del estado inicial de su superficie, mostraban elevadas velocidades medias de corrosión (por encima de 1 µm/a o). El motivo principal de esta mayor velocidad de corrosión reside en el óxido poroso, que actúa como barrera frente a las soluciones alcalinas del hormigón, y también como hueco en el que se concentran por migración hacia los puntos anódicos de los aniones que estimulan la corrosión. La superficie de acero preoxidada parece crear unas condiciones tales que la solución alcalina del hormigón no es capaz de cambiar suficientemente el electrolito que hay bajo el óxido como para pasivar el metal. En los casos en los que se producen ciclos de humedad y secado, la capa de óxido podría actuar como un acumulador de los componentes reducibles del sistema: cuando hay poca humedad y, por lo tanto, un acceso fácil del oxígeno, los productos de la corrosión se oxidan; cuando hay mucha humedad y, por lo tanto, dificultad de acceso del oxígeno, el óxido se reduce y participa en la despolarización (NOVAK, 2001)..

(37) Capítulo I. Estudio de hormigones sometidos a ambientes marinos agresivos. Durabilidad del hormigón.. 24. Finalmente, otros autores (Odrizola, 2007) (Andrade, 1998) indican que la limpieza de la. superficie de. las armaduras según se reciben en obra puede ser beneficiosa o. perjudicial, en función del tipo de acero.. 1.5.2 Recubrimiento del acero en elementos de hormigón. El recubrimiento del hormigón es el parámetro más importante de cara a la corrosión. Una buena calidad implica impermeabilidad y espesor adecuados. Se emplean espesores de 25 a 40 mm (RILEM, 2000). Sin embargo, el espesor de recubrimiento influye sobre el valor de tolerancia de cloruros para anchuras de fisura hasta 0,4 mm. Si las fisuras son mayores, aumentar el espesor de recubrimiento no sirve para nada (RILEM, 2000). En estudios anteriores(Odrizola, 2007) (RILEM, 2000) (Andrade, 1998) se ha demostrado que la anchura de fisura no influye sobre la velocidad de corrosión, por lo que si el recubrimiento del hormigón es de alta calidad el daño por corrosión es pequeño incluso para fisuras de 0.3 mm.. 1.5.3 Contenido y tipo de cemento. Al incrementar el contenido de cemento, la capacidad de fijación del hormigón frente al CO2 y al Cl- aumenta, aunque influye menos que los factores anteriores (Odrizola, 2007). Normalmente un contenido de cemento en torno a 300 kg/m3 es suficiente para conseguir una permeabilidad suficientemente baja Por otra parte, la cantidad total de CO 2 necesaria para neutralizar el hormigón hasta una cierta profundidad dependerá de la cantidad de productos alcalinos de hidratación del cemento por unidad de volumen (representa su capacidad de fijación), que a su vez depende del tipo de cemento. La capacidad de fijación de cloruros es inferior en los cementos resistentes a sulfatos que en los normales (Odrizola, 2007). La capacidad de fijación de cloruros de los cementos portland y de los cementos con puzolanas será función de la cantidad de C 3A en el clinker; en el caso de los cementos con escorias, depende de la cantidad de C 3A en la parte del clinker, y del contenido de aluminato en la parte de escorias. Sin embargo, los iones cloruros no pueden eliminarse totalmente de la solución de los poros mediante fijación química, dado que se establece un.