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(c) 2010-11 Luis Bañón Blázquez. Universidad de Alicante página 1

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OPENCOURSEWAREINGENIERIA CIVIL

I.T. Obras Públicas / Ing. Caminos

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Tomar conciencia de la importancia de la durabilidad en estructuras de hormigón y las intervenciones para conseguirla

Conocer los procesos físico‐químicos que influyen sobre la vida útil del hormigón

Establecer las bases de proyecto referidas a la durabilidad de estructuras de hormigón

Introducción a las diferentes estrategias de durabilidad recogidas por la EHE

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1. Concepto de durabilidad2. Procesos de deterioro del hormigón

estructural3. Concepción de la durabilidad

según la EHE‐084. Estrategias de durabilidad5. Conclusiones

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EHE (Art. 37.1)Durabilidad de una estructura: “Capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta”

Eurocódigo EC‐2 (4.1.1)Estructura adecuadamente durable: “Si, a lo largo de toda su vida prevista, cumple con su función en lo que respecta al servicio, resistencia y estabilidad sin una pérdida considerable de utilidad y sin un mantenimiento no previsto excesivo”

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Vida útil de una estructura [Art. 5]Periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, duranteel que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias de seguridad, funcionalidad y aspecto de dicha estructura

Durante este tiempo requerirá una conservación normal adecuada, pero no operaciones de rehabilitación

El CTE y otras normas emplean el término periodo de servicio como sinónimo de vida útil

En la nueva EHE‐08, la vida útil estimada influye en la determinación de los recubrimientos mínimos



La Propiedad de la obra debe establecer la vida útil esperada con carácter previo al inicio del proyecto, no pudiendo ser inferior a lo indicado en la Tabla 5:


TIPO DE ESTRUCTURA VIDA ÚTIL NOMINAL

Estructuras de carácter temporal 3 a 10 años

Elementos reemplazables que no forman parte de la estructura principal (por ejemplo, barandillas, apoyos de tuberías)

10 a 25 años

Edificios (o instalaciones) agrícolas o industriales y obras marítimas 15 a 50 años

Edificios de viviendas u oficinas y estructuras de ingeniería civil (excepto obras marítimas) de repercusión económica baja o media

50 años(75 años)

Edificios de carácter monumental o de importancia especial 100 años

Puentes y otras estructuras de ingeniería civil de repercusión económica alta

100 años


Durabilidad de una estructuraCapacidad para soportar, durante su vida útil, las condiciones físicas y químicas a las que va a estar expuesta, conservando sus condiciones de funcionalidad y aspecto, sin costes inesperados de mantenimiento o reparación

Durabilidad del hormigónCapacidad de comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas y químicas agresivas, protegiendo adecuadamente las armaduras y demás elementos embebidos en su seno durante la vida útil de la estructura



OK=mol`bplp=ab=abqboflol Acciones físicas

Termo‐higrométricas (humedad+temperatura) Heladas (hielo‐deshielo) Abrasión Impactos Fuego Sobrecargas estáticas y dinámicas

Acciones químicas Carbonatación (reducción del pH) Presencia de iones agresivos en sales fundentes (cloruros) Ataque de sulfatos Acción del agua de mar (cloruros) Acción de sales, ácidos, bases, aceites o aguas muy puras Reacción árido‐álcali Acción de bacterias y organismos


OK=mol`bplp=ab=abqboflol Corrosión de armaduras

Originada por la presencia de agua (o aire húmedo) y oxígeno en las proximidades de las armaduras

Procesos que más influyen en la corrosión: Carbonatación del hormigón Reducción del pH del

medio (pérdida de la reserva alcalina)

Acción de los cloruros (presentes en el aerosol marino, sales fundentes...) Despasivación de la película protectora de la armadura

Las actuaciones deben ir encaminadas a prevenir en la medida de lo posible dichos procesos


OK=mol`bplp=ab=abqboflol Tipos de corrosión: Generalizada Carbonatación (CO2) Localizada (electroquímica)

Acción de cloruros (picaduras) Bajo tensión (fisuras)


OK=mol`bplp=ab=abqboflol Consecuencias:

Disminución de la sección de acero Pérdida de adherencia Fisuración y desprendimiento del recubrimiento


Estado Límite de Durabilidad (ELD) [Art. 8.1.4]Es el producido por las acciones físicas y químicas, diferentes a las cargas y acciones del análisis estructural, que pueden degradar las características del hormigón y las armaduras hasta límites inaceptables

La comprobación del ELD consiste en satisfacer la condición:

tL ≥ td Siendo:

tL el tiempo necesario para que el agente agresivo produzca un ataque o degradación significativa

td el valor de cálculo de la vida útil

PK=aro^_fifaâ=bk=i^=beb


La durabilidad de una estructura debe establecerse en función de los procesos de deterioro que han de ser previstos a nivel de proyecto

Al igual que con las acciones mecánicas, la respuesta de la estructura ante estos procesos debe ser adecuada

Se establecen unas Bases de Cálculo orientadas a la durabilidad basadas en la agresividad del ambiente en que estará inmersa la estructura [Art. 8.2]

La durabilidad debe ser considerada para:

Los elementos estructurales Los elementos no estructurales pero necesarios para la

funcionalidad de la obra




DEFINICIÓN DELTIPO DE AMBIENTE

ESTRATEGIA PARALA DURABILIDAD

FASE DE PROYECTO FASE DE EJECUCIÓN

Clase de exposición

Forma estructural

CALIDAD DEL HORMIGÓNRelación A/C

Contenido en cementoRESISTENCIA

Recubrimientos Separadores

Abertura de fisuras Medidas contra corrosiónde las armaduras

Protecciones superficiales

Resistencia frente heladas, sulfatos, agua del mar, erosión,

reacción álcali‐áridoBASES DE PROYECTOArtículo 8.2. EHE


El tipo de ambiente viene definido por: [Art. 8.2.1] Clases y subclases generales de exposición (CG)

Corrosión de las armaduras. Es única. [Tabla 8.2.2] I = No agresiva II = Normal (a,b según la humedad relativa) III = Marina (a,b,c: aérea, sumergida, carrera de marea) IV = Cloruros no marinos

Clases específicas de exposición (CE)Otros procesos de degradación del hormigón. Pueden existir una, ninguna o varias. [Tabla 8.2.3] Q = Agresividad química (a,b,c: ataque débil / medio / fuerte) H = Heladas sin sales fundentes (acción hielo‐deshielo) F = Heladas con presencia de sales fundentes E = Erosión y/o cavitación




CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓNDESCRIPCIÓN

CLASE SUBCLASE DESIGNACION TIPO PROCESO

No agresiva I Ninguno ‐ Interiores de edificios, no sometidos a condensaciones ‐ Elementos de hormigón en masa

Normal

Humedadalta IIa

Corrosión de origen diferente de

los cloruros

‐ Interiores sometidos a humedades relativas medias altas (> 65%) o a condensaciones

‐ Exteriores en ausencia de cloruros, y expuestos a lluvia en zonas con precipitación media anual superior a 600 mm

‐ Elementos enterrados o sumergidos

Humedadmedia IIb

Corrosión de origen diferente de

los cloruros

‐ Exteriores en ausencia de cloruros, sometidos a la acción del agua de lluvia, en zonas con precipitación media anual inferior a 600 mm

Marina

Aérea IIIa Corrosión por cloruros

‐ Elementos de estructuras marinas, por encima del nivel de pleamar

‐ Elementos exteriores de estructuras situadas en las proximidades de la línea costera (a menos de 5 km)

Sumergida IIIb Corrosión por cloruros

‐ Elementos de estructuras marinas sumergidas permanentemente, por debajo del nivel mínimo de bajamar

Mareas y salpicaduras IIIc Corrosión por

cloruros‐ Elementos de estructuras marinas situadas en la zona de salpicaduras o en zona de carrera de mareas

Con cloruros de origen diferente del medio marino

IV Corrosión por cloruros

‐ Instalaciones no impermeabilizadas en contacto con agua que presente un contenido elevado de cloruros, no relacionados con el ambiente marino

‐ Superficies expuestas a sales de deshielo no impermeabiliz.

TABLA 8.2.2. CLASES GENERALES DE EXPOSICIÓN



CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓNDESCRIPCIÓN

CLASE SUBCLASE DESIGNACION TIPO PROCESO

Química Agresiva

Débil Qa Ataque químico‐ Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad lenta (ver Tabla 8.2.3.b)

Media Qb Ataque químico

‐ Elementos en contacto con agua de mar

‐ Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad media (ver Tabla 8.2.3.b)

Alta Qc Ataque químico‐ Elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad rápida (ver Tabla 8.2.3.b)

Con Heladas

Sin sales fundentes H Ataque hielo‐

deshielo

‐ Elementos situados en contacto frecuente con agua, o zonas con humedad relativa media ambiental en invierno superior al 75%, y que tengan una probabilidad anual superior al 50% de alcanzar al menos una vez temperaturas por debajo de ‐5ºC

Con sales fundentes F Ataque por sales

fundentes

‐ Elementos destinados al tráfico de vehículos o peatones en zonas con más de 5 nevadas anuales o con valor medio de la temperatura mínima en los meses de invierno inferior a 0ºC

Erosión E AbrasiónCavitación

‐ Elementos sometidos a desgaste superficial

‐ Elementos de estructuras hidráulicas en los que la cota piezométrica pueda descender por debajo de la presión de vapor del agua

TABLA 8.2.3.a. CLASES ESPECÍFICAS DE EXPOSICIÓN



TIPO DEMEDIO

AGRESIVOPARÁMETROS

TIPO DE EXPOSICIÓNQa Qb Qc

ATAQUE DEBIL

ATAQUE MEDIO

ATAQUE FUERTE

AGUA

VALOR DEL pH 6,5‐5,5 5,5‐4,5 <4,5

CO2 AGRESIVO (mgCO2/l) 15‐40 40‐100 >100

ION AMONIO (mg NH4+/l) 15‐30 30‐60 >60

ION MAGNESIO(mg Mg2+/l) 300‐1000 1000‐3000 >3000

ION SULFATO (mg SO42‐/l) 200‐600 600‐3000 >3000

RESIDUO SECO (mg/l) 75‐150 50‐75 <50

SUELO

GRADO DE ACIDEZ BAUMANN‐GULLY (ml/kg) >200 (*) (*)

ION SULFATO(mg SO4

2‐/kg de suelo seco) 2000‐3000 3000‐12000 >12000

TABLA 8.2.3.b. CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD QUÍMICA

(*) Condiciones que no se dan en la práctica


La definición del tipo de ambiente se realiza en la fase de proyecto conjuntamente con la designación de hormigón

Ejemplo de aplicaciónHormigón HA‐30/P/16 para un depósito enterrado en terrenos permeables de pH bajo y presencia moderada de sulfatos

Clase general de exposición: IIa Clase específica de exposición: Qb Designación del hormigón:

HA‐30 / P / 16 / IIa + Qb




ATAQUE AL HORMIGÓN POR AGRESIVIDAD DEL

SUELO

ATAQUE AL HORMIGÓNPOR AGRESIVIDAD DE LA

ATMÓSFERA (CO2)

ATAQUE A LAS ARMADURAS POR AGRESIVIDAD DE LA

ATMÓSFERA (CERCA DEL MAR)


Deben considerarse en 3 etapas: [Art. 37.2] Durante la fase de proyecto: previsión y diseño Durante la fase de ejecución: cumplimiento Durante la fase de uso o servicio de la

construcción: preservación

“Lo que no se paga antes se paga después”(F. Domarco, antiguo profesor de la EPS)

QK=bpqo q̂bdf^p=ab=aro^_fifaâ

FASE DEPROYECTO

FASE DEEJECUCION

FASE DESERVICIO


En fase de proyecto la estrategia de durabilidad se fundamenta en el estudio de los siguientes factores:

1. Elección de la forma estructural [Art 37.2.2]

2. Calidad adecuada del hormigón [Art. 37.2.3]

3. Espesor adecuado de recubrimiento [Art. 37.2.4]

4. Control de la fisuración [Art. 37.2.6]

5. Protecciones superficiales [Art. 37.2.7]

El proyectista podrá agrupar distintos elementos de la obra atendiendo a sus respectivos ambientes para gestionar adecuadamente su durabilidad



Selección de la forma estructural: [Art. 37.2.2] Criterios generales:

Mínima superficie de contacto con el agua Rápida evacuación del agua (desagües, pendientes...) Evitar salpicaduras y encharcamientos

Detalles constructivos: Goterones generosos Pendientes que faciliten la rápida evacuación del agua Evitar paso de agua en zonas de juntas, apoyos, etc. Ventilación en secciones con oquedades internas Evitar concavidades locales (U) Evitar elementos metálicos emergentes



Calidad del hormigón: [Art. 37.2.3] Se requiere sobre todo la mejor calidad de la capa

de recubrimiento

Los requisitos generales son, a nivel de proyecto: Componentes del hormigón adecuados según EHE

[Cap. VI, Anejo 4]

Suficiente contenido de cemento

Relación A/C adecuada

En el proyecto se suele especificar una resistencia característica que determine el cumplimiento de los anteriores factores según la Tabla 37.3.2.b



QK=bpqo q̂bdf^p=ab=aro^_fifaâTabla 37.3.2.a Máxima relación agua/cemento y mínimo contenido de cemento

Parámetro de dosificación

Tipo de hormigón

CLASE DE EXPOSICIÓN

I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E

MáximaRelación

a/c

Masa 0,65 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50

Armado 0,65 0,60 0,55 0,50 0,50 0,45 0,50 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50

Pretensado 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45 0,45 0,50 0,45 0,45 0,55 0,50 0,50

Mínimocontenidode cemento(kg/m3)

Masa 200 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 275 300 325 275 300 275

Armado 250 275 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300

Pretensado 275 300 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300

Tabla 37.3.2.b Resistencias mínimas compatibles con los requisitos de durabilidad


Tipo de hormigón



ResistenciaMínima(N/mm²)

Masa 20 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 30 30 35 30 30 30

Armado 25 25 30 30 30 35 30 30 30 35 30 30 30

Pretensado 25 25 30 30 35 35 35 30 35 35 30 30 30


Recubrimiento de las armaduras [Art. 37.2.4]Distancia existente entre la superficie del elemento de hormigón y la de la armadura más cercana a la superficie

Constituye la barrera para evitar la degradación, salvo en procesos internos (componentes contaminados o reacción árido‐alcali)

Dificulta los mecanismos de transporte de los agentes externos hacia las armaduras

El tiempo de acceso de los agentes externos es aproximadamente proporcional al cuadrado del espesor de recubrimiento



Importancia del espesor del recubrimiento de las armaduras en la durabilidad de la estructura



Valor del recubrimiento c: [Art. 37.2.4] Armaduras principales: c ≥ Ø ó Øeq y 0,80 TMA

(ó 1,25 TMA si dificulta el paso del hormigón)

Para todas las armaduras: c ≥ rnom = rmin + Δrrnom = recubrimiento nominalrmin = recubrimiento mínimoΔr = margen de recubrimiento


c

Δr

0 mm Elementos prefabricados con control intenso de ejecución

5 mm Elementos in situ con control intenso de ejecución

10 mm Resto de casos (habitual)



Recubrimientos mínimos (rmin) para clases I y IITabla 37.2.4.1.a EHE

Clase deexposición

Tipo decemento

Resistencia característica del hormigón [N/mm2]

Vida útil de proyecto, tg (años)

50 100

I Cualquiera fck ≥ 25 15 25

IIaCEM I

25 ≤ fck <40 15 25fck ≥ 40 10 20

Otros tipos de cementos o en el caso de empleo de adiciones al hormigón

25 ≤ fck <40 20 30

fck ≥ 40 15 25

IIbCEM I

25 ≤ fck <40 20 30fck ≥ 40 15 25


25 ≤ fck <40 25 35

fck ≥ 40 20 30



Recubrimientos mínimos (rmin) para clases III y IVTabla 37.2.4.1.b EHE

Hormigón CementoVida útil de proyecto, tg

(años)

Clase general de exposición

IIIa IIIb IIIc IV

Armado

CEM III/A, CEM III/B, CEM IV, CEM II/B‐S, B‐P, B‐V, A‐D

u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%

50 25 30 35 35

100 30 35 40 40

Resto de cementos utilizables50 45 40 * *100 65 * * *

Pretensado

CEM II/A‐D o bien con adición de humo de sílice superior al 6%

50 30 35 40 40100 35 40 45 45

Resto de cementos utilizables, según el Artículo 26º

50 65 45 * *100 * * * *

(*) Recubrimientos desaconsejables, por elevados. Aplicar Anejo 9 EHE‐08


QK=bpqo q̂bdf^p=ab=aro^_fifaâRecubrimientos mínimos (rmin) para clases específicas

Tabla 37.2.4.1.c EHE

Clase de exposición Tipo de cemento

Resistencia característica del hormigón [N/mm2]

Vida útil de proyecto, tg (años)

50 100

HCEM III

25 ≤ fck <40 25 50fck ≥ 40 15 25

Otros tipos de cemento25 ≤ fck <40 20 35fck ≥ 40 10 20

F

CEM I I/A‐D25 ≤ fck <40 25 50fck ≥ 40 15 35

CEM III25 ≤ fck <40 40 75fck ≥ 40 20 40


25 ≤ fck <40 20 40fck ≥ 40 10 20

E (1) Cualquiera25 ≤ fck <40 40 80

fck ≥ 40 20 35

QaCEM III, CEM IV, CEM II/B‐S, B‐P, B‐V, A‐D

u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%

‐ 40 55

Resto de cementos utilizables ‐ * *

Qb, Qc Cualquiera ‐ (2) (2)


Otras consideraciones importantes sobre los recubrimientos: Valor del recubrimiento nominal (rnom) obligatorio

en los planos de estructura

En barras dobladas rmín > 2Ø (plano a la curva)

En elementos hormigonados contra el terreno:rmín > 70 mm, si no existe hormigón de limpieza

Si rnom > 50 mm disponer de malla adicional de reparto [Fig. 37.2.4.1]



Protecciones superficiales: [Art. 37.2.7] En el hormigón: Aplicación de revestimientos superficiales

Aditivos inhibidores de la corrosión

En las armaduras: Revestimiento continuo no metálico (resinas epoxi)

Galvanizado de armaduras pasivas (por inmersión)

Protección catódica (ánodos de sacrificio)

Empleo de armaduras inoxidables (muy caro)



La estrategia en fase de ejecución está basada en el control de los siguientes factores:

1. Componentes y resistencia del hormigón

2. Dosificación adecuada y contenido de cemento

3. Puesta en obra

4. Curado

5. Requisitos adicionales



Control de componentesEncaminado a evitar los distintos procesos de degradación

Corrosión de armaduras [Art. 37.4.1]Contenido limitado de cloruros ≤ 0,4% peso del cemento en armaduras pasivas y ≤ 0,2% en activas

Ataque por sulfatos y sales Presencia de sulfatos en el agua

Sulfuros oxidables en los áridos (árido‐álcali)

Selección del tipo de cemento adecuado (SR/MR)



QK=bpqo q̂bdf^p=ab=aro^_fifaâElección del tipo de cemento en función de la CE

(Tabla A.4.5 del Anejo 4 EHE‐08)


Dosificación adecuadaPosibilita los siguientes objetivos:

Obtener la mayor compacidad posible en el hormigón del recubrimiento

Mantener un nivel adecuado de “reserva alcalina”(pH ≥ 12) con un contenido de cemento suficiente



Tipo de hormigón



MáximaRelación

a/c

Masa 0,65 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50

Armado 0,65 0,60 0,55 0,50 0,50 0,45 0,50 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50

Pretensado 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45 0,45 0,50 0,45 0,45 0,55 0,50 0,50

Mínimocontenidode cemento(kg/m3)

Masa 200 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 275 300 325 275 300 275

Armado 250 275 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300

Pretensado 275 300 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300


Control de la puesta en obra:

Utilización de una consistencia compatible con la relación A/C y con los medios de compactación.

Vertido sin segregaciones

Conjunto de armaduras suficientemente rígido

Empleo de encofrados de rigidez suficiente

Utilización de separadores adecuados (preferentemente de mortero) a distancias que cumplan el Art. 69.8.2 de la EHE‐08



SeparadoresElementos que garantizan el recubrimiento necesario para cada armadura en la fase de ejecución de la estructura



Aspecto de diferentes clases de separadores:



Control del curado:

Factor esencial, junto con la relación A/C

Objetivo: mantenimiento del nivel de humedad en el hormigón para minimizar la retracción y la fisuración superficial

La parte más afectada es la capa de recubrimiento

Duración según Art. 71.6 EHE‐08, en función de los componentes, condiciones ambientales de puesta en obra y clase de exposición



Un mal curado aumenta la permeabilidad Hormigón más vulnerable a ataques



Fase de servicioEl propietario es el responsable del correcto mantenimiento y conservación de la estructura

Todavía en proceso de asimilación

Debe estar sistematizada en un Manual cuyas líneas básicas deben ser conocidas y tenidas en cuenta desde el proyecto

Debe partir de unos documentos conformes a obra o “as built” de la ejecución

Debe documentar todas las inspecciones y operaciones de mantenimiento



Importante tener en cuenta la durabilidad en todas las fases de diseño

La corrosión, principal enemigo a batir, pero no siempre el único

Correcta definición del tipo de ambiente

Importancia de los recubrimientos en el diseño orientado a la durabilidad

Una estructura durable es sinónimo de una estructura de calidad

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