Patología de la edificación/Estructuras de hormigón/Causas funcionales y materiales del deterioro

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Introducción

Las causas de las alteraciones y las patologías que pueden generarse en el hormigón tienen su origen en una gran diversidad de factores. El conocimiento de estas es fundamental en cualquiera de las etapas de una construcción que emplee hormigón como material. Para ello hay que tener muy en cuenta tanto los factores de diseño, así como su construcción.

La determinación de las causas que ha provocado el hormigón no siempre es fácil, pero es importante como medida previa a la aplicación de remedios y de una terapia adecuada; no hay que olvidar que, en general, las mismas causas producen idénticos tipos de defectos, de forma que conociendo la causa es posible prever el cuadro de fisuras que pueden aparecer, esquematizar el fenómeno y determinar sus posibles consecuencias o viceversa. Teniendo en cuenta, que en varias ocasiones las causas pueden ser combinadas.

Se puede realizar una pequeña clasificación de las causas según su origen:

• Derivadas de los componentes del hormigón
• Derivadas de la fabricación y ejecución
• Defectos y deterioro del acero de la armadura
• Influencia del ambiente
  • Deterioro por agentes externos:
    • Físicos
    • Químicos

Se origina siempre que la tensión, generalmente a tracción, a la que se encuentra sometido el material sobrepasa su resistencia última. Se podrán distinguir por varias razones:

• • Edad de aparición en el elemento estructural
  • Por su forma
  • Trayectoria
  • Abertura
  • Movimiento, etc.

Hay que tener especial cuidado con distinguir el hormigón endurecido del fresco, y los defectos, fallos o lesiones en uno y otro porque, por ejemplo, un defecto del hormigón fresco puede provocar una lesión en el endurecido (un hormigón con una consistencia muy seca, difícilmente compactable, puede quedar con oquedades y poros que permitan la corrosión de las armaduras). Un dato a tener en cuenta, es la consideración que se le da al hormigón como un sistema homogéneo en su composición, compacto e inerte al medio donde se sitúa. Pero en realidad es todo lo contrario, se trata de un compuesto de sistema heterogéneo y poroso, sometido, a un medio capaz de alterarlo y reaccionar con sus componentes; jugando como factor fundamental no solo su protección física sino también su composición química, que es la que permite la correcta protección de la armadura.

CAUSAS COMUNES QUE PROVOCAN LAS FISURAS EN EL HORMIGÓN

• Alto contenido de agua en el hormigón, provocando retracción hidráulica.
• Alta dosificación de cemento. Evitar la necesidad de emplear mas agua, para no provocar la causa anterior. Lo ideal, seria el mínimo consumo de cemento.
• Elevado calor de hidratación del cemento. Provoca menor resistencia a la tracción.
• Movimiento de la estructura por asientos diferenciales o por estar asentado en suelos expansivos.
• Exceso de cargas, tanto estáticas como dinámicas.
• Los cambios climáticos y metereológicos (la humedad, sequedad del sol, la lluvia, ciclos de hielo-deshielo, los vientos secos calientes o fríos, etc) ocasionan las contracciones y expansiones que originan las tensiones traccionadas internas.
• Ataque de químico, como los sulfatos, reacción de los álcalis del cemento, corrosión de las armaduras en ambientes adecuados para ello, etc.

Abusos de Posesión

Aparición de acciones para las que la estructura no está preparada

Agresiones Externas

El hormigón como cualquier otro material, esta expuesto a sufrir acciones físicas tales como; abrasión, cambios térmicos o higrotérmicos, heladas, capilaración del agua, desgaste por rozamiento, impactos, acción del fuego, sobrecargas estáticas y dinámicas, etc. Igualmente el hormigón en contacto con ambientes agresivos desde el punto de vista químico como ácidos, bases, sales, etc., dan lugar a un ataque y deterioro de los hormigones.

AGENTES Y MECANISMOS QUÍMICOS

Acciones Químicas sobre Hormigón Armado (común para todas las secciones)

• Un factor fundamental es la presencia de agua, tanto liquida como en vapor, puesto que sin la existencia de este componente no se produce disolución ni reacción química. Es decir, el agua es el mecanismo principal.
• Transporte de la sustancia agresiva puede ser por aire.

Aniones

Sulfatos

Ataque del ión sulfato compuesto en sales, a componentes del cemento, sobre todo aquellos que son expansivos.La expansión de los iones sulfato, dependerá en gran medida de la intensidad de la rea ción y a los diferentes factores:

• Cantidad de aluminato en el cemento
• Solubilidad del sulfato
• Tipo de catión unido al sulfato (sodio, magnesio, calcio, etc.)
• Permeabilidad del hormigón
• Temperatura

Tensiones provocadas por la expansión del hormigón.La expansión dependerá DE:

• Condiciones de exposición
• Cantidad de sustancias agresivas
• Susceptibilidad del hormigón
• Tipo de cemento empleado y sus componentes internos
• Permeabilidad del hormigón
• Cantidad de agua
• Temperatura

Durante el proceso de curado en el fraguado, en su estado plástico antes del endurecimiento se produce la expansión y no provoca las tensiones necesarias para evitar un posterior ataque externo.En caso de estructuras en contacto con el agua marina, el daño dependerá de su situación:

• Zona totalmente sumergida
• Zona con oscilación de nivel
• Intervención de efectos físicos -- oleaje
• Saturación
• Desecación cristalizando las salen en los poros.
• Zona de evaporación
• Expansión progresiva de las sales con el contacto del aire debido al efec-to de evaporación.

Ataque de cloruros

Formación del cloruro cálcico tras reaccionar con otros cationes.

Presencia del cloruro sódico (sal común). Creación de cristales provocando tensiones internas.

Nitratos

Sulfuros

Carbonatos

Cationes: Magnesio y Amonio

• Liberación de hidróxidos magnesio y amonio.
• Ataque de fertilizantes con presencia de amonio en temperaturas cálidas y alta humedad.

Ácidos

• Ataque lento, debido a que es el fluido el agresor, cuando se introduce en el interior del hor-migón por el proceso de porosidad.
• Transformación de compuestos sales cálcicas.
• La intensidad del ataque varía según la concentración de pH y de la solubilidad de las sales cálcicas creadas.
• Presencia de orgánicos como:
  • Peligrosos: ácido sulfúrico, ácido sulfuroso, ácido nitroso, ácido clorhídrico, ácido sulfhídrico, ácido carbónico, etc.
  • Agresivos: ácido acético, ácido láctico
  • Débil: ácido húmico

Aguas puras

• Erosión de tipo químico por lavado más o menos continúo.
• Surgidas del agua de deshielo. Son aguas con escasez de sales disueltas, pero cuya con gran poder de disolución, variando su agresividad dependiendo de su pureza. Alto poder de captar cales.
• Manifestación de ácidos, si el agua es blanda.

Alcali-áridos

• Reacción entre áridos que contengan sílice reactiva y cementos cuya concentración es alta en álcalis. Variara según la humedad relativa del ambiente y la tensión mecánica a la cual esta sometida el hormigón.

Áridos Sulfuroso

• Aparición de piritas (contención de hierro) y áridos sulfurosos combinados con hierro (sulfuro de hierro).
• Auto pulverización del sulfuro en contacto con el aire, sobre todo en ambientes con mucho viento y bastante soleamiento.

Presencia de otros compuestos químicos

• Hidróxido sódico
• Ácido láctico
• Aceites y grasas
• Aguas residuales:
• Fertilizantes, etc.

Acciones de Corrosión de la Armadura

• Producido en estructuras expuestas a ambientes marinos, industriales o cualquier otro que provoque deterioro en la armadura. Varios niveles:

• • Pérdida de sección en las barras principales del 1%.
  • Pérdida de 5%
  • Pérdida del 25%
  • A partir del 25%, las barras dejan de trabajar a compresión ni pandean.

Tipos de corrosión:

• Oxidación: En la superficie de la armadura con el contacto del oxigeno del aire, pero sin existir reacciones de oxidación-reducción.

• Corrosión electroquímica o galvánica: Diferencia de potencial que aparece cuando se ponen en contacto eléctrico dos metales diferentes, zonas con distintas estructuras cristalinas, etc.

• Corrosión localizada o generalizada: Efecto corrosivo de forma homogénea en toda su superficie, provocando herrumbre.

- Fisuración, disgregaciones y pérdida de adherencia con las barras de acero.

- Lluvias ácidas o descenso de pH.

• Corrosión por picadura:

- Acciones de los iones cloro, bromo y sulfato. Despasivando al acero.

- Varían según la concentración de cloruros en las barras.

- La velocidad de corrosión dependerá de las condiciones climatológicas.

- Formación de herrumbre, por suficiencia de oxigeno.

- Presencia de iones cloro en el proceso de construcción en la obra, por estar cerca de un ambiente adecuado para ello.

Proceso de Carbonatación

Carbonatación

La carbonatación es el proceso por el cual el hormigón de recubrimiento pierde la alcalinidad que mantiene protegida la armadura. El mecanismo por el cual se produce es la reacción del dióxido de carbono la atmósfera con las sustancias alcalinas de la solución de los poros y con los componentes hidratados del hormigón. Esto genera un descenso del pH hormigón por debajo de un valor crítico situado alrededor de 9,5. A partir de dicho valor no se puede garantizar la protección de la armadura.Se trata de un caso especial de ataque ácido.

Ver Carbonatación en Definiciones

Ver Carbonatación en Wikipedia

AGENTES MECANISMOS FÍSICOS

Acciones Físicas sobre Hormigón Armado (común para todas las secciones)

ACCIÓN DEL HIELO - DESHIELO

• Utilización Hormigones situados en la intemperie en climas donde la temperatura desciende con frecuencia a grados bajo cero.
• Incremento del volumen del agua dentro del hormigón. Sustitución del aire en los poros abiertos por el agua, provocando la expansión y tensiones interiores en el hormigón.
  • Agotamiento tras sufrir las tensiones provocadas por la presión capilar interior.
  • Saturación del hormigón tras una continua alternancia de heladas y desheladas.

AGUA A ALTA VELOCIDAD

• Desgaste por erosión de los sedimentos en suspensión que lleva consigo el agua en su mo-vimiento.
• Colisión y succión tras la implosión de las burbujas de agua en las irregularidades de la su-perficie del hormigón.

ABRASIÓN DE SÓLIDOS

• Producida por el rozamiento continuo de los elementos que rozan la superficie del hormigón.
• Acciones de percusión de objetos o partículas sólidas en la adherencia entre la pasta y el árido.

CHOQUE TÉRMICO

DAÑOS ACCIDENTALES Y EXTRAORDINARIOS

Daños Accidentales y Extraordinarios sobre Hormigón Armado (común para todas las secciones)

Aparte de las acciones permanentes y variables previsibles, que actúan en una estructura, tener en cuenta las acciones exteriores eventuales. Por norma general, los deterioros accidentales suelen ser de carácter natural, de corta duración y mínima probabilidad de que se produzcan. Sin embargo, las causas extraordinarias no son naturales y son casos excepcionales de difícil predicción.

Considerar el tipo de acción y analizando lo que pueda suceder.

DAÑOS ACCIDENTALES

• De origen natural:
  • Sismos
  • Inundaciones
  • Corrimiento de tierras
  • Efecto de choque de olas
  • Inundación de terrazas
  • Empuje de tierras
  • Efecto de las raíces de los árboles

DAÑOS EXTRAORDINARIOS

• Difícil pronóstico, debido a que no son naturales:
  • Explosiones
  • Impacto de proyectiles
  • Impacto de vehículos
  • Fuego: afecta a las características resistentes y de deformación, tanto del hormigón como del acero. A su vez, se generan incrementos de tensión causados por las dilataciones que se transmi-tan a los nudos rígidos. A mayor temperatura se disminuye la resistencia mecánica tanto de compre-sión como de tracción, aumentos importantes de su deformación de rotura y disminuciones notables de su modulo de deformación. En resumen, a mayor temperatura menor capacidad resistente pero capaz de experimentar deformaciones antes de romperse, variando las características físico-mecánicas.

Bibliografia

• Carles Broto: ENCICLOPEDIA BROTO DE PATOLOGÍAS DE LA CONSTRUCCIÓN. Barcelona 2005. Biblioteca ETSAM: 69.059 bro-enc 1-6

• M.Fernández Cánovas: PATOLOGÍA Y TERAPEÚTICA DEL HORMIGÓN ARMADO. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid, 1994. Biblioteca ETSAM: 691.3 FER pat

• J. Calavera: CALCULO, CONSTRUCCIÓN Y PATOLOGÍAS DE FORJADOS EDIFICACIÓN. Intemac. 1988 Biblioteca ETSAM: 624.012 cal cal