3. HORMIGÓN

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 1

1. DEGRADACIN Y CORROSIN DEL HORMIGN ARMADO.

1.1 DEGRADACIN DEL HORMIGN 1.2 CORROSIN DE LAS ARMADURAS 1.3. DEGRADACIN DEL HORMIGN EN INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA Y AGUAS RESIDUALES. 1.4. RECOMENDACIONES BSICAS 2. DURABILIDAD DEL HORMIGN ARMADO. NORMATIVA APLICABLE. 2.1 ARTCULO 37 EHE. NORMATIVA Y COMENTARIOS 2.2 OTROS ARTCULOS DE LA EHE RELACIONADOS CON LA DURABILIDAD 2.3 SELECCIN DE MATERIAS PRIMAS PARA HORMIGN 3. ESPECIFICACIN DE HORMIGONES EN INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA. 4. PROTECCIN Y REPARACIN DE ESTRUCTURAS DE HORMIGN 4.1 PROTECCIN SUPERFICIAL DEL HORMIGN 4.2 MORTEROS DE REPARACIN 5. BIBLIOGRAFA DE HORMIGN

HORMIGN: NDICE GENERAL


1. DEGRADACIN Y CORROSIN DEL HORMIGN ARMADO

El hormign armado es un material compuesto, constituido por una matriz, el hormign, integrado por una mezcla de cemento, aridos, agua y aditivos, y una armadura de acero.

El principal problema que surge por el deterioro de las estructuras de hormign armado (HA) no es el hormign en s , sino la armadura de acero que se introduce en su masa para hacerlo resistente a la traccin. La corrosin de la armadura de acero slo es posible despus de la degradacin del hormign que la recubre. Por lo tanto, las medidas de prevencin deben referirse , en primer lugar, al hormign.

El problema anterior se aborda en los los cuatro apartados siguientes:

SSuullffaattooss

OOttrrooss

CCOO22

AAgguuaa

CClloorruurrooss

Hormign

Armadura (acero)

Recubrimiento de la armadura

Agentes de ataque externos

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 3 1.1 DEGRADACIN DEL HORMIGN 1.2 CORROSIN DE LAS ARMADURAS 1.3. DEGRADACIN DEL HORMIGN EN INSTALACIONES DE TRATAMIENTO Y CONDUCCIN DE AGUA. 1.4. RECOMENDACIONES BSICAS

1.1 DEGRADACIN DEL HORMIGN

Regresar a Apartado 1 Se consideran los siguientes apartados: 1.1.1 ATAQUES AL HORMIGN RELACIONADOS CON EL AGUA 1.1.2 PROCESOS FUNDAMENTALES DE DEGRADACIN DEL HORMIGN 1.1.2.1 Procesos Fisicos 1.1.2.2 Procesos Qumicos 1.1.2.3 Procesos Biolgicos 1.1.1 ATAQUES AL HORMIGN RELACIONADOS CON EL AGUA La mayora de los ataques que sufre el hormign estn relacionados con el agua, puesto que el agua puede actuar como agente disolvente y de lixiviacin, como agente de transporte de sustancias agresivas e incluso provocando por s misma la fisuracin del hormign en los procesos de hielo-deshielo.

Las acciones del agua sobre que favorecen la degradacin del hormign se agrupan en los cuatro apartados siguientes:

a) Lixiviacin Se trata de la solubilizacin de ciertos componentes del cemento que constituye el hormign por la accin de un agua pura (con pocos iones), como las procedentes del deshielo. Esta accin se ve incrementada por la presencia de CO2 de la atmsfera, cuya hidrlisis confiere caracter cido a la disolucin acuosa. Este fenmeno puede presentarse en el hormign de las presas de alta montaa.

b) El agua favorece la existencia de reacciones de degradacin como las siguientes: - Reaccin de los lcalis del cemento con ridos silceos que formen parte del hormign. - Hidratacin de ridos activos, como las piritas, que provoca el hinchamiento de los mismos - Reaccin de lcalis procecentes de los feldespatos del granito ( en los ridos) con el cemento aluminoso, fenmeno que se conoce como hidrlisis alcalina del cemento aluminoso.


c) Vehculo de Agentes Agresivos

El agua es vehuclo mediante el cual penetran compuestos qumicos agresivos (cloruros, sulfatos, cidos...) a traves de los poros y microfisuras del recubrimiento de hormign, degradandolo y corroyendo las armaduras.

Estos compuestos agresivos pueden proceder de la atmsfera o del terreno. En este ltimo caso hay que destacar la accin de los sulfatos ( por ejemplo, terrenos yesferos), que forman compuestos expansivos con el cemento.

En los suelos industriales o en los tableros de puentes se incorporan tambin agentes agresivos, por ejemplo cuando se utiliza sal para el deshielo.

d) Agresin fsica por ciclos de hielo deshielo del agua.

Cuando el agua se hiela aumenta su volumen en un 9 %y si esa agua est dentro de los poros y fisuras se produce la rotura del hormign. Por los motivos anteriores, uno de los procedimientos ms eficaces para proteger el hormign es evitar su contacto con el agua.

1.1.2 PROCESSOS FUNDAMENTALES DE DEGRADACIN DEL HORMIGN

Pueden clasificarse en los siguientes apartados: 1.1.2.1 PROCESOS FISICOS

1) FISURACIN 2) CICLOS HIELO-DESHIELO 3) EROSIN

1.1.2.2 PROCESOS QUMICOS

1) ATAQUE POR AGUAS PURAS 2) ATAQUE POR CIDOS 3) ATAQUE POR SALES. SULFATOS. 4) ATAQUE POR REACCIN LCALI- ARIDO

1.1.2.3 PROCESOS BIOLGICOS

1) ATAQUES AEROBIOS 2) ATAQUES ANAEROBIOS

A continuacin se exponen los detalles fundamentales de la relacin anterior:

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 5 1.1.2.1 Procesos Fsicos De Degradacin Del Hormign

1) PROCESOS FSICOS DE DEGRADACIN DEL HORMIGN POR FISURACIN

Las fisuras, son roturas que aparecen en el hormign, como consecuencia de tensiones superiores a su capacidad resistente. El conocimiento de las fisuras (su origen y desarrollo) conlleva el conocimiento de las tensiones existentes en el hormign.

En cuanto su origen, podemos clasificar las fisuras en dos apartados:

A) Fisuras debidas a deformaciones resultantes de las cargas aplicadas a la estructura, las cuales originan tensiones de traccin, compresin, cortantes, flexin y torsin. B) Fisuras debidas a las retracciones y entumecimientos del hormign.

1.A) Fisuras debidas a deformaciones resultantes de las cargas aplicadas a la estructura

- Fisuras paralelas a la direccin del esfuerzo, se producen por tensiones de compresin. Son muy peligrosas, pues su aparicin viene a coincidir prcticamente con el estado de agotamiento de la capacidad de carga del material, y el colapso puede producirse en cualquier momento.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 6 - Fisuras perpendiculares a la direccin del esfuerzo: son debidas a tensiones de

traccin.

- Fisuras verticales en el centro de la luz (cara inferior) de una viga, ocurren en las secciones de mximos momentos flectores, se originan por esfuerzos de flexin y se deben generalmente a armaduras de flexin insuficientes.

- Fisuras horizontales o a 45 en vigas, son debidas a esfuerzos cortantes y se deben a secciones insuficientes de hormign en los apoyos, y/o secciones insuficientes de armaduras de refuerzo en estribos. (Los esfuerzos cortantes originan fisuras inclinadas y a veces con tramos casi horizontales.

- Fisuras que van rodeando la pieza de hormign, con una tendencia a seguir lneas a 45, buzando en direcciones opuestas en uno y otro paramento, son debidas a esfuerzos de torsin y denotan armaduras de refuerzo insuficientes para contrarrestarlos.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 7 1.B) Fisuras por Retraccin y Entumecimiento 1.B.1) FISURAS DE RETRACCIN Hay que distinguir la retraccin hidrulica y la retraccin trmica. A su vez, dentro de la retraccin hidrulica conviene a su vez distinguir entre la retraccin hidrulica que se puede presentar antes del fraguado y la retraccin hidrulica posterior. 1.B.1.1) Fisuras de retraccin hidrulica: La retraccin hidrulica puede explicarse por la prdida paulatina de agua en el hormign durante su fraguado y endurecimiento. Esta prdida de agua ocurre si el hormign no est en un ambiente permanentemente hmedo. Aparte del grado de humedad del ambiente, en el fenmeno de retraccin influyen los siguientes factores: a) El tipo, clase y categora del cemento. Los cementos ms resistentes y de fraguado ms rpido son los que presentan mayor retraccin, a igualdad de las restantes variables. b) Cuanto mayor es la finura de molido del cemento mayor ser la retraccin. c) Cuanto mayor sea la fraccin de ridos finos en el hormign mayor ser apreciablemente la retraccin. d) La cantidad de agua de amasado est en relacin directa con la retraccin. Por ello, a igualdad de dosis de cemento por m3 de hormign, la retraccin aumenta con la relacin agua/cemento (A/C); y a igualdad de relacin A/C, aumenta con la dosis de cemento. e) La retraccin aumenta cuando disminuye el espesor del elemento en contacto con el medio ambiente, por ser entonces mayor el efecto de desecacin con respecto al volumen de la pieza. f) El hormign armado retrae menos que el hormign en masa, ya que las barras de acero se oponen al acortamiento y lo disminuyen, tanto ms cuanto mayor sea la cuanta. Las fisuras por retraccin hidrulica pueden dos orgenes en el tiempo: a) Las fisuras de retraccin hidrulica previas a la finalizacin del fraguado, se producen por la desecacin superficial del hormign en las primeras horas. En elementos de espesor uniforme y sin direcciones preferentes, las fisuras se distribuyen al azar, orientndose paralelamente a direcciones preferentes en caso de haberlas.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 8 b) Las fisuras de retraccin hidrulica posteriores al fraguado, aparecen en elementos cuya libre contraccin est impedida por su empotramiento o -en el caso de los pavimentos-, por su adherencia al terreno. En stos, si no se les hacen las juntas de contraccin con las separaciones adecuadas, aparecen espontneamente, a intervalos regulares, en direccin perpendicular al eje del elemento y son de anchura pequea y constante.

1.B.1.2) Fisuras por retraccin trmica:

Las fisuras de retraccin trmica, tienen como origen la disminucin de temperatura en elementos estructurales que tienen coartados los movimientos de contraccin. Las fisuras de origen trmico son por lo general atpicas y, en general, no conllevan riesgos estructurales, requiriendo un estudio particular en cada caso.

1.B.2) FISURAS POR ENTUMECIMIENTO(aumento de volumen del hormign) Los entumecimientos pueden ser debidos a la dilatacin trmica, a un exceso de sustancias expansivas en el cemento, a los compuestos expansivos originados por reaccin con los sulfatos, a la oxidacin de los redondos de acero o a la congelacin del agua que ocupa las discontinuidades entre ridos y pasta

- La fisuracin debida a la oxidacin de las armaduras se debe al aumento del volumen del acero tras oxidarse, aproximadamente unas diez veces, lo cual somete al hormign circundante a tracciones. Las fisuras que se originan son paralelas a las armaduras.

2) PROCESOS FSICOS DE DEGRADACIN DEL HORMIGN POR HELADAS

Cuando el agua se hiela aumenta su volumen en un 9 %. Si el agua est dentro de los poros y fisuras del hormign produce un aumento de tensin suficientemente elevado para poder fracturar el hormign. El caso contrario, es decir el deshielo de un poro lleno de agua, produce una disminucin del volumen de agua en el poro, lo que implica la aparicin de tensiones igualmente perjudiciales para el hormign.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 9 La agresividad de las condiciones de exposicin viene dada por la frecuencia de los ciclos de hielo-deshielo. Para este tipo de fenmenos se recomienda el uso de hormigones de alta compacidad, en los que se cuide de manera especial el acabado de las superficies exteriores del hormign para evitar la penetracin de agua.

3) PROCESOS FSICOS DE DEGRADACIN DEL HORMIGN POR EROSIN

Dentro de este apartado consideramos los ataques erosivos por abrasin y por cavitacin en las conducciones de hormign.

- Abrasin La velocidad del fluido conducido no produce efectos negativos sobre el hormign por si misma, siempre que se mantenga dentro de los rangos considerados normales. Dentro de estos rangos, el efecto de la velocidad sobre las tuberas depende de la carga de partculas que se mueven con el fluido.

Cuando el efluente no tiene arena, la velocidad mxima de diseo es normalmente de 3 m/s, admitindose espordicamente valores de hasta 6 m/s. Si el efluente contiene arenas, la velocidad de diseo debe reducirse a 2 3 m/s para evitar problemas de erosin.

- Cavitacin: El fenmeno de cavitacin tendra lugar en tramos de conducciones las que por error en el diseo o alguna circunstancia anmala de operacin la presin de remanso del fluido llega a ser inferior a su presin de vapor.

1.1.2.2 Procesos Qumicos De Degradacin Del Hormign

La agresin qumica al hormign se materializa a travs de los siguientes mecanismos:

1. Disolucin de compuestos solubles del hormign, por ejemplo el Ca(OH)2. 2. Disolucin de compuestos originados por reaccin de componentes del hormign con sustancias externas.

Los compuestos solubles mencionados en los dos apartados 1.y 2. anteriores sern lixiviados de la masa del hormign, generalmente a travs del agua o de soluciones acuosas, quedando degradado (descarnado) el material resultante.

3. Formacin de compuestos insolubles expansivos. La generacin de estos compuestos, de mayor volumen que los existentes inicialmente en el hormign, provoca fisuras y prdida de material en el hormign, facilitando la penetracin de agentes externos que pueden atacar al hormign y las armaduras.


1.1.2.1 .AGENTES QUMICOS QUE PROVOCAN DEGRADACIN DEL HORMIGN : Se clasifican en cuatro grupos:

A) AGUAS BLANDAS B) CIDOS C) SALES. SULFATOS. D) REACCIN LCALI- ARIDO A) ATAQUE QUMICO AL HORMIGN POR AGUAS BLANDAS O AGUAS PURAS

Las aguas con bajo contenido en sales ( aguas blandas, aguas procedentes del deshielo, etc), tienen una gran capacidad de disolucin. Su accin se incrementa por la disolucin de CO2 de la atmsfera, reaccionando con el Ca(OH)2 y Mg(OH)2 presentes en el hormign y originndo bicarbonato clcico, que es muy soluble y ser lixiviado. Este problema puede presentarse en presas de hormign de alta montaa.

B) ATAQUE QUMICO AL HORMMIGN POR CIDOS Los cidos reaccionan con las sustancias alcalinas del hormign, fundamentalmente el Ca(OH)2, dando lugar a sales solubles, o bien sales insolubles que presentan carcter expansivo. El ataque por cidos ser tanto mayor cuanto mayor sea la alcalinidad total del hormign. B.1) Ataque por cidos Inorgnicos:

- cido Clorhdrico (HCl ): es muy agresivo a cualquier concentracin 2HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2H2O

El CaCl2 es muy soluble en el agua y su eliminacin va descarnando el hormign.

- cido Sulfdrico ( H2S ): es ligeramente agresivo, pudindo transformarse en cido sulfrico en presencia de agua.

H2S + H2O H2SO4

El origen habitual del cido sulfhdrico (H2S) es la degradacin biollgica de la materia orgnica en el agua en contacto con el hormign cuando existen condiciones anaerobias (por ejemplo en las instalaciones de aguas residuales). - cido Sulfrico (H2SO4 ): es muy agresivo, ya que adems de neutralizar la alcalinidad del hormign, ste sufre el efecto aadido de las reacciones expansivas originadas por los sulfatos formados por las reacciones del H2SO4. Estos sulfatos expansivos contribuyen como causa principal de la destruccin del hormign (ver Ataque por Sulfatos en el apartado siguiente). - cido Sulfuroso: es muy agresivo, ya que dar lugar a que en el medio existan SO4= que formarn sales expansivas.

- Acido Carbnico: Forma bicarbonatos muy solubles, que sern lixiviados. - Acido Ntrico. Muy agresivo, ya que el nitrato clcico muy soluble.


- Acido Fosfrico. No es agresivo, ya que generalmente se forman fosfatos insolubles.

- Acido Fluorhdrico. Beneficioso en pequea concentracin (origina fluoruro

clcico). Si es en gran proporcin forma sales expansivas.

Tanto el cido fosfrico como el cido fluorhdrico, en pequea proporcin, resultan beneficiosos ya que dan lugar a sales insolubles que se despositan sobre los poros del hormign aumentando su impermeablilidad.

B.2) Ataque por cidos rgnicos:

- Acido Actico. Muy agresivo. Formacin de sales solubles ( acetato clcico). - cido lctico. Muy agresivo. Formacin de lactatos muy solubles. - Acido oxlico. Beneficioso. Oxalato clcico. Cierra Poros. - Acido Tnico. Poco agresivo. Tannatos clcicos, muy insolubles - Acido Frmico. Agresivo. Formiatos clcicos muy solubles. - Acido Hmico. Agresivo, origina sales expansivas.

Otras Sustancias Orgnicas como los azcares, alcoholes y aldehdos, forman sales expansivas y otras veces sales solubles que son lixiviables.

En definitiva, el ataque por cidos en el hormign, se puede traducir en los

siguientes efectos: - Al reaccionar los cidos con la capa superficial del hormign, que contiene

Ca(OH)2 se va eliminando sta por disolucin y lixiviacin. - Formacin de sales expansivas que darn lugar a fisuracin del hormign. - Neutralizacin de la alcalinidad del hormign, lo que puede originar la

despasivacin de las armaduras.

C) ATAQUE QUMICO AL HORMMIGN POR SALES

La agresividad de las sales para el hormign se debe a que provocan la formacin de sustancias solubles que son lixiviadas (descarnando el hormign), o bien a la formacin de compuestos expansivos que, al aumentar de volumen, provocan fisuras en el hormign. Resulta de importancia primordial la degradacin del hormign debida a los sulfatos.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 12 - Ataque al hormign por sulfatos: Los sulfatos constituyen la principal causa de degradacin del hormign, actuando

por tres vas:

1) Transformacin del aluminato clcico y ferritoaluminato presentes en el cemento del hormign, en sulfoaluminato y sulfoferrito, con aumento de volumen.

La principal causa de degradacin del hormign por sulfatos se debe concretamente a la formacin de ettringita o sal de Candlot, que es muy expansiva (umento de 2,5 veces en volumen respecto a los compoentes que la integran ). El aumento de volumen que conlleva la formacin de ettringita provoca el agrietamiento (fisuracin) del hormign. La reaccin de formacin de la ettringita es la siguiente: 3CaSO4 + 3CaOAl2O3 + n H2O 3CaOAl2O3 3CaSO4 + nH2O

aluminato clcico Sulfoaluminato clcico (ettringita)

2) Transformacin del hidrxido clcico existente en el hormign, en sulfato clcico hidratado, con un significactivo aumento de volumen. 3) La presencia de sulfato magnsico provoca la descomposicin del silicato clcico, originando disminucin en la resistencia del hormign.

Para evitar el ataque por sulfatos se recomienda lo siguiente: 1) Utilizar cemento con bajo contenido de aluminato triclcico para la elaboracin del hormign (cementos denominados SR o sulfatorresistentes). Esta es la forma ms prctica de aumentar la resistencia del hormign ante ataques producidos por sulfatos. 2) Utilizar aditivos que reaccionen con el hidrxido clcico evitando la reaccin de ste con los sulfatos. El ataque por cido sulfrico o sulfatos puede aparecer en las instalaciones de tratamiento de agua o de aguas residuales en los siguientes casos: - Recipientes de almacenamiento permanente, o arquetas de recogida de vertidos de sulfato de aluminio, utilizado como coagulante en el tratamiento de agua. - Arquetas de hormign donde se dosifica el sulfato de aluminio. - Tuberas de hormign de abastecimiento o saneamiento enterradas en terrenos yesferos. - Tuberas de aguas residuales con poca pendiente (este caso se expondr posteriormente).

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 13 D) ATAQUE QUMICO AL HORMMIGN POR REACCIN LCALI RIDO

Las reacciones lcali-rido tienen lugar entre los lcalis existentes en solucin acuosa en los

poros del hormign y ciertos componentes reactivos existentes en algunos ridos. Como consecuencia de este proceso se originan sustancias de carcter expansivo que pueden fisurar el hormign. Dependiendo del tipo de componente reactivo existente en el los ridos, se pueden distinguir dos tipos de ataque:

1) Reaccin lcali-slice, cuando los ridos contienen slice amorfa, microcristalina o poco cristalizada.

La reaccin lcali slice consiste en la reaccin de los minerales silceos del rido con los hidrxidos alcalinos del cemento, formndose un silicato alcalino expansivo: SiO2 + 2 NaOH + nH2O Na SiO3. nH2O Na SiO3. nH2O + Ca (OH)2 + H2O Ca SiO3.mH2O + 2 NaOH (Sal muy expansiva) La reaccin de formacin del silicato expansivo en la reaccin anterior se ve favorecida por: - Contenido elevado de lcalis en el cemento. - Naturaleza de los ridos ( si hay mucho SiO2 el ataque se potencia). - Cuanto ms pequeo es el tamao del rido silceo ms rpido es su ataque. - Aumenta con la porosidad del hormign.

2) Reaccin lcali-carbonato, cuando los ridos son de naturaleza dolomtica.

FACTORES QUE DETERMINAN LA RESITENCIA DEL HORMIGN A ATAQUES QUMICOS: 1) Permeabilidad del hormign

Si reducimos al mnimo la relacin Agua/Cemento , por ejemplo mediante aditivos al hormign, conseguiremos reducir el nmero de poros, con lo cual el ataque qumico ser mucho ms lento.

2) Distribucin y tamao de los poros existentes en la masa de hormign Es deseable que el tamao de los poros existentes en la masa de hormign sea el menor posible Los medios para que se materialicen los apartados 1) y 2) anteriores se tratarn ampliamente en los puntos 1.4 y 2. de este trabajo.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 14 1.1.2.3 Procesos Biolgicos de Degradacin Del Hormign 1) ATAQUES BIOLGICOS AEROBIOS Son ataques biolgicos al hormign en medios donde existe oxgeno. Este tipo de ataques lo realizan seres vivos como microorganismos, lquenes, musgos, races de plantas, etc. Los principales daos biolgicos aerobios sobre el hormign son: - Organismos que penetran a travs de las fisuras y puntos dbiles, provocando la disgregacin del hormign y facilitando la penetracin de otros agentes agresivo, como el agua que penetra a travs de las zonas disgregadas saturando los poros existentes en la masa de hormign y creando daos en los ciclos hielo-deshielo (comentados anteriormente).

En la zona aerobia de las canalizaciones se ha detectado la formacin de H2SO4, siendo las principales bacterias implicadas los Thiobacillus thiooxydans, que de una forma general provocaran la reaccin

2S + 3O2 + 2 H2O 2H2SO4 Como consecuencia de la aparicin de H2SO4, tiene lugar el ataque al hormign debido al

carcter agresivo de los cidos y los sulfatos, anteriormente descritos.

(Vase Degradacin biolgica del hormign en las instalaciones de conduccin o tratamiento de aguas residuales en el apartado 1.3) . 2) ATAQUES BIOLGICOS ANAEROBIOS Se trata de ataques al hormign como consecuencia de procesos biolgicos de degradacin anaerobia de materria orgnica. Como consecuencia de los procesos anaerobios se generan sustancias agresivas, como el cido sulfdrico y el amoniaco Estas sustancias pueden penetrar a travs de los poros y reaccionar con los componentes del hormgn, dando lugar a sales solubles lixiviables o sales expansivas que disgregan el hormign. La formacin de sulfdrico en las canalizaciones, en condiciones anaerobias, se atribuye a microorganismos como el Desulfovibrio ( = Sporovibrio ), el Spirillum y el Clostridium. Estas bacterias segregan enzimas (sulfato-reductasas) capaces de catalizar la reaccin global H2SO4 + 4H2 H2S + 4H2O

La aparicin de H2S provoca el ataque al hormign descrito en un apartado anterior.


1.2 CORROSIN DE LAS ARMADURAS DEL HORMIGN ARMADO

El hormign armado es un material compuesto, constituido por una matriz, el hormign (integrado por una mezcla de cemento, aridos, agua y aditivos) y una armadura de acero.

El cemento est formado principalmente por silicatos y aluminatos de calcio. Tras ser amasado con agua se produce el fraguado y endurecimiento debido a la formacin de una red de silicatos hidratados que engloba en su seno a los ridos. Las mismas reacciones que provocan el fraguado y endurecimiento del hormign originan hidrxido clcico, al cual se debe la existencia de un pH en la masa de hormign con valores comprendidos normalmente entre 12,5 y 14. (Vease el apartado de Reacciones de Hidratacin y Fraguado del cemento)

Durante los procesos de fraguado y endurecimiento, la evaporacin de una parte del agua aportada para el amasado de la mezcla, provoca la formacin de una red de poros que se distribuyen en toda la masa de hormign, accediendo algunos a la superficie.

Son de gran importancia los siguientes aspectos: La porosidad ( volumen de poros/ volumen total ocupado por el hormign) depende funamentalmente de la relacin agua/cemento utilizada en para la dosificacin del hormign.

La permeabilidad ( facilidad con la que el agua va a poder penetrar a travs del hormign) est directamente relacionado con la porosidad, aumentando exponencialmente para relaciones agua/ cemento superiores a 0,60 0,65. como muestra la figura siguiente:

Relacin entre el coeficiente de permeabi lidad (proporcional al volumen total de poros) y la relacin agua / cemento

Relacin agua /cemento

Coef

icie

nte

de P

erm

aebi

lidad


Cuando las armaduras de acero entran en contacto con el hormign, las condiciones de pH y pontencial redox en la masa de hormign sitan al acero en condiciones de pasividad, de acuerdo con el diagrama de Pourbaix, tal y como se muestra en el punto (a) de la figura siguiente, donde la velocidad de corrosin es prcticamente despreciable.

Determinadas circunstancias, que se analizan en los apartados siguientes, pueden cambiar la situacin inicial (a) en la que se hallan las armaduras inmersas en la masa de hormign, y hacer que la situacin evolucione hacia el punto (b) donde de corrosin de las armaduras es considerablemente superior a la que tiene lugar en el (a).

Cuando las aramduras se hallan en la regin de corrosin y entran en contacto con agua y agentes agresivos, tendrn lugar las reacciones de oxidacin-reduccin expuestas anteriormente en el apartado referido a los materiales metlicos. Como consecuencia de la corrosin, la formacin de xido de hierro supone un importante aumento de volumen respecto al del material de partida, originando tensiones internas que pueden fisurar el hormign facilitando el acceso de los agentes corrosivos externos. Se consideran los siguientes apartados: 1.2.1 FACTORES QUE DETERMINAN LA CORROSIN DE LAS ARMADURAS 1.2.2 CONSECUENCIAS DE LA CORROSIN DE LAS ARMADURAS

Diagrama de Pourbaix mostrando la transicin de las armaduras de la regin de pasividad a la de corrosin (puntos (a) y (b), respectivamente)


1.2.1 FACTORES QUE DETERMINAN LA CORROSIN DE LAS ARMADURAS

1) Presencia de oxgeno 2) Presencia de agua

3) Carbonatacin del hormign: 4) Acceso hasta las armaduras de iones agresivos (p.ej. cloruros) 5) Factores adicionales que actan como acelerantes

1) La presencia de oxgeno es indispensable para que se inicie la corrosin de las armaduras . Podra pensarse que tambin es necesario un aporte continuo de oxgeno para que tenga lugar la semirreaccin catdica de corrosin y para que se desarrolle a velocidad apreciable. Pero, una vez iniciado, ocurre con frecuencia que el proceso de corrosin contina aun en medios desaireados. Este hecho experimental, repetidamente comprobado, plantea serias dudas sobre la idea ampliamente difundida de que la reduccin del oxgeno disuelto en la fase acuosa de los poros es la nica reaccin catdica posible en las estructuras de hormign armado. Parece, por tanto, que debe de actuar como agente catdico algn otro oxidante presente en el hormign.

2) La presencia de agua es necesaria para que la corrosin electroqumica tenga lugar, pero es insuficiente, por s sola, para provocar el fenmeno.Si la armadura aparece en estado pasivo (sin procesos de carbonatacin o de rotura de la pelcula por cloruros) la velocidad de corrosin es prcticamente independiente del grado de humedad del mortero. La humedad contenida en los poros es la que, impone la velocidad de corrosin, pues condiciona la resistividad del medio. Por debajo de cierto umbral de humedad en los poros, desaparece prcticamente el fenmeno de corrosin. - Cuando los poros del hormign estn saturados de humedad, si bien la conductividad es alta (lo cual facilitara el proceso de corrosin), el oxgeno que intervieneen la reaccin catdica debe disolverse en el agua para poder difundirse y alcanzar la armadura. En este caso el proceso est controlado por el acceso de oxgeno a la superficie, por lo que la velocidad de corrosin ser moderada o baja. Un ejemplo lo constituyen las estructuras armadas sumergidas situadas en agua a una cierta pro fundidad, donde la corrosin progresa muy lentamente. - Cuando los poros contienen muy poca humedad la resistividad es muy elevada y el proceso de corrosin se ve dificultado. Por lo tanto, la velocidad de corrosin ser baja aunque el hormign se encuentre carbonatado o contaminado con cloruros. - Los hormigones con alto contenido de humedad pero con los poros sin saturar, proveen las condiciones para que se desarrolle la mxima velocidad de corrosin de las armaduras: el oxgeno y otros oxidantes llegan fcilmente a la superficie metlica y la resistividad del medio es suficientemente baja. 3) Carbonatacin del hormign: Provoca una reduccin del pH del hormign en contacto con la armadura hasta valores inferiores a 9.

La velocidad de avance del frente carbonatado desde la superficie exterior hacia la armadura depende del recubrimiento (espesor de hormign que separa la armadura del exterior de la superficie exterior), del tipo de cemento y del contenido en arena y humedad del hormign. El avance es ms lento en hormigones con alto contenido en cemento respecto a la proporcin de arena y baja relacin agua/cemento.


4) El acceso, hasta las armaduras, de iones agresivos, fundamentalmente cloruros. Los iones agresivos rompen localmente la pelcula pasiva (capa superficial protectora) de la armadura metlica originando fenmenos de ataque local por picadura. 5) Factores adicionales que actan como acelerantes del proceso de corrosin Entre ellos destacamos: - Formacin de pilas de aireacin diferencial - Presencia de corrientes vagabundas - Otros agentes agresivos y/o tensiones presentes en la armadura.

A continuacin se considera con ms detalle algunos de los puntos anteriores

1.2.1.1 CARBONATACIN DEL HORMIGN Las armaduras de un hormign recien puesto en obra estn progegidas frente a la oxidacin por el recubrimiento de hormign que les separa del exterior y por la presencia de hidrxido de calcio en el seno de la masa de hormign que aporta condiciones de pH elevado. Cuando a travs de los poros del recubrimiento de hormign penetra la humedad ambiental con con anhidrido carbnico atmosfrico, ocurren las siguientes reacciones CO2 + H2O H2CO3 H2CO3 + Ca (OH)2 CO3Ca + 2 H2O Debido a la tranformacin del Ca(OH)2 presente en el hormign en carbonato clcico, disminuye la alcalinidad de la masa de hormign desde un pH = 12 13 a un valor de pH de 9 9,5. Se pueden diferenciar entonces en el hormign dos zonas con valores de pH muy diferentes: una zona de pH > 12 y otra de pH < 9. Las armaduras rodeadas por el hormign que ha reducido su pH debido a la carbonatacin, habrn pasado del estado pasivo - punto (a) en el Diagr de Pourbaix anterior - a la zona de corrosin punto (b). En las siguientes figuras se representa el avance del frente carbonatado desde la superficie exterior de la pieza de hormign hacia la armadura:

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 20 Asimilando la carbonatacin a un proceso difusivo en el seno del hormign, se puede estimar, en una primera aproximacin, que el espesor de la zona carbonatada depende de la raz cuadrada del tiempo, segn la expresin

XC = Kc* t , donde: Xc: es la profundidad de la capa carbonatada en mm. Kc es la constante de carbonatacin en mm/ao.

- Valores de Kc entre 2 y 6 mm/ao pueden corresponder a hormigones muy compactos y con contenidos en cemento superiores a 350 kg/m3. - Valores de Kc entre 6 y 9 indican hormigones de compacidad media. - Valores de Kc superiores a 9 significan hormigones porosos de baja calidad, con contenido en cemento inferior a 250 kg/m3 y elevada relacin agua/cemento.

t: tiempo en aos.

El avance de la carbonatacin en funcin de la raz cuadrada del tiempo es un modelo que se ajusta muy bien a la realidad para ambientes con baja humedad, por ejemplo en interiores de edificios. En ambientes con humedades relativas altas, el avance del frente carbonatado es ms lento que el que predice la expresin anterior. La prdida de pasividad de las armaduras como consecuencia de la carbonatacon del hormign, se observa a travs de una disminucin del potencial redox de la armadura, y est directamente relacionada con la probabilidad de que aparezca corrosin generalizada en las mismas. La figura siguiente muestra cmo la probabilidad de corrosin de la armadura, que es prcticamente nula para potenciales de corrosin superiores a -150 mV, respecto al electrodo de calomelano, aumenta para potenciales inferiores hasta hacerse prcticamente del 100% a potenciales del orden de los -510 mV, situacin en la cual la superficie del acero se situara en condiciones totalmente activas.

Relacin entre el potencial de corrosin de la armadura y la probabilidad de corrosin


La figura siguiente muestra esquemticamente la forma de llevar a cabo medidas de potencial de las armaduras en una estructura de hormign armado, que consiste bsicamente en practicar un pequeo agujero en el hormign para que la sonda tenga acceso a la armadura y establecer la diferencia entre el potencial del acero (potencial de corrosin) y el correspondiente a un electrodo de referencia mediante un milivoltmetro.

La figura tambin muestra, en la parte inferior, y de acuerdo con lo expuesto, el riesgo de corrosin generalizada de la armadura en funcin del valor de potencial obtenido referido a calomelano. - Factores que afectan a la velocidad de carbonatacin del hormign: 1) Contenido de CO2 en la atmsfera

2) Permeabilidad del hormign 3) Cantidad de sustancia carbonatable

4) Humedad relativa del ambiente 5) Ambientes con alta polucin atmosfrica

1) Contenido de CO2 en la atmsfera

La carbonatacin se produce para concentraciones de CO2 muy bajas, del orden del 0,03% en volumen, que es una concentracin habitual en zonas rurales. La velocidad de avance del frente carbonatado crece en zonas ms contaminadas como pueden ser los aparcamiento subterrneos.

Esquema de medida del potencial de las armaduras en una estructura de hormign armado

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 22 2) Permeabilidad del hormign

En general, puede afirmarse que el progreso de la carbonatacin est determinado ms por la porosidad del hormign que por su composicin. El aumento de la relacin agua-cemento farvorece el proceso de carbonatacin, al proporcionar hormigones ms permeables.

El proceso de fraguado del cemento requiere del orden de un 40% de agua con relacin al peso de cemento, lo que se traduce en una relacin A/C = 0,4. Del total de agua considerada, un 25% aproximadamente acta como agua de cristalizacin y el otro 15% es el agua de gelificacin que al estar adsorbida slo fsicamente desaparece cuando seca el cemento dando lugar a unos poros de un dimetro de 2,5 nm. Si el porcentaje de agua utilizado para elaborar el hormign supera el mencionado 40%, el exceso de agua originar poros de hasta 5 nm cuando se evapore. La existencia de poros no slo favorece la penetracin de agua y de gases sino que adems da lugar, en zonas expuestas a heladas, a fenmenos de hielo/deshielo que producen un deterioro considerable sobre el hormign. Se ha comprobado que un incremento en la relacin A / C de 0,40 a. 0,75 cuadruplica la velocidad de carbonatacin. La experiencia demuestra que es posible producir un hormign prcticamente no carbonatado reduciendo al mnimo la relacin A/C. . En relacin a la cantidad de cemento, para una relacin A/C dada, se estima que la velocidad de avance del frente carbonatado en un hormign con 150 kg de cemento /m3 sera el doble que si se utilizase una dosificacin de 300 kg de cemento /m3 de hormign.

3) Cantidad de sustancia carbonatable , relacionada con el contenido de cemento y tipo de cemento. 4) Humedad relativa del ambiente - Humedades relativas entre el 50% y el 60% favorecen al mximo la reaccin de carbonatacin. - Humedades superiores al 80% dificultan la difusin del CO2, siendo muy difcil que sta se produzca en hormigones completamente saturados - En hormigones muy secos el CO2 encuentra mucha dificultad para reaccionar sin la presencia de humedad. 5) Ambientes con alta polucin atmosfrica Pueden afectar a la caliad del recubrimiento de hormign. Por ejemplo el SO2 puede penetrar al interior del hormign por difusin y combinarse con componentes del cemento para formar ettringita. La reaccin anterior es expansiva y puede destruir la microestructura del hormign, favoreciendo su carbonatacin.

1.2.1.2 EXISTENCIA DEL ANIN CLORURO La corrosin de las armaduras puede ocurrir aunque el pH del hormign que las envuelve sea superior a 9, cuando existen cloruros. Los cloruros pueden haberse incorporado al hormign durante su elaboracin, con el agua de amasado si se utilizan aguas salobres, con los acelerantes de fraguado, o pueden penetrar desde el

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 23 exterior cuando la estructura est en servicio en contacto con medios que los contienen, a travs de la red de poros. En este ltimo caso, las fuentes de iones cloruro ms habituales son el agua de mar o la atmsfera marina, algunos procesos industriales, terrenos muy salinos, y las sales de deshielo utilizadas en caminos y puentes en zonas de climas fros. Los lmites permisibles en cuanto a contenido en cloruros en el hormign que permiten garantizar con suficiente seguridad la ausencia de riesgo de corrosin por picadura en las armaduras son difciles de establecer tericamente. Puede considerarse como cifra orientativa el 0,4% respecto al peso del cemento Portland, o bien entre el 0,05 y el 0,1% en relacin al peso de hormign (incluyendo arena, agua y aditivos). 1.2.1.3 FACTORES ACELERANTES DEL PROCESODE CORROSIN - Formacin de pilas de aireacin diferencial Cuando la estructura metlica (armaduras) est activa, como consecuencia de un fenmeno de carbonatacin, por ejemplo, s podran darse fenmenos de aireacin diferencial por formacin de pilas de este tipo entre regiones con distinto contenido en oxgeno, originadas por efecto de heterogeneidades en el mortero como fisuras, poros o defectos superficiales. - Otros factores aceleradores de la corrosin En estructuras de hormign pretensado es posible la aparicin de fenmenos de corrosin bajo tensin. Para que se inicien, debe existir un metal susceptible de sufrir este tipo de ataque, por ejemplo el acero de alta resistencia utilizadoen este tipo de estructuras, una elevada tensin mecnica y un medio agresivo especifico (se sabe que, en general, los medios alcalinos suelen actuar como tales para el acero al carbono). Se ha comprobado que muchos fallos de estructuras de hormign pretensado o postensado estn ligados a procesos de corrosin bajo tensin inducidos por hidrgeno (fragilizacin por hidrgeno) sobre los cuales ejerce una influencia muy negativa la presencia de ciertas sustancias agresivas, como los cloruros y sulfuros. Se observa la necesidad de que concurran diversas circunstancias como irregularidades superficiales con iones despasivantes y, muy probablemente la presencia simultnea de oxgeno disuelto en la fase acuosa de los poros del hormign. Con ello la generacin de pHs cidos locales queda garantizada y la fisuracin por fragilizacin por hidrgeno resulta verosmil, a pesar del pH global tan alcalino. El efecto desfavorable de los sulfuros presentes en los cementos aluminosos, que ha llevado a prohibir prcticamente su empleo con fines estructurales, est ligado a su conocida capacidad para impedir la recombinacin del hidrgeno atmico para formar hidrgeno molecular, lo que facilita su ingreso en la red metlica. Si la tensin de trabajo a carga constante se reduce del 80% al 60% de la carga de rotura se evita el fenmeno de corrosin bajo tensin, o al menos se reduce muchsimo la velocidad de propagacin de las grietas. Tambin dificulta mucho la propagacin de las grietas el uso de aceros con una estructura de grano alargada, obtenida por trefilado, que impone al desarrollo de las grietas un itinerario largo y tortuoso, en contraposicin a los aceros templados y revenidos, con estructura de granos pequeos equiaxiables, lo que facilita los fallos por corrosin bajo tensin. La presencia en el mortero de mezclas de cementos diferentes, el empleo de cementos menos alcalinos que los Portland, la incorporacin de adiciones activas (escorias y puzolanas), la presencia de juntas de hormigonado y, en general, la presencia de cualquier tipo de heterogeneidad, puede, en conjuncin con los cloruros, facilitar la generacin local de pHs suficientemente cidos para romper la

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 24 pasividad y desencadenar el fenmeno de corrosin y, asimismo, todos estos factores pueden actuar como agentes acelerantes al multiplicar los focos de ataque. La siguiente muestra esquemticamente los tipos de corrosin desde el punto de vista morfolgico caractersticos de las armaduras y los factores ms importantes desencadenantes de los mismos.

1.2.2 CONSECUENCIAS DE LA CORROSIN DE LAS ARMADURAS Se pueden resumir bsicamente en tres aspectos: a) Sobre el acero: Disminucin de su resistencia mecnica por la prdida de seccin b) Sobre el hormign: Fisuracin y desprendimiento de parte del mismo. c) Sobre la adherencia acero/hormign, que condiciona las propiedades mecnicas del material compuesto. Los productos derivados de la corrosin de las armaduras son ms voluminosos que el acero consumido para producirlos, lo que se traduce en la aparicin de tensiones de traccin que deforman el hormign circundante. Con frecuencia, debido a la pequea resistencia del hormign a la traccin (el hormign presenta muy alta resistencia a la compresin pero baja resistencia a la traccin) se acaba produciendo una fisuracin del recubrimiento, que discurre longitudinalmente en direccin paralela a las armaduras oxidadas (habitualmente los agrietamientos debidos a la corrosin de las armaduras discurren paralelos a las mismas). Si no se detiene el proceso, puede desprenderse el recubrimiento dejando al descubierto las armaduras. En la figura siguiente se comparan los volmenes relativos que pueden alcanzar los productos de corrosin del hierro con respecto al volumen de metal empleado en su formacin.

Esquema mostrando los distintos tipos de corrosin ms habituales en armaduras en contacto con hormign y las causas que las provocan


Resulta evidente que pequeas cantidades de metal corrodo pueden generar tensiones considerables debido a su aumento de volumen.

1.3 DEGRADACIN DEL HORMIGN EN INSTALACIONES DE TRATAMIENTO Y CONDUCCIN DE AGUA

Se consideran los siguientes casos: 1) Degradacin del hormign en las presas de los embalses 2) Degradacin del hormign en las conducciones de transporte de agua desde los embalses hasta la estacin de tratamiento.

3) Mecanismo de degradacin del hormign en las conducciones y estructuras donde se dosifican reactivos para el tratamiento agua potable. 4) Ataque al hormign en medios alcalinos. 5) Degradacin del hormign en instalaciones de aguas residuales

1) Degradacin del hormign en las presas de los embalses

Las captaciones de agua utilizada para consumo humano deben verificar unos parmetros de calidad que determinan una agresividad qumica aadida muy baja para los materiales.

En cuanto al material, las presas de los embalses se clasifican en: - Presas de Fbrica - Presas de materiales sueltos

Diagrama mostrando los volmenes relativos de los productos de corrosin del hierro respecto al volumen de metal empleado en su formacin

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 26 Hoy en da las presas de fbrica son casi exclusivamente de hormign en masa. La mampostera ha dejado de utilizarse por su elevado coste, su menor seguridad (por dificultad de control de la fbrica) y por su lentitud en la construccin. Las presas de materiales sueltos usan los materiales disponibles en la zona, dando lugar a una presa heterognea, salvo algunos casos excepcionales en los que la presa tiene un material nico o con un gran predominio. Son destacables dos fenmenos en relacin a la alteracin de los materiales de las presas: 1) Carbonatacin: reaccin de precipitacin de CaCO3, en la masa de hormign, que producir oclusin de las vas de penetracin del agua, hecho que explica el fenmeno de reduccin de porosidad de las presas, al ponerse en contacto con aguas bicarbonatadas. En la figura siguiente se representan, en forma simplificada, los procesos qumicos que se tienen lugar cuando el agua bicarbonatada atraviesa un bloque de hormign (por ejemplo, una presa), por reaccin con el Ca(OH)2 existente en el hormign. Como se observa, el resultado de estas reacciones es la precipitacin de CaCO3. El origen del hidrxido clcico (Ca(OH)2 ) en la masa de horign se debe a que es un componente minoritario en el cemento y, adems, como consecuencia de las reacciones de hidratacin del silicato biclcio y silicato triclcico del cemento ( Ver apartado de reacciones de hidratacin del cemento).

2) En cuanto a las estructuras de hormign armado que pueden acompaar a las presas, como conducciones para los desages de fondo, o el cuenco amortiguador, la principal causa de su deterioro sera debido a las acciones erosivas (abrasin) de partculas suspendidas en corrientes de agua ( desages de fondo), o al impacto del la corriente de agua contra la superficie del hormign armado, como sera el caso del cuenco amortiguador. La accin de la corriente de agua actuara erosionando el recubrimiento de hormign, facilitando la penetracin de los agentes corrosivos de las armaduras.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 27 2) Degradacin del hormign en las conducciones de transporte de agua desde los embalses hasta la estacin de tratamiento. El agua transportada desde los embalses hasta la estacin de tratamiento se caracteriza por su baja agresividad qumica, por el motivo mencionado en el apartado anterior. En determinados momentos el agua transportada posee un elevado contenido de oxgeno disuelto (captacin de los niveles superiores del embalse en primavera-verano), o pequeas cantidades de cido sulfhdrico (H2S) procedente de la descomposicin anaerobia de la materia orgnica cuando la captacin se realiza de las zonas inferiores del embalse en situacin de anoxia. En trminos generales, la acidez de las sustancias transportadas por el agua conlleva la progresiva neutralizacin de la alcalinidad del hormign, que favorecera la prdida progresiva de pasividad de las armaduras, favoreciendo su ataque por los agentes corrosivos transportados por el agua. (Ver anterior Diagrama de Pourbaix para el hormign armado). La velocidad de la corriente no produce efectos negativos sobre el hormign por si misma, siempre que se mantenga dentro de los rangos considerados normales. Dentro de estos rangos, el efecto de la velocidad sobre las tuberas depende de la carga de partculas, es decir, de la cantidad de slidos que se mueven por la tubera debido a la corriente de agua transportada. Este fenmeno podra aparecer espordicamente cuando se transporta agua procedente de un embalse que ha sufrido una gran remocin de sus sedimentos debido a una intensa corriente de agua entrada en el mismo debido, por ejemplo, a lluvias muy intensas. Cuando el efluente no tiene arena, la velocidad mxima de diseo es normalmente de 3 m/s admitindose espordicamente valores de hasta 6 m/s. Si el efluente contiene arenas, la velocidad de diseo debe reducirse a 2 3 m/s para evitar problemas de erosin. Como agente corrosivo de las conducciones de hormign podra tener mucha mayor relevancia el ataque desde el exterior por sulfatos cuando la tubera atraviesa terrenos yesferos. (Ver corrosin por sulfatos en un apartado anterior). Habitualmente, y por el hecho de estar las tuberas enterradas, no estn expuestos a la accin de las heladas.

3) Mecanismo de degradacin del hormign en las conducciones y estructuras donde se dosifican reactivos para el tratamiento agua potable.

Existen dos reactivos de especial inters en cuanto a su agresividad para el hormign:

a) El cloro, utilizado para la desinfeccin del agua. b) El sulfato de aluminio, utilizado para el proceso de clarificacin del agua.

a) Efectos de la dosificacin de Cl2 gas Las reacciones del cloro al entrar en contacto con el agua de tratamiento son fundamentalmente:

Cl2 (g) + H2O HClO (ac) + H+(ac) + Cl-(ac) (1) HClO (ac) H+ (ac) + ClO- (ac) (2)

Los productos generados en la reacciones anteriores son:

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 28 HCl (cido clorhdrico): que estar disociado como H+ y Cl- HClO (cido hipocloroso): que aparecer ms o menos disociado en protones (H+ ) e hipoclorito (ClO-) segn la acidez del medio. - Efectos sobre el hormign: descritos anteriormente en el aparto de ataque al hormign por HCl. - Efectos sobre las armaduras a) Como consecuencia de la degradacin del hormign por el HCl se facilita el acceso de los agentes corrosivos hacia las armaduras. b) La neutralizacin de la alcalinidad del hormign por el HCl puede provocar que las armaduras salgan de la zona pasiva al reducirse el pH (vease anterior Diagrama de Pourbaix para el hormign armado).

c) La presencia de cloruros favorece el ataque localizado de la armadura por picaduras. d) Se posibilitan las siguientes reacciones catdicas (reduccin):

1. Cl2 + 2e- 2Cl- 2. HClO + H+ + 2e- Cl- + H2O ; 3. ClO + H2O + 2e- Cl- + 2OH- En la medida que ocurran las reacciones anteriores se favorecer la reaccin compolementaria de oxidacin del Fe de las armaduras. Fe Fe2+ + 2e (reaccin andica)

Las zonas de la estacin de tratamiento ms susceptibles de que ocurra ataque al hormign a consecuencia de la dosificacin de cloro, son las arquetas o conducciones donde se dosifica el cloro: puntos de precloracin y postcloracin, ya que en estas zonas el hormign se halla en contacto con una solucin acuosa fuertemente sobresaturada de Cl2(g).

b) Efectos de la dosificacin de Sulfato de Aluminio ( Al2(SO4)3 18H2O ) El sulfato de aluminio se utiliza como coagulante para la clarificacin del agua.

Las reacciones que ocurren cuando el sulfato de aluminio entra en contacto con el agua son fundamentalmente:

Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SO42-

H2O H+ + OH- Al3+ + 3 OH- Al(OH)3

La reaccin global sera: Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42- La reaccin anterior muestra que como consecuencia de la hidrlisis del sulfato de aluminio, el medio acuoso se acidifica y aparecen sulfatos. La existencia de acidez implica en general, como ya se ha comentado, la neutralizacin de la alcalinidad del hormign y riesgo de prdida de pasividad de las armaduras.

El ataque por sulfatos es la principal causa de degradacin del hormign.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 29 Los puntos susceptibles de ataque por sulfatos en las instalaciones de tratamiento de agua seran:

- Recipientes de almacenamiento permanente o de recogida de vertidos del sulfato de almina utilizado como reactivo para el tratamiento.

- Estructuras de hormign donde se dosifica el sulfato de aluminio, ya que en estas zonas el hormign se halla en contacto con una solucin acuosa con alta concentracin de sulfatos.

Otros puntos donde puede aparecer ataque del hormign por sulfatos seran:

- Tuberas de hormign en terrenos yesferos - Tuberas hormign para aguas residuales ( se describir posteriormente).

4) Ataque al hormign en ambientes alcalinos.

Como fenmeno destacable, las reacciones lcali-rido ocurren entre los lcalis presentes en el agua existente en los poros del hormign y ciertos componentes de algunos ridos. Como consecuencia de este proceso se originan compuestos de naturaleza expansiva que pueden fisurar el hormign, como se describi en el apartado anterior. (Ver reaccin lcali- rido). Las reacciones lcali-rido ( expuestas en el apartado de ataque qumico al hormign) se favoreceran en aquellos lugares del proceso de tratamiento de agua donde existe hormign en contacto con medios de elevada alcalinidad como son: - Deacantador saturador de hidrxido clcico, y estructuras de hormign donde se vierten los fangos de su purga.

- Arqueta recoge vertidos de las torres de absorcin de hidrxido sdico. - Estructuras de hormign en contacto con hipolcoritos ( sdico o clcico) en disolucin concentrada, ya que estas sustancias presentan hidrlisis alcalina:

Hipoclorito sdico: NaClO + H2O HClO + Na+ + OH Hipoclorito clcico: Ca(ClO)2 +2 H2O 2HClO + Ca2++ 2 OH 5) Degradacin del hormign en contacto con aguas residuales Aparte del ataque debido a efectos erosivos por altas velocidades del efluente o materiales abrasivos transportados, son destacables dos procesos de degradacin interna de las conducciones de transporte de aguas residuales: 1) Ataque debido a efluentes de tipo cido 2) Ataque bioqumico.

1) Ataque debido a efluentes de tipo cido que circulen indebidamente por una red de saneamiento no preparada especficamente para recibirlos.

En principio, la circulacin de disoluciones cidas por las redes de saneamiento convencional est prohibida, puesto que un efluente de tipo cido resultara daino para el posterior proceso de tratamiento del efluente. Un efluente con pH 5,5 se considera agresivo, mientras que por debajo de 5 se considera altamente agresivo.

Cuando aparezca un problema de ataque por cido, tanto en el interior como en el exterior de las conducciones, se recomiendan las siguientes medidas:

- Usar hormign de baja permeabilidad y utilizar ridos calizos para neutralizar el cido. - Aumentar el recubrimiento de hormign que llevan las armaduras (como hormign de

sacrificio). - Utilizar recubrimientos protectores.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 30 2) Ataque Bioqumico

En las instalaciones de tratamiento y conduccin de aguas residuales, puede aparecer H2S como consecuencia de procesos de degradacin biolgica anaerobia de la materia orgnica existente en el agua residual. Los puntos ms significativos donde puede ocurrir el fenmeno anterior son: a) En la zona inferior de las aguas embalsadas (el Hipolimnio) a medida que avanzan los procesos de estratificacin y anoxia del embalse, durante el transcurso de la primavera y verano. El agua con presencia de H2S entra en contacto con las estructuras de hormign del embalse y las conducciones de aduccin, siendo escasa su trascendencia en la estacin de tratamiento de agua potable (ETAP), debido a que las condiciones de agitacin y aireacin provocan fcilmente su evacuacin de la masa acuosa . b) En las conducciones de saneamiento c) En procesos anaerobios de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) Los efectos del cido sulfhdrico son de especial importancia en los casos b) y c) anteriores, y por ello se consideran en el apartado siguiente.

Degradacin biolgica del hormign en las instalaciones de conduccin o tratamiento de aguas residuales Tiene su origen en la sedimentacin de materia orgnica, cuando las velocidades del flujo son bajas, llegndose a originar daos considerables en las alcantarillas de hormign, cuando las condiciones anteriores coexisten con temperaturas ambiente elevadas y falta de aireacin (oxgeno). En las condiciones anteriores, la materia orgnica acumulada en la red de saneamiento ser degradada en condiciones anaerobias por las bacterias del agua residual, lo cual va acompaado de dos procesos - Reduccin de los sulfatos presentes en el flujo a sulfuros. - Produccin de cidos orgnicos voltiles de cadena corta, que provocan un descenso en el pH de la alcantarilla. La combinacin de la reduccin de sulfatos y pH bajo origina la liberacin de cido sulfdrico (H2S) hacia el espacio con aire de la alcantarilla, donde se puede redisolver en el agua condensada acumulada en la corona, como se muestra en la figura siguiente. En ese lugar, el oxgeno que est disponible puede ser usado por la bacteria Thiobacillus en la oxidacin del sulfuro de hidrgeno a cido sulfrico (H2SO4).


Diagrama esquemtico de corrosin de alcantarillas.

En alcantarillas fabricadas con materiales solubles en cido, tales como el hormign, o la fundicin de hierro, esta formacin de cido puede llevar a la destruccin de la corona y el fallo de la alcantarilla. La corrosin biolgica en instalaciones de aguas residuales puede combatirse por los siguientes medios:

- El mtodo ms eficaz consiste en disear las conducciones de saneamiento con pendiente suficiente para evitar la sedimentacin de la materia orgnica. Para evitar estancamientos debidos a depsitos de sedimentos en los tubos, se considera normal no bajar de 0,3 m/s la velocidad cuando el efluente no contenga arena y de 0,6 m/s cuando en el efluente est presente la arena. Cuando la variacin de caudales que se espera circule por una red de saneamiento sea grande, puede ser aconsejable acudir a secciones interiores de tipo ovoide, que reduzcan posibles problemas de sedimentacin con caudales bajos, dada la mayor velocidad a la que circulan estos ltimos por las secciones ovoidales frente a las secciones circulares equivalentes. La utilizacin de materiales inertes y con bajo coeficiente de rozamiento, como el gres cermico, facilita asimismo la circulacin del efluente y evita este tipo de ataque. - Ventilacin. Para evitar la presencia de cido sulfhdrico, han de asegurarse condiciones aerobias. Una ventilacin adecuada reduce la condensacin en la corona, elimina el H2S de la atmsfera de la alcantarilla, y puede suministrar suficiente oxgeno para mantener las condiciones aerobias y prevenir la reduccin del sulfato y la produccin de cidos orgnicos. - Utilizacin de materiales resistentes a los cidos y con bajo coeficiente de rozmamiento para favorecer el flujo, como el PVC o el gres cermico.

- Revestimiento del hormign con materiales inertes (expxico bituminoso, etc.) - Dosificacin de reactivos qumicos: inyeccin de cloro, permanganato o perxido de hidrgeno.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 32 La Norma UNE 127.010 en su Anejo D, da una serie de caractersticas para el hormign utilizado en zonas en las que, por su escasa pendiente, poco caudal o escasa ventilacin, sea posible la aparicin del cido sulfdrico: - El cemento deber ser resistente a los sulfatos. Se recomienda el uso de cemento SR.

- El rido empleado ser como mnimo de un 80% calizo (elevada alcalinidad). - El contenido de sulfatos de los ridos, expresado en SO3, se limita al cuatro por mil del

peso total del rido. - La relacin agua/cemento ser como mximo de 0,45 (para conseguir un hormign

suficientemente impermeable). Se podrn aadir aditivos que mejoren la trabajabilidad del hormign con el objeto de reducir la relacin agua/cemento.

- La resistencia a compresin del hormign deber ser como mnimo de 40 MPa. - El recubrimiento de las armaduras longitudinales respecto a las superficies interior y exterior de los tubos ser de 25 mm. Cuando los tubos tengan un espesor de pared menor de 60 mm, el recubrimiento no podr ser inferior a 19 mm. Los extremos macho y hembra del tubo debern ir armados de forma que no exista ninguna seccin transversal de la tubera montada sin armadura y con un recubrimiento mnimo a la superficie interior y exterior de 15 mm. - Cuando la distancia del borde de la armadura a la superficie extrema sea inferior a 10 mm,

se colocar una proteccin adecuada (topes de plstico, pinturas especiales,...). - Aunque no est recogido en la Norma UNE 127.010, actualmente se est extendiendo el uso de aditivos polimricos que, incorporados al hormign, mejoran su comportamiento ante el ataque de cidos. 1.4 RECOMENDACIONES BSICAS PARA REDUCIR EL RIESGO

DE DETERIORO Y CORROSIN EN ESTRUCTURAS DE HORMIGN ARMADO

1) El estado superficial del acero influye en la capacidad de pasivacin de las armaduras. Si la superficie de la armadura se encuentra cubierta con xidos o suciedad en el momento del contacto con el hormign, se necesitar menor cantidad de agresivo para despasivar el acero de la armadura e iniciar el proceso de corrosin. 2) El cemento Portaland es el que proporciona la mayor reserva alcalina, lo que significa un coeficiente de seguridad frente al ataque por cloruros o a la carbonatacin. 3) Utilizar hormigones suficientemente impermeables, lo cual puede conseguirse mediante los siguientes procedimientos:

3.a) Elaborar el hormign con una relacin agua-cemento lo ms baja posible. La disminucin de la relacin agua-cementose puede reducir por diversos medios, como por ejemplo el empleo de aditivos (ver apartado de aditivos del hormign) que lubrifiquen los ridos (ver apartado de aditivos del hormign)y una buena compactacin. Si se realiza una buena compactacin del hormign se asegura adems un buen contacto del recubrimiento con las armaduras y una distribucin homognea de los ridos.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 33 Por el contrario, una inadecuada mezcla y puesta en obra, ocasionar no slo un incremento de la porosidad, sino tambin un aumento del tamao de los capilares en la masa de hormign.

La figura siguiente muestra esquemticamente la presencia de poros y capilares que comunican el exterior con las armaduras del hormign, a travs de los cuales acceden el O2,

la humedad y otros agentes corrosivos para las mismas.

3.b) Realizar un curado suficientemente largo y continuo. Un curado insuficiente bloquea o perturba determinadas reacciones de hidratacin, con lo cual se obtiene un hormign poroso y mucho ms permeable a los agentes agresivos.

3.c) Si se necesitan hormigones de elevada impermeabilidad, se puede recurrir al uso de adiciones como puzolanas o cenizas. Cuando los hormigones con adiciones han tenido un curado adecuado, poseen un grado de impermeabilidad mucho mayor que el que se obtiene con un hormign de cemento Portland. De esta manera el tiempo que tarda el agresivo en llegar a la armadura, en hormigones con adiciones, es mayor que para un hormign con cemento Portland normal.

4) Asegurarse de que el espesor del recubrimiento (distancia desde la armadura ms externa hasta el exterior) cumple la normativa vigente ( se expondr posteriormente) , en funcin del a mbiente al que quedar expuesta la estructura. El escaso espersor del reucbrimiento es una de las causas ms frecuentes de una prematura oxidacin de la armadura. 5) Evitar en lo posible que el hormign est en contacto con el agua (salpicaduras, desages, agua estancada) para reducir el riesgo de su penetracin hasta las armaduras. 6) Evitar la existencia de cloruros en los componentes del hormign no utilizando arena extrada de las cercanas del mar, acelerantes de fraguado constituidos por com puestos clorurados o aguas salobres. 7) En el diseo y puesta en servicio de la obra, evitar tensiones o deformaciones en la estructura que puedan facilitar la aparicin de fisuras. En relacin al ancho admisible para las fisuras en el hormign, como norma general no deben sobrepasar 0,3 mm. El ancho aceptable depende de las condiciones ambientales a que va a estar expuesta la estructura. Hay que tener en cuenta que en alguna microfisura, el agua que circula puede soldarla al disolver el hidrxido clcico del hormign y ste posteriormente carbonatarse.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 34 En atmsferas no agresivas y siempre que el recubrimiento de hormign sobre la armadura supere el espesor carbonatado, no hay riesgo de oxidacin de las armaduras para anchos de fisuras inferiores a 0,2 mm. En una atmsfera marina o industrial, bastaran anchos de 0,1 mm para que se iniciara la oxidacin y en el caso de depsitos de agua o presas, la oxidacin de la armadura se alcanza incluso con anchos de fisuras inferiores a 0,1 mm. 8) Se pueden aplicar recubrimientos protectores de la corrosin a las armaduras antes de integrarlas en la estructura. Los ms comunes son la galvanizacin (recubrimiento de cinc por inmersin de la arma dura en bao de cinc fundido) y los recubrimientos orgnicos, fundamentalmente los que utilizan vehculos constituidos por resinas epoxdicas. En los ltimos aos se estudia la posibilidad de utilizar armaduras de acero inoxidable en estructuras de alta responsabilidad. 9) En determinados casos se puede proceder a la proteccin catdica de las armaduras para lo cual es preciso cuidar que exista continuidad de conduccin elctrica en toda la red de armaduras. Las recomendaciones bsicas anteriores se vern de forma ms concreta y sistemtica en el siguiente apartado, donde se expone y comenta la normativa vigente para la proteccin de estructuras de hormign.


2. DURABILIDAD DEL HORMIGN Y DE LAS ARMADURAS. NORMATIVA APLICABLE

El cumplimiento de la vigente Instruccin Espaola de Hormign Estructural (EHE; Real Decreto 2661/1998) garantiza la seguridad de las estructuras de hormign no solo a nivel de resistencia y de servicio sino tambin la proteccin y durabilidad de las mismas frente a los agentes agresivos. A continuacin se expone el contenido de los artculos de la EHE relativos a la durabilidad de las estructuras de hormign y comentarios que se han considerado de inters para su interpretacin. 2.1 ARTCULO 37 EHE. NORMATIVA Y COMENTARIOS 2.2 OTROS ARTCULOS DE LA EHE RELACIONADOS CON LA DURABILIDAD 2.3 SELECCIN DE MATERIAS PRIMAS PARA HORMIGN

2.1 ARTCULO 37- EHE. DISCUSIN ( ARTCULO 37 - EHE: DURABILIDAD DEL HORMIGN Y DE LAS ARMADURAS ) ndice del Art. 37 - EHE 37.1 Generalidades 37.1.1 Consideracin de la durabilidad en la fase de proyecto 37.1.2 Consideracin de la durabilidad en la fase de ejecucin 37.2 Estrategia para la durabilidad 37.2.1 Prescripciones generales 37.2.2 Seleccin de la forma estructural 37.2.3 Prescripciones respecto a la calidad del hormign 37.2.4 Recubrimientos 37.2.5 Separadores 37.2.6 Valores mximos de la abertura de fisura 37.2.7 Medidas especiales de proteccin 37.3 Durabilidad del hormign 37.3.1 Requisitos de dosificacin y comportamiento del hormign 37.3.2 Limitaciones a los contenidos de agua y de cemento 37.3.3 Resistencia del hormign frente a la helada 37.3.4 Resistencia del hormign frente al ataque por sulfatos 37.3.5 Resistencia del hormign frente al ataque del agua de mar 37.3.6 Resistencia del hormign frente a la erosin 37.3.7 Resistencia frente a la reactividad lcali-rido

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 36 37.4 Corrosin de las armaduras 37.4.1 Corrosin de las armaduras pasivas 37.4.2 Corrosin de las armaduras activas 37.4.3 Proteccin y conservacin de las armaduras activas y de los anclajes Art. 37.1 Generalidades La durabilidad de una estructura de hormign es su capacidad para soportar, durante la vida til para la que ha sido proyectada, las condiciones fsicas y qumicas a las que est expuesta, y que podran llegar a provocar su degradacin como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el anlisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradacin y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecucin y uso de la estructura.

Una estrategia correcta para la durabilidad debe tener en cuenta que en una estructura puede haber diferentes elementos estructurales sometidos a distintos tipos de ambiente. 37.1.1 Consideracin de la durabilidad en la fase de proyecto El proyecto de una estructura de hormign debe incluir las medidas necesarias para que la estructura alcance la duracin de la vida til acordada, de acuerdo con las condiciones de agresividad ambiental y con el tipo de estructura. Para ello, deber incluir una estrategia de durabilidad, acorde a los criterios establecidos en el Apartado 37.2. La agresividad a la que est sometida la estructura se identificar por el tipo de ambiente, de acuerdo con 8.2.1. En la memoria, se justificar la seleccin de las clases de exposicin consideradas para la estructura. As mismo, en los planos se reflejar el tipo de ambiente para el que se ha proyectado cada elemento. El proyecto deber definir formas y detalles estructurales que faciliten la evacuacin del agua y sean eficaces frente a los posibles mecanismos de degradacin del hormign. Los elementos de equipamiento, tales como apoyos, juntas, drenajes, etc., pueden tener una vida ms corta que la de la propia estructura por lo que, en su caso, se estudiar la adopcin de medidas de proyecto que faciliten el mantenimiento y sustitucin de dichos elementos durante la fase de uso. Comentario: - Las medidas preventivas recogidas en la fase de proyecto suelen ser las ms eficaces y las menos costosas, siendo el objetivo final que la estructura alcance la duracin de la vida til para la que es proyectada. - Los aspectos fundamentales que deben contemplarse en la fase de Proyecto, y que irn mencionndose a lo largo de esta normativa, son los siguientes: 1. Determinar el tipo de exposicin ambiental a que va a estar sometido cada elemento estructural.

2. Seleccin de formas estructurales ms favorables

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 37 3. Consecucin de una calidad adecuada del hormign y, en especial de su capa exterior:

3.1) Seleccin de materias primas acorde con lo indicado en los Artculos 26 al 36. Este apartado, por su importancia y amplitud se ha desarrollado aparte (vease Seleccin de materias primas para hormign ) 3.2) Dosificacin adecuada, segn lo indicado en el artculo 37.3.1, as como en el Artculo 68 de la EHE

4. Adopcin de un espesor de recubrimiento adecuado para la proteccin de las armaduras 5. Disposicin de protecciones superficiales en el caso de ambientes muy agresivos 6. Adopcin de medidas contra la corrosin de las armaduras

Tipo de Exposicin ambiental En relacin al punto 1. de la enumeracin anterior, se expone a continuacin el procedimiento para Determinar el tipo de exposicin ambiental a que va a estar sometido cada elemento estructural, siguiendo el Art. 8.2.1- EHE. Las caractersticas ambientales que pueden originar la corrosin de las armaduras y degradacin del hormign se especifican en base a dos aspectos complementarios: a) Clases generales de exposicin, relativas a la corrosin de las armaduras b) Clases especficas de exposicin, relativas a otros procesos de deterioro distintos de la corrosin de las armaduras (procesos de degradacin del hormign ) a) Tipo de ambiente corrosivo para las armaduras. En la Tabla 8.2.2 - EHE Clases generales de exposicin relativas a la corrosin de las armaduras se contemplan cuatro tipos de exposicin corrosiva para las armaduras.

1) NO AGRESIVA 2) Corrosin de origen diferente de los cloruros 3) Marina 4) Corrosin con cloruros de origen diferente del medio marino

Cada elemento estructural estar asociado con una nica clase o subclase general de exposicin corrosiva de las que figuran en la tabla mencionada. b) Agentes de degradacin del hormign Los tipos de agresividad ambiental que pueden provocar la degradacin del hormign aparecen definidos en la Tabla 8 2 3 A-EHE: - Qumica (Q) - Con Heladas (H / F) - Erosin (E) En el caso particular de estructuras sometidas a ataque qumico (Q), este se clasificar de cuerdo con los parmetros recogidos en la Tabla 8. 2.3.B-EHE como dbil(Qa) , medio (Qb) o fuerte (Qc ).

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 38 Un elemento puede estar sometido a ninguna, a una o a varias clases especficas agentes corrosivos) de exposicin ambiental de las recogidas en la Tabla 8. 2.3.B-EHE. En la designacin del tipo de ambiente debern aparecer todas las clases de exposicin que causan la degradacin del hormign unidas mediante el signo "+". 37.1.2 Consideracin de la durabilidad en la fase de ejecucin La buena calidad de la ejecucin de la obra y, especialmente, del proceso de curado, tiene una influencia decisiva para conseguir una estructura durable. Las especificaciones relativas a la durabilidad debern cumplirse en su totalidad durante la fase de ejecucin. No se permitir compensar los efectos derivados por el incumplimiento de alguna de ellas. Comentario: Lo anterior significa, por ejemplo, que no es admisible aceptar la colocacin de un hormign ms impermeable (con menor relacin agua/cemento) para compensar el posible efecto de una ferralla mal colocada con unos recubrimientos inferiores a los indicados en el proyecto. 37.2 Estrategia para la durabilidad 37.2.1 Prescripciones generales Para satisfacer los requisitos establecidos en el Artculo 5 ser necesario seguir una estrategia que considere todos los posibles mecanismos de degradacin, adoptando medidas especficas en funcin de la agresividad a la que se encuentre sometido cada elemento. La estrategia de durabilidad incluir, al menos, los siguientes aspectos:

a) Seleccin de formas estructurales adecuadas, de acuerdo con lo indicado en 37.2.2. b) Consecucin de una calidad adecuada del hormign y, en especial de su capa exterior, de

acuerdo con indicado en 37.2.3. c) Adopcin de un espesor de recubrimiento adecuado para la proteccin de las armaduras, segn

37.2.4 y 37.2.5. d) Control del valor mximo de abertura de fisura, de acuerdo con 37.2.6. e) Disposicin de protecciones superficiales en el caso de ambientes muy agresivos, segn 37.2.7. f) Adopcin de medidas contra la corrosin de las armaduras, conforme a lo indicado en 37.4.

37.2.2 Seleccin de la forma estructural En el proyecto se definirn los esquemas estructurales, las formas geomtricas y los detalles que sean compatibles con la consecucin de una adecuada durabilidad de la estructura. Se procurar evitar el empleo de diseos estructurales que sean especialmente sensibles frente a la accin del agua. Se tender a reducir al mnimo el contacto directo entre las superficies de hormign y el agua (por ejemplo, mediante la disposicin de goterones). Adems, se disearn los detalles de proyecto necesarios para facilitar la rpida evacuacin del agua, previendo los sistemas adecuados para su conduccin y drenaje (imbornales, conducciones, etc.). En especial, se procurar evitar el paso de agua sobre las zonas de juntas y sellados.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 39 En la medida de lo posible, se evitar la existencia de superficies sometidas a salpicaduras o encharcamiento de agua. Cuando la estructura presente secciones con aligeramientos u oquedades internas, se procurar disponer los sistemas necesarios para su ventilacin y drenaje. Salvo en obras de pequea importancia, se deber prever, en la medida de lo posible, el acceso a todos los elementos de la estructura, estudiando la conveniencia de disponer sistemas especficos que faciliten la inspeccin y el mantenimiento durante la fase de servicio. Comentario: La mayora de los ataques que sufre el hormign estn relacionados con el agua. En unos casos, provienen de sustancias disueltas que penetran a travs del hormign. En otras ocasiones es el propio agua lo que provoca el deterioro (por ejemplo, en mecanismos de hielo-deshielo). La presencia de agua es adems elemento imprescindible para que ocurra la corrosin de las armaduras. Por tanto, la forma estructural se seleccionar evitando en lo posible el contacto del hormign con el agua. 37.2.3 Prescripciones respecto a la calidad del hormign Una estrategia enfocada a la durabilidad de una estructura debe conseguir una calidad adecuada del hormign, en especial en las zonas ms superficiales donde se pueden producir los procesos de deterioro. Por un hormign de calidad adecuada se entiende aquel que cumple las siguientes condiciones: 1) Seleccin de materias primas acorde con lo indicado en los Artculos 26 al 36.

2) Dosificacin adecuada, segn lo indicado en el Apartado 37.3.1, as como en el Artculo 68. 3) Puesta en obra correcta, segn lo indicado en el Artculo 70. 4) Curado del hormign, segn lo indicado en el Artculo 74. 5) Resistencia acorde con el comportamiento estructural esperado y congruente con los requisitos de durabilidad. 6) Comportamiento conforme con los requisitos de 37.3.1.

Comentario: La seleccin de materias primas para la fabricacin del hormign, dado su inters y amplitud, se ha desarrollado en un apartado independiente (ver seleccin de materias primas para hormign)

37.2.4 Recubrimientos El recubrimiento de hormign es la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo cercos y estribos) y la superficie del hormign ms cercana. En el caso de las armaduras pasivas o armaduras activas pretesas, se observarn los siguientes recubrimientos:

a) Cuando se trata de armaduras principales, el recubrimiento deber ser igual o superior al dimetro de dicha barra (o dimetro equivalente si se trata de un grupo de barras) y a 0,80 veces el tamao mximo del rido, salvo que la disposicin de armaduras respecto a los paramentos dificulte el paso del hormign, en cuyo caso se tomar 1,25 veces el tamao mximo del rido (ver 28.2).


b) Para cualquier clase de armaduras pasivas (incluso estribos) o armaduras activas pretesas, el recubrimiento no ser, en ningn punto, inferior a los valores mnimos recogidos en la Tabla 37.2.4 en funcin de la clase de exposicin ambiental (segn lo indicado en 8.2.1). Para garantizar estos valores mnimos, se prescribir en el proyecto un valor nominal del recubrimiento rnom, donde:

rnom = rmin + r donde:

rnom Recubrimiento nominal rmin Recubrimiento mnimo Tabla 37.2.4

r Margen de recubrimiento, en funcin del nivel de control de ejecucin. El recubrimiento nominal es el valor que debe prescribirse en el proyecto y reflejarse en los

planos, y que servir para definir los separadores. El recubrimiento mnimo es el valor a garantizar en cualquier punto del elemento; su valor se

recoge en la Tabla 37.2.4.

RECUBRIMIENTO MNIMO [mm] SEGN LA CLASE DE EXPOSICIN (**)

AMBIENTE CORROSIN ARMADURAS

AMBIENTE DEGRAD HORMIG

Resistencia caracterstica del hormign

[N/mm2]

Tipo de elemento

I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc

General 20 25 30 35 35 40 35 40 (*) (*)

25 fck

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 41 En el caso de elementos (viguetas o placas) prefabricados en instalacin industrial fija, para

forjados unidireccionales de hormign armado o pretensado, el proyectista podr contar, adems del recubrimiento real del hormign, con el espesor de los revestimientos del forjado que sean compactos e impermeables y tengan carcter de definitivos y permanentes, al objeto de cumplir los requisitos de la tabla 37.2.4. Sin embargo, en estos casos, el recubrimiento real de hormign no podr ser nunca inferior a 15 mm.

c) El recubrimiento de las barras dobladas no ser inferior a dos dimetros, medido en direccin

perpendicular al plano de la curva.

d) Cuando por exigencias de cualquier tipo (durabilidad, proteccin frente a incendios o utilizacin de grupos de barras), el recubrimiento sea superior a 50 mm, deber considerarse la posible conveniencia de colocar una malla de reparto en medio del espesor del recubrimiento en la zona de traccin, con una cuanta geomtrica del 5 por mil del rea del recubrimiento para barras o grupos de barras de dimetro (o dimetro equivalente) igual o inferior a 32 mm, y del 10 por mil para dimetros (o dimetros equivalentes) superiores a 32 mm.

e) En piezas hormigonadas contra el terreno el recubrimiento mnimo ser 70 mm, salvo que se

haya preparado el terreno y dispuesto un hormign de limpieza, en cuyo caso ser de aplicacin la tabla 37.2.4. No rige en este caso lo previsto en el Apartado d).

f) En el caso de las armaduras postesas, los recubrimientos (figura 37.2.4.a) sern por lo menos

iguales al mayor de los lmites siguientes: - En direccin vertical: a) 4 cm;

b) la dimensin horizontal de la vaina o grupos de vainas en contacto;

- En direccin horizontal: a) 4 cm; b) la mitad de la dimensin vertical de la vaina o grupo de vainas en contacto; c) la dimensin horizontal de la vaina o grupo de vainas en contacto. En casos particulares de atmsfera fuertemente agresiva o especiales riesgos de incendio, los recubrimientos indicados en el presente Artculo debern ser aumentados.

Figura 37.2.4.a

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conduccin de Agua 42 Comentario: El espesor del recubrimiento constituye un parmetro de gran importancia para lograr una proteccin adecuada de la armadura durante la vida de servicio de la estructura. El perodo durante el cual el hormign del recubrimiento protege a las armaduras es funcin del cuadrado del espesor del recubrimiento. Esto conlleva que una disminucin del recubrimiento a la mitad de su valor nominal, se traduzca en un perodo de proteccin de la armadura reducido a la cuarta parte. Los valores de la tabla 37.2.4 son mnimos absolutos que no se pueden disminuir en ningn caso, a los cuales se deber sumar el margen de recubrimiento indicado, resultando el recubrimiento nominal a prescribir en el proyecto. En el caso de ambientes fuertemente agresivos, el valor de los recubrimientos y las dems disposiciones de proyecto debern establecerse, previa consulta de la literatura tcnica especializada, en funcin de la naturaleza del ambiente, del tipo de elemento estructural de que se trate, etc. 37.2.5 Separadores Los recubrimientos debern garantizarse mediante la disposicin de los correspondientes elementos separadores colocados en obra. Estos calzos o separadores debern disponerse de acuerdo con lo dispuesto en 66.2. Debern estar constituidos por materiales resistentes a la alcalinidad del hormign, y no inducir corrosin de las armaduras. Deben ser al menos tan impermeables al agua como el hormign, y ser resistentes a los ataques qumicos a que se puede ver sometido este. Independientemente de que sean provisionales o definitivos, debern ser de hormign, mortero, plstico rgido o material similar y haber sido especficamente diseados para este fin. Si los separadores son de hormign, ste deber ser, en cuanto a resistencia, permeabilidad, higroscopicidad, dilatacin trmica, etc., de una calidad comparable a la del utilizado en la construccin de la pieza. Anlogamente, si son de mortero, su calidad deber ser semejante a la del mortero contenido en el hormign de la obra. Cuando se utilicen separadores constituidos con material que no contenga cemento, aquellos debern, para asegurar su buen enlace con el hormign de la pieza, presentar orificios cuya secc

3. HORMIGÓN

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