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Javier García BarbaDpto. de Ingeniería de la ConstrucciónUniversidad de Alicante

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INDICE de la PRESENTACIÓN

• Introducción

• Aspectos generales

• Fundamentos básicos de la corrosión

• Factores que influyen en la corrosión

• Casos prácticos

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Hasta hace relativamente pocos años, uno de los aspectos

fundamentales en la ejecución de obras de hormigón era su

incremento resistencia respecto de hormigones anteriores

disminución de secciones –fundamentalmente en

estructura vertical- y aumento de rentabilidad de

las obras ejecutadas.

Sin embargo, los distintos elementos estructurales deben

diseñarse y construirse para que se comporten de forma

satisfactoria sin excesivos gastos de mantenimiento.

INTRODUCCIÓN

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El Código Modelo del año 90, en el Apartado 5.1 dedicado a

“Bases de cálculo orientadas a la durabilidad” establece:

“Las estructuras de hormigón serán proyectadas,construidas y explotadas de tal forma que, bajo lasinfluencias medioambientales esperadas, mantengansu seguridad, aptitud al servicio y aspecto aceptabledurante un tiempo explícito o implícito, sin requerircostes imprevistos elevados de mantenimiento oreparación”.

Por lo tanto, los distintos elementos estructurales deben

diseñarse y construirse para que se comporten de forma

satisfactoria sin excesivos gastos de mantenimiento.

INTRODUCCIÓN

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Aspectos fundamentales de esta declaración de intenciones:

• En el proceso constructivo deben estar incluidos el

proyectista, el constructor y, no menos importante, el

usuario final.

• Durante la vida útil de la estructura se deben mantener

los niveles de seguridad, uso al que está destinada la

obra y aspecto estético.

• El mantenimiento no deberá requerir costes elevados

con objeto de recuperar la seguridad y/o aspecto inicial.

INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

ESTIMACIÓN DE VIDA ÚTIL

Tipo de Estructura Vida útil (años)

Edificio de viviendas 100

Edificio de oficinas 50

Almacenes 40

Puentes de carreteras 80

Puentes de ferrocarril 100

Puertos 200

Iglesias 500

Catedrales 1000

(Pugsley,1966)

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La estimación de Pugsley puede parecer generosa desde la

perspectiva actual, donde los condicionantes sociales y

económicos recomiendan períodos más cortos.

Sin embargo, el Código Modelo valora que una vida útil de 50

años se considera, en un edificio de viviendas, como un valor

normal:

“Si una estructura se proyecta, ejecuta y mantienede acuerdo con las exigencias de este CódigoModelo, existe una alta probabilidad de queconservará las condiciones de uso esperadasdurante un largo período de tiempo (50 años ómás)”.

INTRODUCCIÓN

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Los daños en las estructuras es

algo tan antiguo como las personas

que las pensaron y ejecutaron:

• Código de Hammurabi (Babilonia,

1740 a.C.).

• Delfos (siglo IV a.C.).

INTRODUCCIÓN

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INTRODUCCIÓN

Las cinco reglas básicas del Código referidas a la edificación

(de las 229 a las 233):

• Si un constructor hace una casa para un hombre y noconstruyéndola adecuadamente, colapsa y mata alpropietario, el constructor deberá morir.

• Si mata al hijo del propietario, el hijo del constructordeberá morir.

• Si mata a un esclavo, deberá pagar esclavo por esclavo alpropietario de la vivienda.

• Si el bien fuera destruido, deberá restaurar por suspropios medios lo destruido.

• Si aún no estando terminada la casa, se cae una pared,deberá hacerla más sólida a su propia costa.

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INTRODUCCIÓN

El Templo de Delfos (s. IV a.C.) es la primera obra de la que

se tiene constancia que se realizara un recalce por

problemas en la cimentación.

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INTRODUCCIÓN

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

Antes de 1900 1900 a 1920 1921 a 1940 1941 a 1950 1951 a 1960 1961 a 1970 1971 a 1980 1981 a 1990

Total

Ruinoso

Malo

Deficiente

Bueno

Edificios no

enlazados

Evolución de viviendas (1900-1990)

Millo

nes

de v

ivie

ndas

Años

12

- Origen de los Daños:

(Fuente: VIEITEZ, 91)

- Schneider (97):daños en proyecto doblan (en coste) a

aquellos que se producen en ejecución.

En muchos casos, los problemas por procesos corrosivos son

el hecho final de un problema que puede llegar a situar a una

estructura fuera de servicio.

INTRODUCCIÓN

ORIGEN ESPAÑA EUROPA

Proyecto 41 42

Ejecución 31 29

Materiales 13 15

Uso y Mantenimiento 11 9

Otros 4 5

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Según datos del Instituto Nacional de Estadística (1997-

2007), los visados de obra para reforma y/o restauración de

edificios en España:

233.932 edificios P.E.M.: 9.259 M€

INTRODUCCIÓN

(Fuente: Calavera, 96)

≈60.000 edificios

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ASPECTOS GENERALES

El Capítulo 7 de la EHE-08 dedicado a la Durabilidad, indica

que:

“La durabilidad de una estructura de hormigón es (o sedefine como) su capacidad para soportar, durante la vidaútil para la que ha sido proyectada, las condicionesfísicas y químicas a las que está expuesta, y que podríanllegar a provocar su degradación como consecuencia deefectos diferentes a las cargas y solicitacionesconsideradas en el análisis estructural”.

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Esta situación, aparentemente clara y evidente, reflejada en

la normativa actual, no lo ha sido tanto desde el inicio del

empleo de la tecnología del hormigón armado.

1939 1951 1998

ASPECTOS GENERALES

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La irrupción a principios del Siglo XX del hormigón armado,

hacía presagiar un material de larga vida, en contraposición

a lo sucedido con las estructuras metálicas, claramente

atacables suposición fundada al estar las armaduras en

un medio pasivo como era el hormigón.

ASPECTOS GENERALES

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Las primeras investigaciones comprobaron que, en

determinadas condiciones ambientales, la capacidad

pasivante de las capas más externas descendía,

desprotegiendo a las armaduras carbonatación.

Reducción del Ph del hormigón de 14-13 a 8-7

La carbonatación lleva aparejados dos aspectos importantes

en el estudio de daños en el hormigón:

• Aumento de resistencia en la zona carbonatada (no debe

usarse el esclerómetro)

• Aumento de microfisuras

OHCaCOCOOHCa 2322

ASPECTOS GENERALES

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También el inicio del empleo de aditivos –fundamentalmente

mejorando la docilidad y ganancia de resistencia a corto

plazo- fueron preocupantes en términos de corrosión.

El cloruro cálcico usado como acelerante, favorecía

los procesos corrosivos en poco tiempo se prohibieron los

aditivos con elevados porcentajes de cloruro cálcico

(máximo valor actual del contenidos total de cloruros: 0,4%

en peso de cemento para armadura pasivas y 0,2% para

activas).

Había que considerar los cloruros provenientes del ambiente

exterior, fundamentalmente los derivados del ambiente

marino.

CaCl2

ASPECTOS GENERALES

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El proceso corrosivo necesita una serie de condiciones,

tanto ambientales como intrínsecas al propio hormigón, sin

las cuales el daño quedaría minimizado o detenido:

• Existan segregaciones formando heterogeneidades en la

masa del hormigón.

• Uso de mezclas con elevadas relaciones a/c.

• Porosidad elevada.

• Recubrimientos escasos.

• Situación ambiental propicia (ambiente marino,

atmósfera químicamente agresiva).

• Uso de materiales con cloruros, sulfatos, árido sin lavar

o agua de mar.

FUNDAMENTOS BÁSICOS de la CORROSIÓN

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Corrosión Química

Origen en las reacciones químicas que se producen en el

medio ambiente, siendo la reacción del metal homogénea y

dándose en la interfase entre el metal y el medio

corrosivo.

El producto de la corrosión se deposita sobre su

superficie, creando una pequeña capa protectora

(pasivante).

Pueden llegar a ser importantes y crear problemas de

fisuración por expansión en el hormigón.


21


22

El proceso de carbonatación –reducción del pH≈10- puede

determinarse, físicamente, mediante la aplicación de un

indicador con una solución alcohólica de fenolftaleína, que

vira de incoloro a púrpura al superar el pH el valor de ≈9.


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La profundidad del frente de

avance depende tanto del

tiempo de exposición, de la

calidad del hormigón, de su

porosidad y de la humedad

relativa del aire

aparcamientos subterráneos -

ventilación no idónea y grados

de humedad constantes- y

atmósferas industriales (lluvia

ácida).


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25


TESTIGO nº 1

Rebanada nº 1

(Zona Exterior) (*)

Rebanada nº 3

(Zona Interior) (*)

Rebanada nº2

(Zona Intermedia)

Cl - SO3 Cl - SO3 Porosidad Densidad

aparente

Densidad real

0,13 % 0,62 % 0,05 % 0,50 % 25,37 % 1952 Kg/m3 2616 Kg/m3

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Corrosión Electroquímica

Origen en la aparición de corrientes eléctricas entre

metales o, dentro de un mismo metal, zonas con

potenciales diferentes, produciéndose el traslado de

electrones entre el ánodo y el cátodo.

En la corrosión electroquímica hay una pérdida de

material en el ánodo debido a los procesos de oxidación-

reducción.


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Para que se produzca la corrosión electroquímica es

necesario la existencia de:

• Ánodo

• Cátodo

• Electrolito (iones cloro, sulfato, bromo)

• Oxígeno

FACTORES: gradiente de humedad, concentración

de cloruros, alcalinidad y composición del hormigón,

temperatura, ventilación…


Unidos física y químicamentea través del electrolito

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(Guía de Durabilidad CEB)

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¡¡NO hay Oxígeno!!SITUACIÓN TESTIGO 1

Rebanada nº 1

(Exterior)

Cl - 0,20 %

SO3 0,54 %

Rebanada nº 3

(Interior)

Cl - 0,11 %

SO3 0,45 %

Rebanada nº 2

(Intermedia)

Porosidad 9,89 %

Densidad

aparente

2262 Kg/m3

Densidad real 2511 Kg/m3

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Factores más influyentes y determinantes para que se inicie

el proceso corrosivo de las armaduras:

• Carbonatación del hormigón

Relación agua/cemento

Humedad relativa del ambiente

Contenido y tipo de cemento

Tiempo de exposición y fisuración del hormigón

• Variación de la alcalinidad del hormigón

• Efecto de los cloruros

• Efecto de los sulfatos

• Efecto de la humedad y la temperatura

• Influencia de la fisuración del hormigón

• Importancia del recubrimiento

FACTORES que INFLUYEN en la CORROSIÓN

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Carbonatación del Hormigón

Se da para concentraciones muy bajas de gas carbónico

(≈0,3% vol.), habitual en zonas rurales. En urbanas, puede

situarse en el 0,5%, y en ambientes muy agresivos al 1%.

En condiciones normales (ambiente no agresivo y hormigón

de calidad media), puede penetrar 15mm, llegando a

detenerse al cabo de determinados años.

En el caso de usar indicadores (timolftaleína o

fenolftaleína), debe hacer rápidamente “in situ” o

trasportarse al laboratorio en bolsas cerradas.


OHCaCOCOOHCa 2322

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• Relación agua/cemento

Valores elevados favorecen de forma muy importante

el proceso de carbonatación: hormigones muy

permeables y estructura de poros poco densa y mal

distribuida a/c=0,7 doble profundidad que a/c=0,5


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• Humedad relativa del ambiente

Es el vehículo fundamental para que se produzca la

carbonatación. Según Verbeck, puede establecerse la

máxima carbonatación se produce entre 50%-60%.


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• Contenido y tipo de cemento

Contenidos de cemento elevados retrasa el proceso.

Puede estimarse que amasadas con contenidos

150kg/m3-300kg/m3-500kg/m3, el ataque será 4:2:1.

Los distintos tipos de cemento, con diferentes

porcentajes de silicatos bicálcicos y tricálcicos,

determinarán el desarrollo del proceso.


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• Tiempo de exposición y fisuración del hormigón

Puede estimarse que la velocidad del frente de avance

es proporcional a la raíz del tiempo de exposición,

ajustándose a una ley parabólica:

La fisuración del hormigón favorecerá el desarrollo

del proceso de carbonatación.


tKd .

Depende de la clase y tipo de hormigón

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Variación de la Alcalinidad del Hormigón

Factor fundamental para preservar a las armaduras de la

corrosión valores de lluvia ácida con pH=6,7.


Diagrama de Pourbaix(Fe, 25ºC)

Sometido a la acción de agua de mar

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Cloruros

Una de las causas fundamentales de la corrosión todos

los códigos imponen limitaciones.


CONTENIDO MÁX. DE CLORUROS (% EN PESO DE CEMENTO)

Norma En masa Armado Pretensado

BS-8110 --- 0,2 – 0,4 0,1

ACI-318 --- 0,15 – 0,3 0,06

FIP --- --- 0,1

MC-90 --- 0,35 - 1 ---

CEB --- 0,4 0,2

EHE-08 --- 0,4 0,2

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Cloruros

Destruyen la capa pasivante creando zonas de ataque

puntual (picaduras) no existe límite a la profundidad

del ataque, pudiendo llegar a seccionar la armadura.

Los cloruros pueden provenir del interior del propio

interior (cemento, áridos, agua de amasado y/o curado,

aditivos y adiciones), o del exterior por exposición

ambiental a través de su red de poros (ambiente

industrial o marino en zona de salpicaduras o carrera de

mareas, sales de hielo-deshielo).


39

Cloruros


40

Cloruros

Los iones cloruro penetran a través de la red de poros del

hormigón, pudiendo estar estos total o parcialmente

llenos de agua (en el caso del gas carbónico, deben estar

vacíos)


41

Cloruros

La corrosión por picaduras puede darse en hormigones

con pH>10 la alcalinidad no es tan decisiva, sobre todo

en condiciones de humedad óptimas.

Puede producirse Sal de Friedel

La concentración decrece desde el exterior hacia el

interior según , pudiendo aumentar de forma

considerable con sales o ambientes marinos calurosos.


Reacción del ión clorurocon las fases aluminato,ligeramente expansivo,reduce la movilidad delión.

t

42

Cloruros

Aunque son los cloruros libres los responsables de la

corrosión, la carbonatación provoca una liberación de los

cloruros que estaban combinados se aumenta el riesgo

de corrosión en zonas carbonatadas.


Debe controlarse tanto el contenido total de cloruros como el de cloruros libres

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Sulfatos

Si hay presencia de sulfatos después de la hidratación del

cemento una reacción de los iones sulfato con los

aluminatos anhidros (C3A) o hidratados (C4AH13 y

C3A.CaSO4.12 H2O) del cemento

ETTRINGITA SECUNDARIA

Elevado carácter expansivo que podría llegar a disgregar

al hormigón, siempre que el contenido de sulfatos sea

importante, o bien solo fisurarlo (presencia más

moderada).


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Humedad y Temperatura

Son los que van a decidir el desarrollo del proceso

corrosivo

CO2 poros llenos de aire

Cloruros hay humedad en los poros


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Desde el punto de vista de la corrosión electroquímica

ES IMPRESCINDIBLE LA PRESENCIA DE AGUA

¡¡PERO NO DEBE ESTAR SATURADO!!

Si no hay agua no hay corrosión

Si hay un exceso, no se difunde el O2 hacia la armadura


¡¡85%!!

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INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE HUMEDAD (%) EN LA DURABILIDAD (CEB)

Humedad dentro del Hormigón (%)

Proceso

CarbonataciónCorrosión del Acero

Heladas AtaqueQuímico

Carbonatado ConCloruros

Muy Baja (<45) 1 0 0 0 0

Baja (45-65) 3 1 1 0 0

Media (65-85) 2 3 3 0 0

Alta (85-98) 1 2 3 2 1

Saturación (>98) 0 1 1 3 3

∆T≈10ºC

Duplica la velocidad de

cualquier reacción química

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Fisuración del Hormigón

Aunque se admite que toda estructura de hormigón –bien

calculada y ejecutada- puede y debe fisurarse, la

presencia de fisuras favorecerá la entrada de agentes

agresivos a la masa de hormigón

el ancho y profundidad deben estar controladas.

Guía de diseño del CEB: wlim<0,4mm, los depósitos cálcicos,

los productos de corrosión y la propia suciedad acumulada

en el interior de la fisura, provocan la paralización del

proceso.


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Fisuración del Hormigón

Trabajo experimental de Bernardo Perepérez:

• Despasivación por efecto de los cloruros, instantánea

• Repasivación cuando se suspendieron los riegos

• Se formaron picaduras aisladas que crecían en

tamaño, no en profundidad

• Los depósitos de corrosión taponaban y detenían el

proceso.

• El proceso corrosivo era más importante en los

cambios de sección (aletas y corrugas)

• La fisuración longitudinal fue más importante en los

armados más gruesos

• La pérdida de adherencia estaba más relacionada con

aletas y corrugas que con la pérdida de sección


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Recubrimiento

Es el responsable de retrasar o impedir la entrada y

ataque de los distintos agentes agresivos.

Es imprescindible la necesidad de que se conserve regular

mediante el uso de separadores adecuados.

Un aspecto muy importante es su curado: un curado

deficiente provocará un secado superficial prematuro,

creando una capa exterior permeable y con poca

resistencia a la entrada de agentes agresivos.


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