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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
DURABILIDAD
Tiempo
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Inicial
Mínimo
Reparación
Vida útil
Tiempo
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Mac
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poro
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DU
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BIL
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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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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
C2
Mecanismos de transporteMecanismos de transporte
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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
Mecanismos de transporteMecanismos de transporte
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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
DURABILIDAD
HR (%)
Con
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(%)
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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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
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
1
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4
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DURABILIDAD
MATERIALES
TIEMPO
AGENTES EXTERNOS
AG
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N
AG
RE
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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DURABILIDAD
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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Curso de Construcción de Obras en Hormigón
FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA DURABILIDAD
MATERIALES
Hormigón
Armadura Corrosión
Fisuración
Recubrimiento
Carbonatación
...Accesibilidad
Permeabilidad
Porosidad
Composición
Componentes hidratados
Áridos