Esteban Vaquerizo Vega.

Transcripción

1 Esteban Vaquerizo Vega

2 Deterioro del Hormigón Observaciones experimentales. Acciones Solicitaciones mecánicas y funcionales al hormigón. Capacidad de respuesta Durabilidad Adopción de condicionantes económicos. Duración Vida Útil

3 Vida Útil Periodo de tiempo en el que la estructura conserva los requisitos de proyecto sobre seguridad, funcionalidad y estética sin costos inesperados de mantenimiento. 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)

4 Vida Útil 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. VIDA RESIDUAL: después del tiempo límite hasta que se interviene reparando el daño. La estructura trabaja sobrepasados los requisitos de proyecto.

5 Cuando intervenir?: - Balancear factores: Técnicos Económicos Sociales - Capacidad portante residual. Pérdida de capacidad portante en una estructura que se está corroyendo. A: tiempo límite. B: condiciones mínimas admisibles. Estructura reparada! - Establecer nuevos requisitos mecánicos, estructurales y ambientales. - Establecer la nueva vida útil tras la reparación. - Pérdida de funcionalidad. - Coste de reparación. - Pérdida de uso. - Accidentalidad - Alteraciones por intervención. Vida Útil

6 Verificación de la Vida Útil Modelo base de Tuutti: específico para corrosión de la armadura, aunque extendible a cualquier tipo de deterioro. 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.

7 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 llegar el agresivo a la armadura a partir de una prestación 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 R amb S amb

8 Verificación de la Vida Util El método prescriptivo es insuficiente cuando el medio es agresivo (cloruros) o vidas en servicio >50 años. Verificación de la Vida Util: Función de Estado Límite de Vida Útil: t r t l لا t Método Semiprobabilista t r : Tiempo Real de duración de la estructura. t l : Tiempo de cálculo aplicando el modelo. proceso. t : Coeficiente parcial que tiene en cuenta las incertidumbres del لا o bien, Verificación de la Durabilidad: Función de Estado Límite de Durabilidad: R amb S amb R amb : Resistencia ambiental representada por una prestación verificable del hormigón. S amb : Solicitación ambiental (acción a que está sometida la estructura).

9 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. S amb 5) Definir la prestación del hormigón que representa la resistencia ambiental y controla el progreso del deterioro. R amb 6) Cálculo del Espesor Mínimo de Recubrimiento. 7) Consideración de métodos de protección complementarios.

10 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: P lim : Pérdida de radio límite (μm). V corr : Velocidad de corrosión (μm/año).

11 Verificación de la Durabilidad 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. S amb. Corrosión: CO 2, 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. P x : Penetración del agresivo (μm). V c : Velocidad de avance (μm/año). t : Tiempo de actuaciópn del agresivo (año). Expresión simplificada

12 Verificación de la Durabilidad Solicitación ambiental. S amb Cálculo detallado: Concentración del agresivo explícita. MODELOS: Velocidad expresada como Coeficiente de Difusión D del agresivo (constante o variable con la humedad del hormigón o con la edad). CARBONATACION Hakkinen (EHE-08) Tuutti Bakker Parrot CLORUROS Cftes. Constantes Cftes f(t) Cftes f(c y a/c) Izquierdo EHE-08 Modelos más complejos en desarrollo. Andrade (ICCET-CSIC) Vida Útil de estructuras de hormigón)

13 Verificación de la Durabilidad Solicitación ambiental. S amb Corrosión por Carbonatación: Modelo de Hakkinen (EHE-08). V CO2 : Velocidad de avance del frente de carbonatación. f cm : Resistencia característica del hormigón. Observaciones: Considera que la propiedad que controla el avance de la carbonatación es la penetrabilidad del agua en el hormigón.

14 Verificación de la Durabilidad Solicitación ambiental. S amb Corrosión por cloruros: Modelo de la EHE-08. Se trata de una mejora del modelo de Fick: 2ª Ley de Fick C x : Conc. de cloruros a profundidad x en tiempo t. C 0 : Conc. inicial de cloruros en el hormigón. erf(x) : Función de error de Gauss. V Cl : Velocidad de avance del frente de cloruros. D Cl : Coef. de Difusión efectivo de Cloruros. C s : Conc. de cloruros en la sup. del hormigón. C cr : Conc. máx. de cloruros admitida en la estructura. Mejora del modelo de la EHE-08: Observaciones: D 0 : Coef. de Difusión efectivo de Cloruros a edad de 28 días. n cl : Factor de edad. 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.

15 Verificación de la Durabilidad 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

16 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).

17 Se especifican las Características de los Materiales. s. 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. s 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.

18 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: Período de ref: 50 años Seguridad y Funcionalidad Estructural. Seguridad en caso de Incendio. Higiene, Salud y Protección del Medioambiente.

19 En las armaduras principales: T recubrimiento : tiempo en que el hormigón del recubrimiento protege a la armadura. T recubrimiento = ƒ (r min2 ) r nom = r min + r r min = Φ barra (o el equivalente al grupo de barras) r min = 0,80 TM, salvo disposición de armaduras que dificulte el paso del hormigón, en cuyo caso se tomará 1,25 TM En cualquier armadura pasiva (incluso estribos), o activa pretesa, el r min no será inferior en ningún punto a los valores recogidos en las tablas a, b y c. r nom : recubrimiento nominal (proyecto, planos). r min : 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.

20 Tabla de estimación directa para ambientes I y II (Corrosión por Carbonatación). Recubrimientos EHE-08 Recubrimientos EHE-98

21 Tabla de estimación directa para ambientes III y IV (Corrosión por cloruros). Recubrimientos EHE-08 Recubrimientos EHE-98

22 Tabla de estimación directa para clases específicas de exposición (Otros mecanismos de deterioro). Recubrimientos EHE-08 Recubrimientos EHE-98

23 Observaciones a las tablas de estimación de los recubrimientos de la EHE-08 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. r min > 50 mm malla de reparto.

24 Problema Solución s utilizables vs. indicados en tablas de recubrimientos

25 UNE-EN 197-1: Composición, especificaciones y criterios de conformidad para cementos comunes Designación de los 27 Princi- productos pales tipos (tipos de cementos comunes) Escoria Clínker K de horno alto S Humo de Sílice D (2) Composición (proporción en masa 1) Componentes principales Puzolana Cenizas volantes Natural Cálcicas Natural P Silícicas V calcinada Q W Constit. Esquistos Caliza Minorit. Calcinados T L LL CEM I Portlad CEM I Portlad CEM II/A-S con escoria CEM II/B-S Portland con CEM II/A-D humo de sílice CEM II/A-P CEM II/B-P Portland con CEM II/A-Q puzolana CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V Portland con CEM II CEM II/A-W ceniza volante CEM II/B-W Pórtland con CEM II/A-T esquistos calcinados CEM II/B-T CEM II/A-L CEM II/B-L Portland CEM II/A-LL con caliza CEM II/B-LL CEM II/A-M Portland mixto CEM II/B-M con CEM III/A CEM III escorias de horno CEM III/B alto CEM III/C CEM IV CEM IV/A puzolánico CEM IV/B CEM V CEM V/A Compuesto CEM V/B

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

27 Designación de los 27 Princi- productos pales tipos (tipos de cementos comunes) Escoria Clínker K de horno alto S Humo de Sílice D (2) Composición (proporción en masa 1) Componentes principales Puzolana Cenizas volantes Natural Cálcicas Natural P Silícicas V calcinada Q W Constit. Esquistos Caliza Minorit. Calcinados T L LL CEM I Portlad CEM I Portlad CEM II/A-S con escoria CEM II/B-S Portland con CEM II/A-D humo de sílice CEM II/A-P CEM II/B-P Portland con CEM II/A-Q puzolana CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V Portland con CEM II CEM II/A-W ceniza volante CEM II/B-W Pórtland con CEM II/A-T esquistos calcinados CEM II/B-T CEM II/A-L CEM II/B-L Portland CEM II/A-LL con caliza CEM II/B-LL CEM II/A-M Portland mixto CEM II/B-M con CEM III/A CEM III escorias de horno CEM III/B alto CEM III/C CEM IV CEM IV/A puzolánico CEM IV/B CEM V CEM V/A Compuesto CEM V/B

28 Designación de los 27 Princi- productos pales tipos (tipos de cementos comunes) Escoria Clínker K de horno alto S Humo de Sílice D (2) Composición (proporción en masa 1) Componentes principales Puzolana Cenizas volantes Natural Cálcicas Natural P Silícicas V calcinada Q W Constit. Esquistos Caliza Minorit. Calcinados T L LL CEM I Portlad CEM I Portlad CEM II/A-S con escoria CEM II/B-S Portland con CEM II/A-D humo de sílice CEM II/A-P CEM II/B-P Portland con CEM II/A-Q puzolana CEM II/B-Q CEM II/A-V CEM II/B-V Portland con CEM II CEM II/A-W ceniza volante CEM II/B-W Pórtland con CEM II/A-T esquistos calcinados CEM II/B-T CEM II/A-L CEM II/B-L Portland CEM II/A-LL con caliza CEM II/B-LL CEM II/A-M Portland mixto CEM II/B-M con CEM III/A CEM III escorias de horno CEM III/B alto CEM III/C CEM IV CEM IV/A puzolánico CEM IV/B CEM V CEM V/A Compuesto CEM V/B

29 s recomendados según la clase de exposición Anejo 4 EHE-08 Ambientes de carbonatación: IIa y IIb: Tipos I, II/A, II/B, III/A y IV/A 16 tipos de cementos de los permitidos por la EHE 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, 13 tipos de cementos de los permitidos por la EHE Incluidos los cementos mixtos A-M y B-M con esas adiciones. Ambiente de corrosión por cloruros no marinos: IV Los mismos que clases III más tipos I. 14 tipos d permitidos por EHE

30 s con recubrimientos más favorables (menores) según tablas a, b y c. Ambientes de carbonatación: IIa y IIb: Tipos I 1 tipos de cementos de los permitidos por la EHE 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) 8 tipos de cementos de los permitidos por la EHE

31 Problema s utilizables vs. indicados en tablas de recubrimientos Solución Aplicar anejo 9 de la EHE-08 Valores altos en las tablas Malla como armadura de reparto si r>50 mm

32 Recubrimientos > 50 mm.

33 Problema s utilizables vs. indicados en tablas de recubrimientos Valores altos en las tablas Solución Aplicar anejo 9 de la EHE-08 Malla como armadura de reparto si r>50 mm Valores en asterisco

34 Problema Solución s utilizables vs. indicados en tablas de recubrimientos Valores tan altos en las tablas Valores en asterisco Malla como armadura de reparto si r>50 mm IIIa, IIIb, IIIc, IV y Qa Qb, Qc Aplicar anejo 9 de la EHE-08 Reducción como clase IIb si se disponen medidas adicionales de protección A fijar por el autor del proyecto

35 Estimación del recubrimiento en ambientes tipo Q Anejo 9: Modelo de carbonatación

36 Clases generales de exposición I, IIa y IIb. ANEJO 9 t L : tiempo límite para el que se considera significativo el ataque. El período de iniciación t i 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. t L t i t p 2 d 80 K d C v corr K C C env C air a f t i b cm d K C 2 d : avance de carbonatación (mm) K c : coeficiente de carbonatación d = K c t f cm : resistencia media del hormigón (MPa). A partir de la característica: f cm f ck 8 coeficientes de calibración del modelo C env : coeficiente de ambiente (tabulado) C air : coeficiente de aireantes (tabulado) a, b : parámetros función del tipo de cemento (tabulados)

37 C env : coeficiente de ambiente K C C env C air a f b cm ANEJO 9 a, b : parámetros función del tipo de cemento Difusión de CO 2 y O 2. C air : coeficiente de aireantes Calibración con diferentes tipos de cemento Porosidad abierta : Difusión

38 ( t p ): Período de propagación. ANEJO 9 t p 80 d t p : tiempo de propagación (años) d : espesor de corrosión (mm) v corr Ф : diámetro de la armadura (mm). v corr : velocidad de corrosión (μm/año).

39 Clases generales de exposición IIIa, IIIb, IIIc y IV. ANEJO 9 t L : tiempo límite para el que se considera significativo el ataque. El período de iniciación t i 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. t L t i t p 2 d 80 K d Cl v corr t i d K Cl 2 d : profundidad de penetración de cloruros K cl : coeficiente de penetración de cloruros K 12 D( t) 1 Cl C C th s C C b b α : factor de conversión de unidades. α = D(t) : Coeficiente de difusión efectivo de cloruros a edad t (cm 2 /s) C i : concentraciones de cloruros (tabuladas).

40 t0 D( t) D( t0) t n D(t 0 ) : Coeficiente de difusión efectivo de cloruros a edad t 0 =28 días (0,0767 años) Tabulado ó Medible ANEJO 9 n : Factor de edad n= 0,5 Calibración del modelo Cfte Significado Unidades K 12 D( t) 1 Cth Concentración crítica de cloruros. %s.p.c. Cth = 0,6% spc en HA Cth = 0,3% spc en HP Cb Cs Contenido de cloruros aportado por las materias primas en la fabricación del hormigón. Concentración de cloruros en la superficie del hormigón. Cl %s.p.c. %s.p.c. Cb = 0,4% spc en HA C C th s C C Estimación b b Cb = 0,2% spc en HP Cs (% spc) = Cs (% peso de hormigón) * (2300/cont. cemto en Kg/m3) Cb es determinante

41 ( t p ): Período de propagación. ANEJO 9 t p 80 d t p : tiempo de propagación (años) d : espesor del recubrimiento (mm) v corr Ф : diámetro de la armadura (mm). v corr : velocidad de corrosión (μm/año).

42 CALCULO POR ESTIMACION DIRECTA

43 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(t 0 ) a y D(t 0 ) b ), se pueden relacionar con los recubrimientos mínimos que correspondan a ambos hormigones (d a y d b ), así: d b d a D ( t D ( t o o ) ) b a 1/ 2 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.

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46 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:c b 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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