“AÑO DE LA PROMOCION DE LA INDUSTRIA RESPONSABLE Y DEL COMPROMISO

CLIMATICO”

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

FACULTAD DE AGRONOMIA

ESCUELA DE INGENIERIA AGRICOLA

CURSO : CONCRETO REFORZADO

TEMA : PATOLOGÍA, VIDA UTIL Y CORROCIÓN DE VIGAS

CICLO : VII

PROFESOR : ING. BENJAMIN LIZANA BOBADILLA

INTEGRANTES : FRANCISCO EMÉ DEL CASTILLO

PIURA- PERU

2014

CONCRETO REFORZADO

INTRODUCCIÓN Se tiene el conocimiento que las obras de construcción civil son apropiadas para las cargas y exigencias para las cuales fueron proyectadas y en la actualidad se llega a observar un deterioro por corrosión posterior en estructuras ya reparadas, la contaminación por cloruros es una de las causas principales al formarse macroceldas cuando se aplican las reparaciones, produciendo ánodos en las áreas de las zonas reparadas, provocándose de esta manera la corrosión. Es de suma importancia identificar problemas tanto locales como a nivel nacional en estructuras de concreto reforzado con aplicación de reparación de estructuras o elementos afectados por la corrosión. Para que un concreto cumpla con el control de calidad requerido se toma en cuenta la proporción de la mezcla del concreto, el contenido de humedad, la temperatura, y el contenido de cemento siendo estas algunas de las variables que pueden afectar la vida útil del concreto. Hace algunos años se hicieron estudios del costo económico que produce la corrosión en países y se encontró que consume entre el 2 y el 5% del PNB de cada país (Castro Borges, 2001). Entre un 15 y un 25% de este costo se pudo haber evitado si se hubiese aplicado la tecnología existente para contrarrestarla. En del problema, sin embargo, en encuestas recientes se ha informado que más del 90% de las industrias presentan algún daño por corrosión (NACE, 1984). Las lesiones pueden tener diversos orígenes y afectar diversos componentes del e, así también la solución de intervención de la misma. Puede ir desde una simple limpieza hasta una sustitución total de la pieza.

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PATOLOGIAS EN VIGAS: Puede ser definida como la parte de la ingeniería que estudia los síntomas los mecanismos, las causas y los orígenes de los defectos de las obras civiles, o sea, es el estudio de las partes que componen el diagnóstico del problema.”

FISURACION:

TIPOS DE FISURAS:

La fisuración se trata de una rotura en la masa del hormigón que se manifiesta exteriormente con un desarrollo lineal. La figuración se produce siempre que la tensión, generalmente de tracción, a la que se encuentra sometido el material sobrepasa su resistencia última.

En todas las construcciones en las que interviene el hormigón pueden aparecer fisuras que pueden manifestarse al cabo de años, de semanas, de días, o solamente de horas y que pueden estar motivadas por causas múltiples, unas veces actuando en solitario y otras asociadas a otros fenómenos.

Las fisuras se distinguen por la edad de aparición en un elemento estructural, en su forma y trayectoria, abertura, movimiento, etc. La determinación de las causas que han provocado las fisuras es importante como medida previa a la reparación.

Las fisuras pueden ser la vía por la cual pueden entrar al hormigón, principalmente, los agentes agresivos de tipo químico. No hay que pensar, que las estructuras fisuradas de hormigón son siempre peligrosas, lo que importa conocer es el tipo de elemento estructural en que han aparecido y la naturaleza de las fisuras. Éstas son especialmente peligrosas cuando sobrepasan determinados espesores y cuando están en determinados ambientes.

Si tenemos en cuenta el momento en el que aparecen en el hormigón, distinguimos fisuras que se manifiestan en estado plástico y las que tienen lugar en el endurecido.

En todo proceso de fisuración se pueden observar dos etapas: una microfisuración inicial y una macrofisuración posterior. Las microfisuras no son apreciables a simple vista pues, en general, no aparecen al exterior sino para convertirse en macrofisuras que son las que podemos llegar a evaluar. Se consideran microfisuras las fisuras en las que el espesor es inferior a 0,05 mm.

También podemos clasificar las fisuras en función del movimiento que admitan diferenciando entre: fisuras estabilizadas o muertas en las que se llega a una abertura determinada y el proceso queda parado como ocurre, por ejemplo, en un proceso de retracción hidráulica; las fisuras en movimiento, aquellas en las que la fisuración continúa normalmente con una velocidad decreciente hasta llegar a la estabilización y, las fisuras vivas en las que la abertura es variable de acuerdo con la temperatura, con solicitaciones dinámicas, etc.

Así mismo, las fisuras también pueden ser catalogadas como fisuras estructurales y fisuras no estructurales. Las fisuras estructurales son las debidas al alargamiento de las armaduras o a las excesivas tensiones de tracción o compresión producidas en el hormigón por los esfuerzos derivados de la aplicación de las acciones exteriores o de deformaciones impuestas. Las fisuras no estructurales son las producidas en el hormigón, bien durante su estado plástico, bien después de su endurecimiento, pero generadas por causas intrínsecas, es decir, debidas al comportamiento de sus materiales constituyentes (asiento plástico, retracción plástica, contracción térmica inicial, retracción hidráulica, afogarado…)

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1. FISURAS DE RETRACCIÓN PLASTICA:

Fisuras de retracción plástica. Afogarado

Son características del hormigón fresco y son producidos por la tensión capilar en los poros llenos de agua apareciendo como consecuencia de un retraso en el curado o protección del hormigón (exudación). Se produce fundamentalmente entre la primera hora y las seis horas a partir de su vertido, aunque a veces pueden incluso aparecer al día siguiente. Tienen una gran importancia en aquellos elementos estructurales en los cuales prevalece la superficie sobre el volumen (losas) y en especial cuando hay una pérdida rápida de agua causada por tiempo seco, viento o altas temperaturas. La fisuración se facilita si existen cerca de la superficie armaduras o áridos gruesos que impidan la deformación del hormigón.

Se produce:

Evaporación rápida de agua exudada Peligro si:

Hormigonado con viento, clima seco y época calurosa Curado inadecuado

Fisuras amplias y poco profundas Sobretodo en elementos superficiales

(Pavimentos, forjados, muros, etc.) Durante las 6 primeras horas

La aparición de estas fisuras es más frecuente en tiempo seco, soleado y sobretodo con viento, aunque las temperaturas no sean altas, por lo que pueden aparecer también en tiempo frío e incluso húmedo si existe viento.

Las fisuras de retracción plástica suelen ser superficiales con aberturas que oscilan entre 2 y 3 mm y van decreciendo conforme van profundizando en la pieza. También es habitual que lleguen a atravesar el espesor de las losas, a diferencia de las fisuras de asentamiento plástico. Este tipo de fisuras son muy frecuentes en las losas de hormigón y pueden mostrarse, por lo general, de las siguientes maneras: pueden seguir líneas paralelas diagonales, aproximadamente a 45º con las esquinas, con distancias entre ellas comprendida entre los 20 centímetros y los 2 metros; presentarse a modo de crestas onduladas, o siguiendo un patrón indeterminado formando generalmente una especie de malla. También es común que sigan el recorrido de las armaduras o de alguna cualidad física de la pieza, como por ejemplo un cambio de sección o una interrupción en el hormigonado.

Las fisuras de afogarado (o fisuras en mapa) son un tipo de retracción plástica superficial intensa. Son siempre superficiales y generalmente de menos de 1 cm. de profundidad y de 0,05 a 0,5 mm de anchura aproximadamente. Suelen aparecer en la primera semana (a veces mucho después) después del hormigonado, durante la fase de endurecimiento.

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En los elementos de espesor variable, las fisuras aparecerán con más profusión en las partes más delgadas. Por lo general, las fisuras de afogarado se manifiestan como un dibujo en forma de red o malla no regular de entre 5 y 10 cm. de lado. No siguen líneas determinadas sino que se ramifican y presentan sinuosidades debido a que aparecen cuando el hormigón no tiene prácticamente resistencia y han de adaptarse al contorno de los áridos a los cuales no pueden romper. Tienen una finura tal que, a veces, solo se las percibe después de cierto tiempo cuando se han llenado de suciedad o polvo. Los nidos de fisuras son concentraciones fuertes de fisuras en una determinada zona.

Fisuras de asentamiento plástico

Aparecen siguiendo las líneas de las barras de armado en aquellos elementos de hormigón que han sufrido un asentamiento plástico, es decir, un desplazamiento de las partes sólidas hacia el fondo del encofrado debido a la acción de la gravedad y del agua hacia la superficie del hormigón. Se produce:

Debido a la exudación 3 primeras horas Fisuras amplias y poco profundas Nunca se puede evitar al 100%

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En general, se trata de fisuras amplias y poco profundas, de escasa trascendencia estructural, aunque pueden tener incidencia en los efectos de corrosión de las armaduras al quedar desprotegidas. Suelen aparecer generalmente durante las tres primeras horas después del vertido del hormigón y, en algunas ocasiones, hasta las seis e incluso ocho horas posteriores. Aparecen en los lugares donde el movimiento de asentamiento derivado del descenso de la masa de hormigón se haya limitado. En función de la forma concreta de dicha restricción, se pueden distinguir los siguientes tipos:

Fisuras marcadas inmediatamente encima de las armaduras horizontales, ya sean éstas las armaduras principales o los estribos.

Fisuras horizontales en elementos verticales (como pilares, muros, etc.) cuando los estribos limitan el movimiento del hormigón al descender.

Fisuras coincidiendo con cambios bruscos de sección. Son muy frecuentes en forjados reticulares. Se forma a causa de la diferencia de asentamiento del hormigón según los diferentes grosores.

Fisuras coincidiendo con secciones delgadas de hormigón. Cuando el plano de las armaduras no permite el descenso del recubrimiento y lo desolidariza del resto de la pieza.

Fisuras de retracción de secado

Se producen a consecuencia de las tensiones de tracción creadas en la masa de hormigón al quedar impedida la deformación provocada por los cambios volumétricos en la retracción de secado.

Las fisuras de retracción de secado, a diferencia de las de retracción plástica, suelen tener una anchura constante y un trazado limpio sin entrecruzarse ni ramificaciones. Si la distribución de las fisuras es buena, estas fisuras de retracción son muy estrechas, del orden de 0,05 a 0,1 mm de anchura y es frecuente que no tengan más de 0,02 mm.

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Tampoco son profundas y no suelen penetrar en el hormigón de 4 a 10 mm. Pueden aparecer a partir de las dos o tres semanas desde el vertido del hormigón, pero el riesgo de su aparición persiste en condiciones normales hasta un año, retardándose a veces hasta los dos y tres años, en función de las condiciones de sequedad atmosférica.

En este tipo de fisuración juegan un papel importante la rigidez del elemento estructural y sobretodo, la del conjunto estructural que le afecta. Se puede dar el caso de que en vez de producirse la fisuración en el elemento que se acorta, se produzca en los elementos que están unidos a él. Este efecto es frecuente en vigas de sección grande y muy armadas unidas a pilares esbeltos y poco rígidos; en este caso las fisuras aparecen en la cabeza y pie de los pilares en vez de en la viga. En el caso contrario, en vigas con luz más o menos grande, pueden aparecer fisuras perpendiculares a su eje, de espesor constante, que seccionan las vigas si éstas se encuentran coaccionadas por pilares de gran rigidez.

Un caso típico de fisuras de retracción hidráulica lo tenemos en el caso de un pórtico de una crujía con dos vigas a distinto nivel. Si la viga superior tiene más rigidez y está más armada que la inferior retraerá menos que ésta, dando lugar a que ésta última sea la que se fisure.

En los forjados pueden aparecer fisuras de retracción si estos están coaccionados por vigas o nervios unidos a ellos.

La retracción en elementos verticales puede originar fisuras en elementos horizontales que funcionen hiperestáticamente con ellos. En el caso de retracción diferencial en los diferentes elementos verticales, da lugar a un estado tensional en las vigas y forjados que puede ser comparable al producido por un asiento diferencial del terreno.

La retracción en láminas y cáscaras, al tener más libertad de deformación que los otros elementos estructurales, se traduce en una reducción de las flechas si las vigas de borde impiden los movimientos en estas líneas. Sin embargo, al deformarse la lámina por retracción pueden aparecer fisuras en su intradós. Las fisuras de retracción en láminas deformables, pero coaccionadas en sus bordes, son muy parecidas a las de flexión presentando una abertura variable que va disminuyendo desde el intradós hasta la línea neutra de la sección.

Los muros de contención de tierras son elementos de gran masa con tendencia a sufrir los efectos de la retracción. Por lo general, las fisuras en estos muros, suelen presentarse en su coronación y van decreciendo hacia el terreno a la vez que van cerrándose hasta llegar a desaparecer en la proximidad de éste debido a que la humedad y el abrigo que proporciona el terreno son unas condiciones muy favorables para el curado.

La fisuración por retracción hidráulica puede afectar solamente a los recubrimientos. Esto ocurre en los elementos muy armados en los que las propias armaduras son las que coaccionan los movimientos del núcleo de la pieza y no los de ellos que al ser más superficiales son más propensos a retraer, dando lugar a la aparición de fisuras superficiales y en ocasiones a pequeños desprendimientos localizados en zonas del recubrimiento.

2. Fisuras de entumecimiento hidráulico

Aquellas que aparecen a consecuencia del aumento de volumen del hormigón, como consecuencia de un contacto permanente con el agua. Desde el punto de vista de la fisuración, son menos peligrosas que las de retracción debido a la menor resistencia a tracción de los hormigones y a los valores relativos más altos de las retracciones con respecto a los entumecimientos.

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3. Fisuras Térmicas

Las fisuras suelen aparecer en la superficie en forma de un mapa de fisuras de escasa profundidad (algunos milímetros o centímetros). A veces son tan finas que sólo se observan si se humedece con agua la superficie del hormigón. Las diferencias de temperatura dentro de la masa del hormigón producen cambios volumétricos diferenciales en la misma y cuando la tensión de tracción generada es superior a la resistencia del hormigón se produce la rotura del mismo.

Fisuras de dilatación

El hormigón se contrae con el frío y con el calor aumenta su volumen y, con él, su longitud. Si no se determinan estos movimientos en la estructura se llegará, en general, a la fisuración, porque el movimiento no quedará absorbido por una red de juntas debidamente situadas. Como consecuencia de estas omisiones se formarán fisuras en el hormigón.

Fisuras por contracción térmica inicial

Suelen aparecer entre el primer y quinto día después del vertido, cuando el hormigón ha finalizado ya su fraguado. La expansión que produce el calor generado por las reacciones de hidratación del cemento provocan tensiones en las zonas a temperaturas más frías del mismo elemento, por estar en contacto con el ambiente, o con volúmenes de hormigón puestos en obra con anterioridad que van impidiendo su libre movimiento de retracción inicial. Abundan especialmente en los muros de contención, en las losas y, en general, en aquellos elementos de espesor considerable, en especial cuando la disipación de calor del núcleo se halla impedido por alguna de sus superficies. Suelen confundirse con las de retracción hidráulica ya que hay una elevada coincidencia con los lugares habituales de aparición y con algunos de los factores que influyen en su formación.

4. Fisuras de origen químico

Las reacciones químicas producidas entre algunos tipos de áridos silíceos y los álcalis existentes en el hormigón, el ataque de ácidos, sulfatos etc., pueden dar lugar a reacciones expansivas que se manifiestan inicialmente mediante una fisuración superficial del hormigón.

Fisuras por reacción árido-álcali

Los daños que presentan los hormigones dañados por la reacción árido-álcali se manifiestan en forma de pequeñas fisuras de forma irregular que aparecen en la superficie de los mismos, o en forma irregular que aparecen en la superficie de los mismos, o en forma de cráteres localizados. El daño se inicia con una pequeña superficie fisurada de forma irregular seguida eventualmente por una completa desintegración. La expansión progresa en las direcciones de menor resistencia originando fisuras paralelas a la superficie y en la dirección de los esfuerzos de compresión a que esté sometido el elemento.

Fisuras por oxidación de áridos sulfurosos

Se manifiesta en forma de fisuras poligonales o rectas que van aumentando hasta convertirse en grietas. A su vez, y tal y como se comenta más adelante, van produciendo un hinchazón y desagregación del hormigón en la zona afectada.

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Fisuras por corrosión de la armadura

Las fisuras debidas a la corrosión de armaduras y consiguiente expansión del óxido son paralelas a la dirección de la armadura. La causa es la corrosión de la armadura, bien por escasez de recubrimiento, bien por falta de capacidad de protección del hormigón. La formación de óxido sobre la barra de acero ejerce presión sobre el recubrimiento provocando su estallido. Por lo general, las fisuras aparecerán manchadas de óxido, por lo que esta patología es muy fácil de detectar. En barras sometidas a compresión, tales fisuras tienen la misma dirección que las que hubieran podido deberse al estado tensional de la pieza. Las debidas a corrosión de la armadura principal se caracterizan porque se encuentran próximas a los vértices y porque, con frecuencias, los labios de la fisura se encuentran en distinto plano. El ancho evoluciona hasta valores muy altos (hasta 0,5/1 mm. Así mismo, la fisuración también puede suponer una causa secundaria de corrosión de armaduras.

5. Fisuras por adherencia.

Se produce en zonas en que la armadura que trabaja a tracción se encuentra insuficientemente anclada. Se caracteriza por fisuras normales a la armadura, acompañada en ocasiones por fisuras paralelas a aquellas.

6 .Fisuras debidas a acciones mecanas

Aquellas que aparecen en los elementos estructurales cuando se ha producido el agotamiento del hormigón. Sin embargo, la fisuración no es por sí misma un indicio alarmante, dado que lo habitual es que las piezas de hormigón se fisuren en estado de servicio. De hecho, el estudio de las deformaciones en estructuras fletadas de hormigón, tiene dos estados que se diferencian por que la pieza pasa de un primer estado sin fisurar a un segundo estado fisurada, sin que ello implique problemas patológicos. Para comprobar si realmente corresponde a una situación de alarma, es preciso atender a su evolución. Formas de las fisuras en el hormigón según las distintas solicitaciones:

Fisuras por compresión

Las fisuras de compresión son paralelas a la dirección del esfuerzo. La separación entre ellas es muy variable y su trazado es irregular debido a la heterogeneidad del hormigón. Las fisuras pueden tener trazados diferentes a los indicados si la pieza está impedida de deformarse en determinadas zonas. Las piezas muy esbeltas sometidas a compresión pueden presentar fisuras muy peligrosas en la parte central de las mismas y sólo en una de sus caras. Estas fisuras, que suelen ser finas y estar muy próximas unas a otras, pueden ser índice bastante claro de la iniciación de un fenómeno de pandeo.

Hay una diferencia esencial entre las fisuras de compresión y las de tracción: las fisuras de tracción aparecen repentinamente mientras que las de compresión empiezan a hacerse visibles con esfuerzos inferiores a los de rotura y van aumentando de tamaño de forma continua.

Fisuras por tracción

Las fisuras producidas por la acción de esfuerzos de tracción presentan superficies perpendiculares a la dirección del esfuerzo. Son fisuras poco frecuentes en el hormigón armado ya que lo impiden las armaduras. Sin embargo, cuando las deformaciones de las barras sobrepasan un determinado valor, pueden aparecer coincidentes, en general, con el lugar donde están colocados los estribos. Son fisuras que aparecen de forma súbita y atraviesan la sección.

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Fisuras por flexión

Este tipo de fisuras pueden presentar aspectos diferentes según correspondan a flexión simple o a flexión combinada con esfuerzo cortante. Las fisuras por flexión simple aparecen en las proximidades de las armaduras sometidas a tracción y progresan verticalmente buscando la línea neutra, a la vez que su anchura va disminuyendo, para curvarse buscando el punto de aplicación de las cargas y desaparecer en la zona de compresión. En el caso de las vigas, este tipo de rotura se presenta prácticamente siempre, aunque en forma de fisuras muy repartidas, que no van más allá de la armadura inferior. En algunos casos, esta fisuración va acompañada o precedida por el deterioro de la zona de compresión. En ésta pueden aparecer fisuras paralelas a la directriz de la barra, similares a las producidas por la compresión simple. Estas fisuras pueden no aparecer y dar paso directamente a la plastificación y rotura del hormigón.

Si la flexión es compuesta es posible que sea la fibra más comprimida la que sufra la fisuración. Es normal que vigas sometidas a flexión con cargas concentradas próximas a los apoyos se fisuren por cortante y no por flexión.

Fisuras por cortante

En el caso de esfuerzo cortante simple, como la resistencia a tracción es muy inferior a la de compresión, las fisuras serán perpendiculares a la tensión de tracción. Las fisuras de cortante suelen aparecer en el alma de las vigas sometidas a flexión y van progresando hacia las armaduras para llegar finalmente hasta los puntos de aplicación de las cargas con lo cual dividirán las piezas en dos partes. Su inclinación sigue el antifunicular de las cargas que actúan sobre el elemento, fisurando al hormigón su este no dispone de armadura suficiente para absorber las tracciones producidas.

Fisuras por torsión

Las fisuras debidas a la torsión aparecen generalmente en las caras de barras sometidas a tal estado tensional; se caracterizan por formar siempre un ángulo de 45º con el eje de aquéllas y por describir un trazado helicoidal. Este tipo de fisuras es frecuente en estructuras de edificios cuando existen brochales que arriostran pórticos de luces descompensadas y cuando no se ha tenido en cuenta el efecto de torsión que se origina colocando la armadura precisa para absorberlo.

Fisuras de punzonamiento

Se caracterizan por la formación de una superficie de fractura de forma troncopiramidal cuya directriz es el área cargada. Por lo general, se localizan en ábacos de los forjados reticulares y en las uniones de vigas planas con pilares. Los fallos de punzonamiento son frecuentemente de tipo frágil y han sido origen de numerosos hundimientos.

Origen de los daños A continuación exponemos, por tipología de elemento, algunos de los motivos por los cuales se producen las patologías por flexión anteriormente comentadas:

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Vigas: - Armadura insuficiente o mal situada (menor número de barras o de diámetro inferior) - Omisión de patillas en vigas extremas o escasa longitud de anclaje - Sección insuficiente - Sobrecarga excesiva - Hormigón de menor resistencia - Desencofrado prematuro o incorrecto - Mayor luz de la considerada en cálculo ESTUDIO DE LA VIDA UTIL DE LAS VIGAS DE CONCRETO

La vida útil de las estructuras de hormigón (comúnmente conocido como concreto) es un tema relacionado con la corrosión, fiabilidad estructural y fisuración, y los factores que influyen en esto como el ambiente y sus componentes. En general hay que elegir un criterio y definir la función de estado límite para la propiedad de control elegida, porque siempre tiene que existir un cierto punto que no podemos pasar o colapsaría por completo un elemento potencialmente vital para la estructura completa. Además del deterioro debido a la acción natural de la estructura, la corrosión de las armaduras es el más importante mecanismo de deterioro y refleja en gran parte el tema de vida útil para las estructuras de hormigón.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Las investigaciones realizadas han sido llevadas a cabo en un puente en Brasil, en la ciudad de Vitoria, construido en los años 80. En este trabajo se presenta el estudio relacionado con la fisuración producida por los productos de corrosión de vigas pretensadas del vano en un puente, y a parte de la fisuración, también se ha hecho una simulación de la pérdida de capacidad portante a la flexión. Para este trabajo se adaptó el método de predicción de vida útil desarrollado inicialmente para forjados. El método es probabilista por tanto necesita que las variables sean definidas estadísticamente. Las variables empleadas en los modelos que simulan los procesos de deterioro son, en este caso, los que se encuentran en el medio ambiente que son principalmente el avance del frente de carbonatación, la penetración de los cloruros y la tasa de corrosión de las armaduras. En un artículo pasado sobre las estructuras de concreto, nos hablaba que los cloruros (Cl) y el carbono (CO2) afectan solamente a la armadura, o sea al acero que se encuentra dentro del concreto, pero no corroe al concreto, ya que la corrosión solamente se presenta en los metales.

Estudio de la vida útil de las vigas de hormigón del tablero de un puente sobre el mar

El objetivo de este trabajo es presentar el estudio de la evolución de la probabilidad de fallo de las vigas de hormigón posibilitando estimar la vida útil de un puente sobre el mar en la región sureste de Brasil. El mecanismo de deterioro analizado en el estudio ha sido la corrosión de las armaduras. Los modelos utilizados para ello están relacionados con la carbonatación y penetración de cloruros. Se han realizado diferentes ensayos para la caracterización de las principales variables empleadas en los cálculos y en los mecanismos de deterioro. Las informaciones han sido completadas con los datos de control obtenidos durante la construcción. Mediante simulación se obtuvieron las funciones de densidad conjunta de las variables. Se usa el método FORM para estimar la probabilidad de fallo. Adoptándose una probabilidad de fallo de 10-3 para la fisuración debido a los productos de corrosión, los valores obtenidos para las vidas útiles para las 25 vigas analizadas están en un rango de 25 hasta 70 años3.

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CORROSION EN VIGAS:

1. Corrosión:

La corrosión es la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas.

La corrosión puede ser mediante una reacción química (óxido-reducción) en la que intervienen la pieza manufacturada, el ambiente y el agua o por medio de una reacción electroquímica.

1.1 Prevención de la corrosión

Para prevenir que exista la posibilidad de que en un futuro la corrosión provoque un deterioro en la estructura de hormigón armado, se debe tomar en cuenta 3 parámetros que son:

• Que el hormigón tenga una estructura de poros adecuada

• Que el recubrimiento tenga el espesor suficiente

• Que el hormigón esté libre de cloruros

A partir de los parámetros anteriores, es importante tener en cuenta:

• Los procesos de difusión de los ataques ya sea por carbonatación o por la presencia de iones de cloruro

• La humedad

• La temperatura

Estos parámetros indicados nos ayudarán de una u otra forma para poder prevenir la corrosión y que ésta no cause daño en la estructura de hormigón armado.

1.2 Corrosión por carbonatación del hormigón:

Cuando el CO2 que es liberado de forma masiva en la atmósfera penetra en el hormigón se produce una reacción entre los hidróxidos de la fase líquida intersticial y los compuestos hidratados del cemento, de tal manera que cuando todo el Ca(OH)2, Na(OH) y K(OH) presentes en los poros han sido carbonatados, el pH empieza a decrecer, dando como resultado un medio ácido que produce un constante y progresivo efecto corrosivo en el acero.

Figura 1. Proceso de carbonatación del hormigón (Vida útil residual de estructuras de hormigón armado afectadas por corrosión. Leticia Pérez Méndez.)

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1.3 Corrosión por acción de cloruros

Este fenómeno generalmente se produce en las zonas costeras, los iones de cloruros que se encuentran en el ambiente penetran en el hormigón destruyendo la capa protectora que cubre al acero y provocando una pequeña zona anódica con relación a la catódica, las condiciones desfavorables de la superficie producen una profunda y acelerada penetración de la corrosión en el acero de refuerzo.

La presencia de cloruros en el concreto puede provenir de sus componentes como en el cemento, agua, agregados, aditivos o también en el ambiente.

El componente del cemento que reacciona con los iones de cloruro es el Aluminato tricálcico (C3A), formando Cloro aluminato cálcico lo cual provoca la disminución del pH provocando el medio ácido que genera la corrosión.

Figura 2. Fenómeno electroquímico de la corrosión por iones de cloruro (Vida útil residual de estructuras de hormigón armado afectadas por corrosión. 2. Principales problemas presentados en las estructuras por corrosión La corrosión es una de las causas más comunes de deterioro de las estructuras de hormigón armado, esta puede afectar al acero (por reducción de su sección y propiedades mecánicas), al hormigón (por su fisuración) y a la sección en conjunto acero-hormigón (por pérdida de adherencia). 2.1 Efectos en el hormigón Debido a la formación de productos derivados durante el proceso de corrosión de armaduras dentro de un elemento estructural, ocurre un fenómeno de expansión volumétrica, esta expansión a su vez provoca tensiones radiales que generan esfuerzos de tracción al hormigón. Cuando la generación de estos productos de corrosión es excedida por la capacidad de migración de los mismos a través de los poros del hormigón, en algún punto los esfuerzos de tracción del hormigón son superados por los esfuerzos de tracción producidos por los productos derivados de la corrosión. Esto provoca fisuración y desprendimiento del recubrimiento. Cuando se trata de un elemento sometido principalmente a compresión (por ejemplo, las columnas) y se llega a desprender el hormigón, la consecuencia es la pérdida de sección resistente, lo cual disminuye la rigidez del elemento. Cuando se trata de un elemento sometido principalmente a flexión, como las vigas, se produce la pérdida de resistencia a la compresión del hormigón circundante a la armadura corroída, lo cual disminuye la ductilidad y aumenta la presencia de grietas.

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2.2 Efectos en el acero La reducción de la sección transversal de la armadura de refuerzo es el efecto más inmediato de la corrosión, debido a la disolución del metal en las zonas anódicas. Esto implica la pérdida de capacidad resistente de forma progresiva y afecta la seguridad y la funcionalidad de la estructura. La corrosión puede producirse de manera uniforme a lo ancho de sección de la armadura, en estos casos la pérdida de resistencia es aproximadamente proporcional a la pérdida de sección. Distinto caso supone la presencia de picaduras, las cuales suponen una concentración de esfuerzos de tensión triaxiales que producen un comportamiento mecánico frágil en el material. (Tesis doctoral Esther Moreno) Bajo la acción de cloruros se produce una corrosión localizada o corrosión por picaduras, que reducen asimétricamente la sección transversal. Bajo la acción de carbonatación la penetración de ataque y la reducción de la sección de las armaduras de acero son homogéneas. 2.3 Efectos en el sistema Hormigón Armado Una de las características que permiten que el acero y el hormigón trabajen conjuntamente es la adherencia junto con el anclaje entre ambos, durante el proceso de corrosión aparecen productos que quedan expuestos al contacto con el hormigón, por lo tanto, la naturaleza de la frontera entre el acero y hormigón es variable, y se pierde la adherencia con el acero. Al incrementarse las tensiones radiales ejercidas por los productos de la corrosión, se producen en mayor medida las fisuras en el hormigón. A niveles pequeños de corrosión se aumenta la adherencia entre el acero y el hormigón, pero con niveles de corrosión que producen las primeras fisuras, la adherencia entre ambos materiales disminuye súbitamente. Una varilla corroída, presenta mayores afectaciones, como es lógico, en la corruga que en la sección en sí. En barras de refuerzo en las que se ha perdido el 3% de sección transversal, puede haberse perdido hasta un 20% de la corruga, lo cual perjudica el acuñamiento entre el acero y el hormigón.

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Figura 5. Efectos en el sistema Hormigón Armado 3. Soluciones al problema de la corrosión Debido a los daños que ocurren en las estructuras de hormigón armado a causa de la corrosión y la pérdida económica que este fenómeno químico genera, se han realizado investigaciones durante varios años que nos han dado como resultado algunas soluciones para evitar que la corrosión sea un mal para el ámbito de la construcción y así lograr que las estructuras de hormigón armado sean confiables, duraderas y logren un mayor tiempo de durabilidad y una resistencia que no disminuya a causa de este fenómeno. 3.1. Reparación de estructuras de hormigón armado deterioradas por la corrosión Una vez que se ha detectado mediante análisis o a simple vista que una estructura de hormigón armado ah sufrido un daño a causa de la corrosión, inmediatamente se debería reparar la estructura para así evitar que la corrosión aumente el daño producido y por ende un daño irreparable en la estructura, para esto existen algunos métodos: • Eliminación del hormigón deteriorado: si se observa que existen síntomas de corrosión como mancha de óxidos o fisuraciones en el acero de la estructura, se debe eliminar todo el hormigón de esas zonas. • Restauración de la capacidad resistente de las armaduras: si las pérdidas de sección que existen en el acero son menores al 15% no es necesario restaurar la capacidad nominal del acero ya que con ese porcentaje no existen problemas estructurales, pero si las pérdidas pasan el 15% se deberá recalcular la estructura o restaurar la capacidad inicial del acero. • Colocación de un nuevo material de reparación: pueden ser con materiales de base orgánica, materiales de base inorgánica o materiales de base mixta • Aplicación de un tratamiento superficial: pueden ser pinturas y sellantes, hidrófugos o impregnantes, obturadores de poros 4.2. Métodos electroquímicos de rehabilitación Los procedimientos más utilizados para la rehabilitación de EHA mediante métodos electroquímicos se basan en la polarización catódica del acero y son: • Protección catódica (PC). • Extracción electroquímica de cloruros (EEC) • La realcalinización electroquímica (RAE) La protección catódica es uno de los métodos electroquímicos que más se utiliza para evitar que exista corrosión en las estructuras, puede ser por ánodo de sacrificio el cual consiste en utilizar un elemento con una electronegatividad menor el cual actuará como ánodo mientras que el elemento a proteger actuará como cátodo produciendo así que el flujo de electrones vaya de cátodo a ánodo haciendo que el ánodo de sacrificio sufra el proceso de corrosión, otra forma de protección catódica es por corriente impresa el

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cual consiste en proporcionar corriente continua, el terminal positivo de la fuente debe conectarse a un ánodo auxiliar, mientras que el negativo se conecta a la armadura a proteger produciendo así que el elemento a proteger actúe como cátodo y así evitar la corrosión. 3.3. Inhibidores de corrosión Los aditivos inhibidores de la corrosión son sustancias químicas que, añadidas al agua de amasado, mantienen pasivo al acero de las armaduras en presencia de los factores agresivos, por lo que pueden resultar eficaces para prevenir el efecto de la carbonatación o de los iones cloruro en las estructuras de hormigón armado, la acción de los inhibidores no es definitiva, simplemente retrasan el proceso de corrosión. La aplicación de inhibidores en la protección de estructuras ya construidas se lleva a cabo directamente sobre la superficie del hormigón. El compuesto orgánico migra a través de la estructura porosa endurecida del hormigón llegando a la armadura por fenómenos de acción capilar, difusión de vapor y atracción iónica. Una vez ha alcanzado la armadura, forma una capa debido a un triple efecto: la separación en iones de las sales, reacción y enlace con la superficie del metal y, por último, fijación de la capa por adsorción física. Como consecuencia, se produce una drástica reducción de la corrosión al producirse un cambio de potencial en las áreas anódicas y catódicas, por formación de una capa hidrofóbica que impide la penetración de iones cloruro y desplazando los que puedan estar presentes en la superficie del acero. En estructuras de nueva construcción, la aplicación de este sistema se lleva a cabo mediante la adición de inhibidores directamente durante el amasado del hormigón.

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CONCLUSIONES: • Existen varios factores que pueden potenciar el proceso de corrosión. En este trabajo se ha analizado el efecto de la variación de la relación agua/cemento y espesor de recubrimiento. A mayor relación agua/cemento, mayor permeabilidad del hormigón, el cual será más proclive ante factores desencadenante de corrosión. A menor espesor de recubrimiento, la agresividad del medio circundante afectará más al hormigón. • Se han analizado varios factores desencadenantes de la corrosión, especialmente la carbonatación y la acción de iones de cloruro. Respecto a la carbonatación, se estableció que en ambientes con altas concentraciones de CO2 y con humedades bajas en el ambiente, se acelera el proceso de corrosión. Respecto a la acción de iones de cloruro, se presentan estos casos en ambientes salinos. • En ambientes con altas concentraciones de CO2, en que la humedad sea baja, se produce en el acero un proceso de corrosión que afecta homogéneamente su sección. En ambientes salinos, por otro lado, ante relaciones agua/cemento bajas y recubrimientos mínimos, la acción de los iones de cloruro pueden afectar al acero, principalmente de manera localizada, produciéndose una corrosión de tipo picadura, que afecta heterogéneamente la sección y favorece la concentración de esfuerzos triaxiales en las armaduras. BIBLIOGRAFIA:

“Diagnosis y causas en patología de la edificación”. Manuel Muñoz Hidalgo.

“Hormigón armado “ Montoya-Meseguer-Morán

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