El deterioro del hormigón es un problema permanente y afecta la vida útil de una estructura. El deterioro del hormigón tiene numerosas consecuencias e incluso puede provocar el colapso de estructuras.
Por lo tanto, es necesario prestar la mayor atención a la estructura en la etapa de diseño, construcción y durante la operación. Incluso si construimos la estructura con buena tecnología y un diseño perfecto, la falta de atención al estado de la estructura durante su vida útil puede llevar a su fracaso.
La durabilidad de una estructura depende de muchos factores. Los factores más importantes que afectan la durabilidad del concreto o su envejecimiento son la corrosión del refuerzo, el ataque químico al concreto, la reactividad de los agregados alcalinos, la abrasión/erosión, el fuego/calor, la restricción de la variación de volumen, la sobrecarga, las cargas de choque, la pérdida de soportes y superficie. defectos.
Analicemos brevemente cada defecto.
Corrosión del refuerzo
La corrosión de las armaduras está directamente relacionada con la formación de grietas en el hormigón. El agrietamiento del hormigón expone el refuerzo a un ambiente corrosivo.
Reforzamiento Comienza a ser corrosivo debido a la presencia de oxígeno y humedad. Si podemos evitar esto, se podrá evitar la corrosión . En aditivo, También existen otros métodos de corrosión o refuerzo . No son tan comunes.
Veamos cuáles son las causas más comunes de corrosión de las armaduras.
Ataque de cloruro
Los iones cloruro (CL-) se forman cuando sustancias como el cloruro de hidrógeno se disuelven en agua o cuando el elemento cloro recibe un electrón. Los iones de cloruro en altas concentraciones en el hormigón pueden causar problemas graves. Debido a su naturaleza electroquímica, los iones de cloruro disuelven la capa pasiva del refuerzo de acero, eliminando la necesidad de reducir el valor del pH. La corrosión ocurre cuando los iones de cloruro interactúan con materiales pasivos como el acero y el medio ambiente, lo que desencadena una reacción química que resulta en la formación de ácido clorhídrico. El ácido clorhídrico destruye las armaduras de acero, lo que produce grietas. descamación y finalmente el fracaso del hormigón.
Carbonatación del hormigón
La carbonatación es el resultado de la reacción entre el hidróxido de calcio en la pasta de cemento y el dióxido de carbono en el aire. Esta reacción produce carbonato de calcio, que también reduce el pH a aproximadamente 9. En este punto, la corrosión se convierte en una posibilidad a medida que se rompe la capa protectora de óxido que rodea el acero de refuerzo. Debido a que el dióxido de carbono y el hidróxido de calcio sólo pueden reaccionar en solución, la carbonatación ocurre lentamente en el concreto seco. En el hormigón saturado, la humedad forma una barrera que impide la penetración del dióxido de carbono, por lo que la carbonatación también es lenta. Cuando hay suficiente humedad para endurecer el hormigón, la carbonatación consigue bajar la temperatura. Carbonatación Se produce una reacción, pero no es tan fuerte como para crear una barrera. Esta es la situación ideal.
Corrosión de diferentes metales.
Cuando dos metales diferentes entran en contacto, se crea un potencial de electrodo que depende, entre otras cosas, de los dos metales y del electrolito presente. En general, cuanto mayor sea el potencial del electrodo o cuanto más separados estén los dos metales en la serie de voltajes electroquímicos, más corrosión bimetálica se producirá. Sin embargo, el potencial del electrodo puede variar debido a la formación de capas de óxido y no puede usarse por sí solo para predecir si se producirá corrosión bimetálica y en qué medida.
Daños por congelación y descongelación
Las bajas temperaturas provocan que el agua atrapada en los poros de la pasta de cemento se congele. Debido a que el hielo ocupa más espacio que el agua cuando se congela, pueden surgir fuerzas de expansión cuando los poros están casi completamente llenos de agua o el concreto está saturado. Si la presión de expansión causada por la congelación excede la resistencia local del concreto, se producirán daños.
Aparecen grietas en cualquier patrón en la superficie del concreto. La presión de expansión puede causar deterioro o descamación de la superficie hasta la profundidad que ya han alcanzado las condiciones de escarcha. Los ciclos de congelación y descongelación causan daños cada vez mayores.
Escala de descongelación
El hormigón a base de cemento y escoria generalmente tiene buena resistencia y durabilidad a largo plazo. La resistencia al descongelamiento del hormigón que contiene escoria, particularmente cuando el contenido de escoria excede el 50% del material cementante total en la mezcla, ha generado algunas preocupaciones. Aunque hay evidencia de que estas combinaciones a menudo funcionan bien en la práctica, muchas de las preocupaciones parecen basarse en los resultados de las pruebas de deposición de escoria de laboratorio basadas en ASTM C 672.
Expansión agregada
Algunos agregados pueden absorber tanta agua que no pueden soportar la presión hidráulica y la expansión causada por el agua helada. Si hay suficientes partículas problemáticas presentes, esto puede causar la expansión del agregado y potencialmente la desintegración del concreto. El estallido puede ocurrir cuando una partícula problemática está cerca de la superficie del concreto.
Ataque químico
El hormigón resiste bien las diferentes condiciones del aire, el agua, el suelo y diversos productos químicos.
Pero incluso el hormigón de alta calidad puede romperse bajo determinadas condiciones químicas. Para atacar seriamente el concreto, deben estar presentes químicos agresivos en la solución y en una concentración mínima determinada.
ácidos
La resistencia a los ácidos del hormigón de cemento Portland suele ser baja. De hecho, ningún hormigón de cemento hidráulico, independientemente de su composición, resistirá durante mucho tiempo una solución con pH 3 o inferior.
Sin embargo, algunos ácidos suaves pueden tolerarse sólo con una exposición ocasional. Por lo general, el hormigón de cemento Portland debe protegerse del ácido con tratamientos de protección de la superficie para evitar el deterioro causado por el ataque del ácido. Los agregados silíceos, a diferencia de los agregados de piedra caliza y dolomita, son resistentes a los ácidos y, en ocasiones, son necesarios para aumentar la resistencia química del hormigón, particularmente cuando se utiliza cemento resistente a productos químicos. La permeabilidad reducida del hormigón bien curado lo hace más resistente a los ataques de ácidos.
sales y bases
La degradación del hormigón es causada por cloruros y nitratos de amonio, magnesio, aluminio y hierro, siendo el amonio el que causa el mayor daño. Debido a que producen gas amoníaco e iones de hidrógeno en el ambiente alcalino del concreto, la mayoría de las sales de amonio son dañinas. Quitar el hidróxido de calcio del concreto los repone. Esto da como resultado una reacción de lixiviación similar a un ataque ácido. El deterioro del hormigón también puede deberse a álcalis fuertes (más del 20%).
Ataque de sulfato
Hay casos en que el agua subterránea o el suelo contienen sulfatos naturales de sodio, potasio, calcio o magnesio. Los sulfatos pueden dañar el concreto al reaccionar con los componentes del cemento hidratado durante el curado. Estas reacciones pueden crear suficiente presión para romper la pasta de cemento, lo que reduciría la cohesión y la resistencia. La etringita se forma cuando el sulfato de calcio ataca el hidrato de aluminato de calcio. La etringita y el yeso se forman cuando el sulfato de sodio se combina con hidróxido de calcio y aluminato de calcio hidrato. La etringita, el yeso y la brucita se forman cuando el sulfato de magnesio ataca de manera similar al sulfato de sodio (hidróxido de magnesio). La brucita se forma en la mayor parte de la superficie del concreto, consume hidróxido de calcio para reducir el pH de la solución de los poros y luego descompone los hidratos de silicato de calcio.
Reactividad del agregado alcalino
Los agregados generalmente son químicamente inertes en el concreto. Sin embargo, algunos agregados se expanden y agrietan durante largos períodos de tiempo cuando se exponen a los hidróxidos alcalinos del concreto. La reacción alcalino-sílice (ASR) y la reacción álcali-carbonato son los dos tipos de esta reacción álcali-agregado (ACR).
Reactividad al silicato alcalino.
Dado que los agregados de silicato reactivos se utilizan ampliamente, la reacción álcali-sílice (ASR) es un problema importante. En ASR, el hidróxido alcalino del hormigón reacciona con algunos tipos de partículas de silicato para formar un gel que se expande a medida que absorbe agua de la pasta de cemento circundante o del medio ambiente. Estos geles pueden dañar el hormigón debido a su presión de expansión.
La formación aleatoria de grietas y juntas cerradas acompañadas de desconchado del hormigón son signos típicos de ASR. Las grietas generalmente ocurren en lugares donde la humedad está presente regularmente, como alrededor de líneas de agua en muelles, cerca del suelo detrás de muros de contención, cerca de juntas y bordes expuestos en pasillos, o en pilares o columnas que son susceptibles a la absorción. La ASR se puede identificar con certeza mediante un estudio petrográfico.
Reactividad del carbonato alcalino
La ACR es un fenómeno que se puede observar en determinadas rocas dolomitas. La desdolomitización o deterioro de la dolomita generalmente se asocia con la expansión. La reacción de brucita y la posterior cristalización pueden provocar un crecimiento significativo. Las reacciones álcali-carbonato (ACR) son muy raras porque los agregados susceptibles a este fenómeno son menos comunes y generalmente no son adecuados para su uso en concreto por otras razones. Sin embargo, la degradación provocada por ACR es idéntica a la provocada por ASR. Los petrógrafos pueden reconocer la textura característica de los agregados susceptibles al ACR. A diferencia de la reacción álcali-carbonato, la introducción de ligandos adicionales no evita la expansión dañina causada por ACR. Se recomienda que el hormigón no contenga áridos susceptibles a la ACR.
Abrasión/erosión
La abrasión y la erosión no son problemas comunes con el concreto. Dependen del propósito del concreto. En carreteras, aparcamientos, rampas, etc., la abrasión puede provocar el deterioro del hormigón.
Por lo tanto, la abrasión del concreto ocurre a menudo en concreto expuesto al tráfico.
Por otro lado, la erosión del hormigón se debe principalmente al movimiento del agua. El agua que fluye constante o frecuentemente puede causar erosión del concreto. Cuando la velocidad del agua es alta, la erosión del hormigón puede ser mayor.
Se pueden observar estructuras hidráulicas como aliviaderos, canales, etc. Para reducir la abrasión/erosión del hormigón, se utiliza hormigón de mayor calidad.
Destrucción del hormigón por fuego/calor.
Un requisito fundamental en el diseño de edificios para garantizar la seguridad de los ocupantes es la implementación de sistemas adecuados de protección contra incendios. Uno de los factores más destructivos que contribuyen al deterioro de las estructuras de hormigón armado es el daño por incendio. Aunque el hormigón es un material no combustible, pierde algunas de sus propiedades físicas, químicas y mecánicas cuando se expone a altas temperaturas. El tamaño y la duración del incendio juegan un papel importante a la hora de determinar la gravedad de un incendio en estructuras de hormigón. Los daños a las estructuras de hormigón probablemente serán menores si el incendio es de tamaño moderado y dura un período corto de tiempo. Del mismo modo, es probable que un evento mayor o prolongado cause mayores daños o derrumbe edificios de concreto.
Grietas en el hormigón debido a la restricción del cambio de volumen.
Cualquier material cuyo volumen cambie debido a sus propiedades inherentes o debido a influencias ambientales. El hormigón también sufre una variación de volumen entre su etapa inicial y su vida útil.
Debido a la obstrucción del cambio de volumen, se pueden observar dos tipos principales de grietas.
Secado de grietas por contracción
La contracción de una mezcla de hormigón endurecido como resultado de la pérdida capilar de agua se conoce como contracción por secado. Antes de tensar el hormigón, la contracción aumenta la tensión de tracción, lo que provoca grietas, deformaciones internas y externas. A medida que el hormigón de cemento Portland envejece, sufre una contracción por secado o un cambio en el volumen de hidrato. Para el ingeniero que diseña una estructura, el cambio en el volumen de hidrato en el hormigón es crucial. Losas, vigas, columnas, muros estructurales, elementos pretensados, tanques y cimientos son todos susceptibles de contraerse en seco.
La contracción durante el secado está influenciada por varias variables. Esto incluye el tamaño de los componentes, sus propiedades, sus proporciones, su técnica de mezcla, su contenido de humedad durante el curado y su atmósfera seca. Las condiciones normales de curado dan como resultado algún cambio de volumen en el concreto. Las principales causas de la contracción durante el secado son el agua en la pasta de cemento y la evaporación del agua capilar. Los efectos de la contracción durante el secado son más pronunciados cuanto más agua contiene el hormigón fresco. La cantidad de mezcla, el tiempo transcurrido desde que se agregó agua, las fluctuaciones de temperatura, el hundimiento, la colocación y el curado afectan la cantidad de contracción del concreto. La composición del hormigón también es crucial. Cada tipo de cemento y agregado tiene propiedades únicas y cada una afecta la contracción del concreto.
La contracción del hormigón a medida que se seca está influenciada directa e indirectamente por las cantidades de agua y aditivos utilizados durante el mezclado. La principal causa de la contracción del hormigón es la evaporación del agua capilar utilizada en la mezcla. El tamaño, la ubicación y la temperatura de la estructura, así como las propiedades físicas del hormigón influyen en la gravedad de la contracción.
Craqueo térmico
Diferentes partes de una estructura de concreto pueden perder calor en diferentes grados a través de la hidratación, o el clima puede enfriar o calentar una parte del edificio en un grado o grados diferentes que otra parte, lo que puede resultar en diferencias de temperatura dentro de la estructura. Las grietas son causadas por los diferentes cambios de volumen provocados por estos cambios de temperatura. Esto suele estar relacionado con el hormigón en masa, como por ejemplo: partes grandes y más gruesas de columnas, pilares, vigas, cimientos y losas. Cualquier estructura puede verse afectada por una diferencia de temperatura provocada por cambios en la temperatura ambiente.
Debido a la liberación de calor durante la hidratación del cemento, el centro del concreto puede calentarse más que el exterior, o el exterior puede enfriarse más rápido que el interior, dependiendo de la causa del gradiente de temperatura. En ambos casos, las tensiones de tracción se producen en el exterior y, cuando se excede la resistencia a la tracción, se forman grietas. Las tensiones de tracción están relacionadas con las diferencias de temperatura, el coeficiente de expansión térmica, el módulo de elasticidad efectivo (que se reduce por la fluencia) y el grado de restricción. La posibilidad de diferencias y limitaciones de temperatura aumenta con la masa estructural. El coeficiente de expansión térmica del hormigón endurecido puede variar entre 4 y 9×10-6 por grado Fahrenheit.
La posibilidad de grietas inducidas térmicamente surge cuando un área de una estructura sufre un cambio de volumen debido a la temperatura. Las estructuras en las que determinadas partes están expuestas a fluctuaciones de temperatura mientras otras están total o parcialmente protegidas deben diseñarse con especial cuidado. El elemento expuesto puede agrietarse debido al descenso de temperatura, mientras que la parte blindada de la estructura puede agrietarse debido al aumento de temperatura.
Defectos superficiales
Los defectos en la superficie del hormigón pueden provocar problemas de durabilidad. También suelen estar relacionados con los problemas comentados anteriormente. Las superficies de hormigón irregulares pueden provocar grietas debido a sus irregularidades, a diferencia de las superficies lisas.
Además, a continuación se detallan algunos problemas que provocan daños concretos.
- panales
- Agujeros de anclaje sin reparar
- articulaciones frías
- Cambios de forma
- franja de arena
- formando hebras
Todos los defectos mencionados anteriormente deberán corregirse durante la fase de construcción. Algunos de ellos afectan no sólo al desgaste del hormigón sino también a la estabilidad estructural. panales , juntas frías , etc. Éstas son deficiencias estructurales que debemos resolver.
