aro^_fifa^a iìáë=_~ μå_ä òèìéò mêçñéëçê=`çä~äçê~ççê af`lmfr OPENCOURSEWARE INGENIERIA CIVIL I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos

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1 OPENCOURSEWARE INGENIERIA CIVIL I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos aro^_fifa^a iìáë=_~ μå_ä òèìéò mêçñéëçê=`çä~äçê~ççê af`lmfr (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 1

2 l_gbqfslp Tomar conciencia de la importancia de la durabilidad en estructuras de hormigón y las intervenciones para conseguirla Conocer los procesos físico químicos que influyen sobre la vida útil del hormigón Establecer las bases de proyecto referidas a la durabilidad de estructuras de hormigón Introducción a las diferentes estrategias de durabilidad recogidas por la EHE (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 2

3 `lkqbkfalp 1. Concepto de durabilidad 2. Procesos de deterioro del hormigón estructural 3. Concepción de la durabilidad según la EHE Estrategias de durabilidad 5. Conclusiones (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 3

4 NK=`lk`bmql=ab=aro^_fifa^a EHE (Art. 37.1) Durabilidad de una estructura: Capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta Eurocódigo EC 2 (4.1.1) Estructura adecuadamente durable: Si, a lo largo de toda su vida prevista, cumple con su función en lo que respecta al servicio, resistencia y estabilidad sin una pérdida considerable de utilidad y sin un mantenimiento no previsto excesivo (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 4

5 NK=`lk`bmql=ab=aro^_fifa^a Vida útil de una estructura [Art. 5] Periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, durante el que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias de seguridad, funcionalidad y aspecto de dicha estructura Durante este tiempo requerirá una conservación normal adecuada, pero no operaciones de rehabilitación El CTE y otras normas emplean el término periodo de servicio como sinónimo de vida útil En la nueva EHE 08, la vida útil estimada influye en la determinación de los recubrimientos mínimos (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 5

6 NK=`lk`bmql=ab=aro^_fifa^a La Propiedad de la obra debe establecer la vida útil esperada con carácter previo al inicio del proyecto, no pudiendo ser inferior a lo indicado en la Tabla 5: Estructuras de carácter temporal TIPO DE ESTRUCTURA Elementos reemplazables que no forman parte de la estructura principal (por ejemplo, barandillas, apoyos de tuberías) Edificios (o instalaciones) agrícolas o industriales y obras marítimas Edificios de viviendas u oficinas y estructuras de ingeniería civil (excepto obras marítimas) de repercusión económica baja o media Edificios de carácter monumental o de importancia especial Puentes y otras estructuras de ingeniería civil de repercusión económica alta VIDA ÚTIL NOMINAL 3 a 10 años 10 a 25 años 15 a 50 años 50 años (75 años) 100 años 100 años (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 6

7 NK=`lk`bmql=ab=aro^_fifa^a Durabilidad de una estructura Capacidad para soportar, durante su vida útil, las condiciones físicas y químicas a las que va a estar expuesta, conservando sus condiciones de funcionalidad y aspecto, sin costes inesperados de mantenimiento o reparación Durabilidad del hormigón Capacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas y químicas agresivas, protegiendo adecuadamente las armaduras y demás elementos embebidos en su seno durante la vida útil de la estructura (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 7

8 OK=mol`bplp=ab=abqboflol Acciones físicas Termo higrométricas (humedad+temperatura) Heladas (hielo deshielo) Abrasión Impactos Fuego Sobrecargas estáticas y dinámicas Acciones químicas Carbonatación (reducción del ph) Presencia de iones agresivos en sales fundentes (cloruros) Ataque de sulfatos Acción del agua de mar (cloruros) Acción de sales, ácidos, bases, aceites o aguas muy puras Reacción árido álcali Acción de bacterias y organismos (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 8

9 OK=mol`bplp=ab=abqboflol Corrosión de armaduras Originada por la presencia de agua (o aire húmedo) y oxígeno en las proximidades de las armaduras Procesos que más influyen en la corrosión: Carbonatación del hormigón Reducción del ph del medio (pérdida de la reserva alcalina) Acción de los cloruros (presentes en el aerosol marino, sales fundentes...) Despasivación de la película protectora de la armadura Las actuaciones deben ir encaminadas a prevenir en la medida de lo posible dichos procesos (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 9

10 OK=mol`bplp=ab=abqboflol Tipos de corrosión: Generalizada Carbonatación (CO 2 ) Localizada (electroquímica) Acción de cloruros (picaduras) Bajo tensión (fisuras) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 10

11 OK=mol`bplp=ab=abqboflol Consecuencias: Disminución de la sección de acero Pérdida de adherencia Fisuración y desprendimiento del recubrimiento (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 11

12 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb Estado Límite de Durabilidad (ELD) [Art ] Es el producido por las acciones físicas y químicas, diferentes a las cargas y acciones del análisis estructural, que pueden degradar las características del hormigón y las armaduras hasta límites inaceptables La comprobación del ELD consiste en satisfacer la condición: t L t d Siendo: t L el tiempo necesario para que el agente agresivo produzca un ataque o degradación significativa t d el valor de cálculo de la vida útil (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 12

13 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb La durabilidad de una estructura debe establecerse en función de los procesos de deterioro que han de ser previstos a nivel de proyecto Al igual que con las acciones mecánicas, la respuesta de la estructura ante estos procesos debe ser adecuada Se establecen unas Bases de Cálculo orientadas a la durabilidad basadas en la agresividad del ambiente en que estará inmersa la estructura [Art. 8.2] La durabilidad debe ser considerada para: Los elementos estructurales Los elementos no estructurales pero necesarios para la funcionalidad de la obra (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 13

14 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb FASE DE PROYECTO FASE DE EJECUCIÓN DEFINICIÓN DEL TIPO DE AMBIENTE ESTRATEGIA PARA LA DURABILIDAD Clase de exposición Forma estructural CALIDAD DEL HORMIGÓN RESISTENCIA Relación A/C Contenido en cemento Recubrimientos Abertura de fisuras Separadores Medidas contra corrosión de las armaduras Protecciones superficiales BASES DE PROYECTO Artículo 8.2. EHE Resistencia frente heladas, sulfatos, agua del mar, erosión, reacción álcali árido (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 14

15 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb El tipo de ambiente viene definido por: [Art ] Clases y subclases generales de exposición (CG) Corrosión de las armaduras. Es única. [Tabla 8.2.2] I = No agresiva II = Normal (a,b según la humedad relativa) III = Marina (a,b,c: aérea, sumergida, carrera de marea) IV = Cloruros no marinos Clases específicas de exposición (CE) Otros procesos de degradación del hormigón. Pueden existir una, ninguna o varias. [Tabla 8.2.3] Q = Agresividad química (a,b,c: ataque débil / medio / fuerte) H = Heladas sin sales fundentes (acción hielo deshielo) F = Heladas con presencia de sales fundentes E = Erosión y/o cavitación (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 15

16 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb TABLA CLASES GENERALES DE EXPOSICIÓN CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN CLASE SUBCLASE DESIGNACION TIPO PROCESO Normal Marina No agresiva I Ninguno Humedad alta Humedad media Aérea Sumergida Mareas y salpicaduras Con cloruros de origen diferente del medio marino IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Corrosión de origen diferente de los cloruros Corrosión de origen diferente de los cloruros Corrosión por cloruros Corrosión por cloruros Corrosión por cloruros Corrosión por cloruros DESCRIPCIÓN Interiores de edificios, no sometidos a condensaciones Elementos de hormigón en masa Interiores sometidos a humedades relativas medias altas (> 65%) o a condensaciones Exteriores en ausencia de cloruros, y expuestos a lluvia en zonas con precipitación media anual superior a 600 mm Elementos enterrados o sumergidos Exteriores en ausencia de cloruros, sometidos a la acción del agua de lluvia, en zonas con precipitación media anual inferior a 600 mm Elementos de estructuras marinas, por encima del nivel de pleamar Elementos exteriores de estructuras situadas en las proximidades de la línea costera (a menos de 5 km) Elementos de estructuras marinas sumergidas permanentemente, por debajo del nivel mínimo de bajamar Elementos de estructuras marinas situadas en la zona de salpicaduras o en zona de carrera de mareas Instalaciones no impermeabilizadas en contacto con agua que presente un contenido elevado de cloruros, no relacionados con el ambiente marino Superficies expuestas a sales de deshielo no impermeabiliz. (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 16

17 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb TABLA a. CLASES ESPECÍFICAS DE EXPOSICIÓN CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN CLASE SUBCLASE DESIGNACION TIPO PROCESO Química Agresiva Con Heladas Erosión Débil Qa Ataque químico Media Qb Ataque químico Alta Qc Ataque químico Sin sales fundentes Con sales fundentes H F E Ataque hielodeshielo Ataque por sales fundentes Abrasión Cavitación DESCRIPCIÓN Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad lenta (ver Tabla b) Elementos en contacto con agua de mar Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad media (ver Tabla b) Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad rápida (ver Tabla b) Elementos situados en contacto frecuente con agua, o zonas con humedad relativa media ambiental en invierno superior al 75%, y que tengan una probabilidad anual superior al 50% de alcanzar al menos una vez temperaturas por debajo de 5ºC Elementos destinados al tráfico de vehículos o peatones en zonas con más de 5 nevadas anuales o con valor medio de la temperatura mínima en los meses de invierno inferior a 0ºC Elementos sometidos a desgaste superficial Elementos de estructuras hidráulicas en los que la cota piezométrica pueda descender por debajo de la presión de vapor del agua (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 17

18 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb TABLA b. CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD QUÍMICA TIPO DE MEDIO AGRESIVO AGUA SUELO PARÁMETROS TIPO DE EXPOSICIÓN Qa Qb Qc ATAQUE DEBIL ATAQUE MEDIO ATAQUE FUERTE VALOR DEL ph 6,5 5,5 5,5 4,5 <4,5 CO 2 AGRESIVO (mgco 2 /l) >100 ION AMONIO (mg NH 4+ /l) >60 ION MAGNESIO (mg Mg 2+ /l) >3000 ION SULFATO (mg SO 2 4 /l) >3000 RESIDUO SECO (mg/l) <50 GRADO DE ACIDEZ BAUMANN GULLY (ml/kg) ION SULFATO (mg SO 2 4 /kg de suelo seco) >200 (*) (*) >12000 (*) Condiciones que no se dan en la práctica (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 18

19 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb La definición del tipo de ambiente se realiza en la fase de proyecto conjuntamente con la designación de hormigón Ejemplo de aplicación Hormigón HA 30/P/16 para un depósito enterrado en terrenos permeables de ph bajo y presencia moderada de sulfatos Clase general de exposición: IIa Clase específica de exposición: Qb Designación del hormigón: HA 30 / P / 16 / IIa + Qb (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 19

20 PK=aro^_fifa^a=bk=i^=beb ATAQUE AL HORMIGÓN POR AGRESIVIDAD DEL SUELO ATAQUE AL HORMIGÓN POR AGRESIVIDAD DE LA ATMÓSFERA (CO 2 ) ATAQUE A LAS ARMADURAS POR AGRESIVIDAD DE LA ATMÓSFERA (CERCA DEL MAR) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 20

21 Deben considerarse en 3 etapas: [Art. 37.2] Durante la fase de proyecto: previsión y diseño Durante la fase de ejecución: cumplimiento Durante la fase de uso o servicio de la construcción: preservación Lo que no se paga antes se paga después (F. Domarco, antiguo profesor de la EPS) FASE DE PROYECTO FASE DE EJECUCION FASE DE SERVICIO (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 21

22 En fase de proyecto la estrategia de durabilidad se fundamenta en el estudio de los siguientes factores: 1. Elección de la forma estructural [Art ] 2. Calidad adecuada del hormigón [Art ] 3. Espesor adecuado de recubrimiento [Art ] 4. Control de la fisuración [Art ] 5. Protecciones superficiales [Art ] El proyectista podrá agrupar distintos elementos de la obra atendiendo a sus respectivos ambientes para gestionar adecuadamente su durabilidad (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 22

23 Selección de la forma estructural: [Art ] Criterios generales: Mínima superficie de contacto con el agua Rápida evacuación del agua (desagües, pendientes...) Evitar salpicaduras y encharcamientos Detalles constructivos: Goterones generosos Pendientes que faciliten la rápida evacuación del agua Evitar paso de agua en zonas de juntas, apoyos, etc. Ventilación en secciones con oquedades internas Evitar concavidades locales (U) Evitar elementos metálicos emergentes (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 23

24 Calidad del hormigón: [Art ] Se requiere sobre todo la mejor calidad de la capa de recubrimiento Los requisitos generales son, a nivel de proyecto: Componentes del hormigón adecuados según EHE [Cap. VI, Anejo 4] Suficiente contenido de cemento Relación A/C adecuada En el proyecto se suele especificar una resistencia característica que determine el cumplimiento de los anteriores factores según la Tabla b (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 24

25 Tabla a Máxima relación agua/cemento y mínimo contenido de cemento Parámetro de dosificación Máxima Relación a/c Mínimo contenido de cemento (kg/m 3 ) Tipo de hormigón CLASE DE EXPOSICIÓN I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E Masa 0,65 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Armado 0,65 0,60 0,55 0,50 0,50 0,45 0,50 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Pretensado 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45 0,45 0,50 0,45 0,45 0,55 0,50 0,50 Masa Armado Pretensado Tabla b Resistencias mínimas compatibles con los requisitos de durabilidad Parámetro de dosificación Tipo de hormigón CLASE DE EXPOSICIÓN I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E Resistencia Mínima (N/mm²) Masa Armado Pretensado (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 25

26 Recubrimiento de las armaduras [Art ] Distancia existente entre la superficie del elemento de hormigón y la de la armadura más cercana a la superficie Constituye la barrera para evitar la degradación, salvo en procesos internos (componentes contaminados o reacción árido alcali) Dificulta los mecanismos de transporte de los agentes externos hacia las armaduras El tiempo de acceso de los agentes externos es aproximadamente proporcional al cuadrado del espesor de recubrimiento (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 26

27 Importancia del espesor del recubrimiento de las armaduras en la durabilidad de la estructura (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 27

28 Valor del recubrimiento c: [Art ] Armaduras principales: c Ø ó Ø eq y 0,80 TMA (ó 1,25 TMA si dificulta el paso del hormigón) Para todas las armaduras: c r nom = r min + Δr r nom = recubrimiento nominal r min = recubrimiento mínimo Δr = margen de recubrimiento c Δr 0 mm Elementos prefabricados con control intenso de ejecución 5 mm Elementos in situ con control intenso de ejecución 10 mm Resto de casos (habitual) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 28

29 Recubrimientos mínimos (r min ) para clases I y II Tabla a EHE Clase de exposición Tipo de cemento Resistencia característica del hormigón [N/mm 2 ] Vida útil de proyecto, t g (años) I Cualquiera f ck IIa IIb CEM I Otros tipos de cementos o en el caso de empleo de adiciones al hormigón CEM I Otros tipos de cementos o en el caso de empleo de adiciones al hormigón 25 f ck < f ck f ck < f ck f ck < f ck f ck < f ck (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 29

30 Recubrimientos mínimos (r min ) para clases III y IV Tabla b EHE Hormigón Cemento Vida útil de proyecto, t g (años) Clase general de exposición IIIa IIIb IIIc IV Armado CEM III/A, CEM III/B, CEM IV, CEM II/B S, B P, B V, A D u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20% Pretensado Resto de cementos utilizables CEM II/A D o bien con adición de humo de sílice superior al 6% Resto de cementos utilizables, según el Artículo 26º (*) Recubrimientos desaconsejables, por elevados. Aplicar Anejo 9 EHE * * * * * * * 100 * * * * (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 30

31 Recubrimientos mínimos (r min ) para clases específicas Clase de exposición H F E (1) Tipo de cemento CEM III Otros tipos de cemento CEM I I/A D CEM III Tabla c EHE Otros tipos de cementos o en el caso de empleo de adiciones al hormigón Cualquiera CEM III, CEM IV, CEM II/B S, B P, B V, A D u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20% Resistencia característica del hormigón [N/mm 2 ] Vida útil de proyecto, t g (años) f ck < f ck f ck < f ck f ck < f ck f ck < f ck f ck < f ck fck < f ck Qa Resto de cementos utilizables * * Qb, Qc Cualquiera (2) (2) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 31

32 Otras consideraciones importantes sobre los recubrimientos: Valor del recubrimiento nominal (r nom ) obligatorio en los planos de estructura En barras dobladas r mín > 2Ø (plano a la curva) En elementos hormigonados contra el terreno: r mín > 70 mm, si no existe hormigón de limpieza Si r nom > 50 mm disponer de malla adicional de reparto [Fig ] (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 32

33 Protecciones superficiales: [Art ] En el hormigón: Aplicación de revestimientos superficiales Aditivos inhibidores de la corrosión En las armaduras: Revestimiento continuo no metálico (resinas epoxi) Galvanizado de armaduras pasivas (por inmersión) Protección catódica (ánodos de sacrificio) Empleo de armaduras inoxidables (muy caro) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 33

34 La estrategia en fase de ejecución está basada en el control de los siguientes factores: 1. Componentes y resistencia del hormigón 2. Dosificación adecuada y contenido de cemento 3. Puesta en obra 4. Curado 5. Requisitos adicionales (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 34

35 Control de componentes Encaminado a evitar los distintos procesos de degradación Corrosión de armaduras [Art ] Contenido limitado de cloruros 0,4% peso del cemento en armaduras pasivas y 0,2% en activas Ataque por sulfatos y sales Presencia de sulfatos en el agua Sulfuros oxidables en los áridos (árido álcali) Selección del tipo de cemento adecuado (SR/MR) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 35

36 Elección del tipo de cemento en función de la CE (Tabla A.4.5 del Anejo 4 EHE 08) (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 36

37 Dosificación adecuada Posibilita los siguientes objetivos: Obtener la mayor compacidad posible en el hormigón del recubrimiento Mantener un nivel adecuado de reserva alcalina (ph 12) con un contenido de cemento suficiente Parámetro de dosificación Máxima Relación a/c Mínimo contenido de cemento (kg/m 3 ) Tipo de hormigón CLASE DE EXPOSICIÓN I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E Masa 0,65 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Armado 0,65 0,60 0,55 0,50 0,50 0,45 0,50 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Pretensado 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45 0,45 0,50 0,45 0,45 0,55 0,50 0,50 Masa Armado Pretensado (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 37

38 Control de la puesta en obra: Utilización de una consistencia compatible con la relación A/C y con los medios de compactación. Vertido sin segregaciones Conjunto de armaduras suficientemente rígido Empleo de encofrados de rigidez suficiente Utilización de separadores adecuados (preferentemente de mortero) a distancias que cumplan el Art de la EHE 08 (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 38

39 Separadores Elementos que garantizan el recubrimiento necesario para cada armadura en la fase de ejecución de la estructura (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 39

40 Aspecto de diferentes clases de separadores: (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 40

41 Control del curado: Factor esencial, junto con la relación A/C Objetivo: mantenimiento del nivel de humedad en el hormigón para minimizar la retracción y la fisuración superficial La parte más afectada es la capa de recubrimiento Duración según Art EHE 08, en función de los componentes, condiciones ambientales de puesta en obra y clase de exposición (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 41

42 Un mal curado aumenta la permeabilidad Hormigón más vulnerable a ataques (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 42

43 Fase de servicio El propietario es el responsable del correcto mantenimiento y conservación de la estructura Todavía en proceso de asimilación Debe estar sistematizada en un Manual cuyas líneas básicas deben ser conocidas y tenidas en cuenta desde el proyecto Debe partir de unos documentos conformes a obra o as built de la ejecución Debe documentar todas las inspecciones y operaciones de mantenimiento (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 43

44 RK=`lk`irpflkbp Importante tener en cuenta la durabilidad en todas las fases de diseño La corrosión, principal enemigo a batir, pero no siempre el único Correcta definición del tipo de ambiente Importancia de los recubrimientos en el diseño orientado a la durabilidad Una estructura durable es sinónimo de una estructura de calidad (c) Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 44