ÍNDICE DE LA LECCIÓN

2. ÍNDICE DE LA LECCIÓN • Procesos Físicos • Fisuración • Ciclos hielo-deshielo • Erosión • Procesos químicos • Condiciones y factores • Procedencia de agentes agresivos externos • Tipos de reacción química • Reacciones de disolución • Reacciones expansivas • Procesos biológicos

3. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Causas • MECANISMOS QUE ORIGINAN DEFORMACIONES • Movimientos generados en el interior del hormigón • Causan fisuración si el movimiento está impedido • La coacción puede ser global o local (una armadura) • Ejemplos: • Retracción por secado • Expansión o contracción térmicas • Asentamiento plástico • Expansión del material embebido en el hormigón • Por ejemplo la corrosión de armaduras o la reacción árido-álcali • Condiciones impuestas • Asientos diferenciales • Cargas

4. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Clasificación Movimientos durante ejecución Movimiento del encofrado Movimiento de la sub-base Anteriores al endurecimiento Retracción plástica Asentamiento plástico Plásticas Heladas tempranas Áridos con retracción Retracción de secado Afogarado Físicas Corrosión del acero Reacción árido-álcali Carbonatación del cemento Químicas Posteriores al endurecimiento Ciclos hielo-deshielo Variaciones térmicas estacionales Contracción térmica temprana Térmicas Sobrecarga accidental Fluencia Cargas de cálculo Estructurales

5. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Temporalización Cargas Reacción árido-álcali Corrosión Retracción de secado Contracción térmica temprana Retracción plástica Asentamiento plástico 1 hora 1 día 1 semana 1 mes 1 año 50 años

6. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas

7. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • ASENTAMIENTO PLÁSTICO

8. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • ASENTAMIENTO PLÁSTICO • Exudación • Asiento del hormigón • Desplazamiento de agua de amasado a la superficie • Coacción de las armaduras o encofrados Fisuración longitudinal siguiendo la armadura (losas o vigas) Fisuración marcando los estribos (pilares) Fisuración horizontal por escasa separación entre armaduras. LAMINACIÓN. Combinado con hielo o corrosión riesgo de desprendimiento del recubrimiento

9. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • RETRACCIÓN PLÁSTICA

10. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • RETRACCIÓN PLÁSTICA • Se produce cuando la pérdida de agua por evaporación excede la cantidad de agua aportada por exudación • Activación de fuerzas capilares Disminución de volumen • Posible coacción por parte del árido grueso o las armaduras • La resistencia a la tracción es aún muy débil • Propio de elementos superficiales (losas) • Fisuras preferentemente superficiales (2 a 3 mm en superficie)

11. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • TÉRMICAS

12. PROCESOS FÍSICOSFisuración fisura temperaturas tensiones tracciones t1 A A A t0 t0 t1 compresiones A’ A’ A’ Línea de tensión nula • Fisurasintrínsecas • TÉRMICAS • Gradiente térmico por calor de hidratación durante el fraguado • Se suelen producir en elementos de cierto espesor • Se trata de fisuras superficiales “en mapa” • Normalmente tienen pocos mm o cm de profundidad

13. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • TÉRMICAS • Movimientos térmicos a edades tempranas

14. PROCESOS FÍSICOSFisuración fisuras • Fisurasintrínsecas • TÉRMICAS • Variaciones térmicas en servicio T1 T2

15. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • RETRACCIÓN A LARGO PLAZO

16. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisurasintrínsecas • RETRACCIÓN A LARGO PLAZO • Disminución de volumen provocada por la desecación • Generación de tensiones por coacciones o condiciones de apoyo • Condiciones de secado variables con la profundidad: • RETRACCIÓN DIFERENCIAL • Fisuración superficial similar a la generada por variaciones térmicas • La mayor parte de las deformaciones por retracción se producen a edades tempranas (semanas o algunos meses) • Descensos de humedad relativa aumentan las deformaciones por retracción • Aumentos de humedad relativa puede revertir el proceso y producirse cierto aumento de volumen • Estos movimientos pueden ser causa de movimientos a largo plazo con desarrollos de fisuras a cualquier edad de la estructura.

17. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisuras intrínsecas • AFOGARADO

18. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisuras intrínsecas • CORROSIÓN DE ARMADURAS

19. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisuras intrínsecas • REACCIÓN ÁRIDO-ÁLCALI

20. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Fisuras extrínsecas • FISURAS ESTRUCTURALES • Producidas por la actuación de cargas directas • Con las armaduras resultantes de un correcto armado en condiciones de rotura y los recubrimientos adecuados, la fisuración será relativamente pequeña bajo cargas de servicio (menor que 0’5 mm) • Por el contrario, fisuras muy abiertas suelen indicar fallos de diseño, errores de cálculo o haber infravalorado o despreciado alguna posible combinación de cargas (p.e., los asientos diferenciales) • Más habitual suele ser la aparición de fisuras por efectos locales Anclaje de armadura activa Fisuración debida a tensiones de adherencia Posible fallo por longitud de anclaje escasa Fisuración producida por cargas concentradas Ausencia o escasez de armadura de difusión

21. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Parámetros que intervienen en la fisuración • GEOMETRÍA DE LA ESTRUCTURA • Los cambios bruscos tanto de cantos como de sección transversal favorecen la fisuración por asentamientos plásticos (losas nervadas, secciones en cajón o losas alveoladas) • La fisuración por variaciones térmicas o retracción está condicionada por el grado de coacción tanto externa como interna • COMPOSICIÓN DEL HORMIGÓN • Influye, principalmente sobre las fisuras por asentamiento o retracción plástica (dependientes de la exudación) • Para reducir la exudación: • Selección adecuada de la granulometría de los áridos • Elección de cementos de adición • Utilizar plastificantes

22. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Parámetros que intervienen en la fisuración • DISPOSICIÓN DE ARMADURAS • Las armaduras (los estribos en las vigas) suelen determinar el inicio de fisuras, tanto intrínsecas (por asentamiento o retracción plástica) como extrínsecas • Las disposición de fisuras alineadas con las armaduras favorece ciertos procesos agresivos (corrosión) • La fisuración puede sobrevenir por la existencia de fuertes cargas concentradas relacionadas con la disposición de armaduras: • Zonas de doblado de armaduras con pequeños radios • En los puntos de corte de las armaduras • En la zona de solapos • Por escasez de longitudes de anclaje • En la zona de anclaje de armaduras activas • Factores condicionantes son el recubrimiento y las separaciones entre armaduras

23. PROCESOS FÍSICOSFisuración • Parámetros que intervienen en la fisuración • EJECUCIÓN Y CURADO • La ejecución determina la homogeneidad y uniformidad del hormigón y la correcta ubicación de las armaduras • Una correcta puesta en obra garantiza la obtención de valores adecuados para los parámetros básicos de durabilidad : • Recubrimiento de las armadura • Calidad de la capa superficial del hormigón • La fisuración que aparece durante el proceso de ejecución es causa principal para favorecer el desarrollo de procesos agresivos que dependen del contacto con el agua u otras substancias agresivas

24. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Mecanismos de deterioro • EN CONDICIONES DE SATURACIÓN TOTAL • Aumento del volumen de agua (9%) • Generación de tensiones • Abertura de fisuras Fisura  

25. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Mecanismos de deterioro • EN CONDICIONES DE SATURACIÓN PARCIAL • Distinta temperatura de congelación • Existencia de agua congelada y agua líquida • Aumento de la presión osmótica por difusión de sales • Transporte de agua: Hormigón saturado • Hacia el exterior (evaporación) • Hacia otras zonas SATURACIÓN LOCAL CIRCULACIÓN IRREVERSIBLE Riesgo añadido en ciclos hielo-deshielo y aporte externa de humedad Aparición de nuevas fisuras Nuevas vías de entrada de agua

26. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Grado crítico de saturación CONTENIDO MÁXIMO DE HUMEDAD PARA QUE NO SE PROVOQUE DETERIORO POR CONGELACIÓN • Edad del hormigón • Distribución de poros (incluso aire ocluido artificialmente) • Condiciones ambientales • Velocidad de enfriamiento • Existencia de ciclos alternativos de hielo-deshielo • Posibilidades de desecación entre ciclos • Factores SEGÚN C.E.B. G.C.S.=85%

27. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo Deformación del hormigón Profundidad • Utilización de fundentes Disminución de la temperatura de congelación Aporte exterior de energía CALOR FUSIÓN del hielo superficial Aparición de tensiones superficiales Enfriamiento de la capa superficial Congelación del agua en la capa superficial Difusión de sales hacia el interior

28. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Utilización de fundentes • SITUACIÓN TRAS APORTAR FUNDENTES Temperatura ºC 0 Capa helada Concentración de sales fundentes Profundidad Agua Capa helada Punto de congelación Temperatura del hormigón • BAJADA DE TEMPERATURA Temperatura ºC 0 Capa helada Concentración de sales fundentes  Profundidad Capa helada Punto de congelación Temperatura del hormigón • Expansión de la capa intermedia impedida • Degradación por exfoliación de escamas superficiales • RIESGO GRAVE DE CORROSIÓN

29. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Influencia de los áridos RANGO DE TEMPERATURAS DE HELADAS MENOR • Tamaño de poros más uniforme • La susceptibilidad a la helada se mide por la absorción Árido de alta absorción RIESGOS • Aumento de volumen del árido • El árido absorbe el agua • Se expande • Destrucción de la pasta de cemento • Desprendimientos y microfisuras

30. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Factores principales • COMPOSICIÓN DEL HORMIGÓN • Presencia de aire ocluido • Cuando existe aire ocluido la pérdida de peso es un 10-20% de la correspondiente al mismo hormigón sin aire ocluido • Es muy importante el espaciamiento entre burbujas, que debe ser menor de 0’2 mm para que sea eficaz • Relación a/c y contenido de cemento Pérdida relativa de peso (%) a/c • Si se disminuye la fracción de árido grueso hay que aumentar el contenido de cemento y aire ocluido

31. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Factores principales • CONDICIONES AMBIENTALES • La existencia de desecaciones (incluso ligeras) antes de la helada es un factor determinante • Si hay desecación no importa mucho la relación a/c ni el contenido de aire ocluido • La evaporación es posible incluso con humedades relativas en el ambiente del 97% H.R. 97% Saturación Pérdida relativa de peso (%) Pérdida relativa de peso (%) con sin con sin Secado previo Secado previo • La influencia de la dosificación sólo es relevante en condiciones de saturación del hormigón

32. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Factores principales • EDAD DEL HORMIGÓN Más agua hidratada Más huecos MAYOR RESISTENCIA A LA HELADA • A mayor edad Más resistencia • Resistencia mínima del hormigón de 5 MPa para evitar daños por heladas prematuras • En hormigones convencionales (30 MPa) de endurecimiento normal, se alcanzan 5 MPa en 1 ó 2 días Pérdida relativa de peso (%) 1 3 28 Edad (días)

33. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Medidas de prevención • ACI • Recomendaciones para hormigones expuestos a combinación de humedad y heladas cíclicas: • Diseño de la estructura para minimizar la exposición a la humedad • Baja relación agua/cemento • Oclusión de aire adecuada • Materiales de calidad • Curado adecuado antes del primer ciclo de congelación • Impedir la saturación: • Evitar superficies horizontales • Drenaje adecuado para evitar circulación de agua indiscriminada • Relaciones a/c en hormigones normales no superiores a: • Secciones delgadas y hormigones expuestos a sales de deshielo: 0,45 • Resto de estructuras: 0,5

34. PROCESOS FÍSICOSCiclos hielo-deshielo • Medidas de prevención • DIN • Áridos resistentes • Hormigones impermeables: • Elementos de espesor entre 10 y 40 cm profundidad de penetración no mayor de 50 mm • Relación a/c no mayor de 0,6 • CEB • En caso de heladas en ambiente seco • Relación a/c inferior a 0,6 • Cemento mínimo 270 kg/m3 • En caso de heladas con ambiente muy húmedo • Relación a/c inferior a 0,55 • Cemento mínimo 370 kg/m3 • Adición de aire ocluido • Cantidad de aire ocluido • En función de la severidad del ataque (3,5 en Europa Central - 5,5% en Europa septentrional) • Con ataques severos no menos del 5% • Sí el TMA es menor del 32 aumentar el aire ocluido

35. PROCESOS FÍSICOSErosión • Mecanismos de deterioro • ABRASIÓN • Deterioro producido por desgaste de la superficie del hormigón • Tráfico peatonal • Acción de llantas en pavimentos • Impactos • Partículas pesadas en suspensión en el agua • Causas • Estructuras con riesgo de erosión por abrasión • Obras hidráulicas (embalses, obras de encauzamiento) • Obras marítimas (diques) • Carreteras (pilas de puentes) Desgaste de por neumáticos de coche

36. PROCESOS FÍSICOSErosión • Mecanismos de deterioro • ABRASIÓN

37. PROCESOS FÍSICOSErosión • Mecanismos de deterioro • CAVITACIÓN • Deterioro de la superficie del hormigón por estallido de burbujas de aire Aumento de la presión ESTALLIDO DE BURBUJAS Desplazamiento de las burbujas Fluido Disminución de la presión CREACIÓN DE BURBUJAS Picado por cavitación

38. PROCESOS FÍSICOSErosión • Mecanismos de deterioro • CAVITACIÓN

39. PROCESOS FÍSICOSErosión • Factores principales • CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTICULAS • Forma • Cantidad • Dureza • FLUJO DE AGUA • CARACTERÍSTICAS DEL HORMIGÓN • RESISTENCIA A COMPRESIÓN • Relación a/c por debajo del 0,5 mejora la resistencia a la erosión • Naturaleza y granulometría de los áridos (cuarzo, basaltos, diabasas) • El cemento es más susceptible de erosionarse que los áridos (no sobrepasar un determinado nivel) • Porosidad. No superar el 3% de aire ocluido • Grado de hidratación. Conseguir el máximo grado de hidratación. Cuidar el CURADO

40. PROCESOS FÍSICOSErosión • Medidas de prevención • ACI (mejorar la resistencia superficial) • Evitar la segregación • Eliminar la exudación • Minimizar la relación a/c en la superficie • Curado adecuado • CEB • La capa superficial de mortero debe ser fina y exenta de fisuras gracias a un buen curado • Mortero de elevada resistencia • DIN • Resistencia mínima 35 MPa • Contenido de cemento no demasiado alto (no mayor de 350 kg/m3) • Árido fino cuarcítico o de dureza similar

41. PROCESOS QUÍMICOSCondiciones y factores • Los materiales componentes del hormigón son susceptibles de degradarse • Durabilidad determinada por la descomposición del hormigón como resultado de una reacción química • Condiciones: • Transporte • Presencia de agua • Factores: • Características del hormigón • Compuestos hidratados del cemento • Reactividad de los áridos • Agentes agresivos: tipos y cantidades • Condiciones ambientales • Condiciones de la interacción

42. PROCESOS QUÍMICOS Procedencia de agentes agresivos externos • De gases de combustiones y de procesos industriales p.e.: ácidos, SO2 , CO2 con humedad forman disoluciones agresivas • De los suelos p.e.: compuestos solubles (Na2SO4 , CaSO4) • Del agua pura, con CO2, de mar, industrial, residual • Principal agente agresivo: el AGUA • directamente • como vehículo de transporte • es el desencadenante

43. PROCESOS QUÍMICOS Tipos de reacción química • Reacciones de disoluciónde las fases cálcicas de la pasta de cemento • aguas puras • aguas carbónicas • ácidos • sales: amónicas, magnésicas • Reacciones expansivas • con agentes externos (sulfatos) • entre áridos y compuestos de hidratación (álcali-árido) • La REACCIÓN: • se inicia al contactar la sustancia agresiva con la sustancia reactiva • los efectos se manifiestan al cabo de años • velocidad de reacción condicionada por velocidad de transporte • mayor velocidad de reacción si la solución fluye • La ACCESIBILIDAD de la sustancia reactiva está determinada por: • permeabilidad del hormigón sano • capa pasivante de los productos de reacción

44. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones de disolución • Ataque por ácidos • Conversión de los compuestos cálcicos de hidratación (hidróxido cálcico, silicato cálcico hidratado y aluminato cálcico hidratado) en sales cálcicas del ácido actuante (solubles) p.e.: HCl CaCl2 H2SO4 CaSO4 • Su agresividad depende del pH y de la cantidad de sustancia en contacto con el hormigón • Mayor velocidad de reacción a mayor solubilidad de la sal cálcica • Se destruye la estructura del cemento endurecido (sist. de poros)

45. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones de disolución • Ataque por ácidos: Efectos

46. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones de disolución • Ataque por sales y aguas • Las sales magnésicas y amónicas: • reaccionan como sus ácidos equivalentes p.e. NH4Cl, como HCl • Las aguas puras: • actúan como disolvente de los compuestos hidratados Ca(OH)2 + H2O ------- Ca(OH)2 + H2O Ca2+ + 2OH- sólido disuelto • Las aguas carbónicas: • disolución del Ca(OH)2y precipitación de compuestos cálcicos CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 insoluble soluble Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O sólido

47. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones expansivas • Ataque por sulfatos • Sulfatos: origen diverso • áridos • suelo • agua • Sólo atacan a ciertos componentes • los iones sulfato reaccionan con C3AH • se forma ettringita (sal poco soluble y expansiva)

48. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones expansivas • Ataque por sulfatos • Disoluciones de CaSO4 3CaO·Al2O3·6H2O + 3(CaSO4·2H2O) + 19H2O 3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O ettringita (sal de CANDLOT) • Disoluciones de Na2SO4 Ca(OH)2 + Na2SO4 + H2O --- CaSO4 + 2Na+ + OH- CaSO4·2H2O yeso secundario (expansivo) • el yeso secundario reacciona con C3AH • Disoluciones de MgSO4 Ca(OH)2 + Mg2+ + H2O Mg(OH)2 (brucita, capa protectora) sólido Ca(OH)2 + SO42- + H2O CaSO4 + H2O CaSO4·2H2O sólido yeso secundario (expansivo) • el yeso secundario reacciona con C3AH • si Mg2+ en disolución, puede darse sustitución de Ca2+ por Mg2+ en CSH, perdiendo éste su carácter aglomerante

49. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones expansivas • Ataque por sulfatos • Acción de SO2 atmosférico SO2 + ½O2 SO3 SO3 + H2O H2SO4 (lluvia ácida) H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4·2H2O yeso secundario (expansivo) • Acción de agua de mar (presencia de iones SO42-, Mg2+, Cl-, Na+, ..., CO2) CO2:Ca(OH)2 + CO2 + H2O CaCO3 + 2H2O (calcita-aragonito) colmata la superficie Mg2+:sustitución de Ca2+ brucita (forma costra) SO42- :reacciona con Ca2+ liberado por Mg2+,, dando yeso secundario (expande, reacciona con C3A dando ettringita) Cl-: 3CaO·Al2O3·6H2O + CaCl2 + 4H2O 3CaO·Al2O3· CaCl2 ·10H2O (sal de Friedel) atenuante del ataque por sulfatos

50. PROCESOS QUÍMICOS Reacciones expansivas • Ataque por álcalis • Sustancias agresivas: Na+, K+ • Sustancias reactivas: los áridos • Tipos de reacción • álcali-sílice (sílice amorfa) • álcali-silicato (silicatos polifásicos) • álcali-carbonato (carbonatos dolomíticos)