La durabilidad del hormigón puede considerarse parte del diseño estructural y está relacionada con la cantidad de años para los que está diseñada la estructura.
La durabilidad del hormigón se analiza en este artículo desde dos aspectos.
- Requisitos de vida útil
- Problemas de durabilidad
Requisitos de vida útil
La expectativa al considerar los requisitos de durabilidad en la construcción de hormigón armado es que la estructura continuará existiendo durante un largo período de tiempo sin perder significativamente la condición en la que se encontraba en el momento de la construcción. T La durabilidad de las estructuras se analiza en términos de la vida útil esperada de una estructura.
Las mediciones de durabilidad se realizan especificando los requerimientos de materiales y en base a las condiciones de carga a las que estará sometida la estructura.
Según las normas de construcción, la durabilidad se determina en relación con las condiciones de carga. Además, la selección de la clase estructural para la selección de la cubierta de refuerzo se realiza en función de otros factores además de la durabilidad en el diseño según el Eurocódigo 2. Todos los códigos de construcción siguen procedimientos similares para determinar la durabilidad.
A la hora de seleccionar la durabilidad se tienen en cuenta, entre otros, los siguientes aspectos.
Cobertura para refuerzos
El proceso de diseño y selección del techo juega un papel crucial en la evaluación de la durabilidad de las estructuras de hormigón armado. La corrosión del refuerzo se debe principalmente a una cobertura inadecuada. Las prácticas de construcción inadecuadas y la falta de determinación de la cobertura de refuerzo requerida pueden resultar en esta insuficiencia.
Dependiendo del tipo de estructura y del lugar donde se realizará la construcción, el proyectista deberá seleccionar la cobertura adecuada para el refuerzo de acuerdo con las normas de construcción. Al seleccionar la cobertura para el refuerzo, el Eurocódigo tiene en cuenta los siguientes tres factores principales.
- Requisitos para refuerzos de unión.
- Requisitos para la durabilidad de los refuerzos.
- Tolerancias para desviaciones de diseño.
De acuerdo con las directrices del Eurocódigo 2 respecto a los factores anteriores, se puede preparar el apartado de cobertura. Para más información sobre el apartado de cobertura de armaduras, consultar el artículo “ Cobertura nominal de armaduras según Eurocódigo ”
Limitar la formación de grietas en el hormigón.
Debido a las diferencias regionales, se forman grietas en todos los edificios del mundo. Es casi imposible prevenir las grietas en los elementos estructurales, aunque se pueden controlar hasta el punto de que no causen daños, incluso en condiciones ambientales severas. Normalmente, el ancho y la profundidad de la grieta provocan problemas de durabilidad.
Hay dos métodos que se pueden utilizar para construir fisuras.
- Método para limitar el estrés.
- Limitación del método del ancho de grieta.
Método para limitar el estrés.
Este método limita la tensión sobre la armadura. Al mantener la tensión del refuerzo a un nivel más bajo, también se reduce la tensión en el hormigón. Hay más espacio para que se acumule tensión debido a los efectos térmicos y de otro tipo que causan grietas en el concreto. Además, las tensiones más bajas en el concreto no aumentan el tamaño de las grietas superficiales que pueden ocurrir a medida que el concreto se endurece.
Dado que se mantiene menos tensión en el refuerzo, se debe proporcionar un área mayor de refuerzo para acomodar el mismo momento flector. Aunque esto aumenta los costos de construcción, es el mejor método para minimizar las grietas.
Método de limitación del ancho de grieta
El ancho de la grieta se limita al nivel especificado según el tipo de estructura y según el código de diseño utilizado. El método de limitación del ancho de grieta no es tan costoso como el método de tensión límite. Sin embargo, presenta un riesgo mayor en comparación con el método de voltaje límite.
Según BS 8007 – Diseño de estructuras de hormigón para la retención de líquidos acuosos – el ancho de la grieta debe limitarse a 0,2 mm o 0,1 mm dependiendo de las siguientes condiciones.
Además de lo anterior, BS 5400 también especifica el ancho de la grieta según las condiciones de exposición. La siguiente tabla está tomada de BS5400 y también se puede utilizar al seleccionar una cubierta adecuada para refuerzo.
Clase de resistencia y relación agua-cemento.
La clase de resistencia del hormigón juega un papel importante en su durabilidad. Las estructuras se clasifican según el Eurocódigo 2, Tabla 4.3N y según esta clasificación se recomiendan diferentes clases de resistencia en función de las condiciones de exposición. La relación agua-cemento está directamente relacionada con la resistencia del hormigón. Por tanto, seleccionar la clase de resistencia correcta es fundamental a la hora de evaluar la durabilidad de las estructuras de hormigón.
La norma BS 8007, utilizada para construir estructuras para retener fluidos acuosos, sugiere la relación agua-cemento aceptable y el contenido de cemento que se utilizará. La siguiente información fue extraída del código.
- El contenido máximo de cemento deberá ser de 325 kg/m 3 . Una relación agua-cemento máxima de 0,55 para el cemento Portland común y cuando se utiliza cemento Portland hecho de cenizas de combustible pulverizadas o una combinación de cemento Portland común y cenizas de combustible pulverizadas, la relación agua-cemento debe ser de 0,50.
- La resistencia característica a la rotura del hormigón no debe ser inferior a 35 N/mm. 2 y el hormigón tiene una clasificación de 35A.
- Para hormigón armado, el contenido de cemento no debe exceder los 400 kg/m. 3 de cemento Portland normal o cemento con ggbs o 450 kg/m 3 en el que se utiliza cemento con PFA. Para el hormigón pretensado, el contenido máximo de cemento se puede aumentar hasta 500 kg/m3. 3 o 550 kg/m 3 respectivamente.
Para más información sobre el cemento y sus aditivos, consulta el artículo “ Cemento y aditivos del cemento ” que puedes leer.
Problemas de durabilidad en estructuras de hormigón.
Los problemas relacionados con la durabilidad generalmente son irreversibles cuando surgen. Algunos de los problemas ni siquiera se pueden resolver, simplemente puedes verlos empeorar. Por tanto, es importante reconocer este problema en el momento adecuado y tomar medidas de precaución. Los problemas de durabilidad se pueden atribuir a las siguientes causas principales.
Corrosión del refuerzo
La velocidad de corrosión del refuerzo depende de las condiciones de carga. Si hay grietas presentes o si la mayor parte del refuerzo tiene grietas, el deterioro del refuerzo es inevitable. Sin embargo, las estructuras construidas adecuadamente no enfrentarán este problema si se construyen de acuerdo con las especificaciones de los diseñadores y siguiendo las prácticas de construcción correctas.
Como ejemplo de la velocidad de corrosión de una estructura construida cerca del mar o en contacto con agua de mar, Steel Piling Group sugiere los siguientes valores, suponiendo una velocidad de corrosión constante.
Dependiendo de las condiciones de carga, la profundidad de corrosión esperada se puede calcular a partir de los valores anteriores, dependiendo de la vida útil planificada de la estructura. Además, un espesor adicional, especialmente en el caso del acero estructural, puede considerarse como tolerancia a la corrosión en la fase de diseño. Por ejemplo, si el proyecto requiere un espesor de 20 mm, puedes elegir un espesor de 22 mm. La selección depende únicamente de la competencia y experiencia del diseñador.
La corrosión del refuerzo o acero estructural de una estructura afecta a ésta de diferentes formas. Además, afecta directa o indirectamente a otros problemas enumerados anteriormente, como los problemas de durabilidad. Por lo tanto, es extremadamente importante considerar estos problemas en la etapa de diseño y tomar medidas correctivas para evitarlos. Artículo “ Ataque químico al hormigón ” y Cobertura nominal de las armaduras según el Eurocódigo “Discute con más detalle las causas de la corrosión y los métodos para prevenir la corrosión de las armaduras”.
Deterioro del hormigón
El hormigón se deteriora con el tiempo a medida que se expone al medio ambiente y se somete a tensiones. El deterioro del hormigón se puede analizar en las siguientes categorías, que no están incluidas en la lista anterior de cuestiones de durabilidad. En la fase de diseño se deben tomar las medidas necesarias para evitar o minimizar la aparición de estos problemas.
Para obtener más información sobre la reacción álcali-agregado y el agrietamiento en el concreto, consulte los artículos “ Ataque químico al concreto ” y “ Grietas en el concreto ”.
Errores estructurales
Los componentes estructurales pueden fallar debido a resistencias de diseño inadecuadas, lo que resulta en la pérdida de capacidades del elemento. Las estructuras están diseñadas para una vida útil basada en la clase estructural seleccionada. Según el Eurocódigo existen seis clases estructurales de S1 a S6. El artículo “ Clases estructurales según el Eurocódigo ” analiza las seis clases diferentes que se pueden considerar en el diseño.
Si la estructura no puede cumplir su vida útil debido a fallas causadas por problemas de durabilidad, se debe considerar cuidadosamente el diseño o los cambios en las condiciones de exposición. Se deben tomar las acciones necesarias para resolver los problemas. Las condiciones de exposición y las condiciones ambientales pueden cambiar con el tiempo.
Los sistemas estructurales deben evaluarse periódicamente en función de su importancia, especialmente cuando se exponen a condiciones ambientales desafiantes durante un largo período de tiempo. Por ejemplo, una estructura construida en los puertos está expuesta al agua de mar durante un largo período de tiempo. Esto puede provocar el deterioro del hormigón, como se muestra en la siguiente figura.
La foto de arriba es una prueba clara de que la estructura requiere la atención de los ingenieros civiles para seguir utilizándose. Se puede concluir que es responsabilidad de los ingenieros civiles de las organizaciones clientes ocuparse de este asunto de manera oportuna después de la entrega de las estructuras. La falta de atención a los aspectos de durabilidad puede provocar defectos estructurales.
Grietas y desconchados del hormigón
Hay varios artículos sobre este tema en Internet. Las grietas del hormigón se producen por diversos motivos. Para obtener más información, puede consultar el artículo y otros artículos relacionados.
Cuando el concreto falla, el concreto se separa y cae o permanece como concreto separado de la estructura primaria. El desconchado del hormigón puede deberse a la corrosión del refuerzo y al consiguiente aumento de volumen alrededor de las barras de refuerzo. Debido a la tensión de tracción adicional creada por el aumento de volumen, el hormigón comienza a separarse.
Si no se presta suficiente atención a este problema, puede incluso provocar daños estructurales. La intervención oportuna y el uso de métodos de reparación correctos pueden prevenir la corrosión del refuerzo y el desconchado del hormigón.
El marco no se puede utilizar.
Los problemas de durabilidad hacen que las estructuras queden inutilizables incluso sin sus defectos. El colapso de una o más partes de estructuras dificulta el acceso, especialmente en estructuras de edificación. Por ejemplo, el edificio no puede ser ocupado debido a la fragmentación del componente estructural. Además, algunas zonas del edificio no se pueden utilizar.
Como se muestra en la figura, hay muchos casos en los que las estructuras no se pueden utilizar debido a problemas de durabilidad. Además, el miedo de la población a la aparición de grietas hace que la gente no entre en los edificios. El mismo escenario se aplica a otros tipos de estructuras.
Mantenimiento regular y sus costos.
Los problemas de durabilidad causan muchos problemas al propietario o a los clientes propietarios del edificio. Debe cuidar el edificio de manera oportuna y realizar inspecciones periódicas para ver si requiere la atención de un ingeniero estructural. Dependiendo del estado del edificio, se podrán realizar trabajos de mantenimiento previa recomendación del ingeniero estructural. Además, los problemas de durabilidad en las estructuras de acero son muy comunes y requieren un mantenimiento periódico.
Existen costos asociados a cualquier tipo de trabajo de reparación o mantenimiento. Estos costes representan costes adicionales para el cliente que deberá soportar durante la reparación.
