Esteban Vaquerizo Vega - andece.org · - Capacidad portante residual. - Pérdida de funcionalidad....

Esteban Vaquerizo [email protected]

Observaciones experimentales.

Adopción de condicionantes

económicos. Vida ÚtilDuración

Solicitaciones mecánicas y

funcionales al hormigón.

Capacidad

de

respuesta

Durabilidad

Acciones

Deterioro del Hormigón

Vida Útil

Relación con la durabilidad: tiempo vs. acciones del ambiente a que está sometida la estructura.

Sistematización del concepto de vida útil:

Determinar Deterioro principal: corrosión (carbonatación/cloruros).

Estudiar Causas/Velocidad: Modelos de vida útil.

Introducción en los Códigos Técnicos. (EHE)

Periodo de tiempo en el que laestructura conserva los requisitosde proyecto sobre seguridad,funcionalidad y estética sin costosinesperados de mantenimiento.

La estructura mantiene las características de proyecto un tiempo límite.

El tiempo límite depende de:

Tipo de elemento: viga, pilar, forjado,…

Seguridad: riesgo de desprendimiento,…

Solicitaciones mecánicas.

Solicitaciones estéticas.

La estructura trabaja

sobrepasados los

requisitos de proyecto.

VIDA RESIDUAL: después del tiempo límite hasta que

se interviene reparando el daño.

Vida Útil

Cuando intervenir?:

- Balancear factores:

Pérdida de capacidad portante en una estructura que se

está corroyendo.A: tiempo límite. B: condiciones mínimas admisibles.

Técnicos

Económicos

Sociales

- Capacidad portante residual.

- Pérdida de funcionalidad.

- Coste de reparación.

- Pérdida de uso.

- Accidentalidad

- Alteraciones por intervención.Estructura reparada!

- Establecer nuevos requisitos mecánicos,

estructurales y ambientales.

- Establecer la nueva vida útil tras la reparación. Vida Útil

Modelo base de Tuutti: específico para corrosión

de la armadura, aunque extendible a cualquier tipo de

deterioro.

Verificación de la Vida Útil

Iniciación (ti): tiempo que tardan los cloruros ó la carbonatación en llegar a la superficie de la armadura.

Propagación (tp): tiempo en que la armadura se corroe.

Verificación de la Vida Útil

Métodos para evaluar la vida útil:

Tradicionales (prescripción).

Limitaciones en la composición del hormigón.

Clasificación de la agresividad ambiental. (I, IIa, IIb, IIIa, IIIb, ….)

Se establecen reglas de buena práctica y limitación de c y a/c.

Limitación del contenido mínimo de cemento.

Limitación del recubrimiento mínimo de hormigón a la armadura.

Limitación de anchura máxima de fisura en armaduras transversales.

Avanzados (por prestaciones).

Calcular el tiempo que tardará en llegarel agresivo a la armadura a partir de unaprestación del hormigón.

Fiabilidad Estructural (probabilidad de fallo) La seguridad de la estructura se expresa mediante Funciones de Estado Límite. R≥S

Sistema semiprobabilista: La probabilidad de fallo se aborda estableciendo cfts de seguridad.

Se definen: Solicitación y Resistencia ambiental

Ramb≥ Samb

Verificación de la Vida Util

El método prescriptivo es insuficiente cuando el medio

es agresivo (cloruros) o vidas en servicio >50 años.

Función de Estado Límite de Durabilidad: Ramb ≥ Samb

Ramb: Resistencia ambiental representada por una prestación verificable del hormigón.

Samb: Solicitación ambiental (acción a que está sometida la estructura).

Verificación de la Vida Util:

Método

Semiprobabilista

Función de Estado Límite de Vida Útil: tr ≥ tl tال·

tr : Tiempo Real de duración de la estructura.

tl : Tiempo de cálculo aplicando el modelo.

tال : Coeficiente parcial que tiene en cuenta las incertidumbres del proceso.

Verificación de la Durabilidad:

o bien,

Verificación de la Durabilidad:

1) Establecer el período de Vida Útil.

2) Definir el Estado Límite de despasivación o deterioro admisible.

3) Establecer un mantenimiento.

4) Definir la solicitación ambiental. Samb

5) Definir la prestación del hormigón que representa la resistencia ambiental y controla el progreso del deterioro. Ramb

6) Cálculo del Espesor Mínimo de Recubrimiento.

7) Consideración de métodos de protección complementarios.

Verificación de la Durabilidad

1) Establecer el período de Vida Útil.

Puede variar para cada tipo de estructura.

Se considera por término medio 50 años. A este valor es al que se refieren los cálculos y será al que se aplique la Función de Estado Límite.

2) Definir el Estado Límite de deterioro admisible.

Se considera el límite de vida útil cuando el frente agresivo ha alcanzado la armadura y provoca en ella velocidades de corrosión medias constantes superiores a 10-3 mm/año. (C. Andrade- “Vida Util de estructuras de hormigón (ICCET-CSIC)”.

El período de propagación de la corrosión se puede estimar a partir de la expresión:

Plim : Pérdida de radio límite (μm).

Vcorr : Velocidad de corrosión (μm/año).

3) Establecer el mantenimiento.

El hormigón es un material de escaso mantenimiento.

Limitarse a un mínimo de limpieza y correcto drenaje de las aguas.

4) Definir la solicitación ambiental. Samb.

Corrosión: CO2 , Cl- (cuando existen) y agua (humedad ambiental).

Acción: concentración del agresivo Implícita en la Velocidad de Penetración.

Efecto de la acción: profundidad del frente agresivo Penetración X del

agresivo.

Px : Penetración del agresivo (μm).

Vc : Velocidad de avance (μm/año).

t : Tiempo de actuaciópn del agresivo (año).


Expresión simplificada

Cálculo detallado:

Concentración del agresivo explícita.

Velocidad expresada como Coeficiente de Difusión D del agresivo(constante o variable con la humedad del hormigón o con la edad).

MODELOS:

Andrade (ICCET-CSIC) “Vida Útil de estructuras de hormigón)Modelos más complejos en

desarrollo.

CARBONATACION CLORUROS

Hakkinen (EHE-08) Cftes. Constantes

Tuutti Cftes f(t)

Bakker Cftes f(c y a/c)

Parrot Izquierdo

EHE-08


Solicitación ambiental. Samb

Corrosión por Carbonatación: Modelo de Hakkinen (EHE-08).

Observaciones:

Considera que la propiedad que controla el avance de la carbonatación es la penetrabilidad del agua en el hormigón.

VCO2 : Velocidad de avance del frente de carbonatación.

fcm : Resistencia característica del hormigón.



Corrosión por cloruros: Modelo de la EHE-08.

Observaciones:

La concentración de cloruros en el seno del hormigón y el Cfte. de Difusión de Cloruros controlan la cinética de penetración de cloruros y por tanto la velocidad de la agresión.

Se trata de una mejora del modelo de Fick:

D0: Coef. de Difusión efectivo de Cloruros a edad de 28 días.

Cx : Conc. de cloruros a profundidad x en tiempo t.

C0 : Conc. inicial de cloruros en el hormigón.

erf(x) : Función de error de Gauss.

ncl : Factor de edad.

Mejora del modelo de la EHE-08:



Cs : Conc. de cloruros en la sup. del hormigón.

DCl: Coef. de Difusión efectivo de Cloruros.

2ª Ley de Fick

Ccr : Conc. máx. de cloruros admitida en la estructura.

VCl: Velocidad de avance del frente de cloruros.

5) Prestación del hormigón que representa la resistencia ambiental y controla el progreso del deterioro.

Penetrabilidad de agua en el hormigón.

Conectividad del sistema poroso: Coeficiente de Difusión.

Características y concentración de la fase cementicia: C, a/c y

tipo de cemento.

Concentración inicial de cloruros en el hormigón (corrosión por

cloruros).

6) Cálculo del ESPESOR MÍNIMO DEL RECUBRIMIENTO.

¿Qué dice la EHE?


7)Medidas adicionales de protección.

BASF

Capacidad del elemento para soportar durante su vida

útil las condiciones a las que está expuesto y que podrían

provocar su degradación por efectos diferentes de las

cargas. Cap. 7, Art. 37, EHE-08

El Proyecto debe definir una ESTRATEGIA DE DURABILIDAD

Debe considerar todos los procesos de degradación que concurran.

Debe actuar en fases de Proyecto, ejecución y Uso.

Incorpora el concepto de Vida Útil a la estrategia de durabilidad.

Estado Límite de Durabilidad para los procesos de corrosión. Estimación de la Vida Útil.

Consideraciones adicionales sobre durabilidad (Anejo 9).

Se especifican las Características de los Materiales.

Cementos. Recomendaciones de uso, tipos permitidos.

Resto de componentes

Se definen Clases de Exposición ambiental Generales y Específicas.

Dosificación (C y A/C) en función de las clases de exposición.

Consideraciones Particulares para ambientes concretos.

Cementos y condiciones de dosificación especiales.

Otras medidas de protección.

Protección de las armaduras frente a la corrosión.

Espesor mínimo del Recubrimiento.

Protección Adicional: Inhibidores de corrosión, Protección Catódica, Galvanizado, Armaduras de Acero Inoxidable.

Previo a la redacción del Proyecto la Propiedad fijará la Vida Útil Nominal, que deberá satisfacer Reglamentaciones Específicas ó la tabla siguiente:

Durante la totalidad de su Vida Útil las estructuras deberán ser idóneas para su uso atendiendo a:

Seguridad y Funcionalidad Estructural.

Seguridad en caso de Incendio.

Higiene, Salud y Protección del Medioambiente.

Período de ref: 50 años

rnom= rmin+∆rrnom= rmin+∆r

Trecubrimiento: tiempo en que el hormigón

del recubrimiento protege a la armadura.

Trecubrimiento = ƒ (rmin2)

rnom : recubrimiento nominal (proyecto, planos).

rmin : recubrimiento mínimo en cualquier punto (control).

∆r : Margen de recubrimiento en función del nivel de control

de ejecución. Su valor será:

0 mm. en elementos prefabricados con control intenso.

5 mm. en elementos ejecutados in situ con control intenso.

10 mm. en el resto de los casos.

En cualquier armadura pasiva (incluso estribos), o activa pretesa, el rmin no será

inferior en ningún punto a los valores recogidos en las tablas 37.2.4.1.a, b y c.

En las armaduras principales:

rmin = Φbarra (o el equivalente al grupo de barras)

rmin = 0,80 TM, salvo disposición de armaduras que dificulte el paso del hormigón, en cuyo caso se tomará 1,25 TM

Tabla de estimación directa para ambientes I y II

(Corrosión por Carbonatación).

Recubrimientos EHE-98


Tabla de estimación directa para ambientes III y IV

(Corrosión por cloruros).



Tabla de estimación directa para clases específicas

de exposición (Otros mecanismos de deterioro).



Los valores del recubrimiento cambian respecto a la EHE anterior: recálculo.

La resistencia mecánica no dimensiona el recubrimiento en los ambientes con

corrosión por cloruros.

En ambientes con corrosión por cloruros los recubrimientos aumentan, mucho

más en pretensado.

Aparece concepto de vida útil: tener en cuenta en el proyecto.

El tipo de cemento dimensiona el recubrimiento. Disponibilidad de cementos.

Aparecen valores en asterisco: cómo estimarlos?, usar anejo 9.

Algunos valores son muy altos: inviable o caro. rmin> 50 mm malla de reparto.

Observaciones a las tablas de estimación de los

recubrimientos de la EHE-08

Cementos utilizables vs.

indicados en tablas de

recubrimientos

Problema Solución

0-5––––––––36-6535-64CEM III/ACemento con escorias de horno alto

CEM III 0-5––––––––66-8020-34CEM III/B

0-5––––––––81-955-19CEM III/C

0-5–––11-35–65-89CEM IV/ACemento puzolánico

CEM IV0-5–––36-55–45-64CEM IV/B

0-5–––-18-30-18-3040-64CEM V/ACemento Compuesto

CEM V

0-521-3565-79CEM II/B-M

LLLCálcicas

WSilícicas V

Natural calcinada Q

Natural P

Constit. Minorit.

0-5–––-31-50-31-5020-38CEM V/B

0-56-2080-94CEM II/A-MCemento Portland mixto

0-521-35––––––––65-79CEM II/B-LL

0-56-20––––––––80-94CEM II/A-LL

0-5–21-35–––––––65-79CEM II/B-L

0-5–6-20–––––––80-94CEM II/A-LCemento Portland

con caliza

0-5––21-35––––––65-79CEM II/B-T

0-5––6-20––––––80-94CEM II/A-TCemento Pórtland con esquistos calcinados

0-5–––21-35–––––65-79CEM II/B-W

0-5–––6-20–––––80-94CEM II/A-W

0-5––––21-35––––65-79CEM II/B-V

0-5––––6-20––––80-94CEM II/A-VCemento Portland con ceniza volante

0-5–––––21-35–––65-79CEM II/B-Q

0-5–––––6-20–––80-94CEM II/A-Q

0-5––––––21-35––65-79CEM II/B-P

0-5––––––6-20––80-94CEM II/A-PCemento Portland con puzolana

0-5–––––––6-10–90-94CEM II/A-DCemento Portland con humo de sílice

0-5––––––––21-3565-79CEM II/B-S

0-5––––––––6-2080-94CEM II/A-SCemento Portladcon escoria

CEM II

0-5–––––––––95-100CEM ICemento PortladCEM I

Caliza Esquistos Calcinados

T

Cenizas volantesPuzolana Humo de Sílice

D (2)

Escoria de horno

alto SClínker K

Componentes principalesComposición (proporción en masa 1)

Designación de los 27 productos

(tipos de cementos comunes)

Princi-palestipos


CEM III 0-5––––––––66-8020-34CEM III/B

0-5––––––––81-955-19CEM III/C


CEM IV0-5–––36-55–45-64CEM IV/B


CEM V

0-521-3565-79CEM II/B-M

LLLCálcicas

WSilícicas V

Natural calcinada Q

Natural P

Constit. Minorit.

0-5–––-31-50-31-5020-38CEM V/B


0-521-35––––––––65-79CEM II/B-LL

0-56-20––––––––80-94CEM II/A-LL

0-5–21-35–––––––65-79CEM II/B-L


con caliza

0-5––21-35––––––65-79CEM II/B-T


0-5–––21-35–––––65-79CEM II/B-W

0-5–––6-20–––––80-94CEM II/A-W

0-5––––21-35––––65-79CEM II/B-V


0-5–––––21-35–––65-79CEM II/B-Q

0-5–––––6-20–––80-94CEM II/A-Q

0-5––––––21-35––65-79CEM II/B-P



0-5––––––––21-3565-79CEM II/B-S


CEM II



T


D (2)

Escoria de horno

alto SClínker K




Princi-palestipos

UNE-EN 197-1: Composición, especificaciones y criterios de conformidad para cementos comunes

EHE-08: Cap. VI (Materiales) – Art. 26 (Cementos)


CEM III 0-5––––––––66-8020-34CEM III/B

0-5––––––––81-955-19CEM III/C


CEM IV0-5–––36-55–45-64CEM IV/B


CEM V

0-521-3565-79CEM II/B-M

LLLCálcicas

WSilícicas V

Natural calcinada Q

Natural P

Constit. Minorit.

0-5–––-31-50-31-5020-38CEM V/B


0-521-35––––––––65-79CEM II/B-LL

0-56-20––––––––80-94CEM II/A-LL

0-5–21-35–––––––65-79CEM II/B-L


con caliza

0-5––21-35––––––65-79CEM II/B-T


0-5–––21-35–––––65-79CEM II/B-W

0-5–––6-20–––––80-94CEM II/A-W

0-5––––21-35––––65-79CEM II/B-V


0-5–––––21-35–––65-79CEM II/B-Q

0-5–––––6-20–––80-94CEM II/A-Q

0-5––––––21-35––65-79CEM II/B-P



0-5––––––––21-3565-79CEM II/B-S


CEM II



T


D (2)

Escoria de horno

alto SClínker K




Princi-palestipos


CEM III 0-5––––––––66-8020-34CEM III/B

0-5––––––––81-955-19CEM III/C


CEM IV0-5–––36-55–45-64CEM IV/B


CEM V

0-521-3565-79CEM II/B-M

LLLCálcicas

WSilícicas V

Natural calcinada Q

Natural P

Constit. Minorit.

0-5–––-31-50-31-5020-38CEM V/B


0-521-35––––––––65-79CEM II/B-LL

0-56-20––––––––80-94CEM II/A-LL

0-5–21-35–––––––65-79CEM II/B-L


con caliza

0-5––21-35––––––65-79CEM II/B-T


0-5–––21-35–––––65-79CEM II/B-W

0-5–––6-20–––––80-94CEM II/A-W

0-5––––21-35––––65-79CEM II/B-V


0-5–––––21-35–––65-79CEM II/B-Q

0-5–––––6-20–––80-94CEM II/A-Q

0-5––––––21-35––65-79CEM II/B-P



0-5––––––––21-3565-79CEM II/B-S


CEM II



T


D (2)

Escoria de horno

alto SClínker K




Princi-palestipos

Tipos I, II/A, II/B, III/A y IV/A

16 tipos de cementos de los

permitidos por la EHE

Cementos recomendados según la

clase de exposición

Anejo 4 EHE-08

Ambientes de carbonatación: IIa y IIb:

Ambientes de corrosión por cloruros: IIIa, IIIb, IIIc

Tipos II/A-S, II/B-S, II/A-V,

II/B-V, II/A-P, II/B-P, II/A-D,

III/A, III/B, IV/A, IV/B, V/A,



Ambiente de corrosión por cloruros no marinos: IV

Los mismos que clases III

más tipos I.

14 tipos d permitidos por EHE

Incluidos los cementos mixtos A-M y B-M

con esas adiciones.

Cementos con recubrimientos más favorables

(menores) según tablas 37.2.4.1.a, b y c.

Ambientes de carbonatación: IIa y IIb:

Tipos I



Ambientes de corrosión por cloruros: IIIa, IIIb, IIIc

Tipos III/A, III/B, IV, II/B-S,

II/B-P, II/B-V, II/A-D, I (con

adición al horm. de SF ó CV)



Valores altos en las

tablas



recubrimientos

Problema

Malla como armadura

de reparto si r>50 mm

Solución

Aplicar anejo 9

de la EHE-08

Recubrimientos > 50 mm.

Valores altos en las

tablas



recubrimientos

Problema

Valores en

asterisco

Malla como armadura


Solución

Aplicar anejo 9

de la EHE-08

Valores tan altos en

las tablas



recubrimientos

Problema

Valores en

asterisco

Malla como armadura


Solución

Aplicar anejo 9

de la EHE-08

IIIa, IIIb, IIIc, IV y Qa

Qb, QcA fijar por el autor

del proyecto

Reducción como clase IIb

si se disponen medidas

adicionales de protección

Estimación del recubrimiento en

ambientes tipo Q

Anejo 9: Modelo de carbonatación

ANEJO 9Clases generales de exposición I, IIa y IIb.

tL: tiempo límite para el que se considera significativo el ataque.

El período de iniciación ti concluye cuando el frente de carbonatación llega a la superficie de la armadura.

Período de propagación tp de la corrosión hasta deterioro significativo de la estructura. En armaduras activas tp=0.

corrC v

d

K

d 80ttt

2

piL

b

cmairenvC faCCK

8ckcm ff

d : avance de carbonatación (mm)

Kc : coeficiente de carbonatación

fcm : resistencia media del hormigón (MPa). A partir de la característica:

2

itCK

d

Cenv : coeficiente de ambiente (tabulado)

Cair : coeficiente de aireantes (tabulado)

a, b : parámetros función del tipo de cemento (tabulados)

coeficientes de calibración del modelo

d = Kc · √t

ANEJO 9Cenv : coeficiente de ambiente

Cair : coeficiente de aireantes

a, b : parámetros función del tipo de cemento

Difusión de CO2 y O2.

Porosidad abierta : Difusión

Calibración con diferentes tipos de cemento

b

cmairenvC faCCK

ANEJO 9( tp): Período de propagación.

corrv

d80t p

d : espesor de corrosión (mm)

tp : tiempo de propagación (años)

vcorr : velocidad de corrosión (μm/año).

Ф : diámetro de la armadura (mm).

ANEJO 9Clases generales de exposición IIIa, IIIb, IIIc y IV.

tL: tiempo límite para el que se considera significativo el ataque.

El período de iniciación ti concluye cuando el frente de penetración de cloruros llega a la superficie de la armadura provocando el inicio de la corrosión.

Período de propagación tp de la corrosión hasta deterioro significativo de la estructura. En armaduras activas tp=0.

corrCl v

d

K

d 80ttt

2

piL

2

itClK

d

bs

bthCl

CC

CCtDK 1)(12

d : profundidad de penetración de cloruros

Kcl : coeficiente de penetración de cloruros

α : factor de conversión de unidades. α = 56157

D(t) : Coeficiente de difusión efectivo de cloruros a edad t (cm2/s)

Ci : concentraciones de cloruros (tabuladas).

ANEJO 9n

t

ttDtD 00 )()(

D(t0) : Coeficiente de difusión efectivo de cloruros a edad t0=28 días (0,0767 años)

Tabulado ó Medible

n : Factor de edad n= 0,5

Calibración del modelo

bs

bthCl

CC

CCtDK 1)(12

Cfte Significado Unidades

Cth Concentración crítica de cloruros. %s.p.c. Cth = 0,6% spc en HA Cth = 0,3% spc en HP

CbContenido de cloruros aportado por las materias primas en la

fabricación del hormigón. %s.p.c.Cb = 0,4% spc en HA Cb = 0,2% spc en HP

Estimación

Cs %s.p.c.Cs (% spc) = Cs (% peso de hormigón) *

(2300/cont. cemto en Kg/m3)Concentración de cloruros en la superficie del hormigón.

Cb es determinante

ANEJO 9( tp): Período de propagación.

corrv

d80t p

d : espesor del recubrimiento (mm)

tp : tiempo de propagación (años)

vcorr : velocidad de corrosión (μm/año).

Ф : diámetro de la armadura (mm).

CALCULO POR ESTIMACION DIRECTA

CALCULO COMPARATIVO (AMPLIACION DE LAS TABLAS)Dos hormigones A y B.

Tipos de cemento y relaciones agua/cemento diferentes y manteniendo iguales

las restantes variables de entorno.

A partir del formulario del modelo de difusión de cloruros se obtiene que sus ctes

de difusión de cloruros medidos a 28d (D(t0)a y D(t0)b), se pueden relacionar con los

recubrimientos mínimos que correspondan a ambos hormigones (da y db), así:

El Cfte de Difusión de Cloruros a 28d se extrapola de la tabla, comparando la

situación tabulada en la EHE-08 con la obtenida usando el anejo 9:

Los tipos de cementos tabulados tienen analogías químicas con otros tipos

(agrupaciones y ampliaciones de las tablas)

Obteniendo relaciones que modifican los valores tabulados del Recubrimiento estimado. AMPLIACION DE LAS TABLAS DE LA EHE-08.

2/1

)(

)(

ao

bo

abtD

tDdd

Soluciones derivadas de la aplicación de los modelos del anejo 9

Reducción del recubrimiento mínimo estimado bajando el aporte de

cloruros de las materias primas:Cb

Reducción del recubrimiento estimado modificando el contenido de cemento y la relación agua/cemento permeabilidad del hormigón y

carga ligante activa.

Estimación comparativa modificando solo el tipo de cemento y/o la

relación agua/cemento.

Ampliación propuesta de las tablas de la EHE estimando los

recubrimientos por comparación y estableciendo analogías químicas en

los cementos. IECA.

Cálculo a partir de la Determinación Experimental del Coeficiente de

Difusión de Cloruros del hormigón real.

Ensayos Previos – Certificado de Dosificación.

Ensayos comparativos con cementos existentes y hormigones +

comunes. En proyecto.

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