Curso de Construcción de Obras en Hormigón Durabilidad Factores que intervienen en la durabilidad...

Curso de Construcción de Obras en Hormigón

DurabilidadFactores que intervienen en la

durabilidad

Valencia, octubre-noviembre 2011

Miguel A. Fernández Prada

GENERALITAT

VALENCIANA

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ÍNDICE

Durabilidad Vida útil y vida residual Microestructura del hormigón El agua en los poros Mecanismos de transporte Transporte en aire húmedo Transporte por agua de lluvia y salpicaduras Transporte por inmersión

Factores que intervienen en la durabilidad Agentes externos Materiales

Durabilidad Vida útil y vida residual Microestructura del hormigón El agua en los poros Mecanismos de transporte Transporte en aire húmedo Transporte por agua de lluvia y salpicaduras Transporte por inmersión

Factores que intervienen en la durabilidad Agentes externos Materiales

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DURABILIDAD

Durabilidad de una estructura:capacidad para soportar, durante su vida útil, las condiciones físico-químicas a las que va a estar expuesta, conservando sus condiciones de seguridad, funcionalidad y aspecto, sin costes inesperados de mantenimiento o reparación

Durabilidad del hormigón:capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas o químicas agresivas y proteger adecuadamente a las armaduras y demás elementos metálicos embebidos en el hormigón durante la vida útil de la

estructura

PROYECTISTA(Prepara especificaciones de diseño)

PROYECTISTA(Prepara especificaciones de diseño)

PROPIEDAD(Define sus deseos presentes y futuros)

PROPIEDAD(Define sus deseos presentes y futuros)

VIDA ÚTIL

USUARIOS(Responsable del mantenimiento)

USUARIOS(Responsable del mantenimiento)

CONTRATISTA(Construcción. Materiales. Ensayos)

CONTRATISTA(Construcción. Materiales. Ensayos)

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DURABILIDAD

Modelo de TUUTTI (grado de corrosión)

Tiempo

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Iniciación Propagación

VIDA ÚTIL

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Vida útil:

Período de tiempo en el que una estructura conserva los requisitos de proyecto sobre seguridad, funcionalidad y estética sin costos inesperados de mantenimiento

Vida útil:

Período de tiempo en el que una estructura conserva los requisitos de proyecto sobre seguridad, funcionalidad y estética sin costos inesperados de mantenimiento

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DURABILIDAD

Tiempo

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Inicial

Mínimo

Reparación

Vida útil

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Res

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al Respuesta actual

Respuesta mínima

HoyVida

residual

Vida útil y vida residualVida útil y vida residual

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DURABILIDAD

Vida útil (EHE-08)Vida útil (EHE-08)

Tipo de estructura Vida útil nominal

Estructuras de carácter temporal Entre 3 y 10 años

Elementos reemplazables que no forman parte de la estructura principal (barandillas, apoyos de tuberías, etc)

Entre 10 y 20 años

Edificios o instalaciones agrícolas o industriales y obras marítimas Entre 15 y 50 años

Edificios de carácter monumental o de importancia especial 100 años

Puentes de longitud total igual o superior a 100 m y otras estructuras de ingeniería civil de repercusión económica alta

100 años

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DURABILIDAD

PROYECTO MATERIALES EJECUCIÓN

DETERIORO DEL HORMIGÓN DETERIORO DE LAS ARMADURAS

FísicoFísico Químico-Biológico Corrosión

Resistencia

SEGURIDAD

Condiciones Superficiales

ASPECTO

Rigidez

FUNCIONALIDAD

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DURABILIDAD

MICROESTRUCTURA

COMPORTAMIENTO MECÁNICO

TRANSPORTE DE FLUIDOS

COMPORTAMIENTO REOLÓGICO

Resistencia Tenacidad Impermeabilidad DURABILIDAD Retracción Fluencia

Porosidad fundamentalDistribución del

tamaño de los poros

Tipo y velocidad

Mecanismos de transporte

Mecanismos de fijación

Poros interconectados

Transporte de líquidos y gases

Intercambio de substancias disueltas

Microestructura del hormigónMicroestructura del hormigón

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DURABILIDAD

Poros de compactación:

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Huecos de aire en la masa de hormigón, consecuencia de un proceso de compactación deficiente.

Huecos de aire:Huecos de aire de forma regular generados como consecuencia del uso de aireantes.

Tamaño de los poros

Porosidad capilar:

o Exceso de agua con respecto a la exacta cantidad necesaria para hidratar todo el cemento. (porosidad capilar de grandes diámetros)

o Debida a la estructura cristalina de los productos de hidratación. La densidad del cemento anhidro es 2,25 veces mayor que la de conjunto de productos hidratados (porosidad capilar de tamaños pequeños)

Porosidad de gel:

Oquedades existentes los geles que forman los silicatos cálcicos hidratados (C-S-H).

Microestructura del hormigón: PorosidadMicroestructura del hormigón: Porosidad

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DURABILIDAD

En los productos hidratados Como resultado de combinaciones químicas

Restos de agua de fabricación Encerrada en los poros

Función de la humedad exterior

Agua circulante a través de la red capilar

El agua en los poros: OrigenEl agua en los poros: Origen

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DURABILIDAD

Agua combinada Se encuentra en los productos resultantes de la hidratación No se puede eliminar por secado convencional

Agua intercapa o zeolítica Se encuentra en las capas de gel

Se elimina con secado enérgico y humedades relativas menores del 11% Su pérdida provoca retracción (aunque es difícil que se elimine)

Agua adsorbida Se fija en la superficie de los poros Alcanza espesores de hasta 150m Puede eliminarse mediante secado con humedades de 40-45% Es causa fundamental de los fenómenos de retracción y fluencia

AguaCapa de gel

Agua libre o capilar Poros de pequeño diámetro (radio de alrededor de 100m)

• Su extracción conlleva pérdida de volumen Poros de gran diámetro (radio mayor de 1000m)

• Es la denominada agua libre• Gobierna el mecanismo de ingreso en el hormigón de substancias agresivas

El agua en los poros: EstadoEl agua en los poros: Estado

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DURABILIDAD

Sobre la resistencia Si aumentan los macroporos capilares disminuye la resistencia

Sobre las deformaciones Pérdida del agua zeolítica Pérdida del agua adsorbida Pérdida del agua capilar (mesoporos)

Movimiento de agua adsorbida

RETRACCIÓN

FLUENCIA

Sobre la durabilidad

Ingreso desde el exterior de substancias agresivas con el agua libre de los macroporos

Modificación del PH

Corrosión de armaduras

Reacciones que alteran el hormigón

El agua en los poros: InfluenciaEl agua en los poros: Influencia

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DURABILIDAD

Líquidos

Líquidos(Iones en disolución acuosa) Gases

Mecanismos

Difusión

Permeabilidad

Succión

Adsorción

Migración

Tipo de substancia

Grado de concentración

Condiciones ambientales

Estructura porosa

Mecanismos de transporteMecanismos de transporte

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DURABILIDAD

DIFUSIÓN Transferencia de moléculas libres o iones en la solución acuosa de los poros

Se produce cuando hay gradiente de concentración

Difusión CO2

Difusión de ión cloruro

Difusión de oxigeno y vapor de agua

CARBONATACIÓN

CLORUROS DESPASIVANTES

CORROSIÓN DE ARMADURAS

Difusión

C1

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DURABILIDAD

ADSORCIÓN Fijación de moléculas de agua en una superficie sólida

SUCCIÓN CAPILAR Ingreso de agua en estado líquido desde el exterior

MIGRACIÓN Transporte de iones a través de un electrolito por la acción de un campo eléctrico

Provoca diferencias de concentración DIFUSIÓN

PERMEABILIDAD Flujo de líquidos o gases como consecuencia de un gradiente de presión


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DURABILIDAD

HR (%)

Con

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100

Procesos de difusión en función de la humedad del aire

El dióxido de carbono reacciona en la pared de los poros

El oxigeno es consumido durante la corrosión de las armaduras

Fijación de moléculas de agua por adsorción

Disminución de la concentración

DIFUSIÓN

Transporte en aire húmedoTransporte en aire húmedo

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DURABILIDAD

TiempoCon

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Humidificación Desecación

Dese

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Humidificación Humidificación

Succión capilar Saturación muy rápidaTransporte de substancias disueltas

Difusión de gases impedida

Cuando se alcanza el equilibrio juega un papel importante la difusión

El agua se absorbe a una velocidad mayor de la que se pierde por evaporación

Transporte por agua de lluvia y salpicadurasTransporte por agua de lluvia y salpicaduras

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DURABILIDAD

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Transporte de agua por presión hidráulica y succión capilar

Transporte de agua y agentes disueltos

Evaporación

Cristalización de agentes disueltos

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En principio actúa la succión capilar (acelerada por presión hidráulica)

Para que haya transporte interno se precisa que haya evaporación

Los agentes transportados se depositan principalmente en las zonas de evaporación

Importantes efectos químicos por acumulación de substancias agresivas

Transporte por inmersiónTransporte por inmersión

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FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DURABILIDAD

MATERIALES

TIEMPO

AGENTES EXTERNOS

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N

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AGENTES EXTERNOS

Clima

•Precipitación anual media

•Temperatura anual media

Transformaciones químicas

Acción del hielo

Tipo de obra

Presa

Dique

Puente

Edificación

Edificación Industrial

Cimentación

Clima SaturaciónCiclos Humedadsequedad

Acción del hielo, sales fundentes

Agua salada Olas

Clima

Seco

Agresión química

Carrera de marea

Sulfatos

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MATERIALES

Hormigón

Armadura Corrosión

Fisuración

Recubrimiento

Carbonatación

...Accesibilidad

Permeabilidad

Porosidad

Composición

Componentes hidratados

Áridos

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