afecciones en el concreto y el acero

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CORPORACIÓN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVILAFECCIONES EN EL CONCRETO Y EN EL ACEROROGER ENRIQUE JAIMES CANTILLO. Grupo AD. 13-09-2011 Patología del concreto y las estructuras, Corporación Universitaria de la Costa, Barranquilla, Patologias.

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CORPORACIN UNIVERSITARIA DE LA COSTA, CUC FACULTAD DE INGENIERA PROGRAMA DE INGENIERA CIVIL

AFECCIONES EN EL CONCRETO Y EN EL ACEROROGER ENRIQUE JAIMES CANTILLO. Profesor Jorge Buzn Ojeda. Grupo AD. 13-09-2011 Patologa del concreto y las estructuras, Corporacin Universitaria de la Costa, Barranquilla

Resumen Es de gran importancia conocer las enfermedades que puede tener el concreto reforzado, para poder darle una estimacin de la vida til, debido a que ellos, generalmente son

diseados y construidos para satisfacer un conjunto de necesidades y requisitos ya sea arquitectnico, estructurales, estticos, de comportamiento, seguridad durante un periodo de tiempo, sin que generen costos inesperados ya sea de mantenimiento o reparacin, el concreto por lo general tiene un periodo de vida proyectada, y se ve afectado por diversos factores que intentan disminuir su resistencia y durabilidad como pueden ser los sulfatos, la humedad, la temperatura, etc. que rompen la barrera de seguridad del concreto y disminuyen su ciclo de vida,

Palabras claves Concreto reforzado, vida til, sulfatos, cambio climtico y temperatura

1. Introduccin

A transcurrir el tiempo, las estructuras en concreto reforzado han venido sufriendo una serie de afecciones, que alteran la composicin del concreto y disminuyen su resistencia y durabilidad, estas afecciones son consecuencia de los ataques qumicos, fsicos, biolgicos y mecnicos, donde ellos intentan penetrar las superficies del concreto y conlleva al carecimiento de

estructuras con buena esttica debido a que las condiciones del medio ambiente que rodea una estructura de concreto simple o reforzado, tienen una incidencia directa sobre los procesos de deterioro de la misma y para ello, deben tenerse en cuenta el macroclima, el clima local y el microclima, todos estos son agentes que pueden generar los daos en las estructuras de concreto reforzado.

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FACTORES QUE INCIDEN EN LAS AFECCIONES DEL CONCRETO Y EL ACERO

Acciones fsicas: Las acciones fsicas se refieren esencialmente a los cambios volumtricos que experimenta el concreto, como consecuencia de cambios de humedad (agua lquida, vapor de agua, escarcha), y/o de temperatura (frio, calor, fuego). Pero tambin, las acciones fsicas hacen referencia las variaciones en su masa (cabios de peso unitario, porosidad, y permeabilidad).

Acciones mecnica: Dentro de los factores de deterioro imputables a las acciones mecnicas estn la deformacin lenta (fluencia); las sobrecargas y deformaciones impuestas (fisuras estructurales; deflexiones y movimientos excesivos, imprevistos o fortuitos; y, las fracturas y los aplastamientos); las vibraciones excesivas; y los daos por abrasin (frotamiento, rozamiento), que estn relacionados con el uso que se da a la estructura.

Acciones qumicas: Como factores de deterioro que se asignan a las acciones qumicas estn, al ataque de cidos, la carbonatacin, la formacin de sales expansivas (ataque de sulfatos), y la expansin destructiva de las reacciones lcali-agregado y la corrosin del acero de refuerzo.

Acciones biolgicas: Como consecuencia de la biorreceptividad que ofrecen las superficies de concreto y de mortero, aparentemente por la disminucin del pH sobre sus mismas superficies se dan las condiciones para la colonizacin, establecimiento y desarrollo de microorganismos de origen animal o de origen vegetal, que tambin afectan la durabilidad del concreto.

FACTORES QUE AFECTAN AL PROCESO DEL DETERIORO. De otra parte, los procesos de deterioro del concreto se pueden ver adicionalmente acentuados, por el efecto de tres factores: la humedad, la temperatura y la presin.

Efecto de la humedad: En general, para que haya procesos de deterioro en el concreto, se requiere de la presencia de agua; y, el factor principal es el estado de humedad en el concreto y no en la atmsfera circundante. Sin embargo, la humedad de la atmosfera circundante contribuye con los fenmenos de deterioro en la medida en que se presenten ciclos de humedecimiento y secado en el concreto.

Efectos de la temperatura: Cuando se hace referencia a la agresividad de los procesos fsicos, mecnicos, qumicos o biolgicos del concreto, se suele olvidar el hacer mencin de la temperatura. Sin embargo, el efecto de la temperatura, es muy importante por cuanto ella

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incide notablemente en la velocidad con la cual pueden ocurrir los fenmenos de deterioro en el concreto.

Las reacciones qumicas usualmente son aceleradas por el aumento de la temperatura. Una regla general es que: Un aumento de la temperatura de 10C, dobla la velocidad de la reaccin. Por ello, los climas tropicales (clidos y hmedos), se consideran ms agresivos que los dems.

Efectos de la presin: Como se mencion anteriormente, la presin atmosfrica y el rgimen de vientos, tambin tienen incidencia sobre la durabilidad de las estructuras de concreto expuestas al aire, por cuanto puede darse deterioro por erosin de partculas arrastradas por el viento; porque se pueden promover los ciclos de humedecimiento y secado; porque, tambin se pueden ver afectados los ciclos de calentamiento y enfriamiento de la superficie de la tierra; etc.

Para estructuras sumergidas en el suelo o en el agua, la accin de la presin del medio que las rodea, el cual puede ser: liquido (agua); slido (suelo contaminado o hmedo); o gaseoso (vapor de agua, oxigeno u otros gases), puede ser ms dramtica, por cuantos e promueve la penetracin de elementos o sustancias que pueden percollar el concreto.

AFECCIONES EN EL CONCRETO Y EL ACERO CARBONATACION. La carbonatacin, es un tipo particular de reaccin acida, pero de excepcional importancia en la durabilidad del concreto. Se debe a la penetracin por difusin del dixido de carbono o anhdrido carbnico (CO2), del aire atmosfrico o del suelo, en la estructura porosa de la superficie del concreto. El proceso origina los siguientes fenmenos:

El gas carbnico se disuelve en algunos de los poros y reacciona con los componentes alcalinos de la fase acuosa del concreto produciendo acido carbnico. El cido carbnico, convierte el hidrxido de calcio Ca (OH)2, liberado y depositado en los poros durante la hidratacin del cemento (conocido como la cal libre del cemento), en carbono de calcio (CaCO3) y agua. La reaccin tiene la siguiente forma:

Ca (OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

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Tiene lugar una retraccin adicional en el concreto (como consecuencia de la disminucin en el volumen de la pasta de cemento), conocida como contraccin por carbonatacin. Esta contraccin adicional, se suma a la contraccin por secado.

Tambin podemos decir que la carbonatacin es la reaccin que se presenta entre el dixido de carbono (CO2) del aire atmosfrico o del suelo con los componentes alcalinos del concreto Ca (OH)2. Generando carbonato de calcio (CaCO3) y la disminucin de la reserva alcalina del concreto. La carbonatacin es un proceso que avanza lentamente pero de forma continua hacia adentro de la superficie expuesta del concreto, facilitando el proceso de corrosin del acero de refuerzo de las estructuras de concreto y finalmente su mismo deterioro. Por lo general la carbonatacin avanza ms rpidamente cuando se tiene un contenido de humedad entre 40 a 70%. En ella estticamente se observan eflorescencias y depsitos por lixiviacin del carbonato de calcio producido en la reaccin qumica. Normalmente se presenta en retraccin que puede ocasionar fisuramiento puede generar corrosin en el acero de refuerzo En la carbonatacin ocurre un descenso significativo del pH en la capa superficial del concreto (de su valor usual de 13, baja hasta valores del orden de 9), y al perder su basicidad deja de ser un elemento protector de la corrosin del acero de refuerzo (ver tabla 1.2), Es decir, que a medida que avanza la penetracin de la carbonatacin, conocida como frente de carbonatacin, se pierde el efecto de capa pasivadora que tiene el recubrimiento del concreto.

Este proceso es ms intenso, cuanto ms importantes son los cambios de humedad y ms elevada la temperatura. Este fenmeno tambin se presenta de manera significativa en ambientes cuya humedad relativa se encuentra entre 65% y 98% (ver tabla 2.4). Si el concreto permanece saturado o esta permanente seco, no hay carbonatacin. De otra parte, el proceso

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tambin es ms intenso en la medida en que sea mayor la permeabilidad del concreto. De ah la importancia de trabajar con mezclas cuyas relacin agua-cemento est por debajo de 0.5 y adems bien curados.

Originalmente se consideraba que la carbonatacin poda ocurrir solamente por penetracin de CO2, del aire atmosfrico (ver tabla 1.3); sin embargo, se ha comprobado que tambin puede suceder por presencia de CO2 en el suelo. En este ltimo caso, puede suceder que la lluvia absorba dixido de carbono y penetre en el suelo en forma de cido carbnico; o que en las aguas freticas o subterrneas este presente este acido; o simplemente que se aporte CO2 adicional a travs del cido hmico que se forma por descomposicin de la materia orgnica.

Carbonatacin y oxidacin del acero de refuerzo en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

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Carbonatacin, manchas, oxidacin en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

La contaminacin del concreto: consiste en la afectacin del concreto principalmente por ataques qumicos de sustancias producidas por la presencia de microorganismos o de

vegetacin en la superficie de las estructuras. Estos ataques qumicos pueden aumentar la permeabilidad del concreto, transformar los compuestos del cemento, generar cambios de color en el concreto entre otros LIXIVIACIN. Descomposicin y lavado de los compuestos de la pasta de cemento, como consecuencia de las reacciones qumicas que experimenta el concreto por accin de cidos, aguas, ataque de sales o ataque de sulfatos, o reacciones lcali-agregados. Usualmente la lixiviacin por disolucin y transporte de los compuestos hidratados de la pasta de cemento se percibe porque la superficie del concreto ha perdido la pasta superficial y exhibe agregados expuestos; hay eflorescencias de carbonatacin, retencin de polvo y alto riesgo de favorecer la proliferacin de colonias de hongos y bacterias. Adems, se observa una

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reduccin del pH del estrato acuoso de los poros superficiales, con riesgo de despasivacion de la capa de recubrimiento del acero de refuerzo. La lixiviacin es una forma suave de desarreglo que ocurre cuando el agua disuelve componentes en el concreto. El cemento portland hidratado contiene hasta 25 % a 30 % de hidrxido de calcio, Ca (OH)2, el cual es soluble en agua. Este componente, con mucha probabilidad, ser lixiviado desde el concreto. Debido a que el hidrxido de calcio es ms soluble en agua fra, el agua que viene de los riachuelos de las montaas o de presas es ms agresiva que el agua ms caliente. La lixiviacin produce una apariencia arenosa en las superficies expuestas de concreto de los revestimientos de canales, canalones, o tuberas. Si el agua pasa a travs de grietas o juntas, la lixiviacin tambin puede erosionar el concreto interno. En el concreto poroso, con una alta relacin agua-cemento, la lixiviacin puede remover suficiente hidrxido de calcio para reducir la resistencia del concreto. Sin embargo, generalmente es slo un problema cosmtico. Los aditivos pueden ayudar a controlar la lixiviacin a travs de dos mecanismos: reduciendo la permeabilidad y convirtiendo el hidrxido de calcio soluble en hidrxido de silicato de calcio insoluble (CSH). Las clases de aditivos que reducen la permeabilidad incluyen reductores de agua, superplastificadores, y agentes inclusores de aire. Bajo la mayor parte de las condiciones, el uso de estos aditivos en una proporcin apropidada, el concreto bien consolidado controla adecuadamente la lixiviacin. Fig. ilustrativa. Lixiviacin, Oxidacion, Carbona en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

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DECOLORACION Y MANCHADO. Accin y efecto de quitar o amortiguar el color de una superficie de concreto, como consecuencia de la meteorizacin, la presencia de eflorescencias, los ciclos de asoleamiento, los ciclos de humedecimiento y secado, la acumulacin de polvo, el lavado por la lluvia y/o el escurrimiento de agua.

Manchas y Decoloracin De estacionamiento en la Cra 63 con Clle 64 Barranquilla

OXIDACION Y CORROSION DE LA ARMADURA. La corrosin de las armaduras es un electroqumico que causa la oxidacin del acero de refuerzo en el concreto. Los factores que favorecen el proceso de corrosin se relacionan con las caractersticas del hormign, el espesor del recubrimiento, la localizacin de la armadura y el medio ambiente al cual est expuesta la estructura los daos causados por el proceso de corrosin en armaduras generalmente se manifiestan a travs de: fisuras en el concreto paralelas a la direccin del refuerzo, descascaramiento o desprendimiento del recubrimiento.

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En elementos estructurales que tienen un contenido humedad alto, las primeras evidencias de corrosin son manchas de xido en la superficie del concreto Como resultado del proceso de carbonatacin en el concreto de recubrimiento se presenta corrosin localizada de la armadura de refuerzo, al permitir la penetracin de iones de cloruro Los efectos de la corrosin se manifiestan de cinco formas diferentes que pueden ser expansin del acero de refuerzo. fisuracion interna del concreto. disminucin de la capacidad mecnica del concreto. baja adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo. reduccin de la seccin transversal del acero de refuerzo.

Oxidacin y Corrosin en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

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Corrosin en el acero Coliseo Cubierto de Barranquilla

Oxidacin y Corrosin en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

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DEGRADACIN. es la consecuencia de ataques de sulfatos que pueden generar ya sea degradacin por fisuracion o expansin por lo que esta pierde adherencia con la pasta de cemento y las partculas de los agregados El ion sulfato que se expresa como (SO4 -2) y que causa la degradacin del concreto puede ser de origen natural estudiar las caractersticas y propiedades de los agregados para el concreto, normalmente se mencionan que estas deben ser materiales granulares, de buena granulometra, cuyas partculas deben tener una resistencia propia y que adems deben ser inertes; es decir, que no deben experimentar ningn tipo de reaccin con los otros componentes del concreto, pero ciertos y determinados agregados experimentaban reacciones con la pasta de cemento, causando degradacin, expansin y posteriormente agrietamiento en el concreto, bajo ciertas y determinadas condiciones del medio ambiente( en nuestro pas por el tipo de agregados no se da frecuentemente . Es decir, un proceso intrnseco de degradacin del concreto, que originalmente se estableci que obedeca a la combinacin de cemento con alto contenido de lcalis (oxido de sodio de sodio y xidos de potasio), con ciertos agregados que contienen slice inestable (segn su naturaleza sea cristalina y amorfa). Desde entonces, este fenmeno se conoce como: reaccin lcali-agregado.

Degradacin en el Coliseo Cubierto de Barranquilla

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CONCLUSION La eficiencia en la construccin y el buen mantenimiento de obras civiles tienden generar una ascendencia en el periodo de vida til de las estructuras, la exposicin del concreto reforzado al medio ambiente trae consigo mismo una gran variedad de enfermedades que por lo regular afectan en el comportamiento y esttica de las estructuras. Este trabajo se llev a cabo con la finalidad de distinguir diferentes afecciones a las que se encuentra sometido el concreto reforzado de las estructuras, estas afecciones son un dao al patrimonio de las estructuras y su comportamiento tiene debilidades cuando se encuentra expuestos al medio ambiente que lo rodea, como puede ser el caso de la humedad, composiciones qumicas etc. Estas afecciones tienden a cambiar las propiedades del concreto como la durabilidad.

BIBLIOGRAFIA DIEGO SANCHEZ DE GUZMAN. DURABILIDAD Y PATOLOGIA DEL CONCRETO. EDITORIAL ASOCRETO 2003. MANUAL PARA LA INSPECCION VISUAL DE PUENTES. INVIAS 2006

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