ÍNDICE DE LA LECCIÓN Procesos Físicos Procesos químicos

ÍNDICE DE LA LECCIÓN Procesos Físicos Procesos químicos
Fisuración Ciclos hielo-deshielo Erosión Procesos químicos Condiciones y factores Procedencia de agentes agresivos externos Tipos de reacción química Reacciones de disolución Reacciones expansivas Procesos biológicos

PROCESOS FÍSICOS Fisuración
Causas MECANISMOS QUE ORIGINAN DEFORMACIONES Movimientos generados en el interior del hormigón Causan fisuración si el movimiento está impedido La coacción puede ser global o local (una armadura) Ejemplos: Retracción por secado Expansión o contracción térmicas Asentamiento plástico Expansión del material embebido en el hormigón Por ejemplo la corrosión de armaduras o la reacción árido-álcali Condiciones impuestas Asientos diferenciales Cargas

Clasificación Movimientos durante ejecución Movimiento del encofrado Movimiento de la sub-base Anteriores al endurecimiento Retracción plástica Asentamiento plástico Plásticas Heladas tempranas Áridos con retracción Retracción de secado Afogarado Físicas Corrosión del acero Reacción árido-álcali Carbonatación del cemento Químicas Posteriores al endurecimiento Ciclos hielo-deshielo Variaciones térmicas estacionales Contracción térmica temprana Térmicas Sobrecarga accidental Fluencia Cargas de cálculo Estructurales

Temporalización Cargas Reacción árido-álcali Corrosión Retracción de secado Contracción térmica temprana Retracción plástica Asentamiento plástico 1 hora 1 día 1 semana 1 mes 1 año 50 años

Fisuras intrínsecas

Fisuras intrínsecas ASENTAMIENTO PLÁSTICO Tipo de fisura Asentamiento plástico Origen Exceso de exudación Soluciones Reducir exudación o revibrar Edad De 10 minutos a 3horas

Fisuras intrínsecas ASENTAMIENTO PLÁSTICO Exudación Asiento del hormigón Desplazamiento de agua de amasado a la superficie Coacción de las armaduras o encofrados Fisuración longitudinal siguiendo la armadura (losas o vigas) Fisuración marcando los estribos (pilares) Fisuración horizontal por escasa separación entre armaduras. LAMINACIÓN. Combinado con hielo o corrosión riesgo de desprendimiento del recubrimiento

Fisuras intrínsecas RETRACCIÓN PLÁSTICA Tipo de fisura Retracción plástica Origen Secado rápido (E) Barras cerca de la superficie (F) Soluciones Cuidar el curado las primeras horas Edad De 30 minutos a 6 horas

Fisuras intrínsecas RETRACCIÓN PLÁSTICA Se produce cuando la pérdida de agua por evaporación excede la cantidad de agua aportada por exudación Activación de fuerzas capilares Disminución de volumen Posible coacción por parte del árido grueso o las armaduras La resistencia a la tracción es aún muy débil Propio de elementos superficiales (losas) Fisuras preferentemente superficiales (2 a 3 mm en superficie)

Fisuras intrínsecas TÉRMICAS Tipo de fisura Origen térmico Origen Gradientes térmicos a edades tempranas (G) Altos gradientes de temperatura (H) Soluciones Reducir calor / aislar Edad De 1 día a 2-3 semanas

Fisuras intrínsecas TÉRMICAS Gradiente térmico por calor de hidratación durante el fraguado t1 A’ t0 fisura A temperaturas tensiones compresiones tracciones Línea de tensión nula Se suelen producir en elementos de cierto espesor Se trata de fisuras superficiales “en mapa” Normalmente tienen pocos mm o cm de profundidad

Fisuras intrínsecas TÉRMICAS Movimientos térmicos a edades tempranas

Fisuras intrínsecas TÉRMICAS Variaciones térmicas en servicio fisuras T1 T2

Fisuras intrínsecas RETRACCIÓN A LARGO PLAZO Tipo de fisura Retracción a largo plazo Origen Juntas ineficaces. Retracción excesiva (curado ineficaz) Soluciones Mejorar curado. Reducir contenido de agua Edad Varias semanas. Varios meses

Fisuras intrínsecas RETRACCIÓN A LARGO PLAZO Disminución de volumen provocada por la desecación Generación de tensiones por coacciones o condiciones de apoyo Condiciones de secado variables con la profundidad: RETRACCIÓN DIFERENCIAL Fisuración superficial similar a la generada por variaciones térmicas La mayor parte de las deformaciones por retracción se producen a edades tempranas (semanas o algunos meses) Descensos de humedad relativa aumentan las deformaciones por retracción Aumentos de humedad relativa puede revertir el proceso y producirse cierto aumento de volumen Estos movimientos pueden ser causa de movimientos a largo plazo con desarrollos de fisuras a cualquier edad de la estructura.

Fisuras intrínsecas AFOGARADO Tipo de fisura Afogarado Origen Encofrado impermeable (J) Exceso de fratasado (K) Soluciones Mejorar curado y acabado Edad De 1 a 7 días

Fisuras intrínsecas CORROSIÓN DE ARMADURAS Tipo de fisura Corrosión de armaduras Origen Falta de recubrimiento (L) Exceso de cloruro cálcico (M) Soluciones Corregir defectos señalados Edad Más de 2 años

Fisuras intrínsecas REACCIÓN ÁRIDO-ÁLCALI Tipo de fisura Reacción árido-álcali Origen Áridos reactivos Soluciones Corregir defectos señalados Edad Más de 5 años

Fisuras extrínsecas FISURAS ESTRUCTURALES Producidas por la actuación de cargas directas Con las armaduras resultantes de un correcto armado en condiciones de rotura y los recubrimientos adecuados, la fisuración será relativamente pequeña bajo cargas de servicio (menor que 0’5 mm) Por el contrario, fisuras muy abiertas suelen indicar fallos de diseño, errores de cálculo o haber infravalorado o despreciado alguna posible combinación de cargas (p.e., los asientos diferenciales) Más habitual suele ser la aparición de fisuras por efectos locales Anclaje de armadura activa Fisuración debida a tensiones de adherencia Posible fallo por longitud de anclaje escasa Fisuración producida por cargas concentradas Ausencia o escasez de armadura de difusión

Parámetros que intervienen en la fisuración GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA Los cambios bruscos tanto de cantos como de sección transversal favorecen la fisuración por asentamientos plásticos (losas nervadas, secciones en cajón o losas alveoladas) La fisuración por variaciones térmicas o retracción está condicionada por el grado de coacción tanto externa como interna COMPOSICIÓN DEL HORMIGÓN Influye, principalmente sobre las fisuras por asentamiento o retracción plástica (dependientes de la exudación) Para reducir la exudación: Selección adecuada de la granulometría de los áridos Elección de cementos de adición Utilizar plastificantes

Parámetros que intervienen en la fisuración DISPOSICIÓN DE ARMADURAS Las armaduras (los estribos en las vigas) suelen determinar el inicio de fisuras, tanto intrínsecas (por asentamiento o retracción plástica) como extrínsecas Las disposición de fisuras alineadas con las armaduras favorece ciertos procesos agresivos (corrosión) La fisuración puede sobrevenir por la existencia de fuertes cargas concentradas relacionadas con la disposición de armaduras: Zonas de doblado de armaduras con pequeños radios En los puntos de corte de las armaduras En la zona de solapos Por escasez de longitudes de anclaje En la zona de anclaje de armaduras activas Factores condicionantes son el recubrimiento y las separaciones entre armaduras

Parámetros que intervienen en la fisuración EJECUCIÓN Y CURADO La ejecución determina la homogeneidad y uniformidad del hormigón y la correcta ubicación de las armaduras Una correcta puesta en obra garantiza la obtención de valores adecuados para los parámetros básicos de durabilidad : Recubrimiento de las armadura Calidad de la capa superficial del hormigón La fisuración que aparece durante el proceso de ejecución es causa principal para favorecer el desarrollo de procesos agresivos que dependen del contacto con el agua u otras substancias agresivas

PROCESOS FÍSICOS Ciclos hielo-deshielo
Mecanismos de deterioro EN CONDICIONES DE SATURACIÓN TOTAL Aumento del volumen de agua (9%) Generación de tensiones Abertura de fisuras Fisura  

Mecanismos de deterioro EN CONDICIONES DE SATURACIÓN PARCIAL Distinta temperatura de congelación Existencia de agua congelada y agua líquida Aumento de la presión osmótica por difusión de sales Transporte de agua: Hormigón saturado Hacia el exterior (evaporación) Hacia otras zonas SATURACIÓN LOCAL CIRCULACIÓN IRREVERSIBLE Riesgo añadido en ciclos hielo-deshielo y aporte externa de humedad Aparición de nuevas fisuras Nuevas vías de entrada de agua

Grado crítico de saturación CONTENIDO MÁXIMO DE HUMEDAD PARA QUE NO SE PROVOQUE DETERIORO POR CONGELACIÓN Edad del hormigón Distribución de poros (incluso aire ocluido artificialmente) Condiciones ambientales Velocidad de enfriamiento Existencia de ciclos alternativos de hielo-deshielo Posibilidades de desecación entre ciclos Factores SEGÚN C.E.B G.C.S.=85%

Utilización de fundentes Disminución de la temperatura de congelación FUSIÓN del hielo superficial Aporte exterior de energía CALOR Aparición de tensiones superficiales Enfriamiento de la capa superficial Deformación del hormigón Profundidad Congelación del agua en la capa superficial Difusión de sales hacia el interior

Utilización de fundentes SITUACIÓN TRAS APORTAR FUNDENTES Temperatura ºC Capa helada Concentración de sales fundentes Profundidad Agua Capa helada Punto de congelación Temperatura del hormigón BAJADA DE TEMPERATURA Temperatura ºC Capa helada Concentración de sales fundentes  Profundidad Capa helada Punto de congelación Temperatura del hormigón Expansión de la capa intermedia impedida Degradación por exfoliación de escamas superficiales RIESGO GRAVE DE CORROSIÓN

Influencia de los áridos RANGO DE TEMPERATURAS DE HELADAS MENOR Tamaño de poros más uniforme La susceptibilidad a la helada se mide por la absorción Árido de alta absorción RIESGOS Aumento de volumen del árido El árido absorbe el agua Se expande Destrucción de la pasta de cemento Desprendimientos y microfisuras

Factores principales COMPOSICIÓN DEL HORMIGÓN Presencia de aire ocluido Cuando existe aire ocluido la pérdida de peso es un 10-20% de la correspondiente al mismo hormigón sin aire ocluido Es muy importante el espaciamiento entre burbujas, que debe ser menor de 0’2 mm para que sea eficaz Relación a/c y contenido de cemento Pérdida relativa de peso (%) a/c Si se disminuye la fracción de árido grueso hay que aumentar el contenido de cemento y aire ocluido

Factores principales CONDICIONES AMBIENTALES La existencia de desecaciones (incluso ligeras) antes de la helada es un factor determinante Si hay desecación no importa mucho la relación a/c ni el contenido de aire ocluido La evaporación es posible incluso con humedades relativas en el ambiente del 97% H.R. 97% Saturación Pérdida relativa de peso (%) Pérdida relativa de peso (%) con sin con sin Secado previo Secado previo La influencia de la dosificación sólo es relevante en condiciones de saturación del hormigón

Factores principales EDAD DEL HORMIGÓN Más agua hidratada Más huecos MAYOR RESISTENCIA A LA HELADA A mayor edad Más resistencia Resistencia mínima del hormigón de 5 MPa para evitar daños por heladas prematuras En hormigones convencionales (30 MPa) de endurecimiento normal, se alcanzan 5 MPa en 1 ó 2 días Pérdida relativa de peso (%) 1 3 28 Edad (días)

Medidas de prevención ACI Recomendaciones para hormigones expuestos a combinación de humedad y heladas cíclicas: Diseño de la estructura para minimizar la exposición a la humedad Baja relación agua/cemento Oclusión de aire adecuada Materiales de calidad Curado adecuado antes del primer ciclo de congelación Impedir la saturación: Evitar superficies horizontales Drenaje adecuado para evitar circulación de agua indiscriminada Relaciones a/c en hormigones normales no superiores a: Secciones delgadas y hormigones expuestos a sales de deshielo: 0,45 Resto de estructuras: 0,5

Medidas de prevención DIN Áridos resistentes Hormigones impermeables: Elementos de espesor entre 10 y 40 cm profundidad de penetración no mayor de 50 mm Relación a/c no mayor de 0,6 CEB En caso de heladas en ambiente seco Relación a/c inferior a 0,6 Cemento mínimo 270 kg/m3 En caso de heladas con ambiente muy húmedo Relación a/c inferior a 0,55 Cemento mínimo 370 kg/m3 Adición de aire ocluido Cantidad de aire ocluido En función de la severidad del ataque (3,5 en Europa Central - 5,5% en Europa septentrional) Con ataques severos no menos del 5% Sí el TMA es menor del 32 aumentar el aire ocluido

PROCESOS FÍSICOS Erosión
Mecanismos de deterioro ABRASIÓN Deterioro producido por desgaste de la superficie del hormigón Tráfico peatonal Acción de llantas en pavimentos Impactos Partículas pesadas en suspensión en el agua Causas Estructuras con riesgo de erosión por abrasión Obras hidráulicas (embalses, obras de encauzamiento) Obras marítimas (diques) Carreteras (pilas de puentes) Desgaste de por neumáticos de coche

Mecanismos de deterioro ABRASIÓN

Mecanismos de deterioro CAVITACIÓN Deterioro de la superficie del hormigón por estallido de burbujas de aire Desplazamiento de las burbujas Aumento de la presión ESTALLIDO DE BURBUJAS Fluido Disminución de la presión CREACIÓN DE BURBUJAS Picado por cavitación

Mecanismos de deterioro CAVITACIÓN

Factores principales CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTICULAS Forma Cantidad Dureza FLUJO DE AGUA CARACTERÍSTICAS DEL HORMIGÓN RESISTENCIA A COMPRESIÓN Relación a/c por debajo del 0,5 mejora la resistencia a la erosión Naturaleza y granulometría de los áridos (cuarzo, basaltos, diabasas) El cemento es más susceptible de erosionarse que los áridos (no sobrepasar un determinado nivel) Porosidad. No superar el 3% de aire ocluido Grado de hidratación. Conseguir el máximo grado de hidratación. Cuidar el CURADO

Medidas de prevención ACI (mejorar la resistencia superficial) Evitar la segregación Eliminar la exudación Minimizar la relación a/c en la superficie Curado adecuado CEB La capa superficial de mortero debe ser fina y exenta de fisuras gracias a un buen curado Mortero de elevada resistencia DIN Resistencia mínima 35 MPa Contenido de cemento no demasiado alto (no mayor de 350 kg/m3) Árido fino cuarcítico o de dureza similar

PROCESOS QUÍMICOS Condiciones y factores
Los materiales componentes del hormigón son susceptibles de degradarse Durabilidad determinada por la descomposición del hormigón como resultado de una reacción química Condiciones: Transporte Presencia de agua Factores: Características del hormigón Compuestos hidratados del cemento Reactividad de los áridos Agentes agresivos: tipos y cantidades Condiciones ambientales Condiciones de la interacción

PROCESOS QUÍMICOS Procedencia de agentes agresivos externos
De gases de combustiones y de procesos industriales p.e.: ácidos, SO2 , CO2 con humedad forman disoluciones agresivas De los suelos p.e.: compuestos solubles (Na2SO4 , CaSO4) Del agua pura, con CO2, de mar, industrial, residual Principal agente agresivo: el AGUA directamente como vehículo de transporte es el desencadenante

PROCESOS QUÍMICOS Tipos de reacción química
Reacciones de disolución de las fases cálcicas de la pasta de cemento aguas puras aguas carbónicas ácidos sales: amónicas, magnésicas Reacciones expansivas con agentes externos (sulfatos) entre áridos y compuestos de hidratación (álcali-árido) La REACCIÓN: se inicia al contactar la sustancia agresiva con la sustancia reactiva los efectos se manifiestan al cabo de años velocidad de reacción condicionada por velocidad de transporte mayor velocidad de reacción si la solución fluye La ACCESIBILIDAD de la sustancia reactiva está determinada por: permeabilidad del hormigón sano capa pasivante de los productos de reacción

PROCESOS QUÍMICOS Reacciones de disolución
Ataque por ácidos Conversión de los compuestos cálcicos de hidratación (hidróxido cálcico, silicato cálcico hidratado y aluminato cálcico hidratado) en sales cálcicas del ácido actuante (solubles) p.e.: HCl CaCl2 H2SO CaSO4 Su agresividad depende del pH y de la cantidad de sustancia en contacto con el hormigón Mayor velocidad de reacción a mayor solubilidad de la sal cálcica Se destruye la estructura del cemento endurecido (sist. de poros)

Ataque por ácidos: Efectos

Ataque por sales y aguas Las sales magnésicas y amónicas: reaccionan como sus ácidos equivalentes p.e. NH4Cl, como HCl Las aguas puras: actúan como disolvente de los compuestos hidratados Ca(OH)2 + H2O Ca(OH)2 + H2O Ca OH- sólido disuelto Las aguas carbónicas: disolución del Ca(OH)2 y precipitación de compuestos cálcicos CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 insoluble soluble Ca(HCO3)2 + Ca(OH) CaCO3 + H2O sólido

PROCESOS QUÍMICOS Reacciones expansivas
Ataque por sulfatos Sulfatos: origen diverso áridos suelo agua Sólo atacan a ciertos componentes los iones sulfato reaccionan con C3AH se forma ettringita (sal poco soluble y expansiva)

Ataque por sulfatos Disoluciones de CaSO4 3CaO·Al2O3·6H2O + 3(CaSO4·2H2O) + 19H2O CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O ettringita (sal de CANDLOT) Disoluciones de Na2SO4 Ca(OH)2 + Na2SO4 + H2O --- CaSO4 + 2Na+ + OH CaSO4·2H2O yeso secundario (expansivo) el yeso secundario reacciona con C3AH Disoluciones de MgSO4 Ca(OH)2 + Mg2+ + H2O Mg(OH)2 (brucita, capa protectora) sólido Ca(OH)2 + SO42- + H2O CaSO4 + H2O CaSO4·2H2O sólido yeso secundario (expansivo) si Mg2+ en disolución, puede darse sustitución de Ca2+ por Mg2+ en CSH, perdiendo éste su carácter aglomerante

Ataque por sulfatos Acción de SO2 atmosférico SO2 + ½O SO3 SO3 + H2O H2SO4 (lluvia ácida) H2SO4 + Ca(OH) CaSO4·2H2O yeso secundario (expansivo) Acción de agua de mar (presencia de iones SO42-, Mg2+, Cl-, Na+, ..., CO2) CO2: Ca(OH)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H2O (calcita-aragonito) colmata la superficie Mg2+: sustitución de Ca2+ brucita (forma costra) SO42- : reacciona con Ca2+ liberado por Mg2+,, dando yeso secundario (expande, reacciona con C3A dando ettringita) Cl-: 3CaO·Al2O3·6H2O + CaCl2 + 4H2O CaO·Al2O3· CaCl2 ·10H2O (sal de Friedel) atenuante del ataque por sulfatos

Ataque por álcalis Sustancias agresivas: Na+, K+ Sustancias reactivas: los áridos Tipos de reacción álcali-sílice (sílice amorfa) álcali-silicato (silicatos polifásicos) álcali-carbonato (carbonatos dolomíticos)

Ataque por álcalis Reacción álcali-sílice SiO2 + 2NaOH + nH2O Na2SiO3·nH2O (gel de silicato alcalino, expansivo)

Ataque por álcalis Reacción álcali-silicato reacción entre álcalis y un precipitado interlaminar de los filosilicatos los filosilicatos captan agua y expanden Reacción álcali-carbonato no produce expansión 1º: desdolomitización: CaMg(CO3)2 + 2NaOH Mg(OH)2 + CaCO3 + Na2CO3 2º: regeneración de hidróxido alacalino: Na2CO3 + Ca(OH) NaOH + CaCO3 zona porosa alrededor del árido por extracción de Mg2+ se debilita unión pasta-árido entrada de agua (absorción por arcillas: expansiones) la brucita puede reaccionar con sílice (silicatos de Mg no aglomerantes)

Ataque por álcalis: Factores que controlan la reacción Disolución de los poros: diferencia entre el agua necesaria para el amasado y la consumida en la hidratación total del cemento (a/c 0,24 aprox.) Contenido de alcalinos en la disolución: se recomienda: limitar [%Na2O + 0,658(%K2O)] a 0,6 máximo en cemento contenido total < 3 kg/m3 Contenido de componentes reactivos en los áridos: sílice reactiva y dolomitas contenido mínimo de árido reactivo para que se produzca expansión con un 35% de exceso no se produce expansión contenido pésimo de árido reactivo si TMA pequeño: reacción con álcalis dispersa (menor fisuración) Condiciones ambientales: humedad: transporte y absorción por gel; mayor incidencia en estructuras en ambientes húmedos: presas, túneles, puentes temperatura

Ataque ácido al hormigón
PROCESOS BIOLÓGICOS Vegetación: fuerzas de expansión retención de agua (saturación) ataque químico consumo de oxígeno (impide corrosión de armaduras) en ocasiones: sellado de la superficie de hormigón Microorganismos: ataque químico por ácidos húmicos REDES DE ALCANTARILLADO: Ataque ácido al hormigón

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