Comunidad

19 de abril de 2012 | por: EADIC | 8 comentarios

Diagnóstico y Patologías Básicas del Hormigón Endurecido

Uno de nuestros grandes amigos y seguidores, José García Aranda-Ángel, nos propuso tratar un tema en el que lleva trabajando y formándose un tiempo: el diagnóstico y patologías básicas del hormigón.

Espero que os guste a los interesados en el tema. Si no es el caso no te preocupes… seguro que después de leer el post te quedan ganas de seguir profundizando en el tema.

hormigón endurecido

“Al hilo de uno de mis post en el que hablaba sobre la información estadística de daños en la que llegábamos a la conclusión de que la mayor parte de los daños se producen por fallos en la fase de proyecto también vimos que un pequeño porcentaje de ellos se producían por materiales defectuosos o patologías en estos. En este post hablaremos sobre ese pequeño porcentaje y en concreto los relacionados con el hormigón endurecido.

Empecemos por una cuestión que para todos es obvio, el hormigón está formado por: cemento, áridos, agua y aditivos. Estos componentes dependiendo de su propia composición y en combinación con agentes externos pueden interactuar de manera que se produzcan fisuraciones en el hormigón que pueden causar la corrosión de armaduras por la penetración de agentes que deterioran las armaduras. Numerosos agentes externos también pueden producir patologías en el hormigón.

hormigón endurecido

En este post se pretende exponer las patologías básicas que son inherentes al hormigón en estado endurecido.

Básicamente el cemento es una mezcla de arcilla y piedra caliza, todo ello calcinado en un horno. Esta calcinación produce el componente básico que es el clinker de cemento portland que previamente enfriado pasará a un molino donde será molido finamente y dependiendo de si lleva adiciones, se le adicionarán o no. Todo este proceso produce una serie de componentes que regulan ciertos aspectos reológicos del hormigón: resistencias, fraguado…

 

Generación de Sales Expansivas:

Durante el fraguado en la hidratación del cemento el aluminato tricálcico produce una sal compleja en la intercara árido-pasta denominada etringita de alto poder de expansividad, aumenta su volumen en un 227% pero como esta etringita se produce en estado fresco no da ningún problema, a esta etringita se le denomina primaria. Esta etringita se produce por la inclusión de yeso en el cemento para regular el tiempo de fraguado. Un proceso similar a este se puede dar en zonas con aguas selenitosas al combinarse con la cal libre, dando problemas de roturas, lo que conocemos como “desconchones” en las capas exteriores de hormigón.

hormigón endurecido

En las imágenes se puede ver: cristales de etringita rellenando un poro (izq) y etringita rompiendo una partícula de árido (dcha).

Conversión del Cemento Aluminoso:

Otro gran problema conocido del cemento, fue la conversión del cemento aluminoso. El cemento aluminoso se empezó a producir en Francia a principios del siglo XX en la búsqueda de cementos resistentes a los sulfatos. Además de esta propiedad, los cementos aluminosos son refractarios. Los problemas del cemento aluminoso empiezan con una relación a/c de en torno a 0,5 para la cual, la alúmina (hexagonal) producida en el proceso de hidratación es muy inestable y a los 28 días empieza a transformarse en aluminato tricálcico (cúbico) que ocupa menos volumen dejando huecos y por lo tanto perdiendo resistencia. Para que la alúmina se transforme totalmente es necesario una relación a/c de en torno a 0,5, si esto no ocurre, queda alúmina sin hidratar que rellenará los huecos dejados por la hidratada y el problema será menor. Los daños como consecuencia de este problema han dado lugar a importantes siniestros no solo únicamente en zonas con alta temperatura y alta humedad como: Murcia, Canarias, Levante,… también han ocurrido accidentes en Madrid, Inglaterra y Alemania.

En la foto se pueden ver problemas de aluminosos en viguetas prefabricadas, sector en el cual se utilizó mucho este cemento por sus rápidas resistencias iniciales.

hormigón endurecido

 

Reacción Árido-Álcali:
Quizás uno de los problemas más importantes que puede dar un árido es la reacción con los álcalis del cemento, conocida como reacción árido-álcali.
La reacción árido-álcali, se produce al utilizar arena con sílice amorfa reactiva produciendo expansión y fisuración del hormigón, generalmente, se produce con la fracción fina ya que la cantidad de sílice que reacciona depende de la superficie específica del grano. Los álcalis del cemento disueltos en los poros pueden reaccionar con la sílice reactiva. Por otro lado cuando se combina un árido fino con un árido grueso inocuo, la porosidad de éste afecta a la reacción, pues cuanto mayor es la porosidad menor es el daño que produce, ya que los poros actúan como cámara de expansión no generando tensiones adicionales.

 

hormigón endurecido

Ciclos Hielo – Deshielo:
La resistencia de un hormigón a estos ciclos crece con: el tipo de árido, la edad del hormigón, la dosificación de cemento y la reducción de la relación a/c. El agua es dirigida a los canales capilares, donde la temperatura de congelación es más baja, cuando se congela el hormigón aumenta su volumen en un 9%.

Carbonatación de la Pasta de Cemento:
El principio básico de este problema es que el CO2 del ambiente se combina con el hidróxido de calcio de la matriz cementicea formando CaCO3 que en principio no da ningún problema, es más en la zona se produce un aumento de resistencias, pero lo que de verdad importa es que al reducirse la cantidad de hidróxido de calcio se produce una disminución del pH que despasiva el medio y desprotege a las armaduras contra la corrosión.

En la siguiente foto se observa la caracterización de un testigo de hormigón, se ve con gran claridad la zona sin carbonatar coloreada en rosa y sin carbonatar la zona sin colorear al principio de la probeta, esto ocurre porque la solución de fenolftaleina cambia de color (rosa – transparente) en torno al pH 9.

hormigón endurecido

Todas estas patologías, vuelvo a repetir, son básicas y quizás las más frecuentes. Todas conllevan una rotura de los recubrimientos en los casos de fenómenos expansivos como son: la generación de sales expansivas, la reacción árido – álcali y los ciclos hielo – deshielo. Esta rotura del recubrimiento hace que el agua sea más penetrable a través de la red capilar del hormigón proporcionando una ambiente óptimo para la corrosión.

Las soluciones a estos problemas de patología está más que estudiada con los años y solo es necesario poner un poco de cuidado a la hora de ver las condiciones de contorno de nuestra obra para elegir los materiales adecuados en cada elemento.

Por ejemplo la formación de etringita en ambientes selenitosos se soluciona con un cemento SR (sulforesistente) en los hormigones. En el caso de uso de estos hormigones hay que saber que el calor de hidratación que desprenden es del orden de unas 3 veces el de un cemento normal por lo que habrá que ser muy cuidadoso con las condiciones de humedad para evitar fisuras por contracción térmica.

En cuanto a la reacción árido-álcali se conocen pocos casos de esta patología salvo uno ocurrido hace poco en la ciudad de Toledo en la que se concluyó que los problemas de destrozos que se ocasionaban en el tablero eran producidos porque el árido era reactivo. La solución a este problema es simple, DEMOLICIÓN de la parte afectada, en este caso del tablero.

Los ciclos hielo – deshielo se pueden solucionar con la inclusión en el hormigón de un aditivo aireante que producirá pequeñas burbujas de aire en el interior de la masa sirviendo como cámaras de expansión del agua de la red capilar. Hay que tener en cuenta que este tipo de aditivos por cada 1% se produce un 5% de baja de resistencia, por lo que habrá que tener mucho cuidado.

La carbonatación del hormigón es un proceso lento pero en un hormigón bien dosificado puede ser aún más lento pudiendo llegar la zona carbonatada a las armaduras en unos 25 años. En caso de detectar carbonatación (rociando la muestra con solución de fenolftaleína), se hace necesario restablecer las condiciones de pH del hormigón natural saneando la zona carbonatada. Sería conveniente antes de volver a cubrir la barra, limpiarla de oxido e impregnarla en una solución anticorrosiva. Es muy importante si se sospecha de esta patología tener en cuenta que la carbonatación produce endurecimientos locales, por lo que al tomar medidas con el esclerómetro no os volváis locos, el “cacharro” funciona bien.

En el caso de preveer que nuestra armadura va a estar sometida a fuertes corrosiones, existen en la actualidad aditivos inhibidores de la corrosión que se pueden emplear en el hormigón fresco. Os dejo aquí el enlace de un post en el que hablo sobre este tipo de aditivos.”

 

Todos estos temas tratados son inherentes a la durabilidad del hormigón, concepto básico en cualquier obra de ingeniería que lleve este material. En EADIC se trabaja este concepto en 3 cursos en los que colaboran ANDECE (Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón), Colegio y Asociación de Ingenieros de Montes, CYPE Ingenieros y la Demarcación de Andalucía del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos:

Prefabricados de Hormigón: Diseño, Fabricación y Aplicaciones: el concepto durabilidad en prefabricados es básico, ya que muchos de ellos son pretensados por lo que es fundamental un correcto diseño de los recubrimientos y del hormigón en función del ambiente al que vaya a estar expuesto.

Rehabilitación en Edificación. Diagnóstico e Intervención en Estructuras de Hormigón y Madera: la rehabilitación en los tiempos que corren es un tema crucial, y EADIC lo sabe, por eso se ha desarrollado este curso que responde a las necesidades de cualquier técnico que quiera trabajar en este sector en el que las patologías del hormigón endurecido son el pan nuestro de cada día.

Curso Práctico de CYPECAD. Cálculo de Estructuras de Hormigón Armado: en un proyecto de estructuras todo comienza definiendo la lista de materiales que se va a utilizar en la obra, sobre todo el ambiente al que estará expuesto el hormigón, con el cual el programa impondrá recubrimientos. Además el conocimiento concreto de estas patologías nos puede llevar a realizar un modelo modificado de una estructura, conocer su estado tensional y en definitiva proponer unas medidas de resolución a dicho problema: refuerzo, demolición…

 

Deja tus comentarios o propuestas aquí… O si lo prefieres, búscanos en twitter (@eadic) o en facebook y también puedes hacerlo además de estar informad@ de todo lo que en Eadic hacemos…

Comentarios

8 Comentarios

  • Saludos … Excelente post.

    No obstante queria comentar, que en el caso de reparacion o rehabilitacion de estructuras de hormigon afectadas por la carbonatacion, el uso de revestimientos al acero de refuerzo (anticorrosivos o no ) en mi experiencia puede desencadenar en muchos casos la aparicion de celdas localizadas de corrosion posterior a la intervencion, por lo que recomiendo el analisis detallado de la propuesta de intervencion y evitar reparaciones localizadas o en su defecto la aparicion de celdas localizadas.

    Por Humberto Bolognini | 23 abril, 2012

    • Hola Humberto! Mil gracias por iniciar el debate! He tramitado tu comentario al autor del post! En breves momentos recibirás una respuesta! Te aviso al mail! Un abrazo!

      Por Jalcantara | 23 abril, 2012

  • Hola Humberto:

    Está claro que cada caso habría que analizarlo en concreto, yo me he basado en la generalidad, pero al margen de impregnar la armadura o no, estarás de acuerdo conmigo en que lo básico es limpiar de todo resto de óxido la armadura observando si existen picaduras o no para así tomar la decisión más idónea antes de volver a cubrirlo para restablecer el elemento, porque también puede darse la posibilidad de tener que sustituir la barra afectada con manguitos roscados.

    Gracias por tu comentario Humberto.

    Por Jose Garcia | 23 abril, 2012

  • Hola Humberto:

    No se si te ha llegado el comentario de antes, pero bueno, por si acaso te lo vuelvo a escribir. Estoy totalmente de acuerdo contigo en tu apreciación, mi post lo enfoqué desde la generalidad como no puede ser de otra forma. Por supuesto que esta claro que una vez que diagnosticamos carbonatación en el hormigón hay que sanear las zonas afectadas y observar como es el estado de la armadura. Estarás de acuerdo conmigo en que lo básico y que hay que hacer siempre es limpiar la armadura preferiblemente con agua a presión y observar si la corrosión es superficial o existen picaduras, y en base a eso, haremos la impregnación con inhibidores de corrosión o quizas sustituir la barra afectada con manguitos roscados.

    Gracias por tu comentario amigo, un saludo!!

    Por Jose Garcia | 23 abril, 2012

  • Saludos José gracias por responder

    Comprendo el carácter general que le has dado al post y sin duda estoy deacuerdo contigo en la acción básica de limpiar todo el óxido suelto en la armadura, lo que te permitiría verificar el daño real y por supuesto decidir que tipo de intervención realizarle, no estaría deacuerdo con la posible detección de picaduras para este caso en particular, dado que si se ha diagnosticado corrosión por carbonatación del hormigón esta se caracteriza por un ataque uniforme al acero, por tanto estaríamos hablando de disminución de la sección del acero, para hablar de picaduras según mi experiencia tendríamos que encontrarnos con un hormigón contaminado con cloruros o en su defecto un acero parcialmente expuesto al ambiente, en todo caso la evaluación al acero ciertamente nos permitiría diseñar correctamente el tratamiento a seguir, dependiendo de la disminución de la sección se podría hablar de sustitución por cualquier vía, traslape, soldadura, entre otras. No obstante difiero en que la limpieza sea preferiblemente con agua a presión esto dependerá de las condiciones ambientales y la garantía de calidad del agua a emplear yo me inclino mas por la limpieza manual dependiendo claro esta de la extensión del trabajo a realizar , tampoco comparto la idea del uso de inhibidores de corrosión per se, esto dependerá de las causas y siendo la carbonatación la diagnosticada para este caso creo que lo mejor seria la remoción total del concreto contaminado o bien realcanilizarlo por cualquier metodo conocido y estarás de acuerdo conmigo que eso dependerá de la profundidad del perfil de carbonatación ya que si este ha penetrado hasta el núcleo confinado la intervención de remoción complica la reparación y obliga entre otras cosas la evaluación estructural , medidas de soporte y desvinculiacion estructural del elemento, pero mantengo que dicha intervención debe realizarce en toda la estructura y sin revestimientos al acero a fin de evitar la formacion de celdas de corrosión por heterogeniedad del medio.

    Gracias por tu respuesta y por permitirme debatir sobre este tema que aunque es mi especialidad profesional también es mi pasión.

    Por Humberto Bolognini | 23 abril, 2012

  • Estoy totalmente de acuerdo contigo en todo lo que has expuesto. Yo creo que lo mejor al final es hacer un buen hormigón, con una buena cantidad de cemento y bien compactado y así nos evitaremos todos estos problemas porque los perfiles de carbonatación, si el hormigón esta bien hecho se van estabilizando con el tiempo y a lo mejor en 25 años el perfil todavía no ha penetrado un recubrimiento de 5 cm.

    Gracias a ti por debatir sobre este tema que también poco a poco va siendo otra de mis pasiones en la ingeniería. Un saludo.

    Por Jose Garcia | 24 abril, 2012

Deja tu comentario

You must be logged in to post a comment. So log in!

EADIC Blog