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Articulo de referencia

Degradación del hormigón

Hormigón deteriorado y barras de refuerzo (varillas) oxidadas y expuestas en el puente sobre el río Welland de la autopista Queen Elizabeth Way en Niagara Falls, Ontario . La de...

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Hormigón deteriorado y barras de refuerzo (varillas) oxidadas y expuestas en el puente sobre el río Welland de la autopista Queen Elizabeth Way en Niagara Falls, Ontario .

La degradación del hormigón puede tener muchas causas diferentes. El hormigón se daña principalmente por la corrosión de las barras de refuerzo , la carbonatación de la pasta de cemento endurecida o el ataque de cloruros en condiciones húmedas. El daño químico es causado por la formación de productos expansivos producidos por reacciones químicas (de carbonatación , cloruros, sulfatos y agua destilada), por especies químicas agresivas presentes en aguas subterráneas y agua de mar (cloruros, sulfatos, iones de magnesio) o por microorganismos ( bacterias , hongos ...). Otros procesos dañinos también pueden incluir la lixiviación de calcio por infiltración de agua, fenómenos físicos que inician la formación y propagación de grietas, fuego o calor radiante, expansión de agregados, efectos del agua de mar, lixiviación y erosión por agua de flujo rápido. [ 1 ]

El agente más destructivo para las estructuras y componentes de hormigón es probablemente el agua. De hecho, el agua participa a menudo directamente en reacciones químicas como reactivo y siempre es necesaria como disolvente o medio de reacción, posibilitando el transporte de solutos y reacciones. Sin agua, muchas reacciones dañinas no pueden desarrollarse o son tan lentas que sus consecuencias perjudiciales resultan insignificantes durante la vida útil prevista de la construcción. El hormigón seco tiene una vida útil mucho mayor que el hormigón saturado de agua en contacto con agua circulante. Por lo tanto, siempre que sea posible, el hormigón debe protegerse de la infiltración de agua.

Corrosión de las barras de refuerzo

Ejemplo de un trozo plano de hormigón que se ha desprendido, dejando al descubierto la barra de refuerzo corroída debajo, en el puente sobre el río Welland que cruza la avenida Queen Elizabeth Way en las cataratas del Niágara, Ontario .

La expansión de los productos de corrosión ( óxidos de hierro ) de las estructuras de refuerzo de acero al carbono puede generar tensiones mecánicas internas ( tensiones de tracción ) que provocan la formación de grietas y dañan la estructura de hormigón. Si las barras de refuerzo se han instalado incorrectamente o tienen un recubrimiento de hormigón insuficiente en las superficies expuestas a la intemperie, pueden producirse desprendimientos y desconchamientos por corrosión durante la vida útil de la estructura: fragmentos planos de hormigón se desprenden de la masa de hormigón como consecuencia de la corrosión de las barras de refuerzo.

El hormigón, al igual que la mayoría de las rocas duras consolidadas , es un material muy resistente a la compresión, pero que no soporta la tracción, especialmente las tensiones internas. Su resistencia a la tracción es aproximadamente diez veces menor que su resistencia a la compresión. El hormigón carbonatado es, en sí mismo , un material muy sólido, ya que su resistencia a la compresión aumenta debido a la disminución de su porosidad por la precipitación de carbonato de calcio (calcita, CaCO₃ ). En ausencia de armaduras de acero y sin la formación de productos de reacción expansivos que induzcan tensiones internas en la matriz del hormigón, el hormigón puro suele ser un material de larga duración. Un ejemplo de la durabilidad intrínseca del hormigón es la cúpula del Panteón de Roma, construida con hormigón romano hace más de 2000 años.

Cuando el dióxido de carbono atmosférico ( CO₂ ) o los iones carbonato ( HCO₃⁻ , CO₃²⁻ disueltos en agua) se difunden en el hormigón desde su superficie externa, reaccionan con el hidróxido de calcio ( portlandita , Ca ( OH) ₂ ) y el pH del agua de los poros del hormigón disminuye progresivamente de 13,5-12,5 a 8,5 (pH del agua en equilibrio con la calcita ). Por debajo de un valor de pH de aproximadamente 9,5-10, la solubilidad de los óxidos de hierro presentes en la superficie del acero al carbono aumenta y estos comienzan a disolverse. En consecuencia, dejan de proteger el hierro metálico subyacente contra la oxidación por el oxígeno atmosférico y las barras de refuerzo dejan de estar pasivadas contra la corrosión . Son las considerables fuerzas internas creadas por la expansión de los productos de corrosión del hierro (aproximadamente 6-7 veces menos densos que el hierro metálico, por lo que son 6-7 veces más voluminosos) las que causan las fisuras en la matriz del hormigón y destruyen el hormigón armado. En ausencia de hierro (y sin reacciones de degradación química dañinas que también producen productos expansivos), el hormigón probablemente sería uno de los materiales más duraderos. Sin embargo, las barras de refuerzo de acero son necesarias para soportar las tensiones a las que se somete el hormigón en la mayoría de las estructuras de ingeniería, y el acero inoxidable sería un metal demasiado costoso para reemplazar al acero al carbono . El galvanizado con zinc o el recubrimiento epoxi pueden mejorar la resistencia a la corrosión de las barras de refuerzo, pero también presentan otras desventajas, como su menor adherencia superficial al hormigón (riesgo de deslizamiento), la posible formación de zonas catódicas y anódicas propicias para la corrosión galvánica si el recubrimiento protector se perfora o daña localmente, y sus mayores costos.

Formación de fases expansivas en el hormigón.

Al ser una roca dura, el hormigón puede soportar altas tensiones de compresión , pero no de tracción . En consecuencia, se daña fácilmente cuando se producen fases de expansión en su masa.

Las fases de expansión más comunes y conocidas son probablemente los óxidos de hierro producidos por la oxidación de las barras de acero al carbono embebidas en el hormigón. Los productos de corrosión se forman alrededor de las barras de refuerzo ubicadas en hormigón carbonatado (y, por lo tanto, ya no pasivadas contra la corrosión), o directamente expuestas al oxígeno atmosférico una vez que comienzan a formarse grietas. Los daños producidos por la corrosión de las barras de refuerzo son claramente visibles a simple vista y su diagnóstico es sencillo.

En el hormigón pueden producirse otras reacciones químicas expansivas perjudiciales, más difíciles de caracterizar e identificar. Estas pueden distinguirse, en primer lugar, según el lugar donde se produzcan: dentro de los áridos o en la pasta de cemento endurecida.

Expansión dentro de los agregados

Patrón típico de agrietamiento asociado a la reacción álcali-sílice que afecta a una barrera de hormigón en una autopista de EE. UU. (fotografía, cortesía de la Administración Federal de Carreteras , Departamento de Transporte de EE. UU .).

Los distintos tipos de áridos pueden sufrir diferentes reacciones químicas e hincharse dentro del hormigón, lo que provoca fenómenos expansivos perjudiciales.

Reacción álcali-sílice

Los más comunes son aquellos que contienen sílice amorfa reactiva , que puede reaccionar en presencia de agua con los álcalis del cemento (K₂O y Na₂O ) . Entre los componentes minerales silíceos más reactivos de algunos agregados se encuentran el ópalo , la calcedonia , el sílex y el cuarzo filtrado . La sílice (de hecho , ácido silícico cuando está hidratado) se disuelve fácilmente con hidróxido de sodio (NaOH) para formar silicato de sodio ( Na2 SiO3 ), undesecantecon alta afinidad por el agua. Esta reacción es fundamental para lareacción álcali-sílice(RAS):

2 NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 · H 2 O

Tras esta reacción, se forma una fase de gel de sílice viscoso, higroscópico y expansivo dentro de los agregados afectados, que se hinchan y agrietan desde el interior. A su vez, la expansión volumétrica de los agregados hinchados daña la matriz de hormigón y se propagan grietas extensas, causando daños estructurales en la estructura de hormigón. En la superficie de los pavimentos de hormigón, la reacción álcali-sílice (RAS) también puede provocar la expulsión de pequeños conos (de hasta 3 cm de diámetro ) , cuyo tamaño corresponde al de las partículas del agregado.  

Una reacción bastante similar (reacción álcali-silicato) puede ocurrir cuando hay minerales arcillosos presentes en algunos agregados impuros, y también puede provocar una expansión destructiva.

Reacción álcali-carbonato

En algunos agregados que contienen dolomita , puede ocurrir una reacción de desdolomitización , también conocida como reacción álcali-carbonato (RAC), donde el carbonato de magnesio ( MgCO₃)3 ) reacciona con losioneshidroxiloOH −) y produce hidróxido de magnesio ( brucita , Mg(OH)2 ) y union carbonato(CO₃²⁻ ). La expansión resultante causada por la hinchazón de la brucita puede provocar la destrucción del material:

CaMg(CO 3 ) 2 + 2 NaOH → Mg(OH) 2 + CaCO 3 + Na 2 CO 3

Con frecuencia, la reacción álcali-silicato y la reacción de desdolomitización quedan enmascaradas por una reacción álcali-sílice mucho más severa que predomina sobre los efectos nocivos. Dado que la reacción álcali-carbonato (RAC) suele verse contrarrestada por una reacción álcali-sílice coexistente, esto explica por qué la RAC ya no se considera una reacción perjudicial importante.

Oxidación de pirita

Mucho menos comunes son la degradación y los desprendimientos causados ​​por la presencia de pirita ( FeS2 ), unFe 2+disulfuro ( – SS – ) muy sensible a la oxidación por oxígeno atmosférico , que genera expansión al formar óxidos de hierro insolubles menos densos ( Fe2 O3 ),oxihidróxidos de hierro(FeO(OH), oFe2 O3 ·nH2 Oyesoligeramente soluble(CaSO )4 ·2H2 O).

Cuando esté completo ( es decir , cuando todo el Fe 2+Los iones también se oxidan a Fe 3+ menos soluble.iones), la oxidación de la pirita se puede escribir globalmente de la siguiente manera:

2 FeS 2 + 7,5 O 2 + 4 H 2 O → Fe 2 O 3 + 4 H 2 SO 4

El ácido sulfúrico liberado por la oxidación de la pirita reacciona luego con la portlandita ( Ca(OH2 )) presente en la pasta de cemento endurecida para dar yeso:

H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 → CaSO 4 · 2H 2 O

Cuando el hormigón se carbonata por el dióxido de carbono atmosférico ( CO₂ ), o si se utilizan agregados de piedra caliza en el hormigón, H2 SO4 reacciona concalcita(CaCO3 ) y el agua también forma yeso, liberandoCO2denuevo a la atmósfera:

H 2 SO 4 + CaCO 3 + H 2 O → CaSO 4 · 2H 2 O + CO 2

El yeso dihidratado es relativamente soluble en agua (~ 1 – 2 g/L) a temperatura ambiente y, por lo tanto, móvil. Puede ser fácilmente lixiviado por el agua de infiltración y puede formar eflorescencias en la superficie del hormigón, mientras que el Fe insoluble2 O3 ·nH2 Opermanecen en su lugar alrededor de los granos de pirita oxidada que tiñen deocre.

Reacciones químicas expansivas dentro de la pasta de cemento endurecida.

Los aniones sulfato que reaccionan con diferentes fases de la pasta de cemento endurecida (HCP) para formar productos de reacción más voluminosos pueden causar 3 tipos de reacciones expansivas llamadas ataque de sulfato dentro de la HCP:

  1. La formación retardada de etringita (DEF), también conocida como ataque interno de sulfato (ISA);
  2. El ataque externo de sulfato (ESA), y;
  3. La forma taumasita de ataque por sulfato (TSA).

Estos tres tipos de reacciones de ataque de sulfatos se describen con mayor detalle en secciones específicas más adelante en el texto. Cuando la pasta de cemento endurecida (HCP) se ve afectada, las consecuencias perjudiciales para la estabilidad estructural de las estructuras de hormigón suelen ser más graves que cuando se ven afectados los áridos: las reacciones DEF, ESA y TSA son mucho más dañinas para el hormigón que las reacciones ASR y ACR.

Un punto en común de todas estas reacciones químicas expansivas es que requieren agua como reactivo y como medio de reacción. La presencia de agua siempre agrava el problema. Por lo tanto, las estructuras de hormigón sumergidas en agua, como presas y pilares de puentes, son particularmente sensibles. Estas reacciones también se caracterizan por una cinética lenta , que depende de las condiciones ambientales como la temperatura y la humedad relativa. Se desarrollan lentamente y pueden pasar varios años antes de que se manifiesten los daños. A menudo, se necesita una década para observar sus consecuencias perjudiciales. Proteger las estructuras de hormigón del contacto con el agua puede ayudar a ralentizar la progresión de los daños.

Daños químicos

Carbonatación

Deterioro del hormigón provocado por la carbonatación en el Hipódromo de Wellington , Bélgica .

El dióxido de carbono ( CO₂ ) del aire (~412 ppm vol.) y los aniones bicarbonato ( HCO₃⁻ ) o carbonato ( CO₃⁻ ) disueltos en agua reaccionan con el hidróxido de calcio ( Ca (OH) ₂ )2 ,portlandita) producida porla hidratacióndel cemento Portland en el hormigón para formarcarbonato de calcio(CaCO3 ) mientras se libera una molécula de agua en la siguiente reacción:

CO 2 + Ca(OH) 2 → CaCO 3 + H 2 O

Con la excepción de la molécula de agua, la reacción de carbonatación es esencialmente la inversa del proceso de calcinación de la piedra caliza que tiene lugar en un horno de cemento :

CaCO₃ → CaO + CO₂

La carbonatación del hormigón es un proceso lento y continuo en el que el CO₂ atmosférico se difunde desde la superficie exterior del hormigón expuesta al aire hacia su masa, reaccionando químicamente con las fases minerales de la pasta de cemento hidratada. La carbonatación se ralentiza a medida que aumenta la profundidad de difusión. [ 2 ]

La carbonatación tiene dos efectos antagónicos para (1) la resistencia del hormigón y (2) su durabilidad:

  1. La precipitación de calcita que rellena los huecos microscópicos en el espacio poroso del hormigón disminuye la porosidad de la matriz del hormigón ; por lo tanto, aumenta la resistencia mecánica del hormigón;
  2. Al mismo tiempo, la carbonatación consume portlandita y, por lo tanto, disminuye la reserva de alcalinidad del hormigón. Se necesitan condiciones hiperalcalinas ( es decir , condiciones químicas básicas ) caracterizadas por un pH alto (típicamente 12,5 – 13,5) para pasivar la superficie de acero de las barras de refuerzo (corbar) y protegerlas de la corrosión . [ 2 ] Por debajo de un pH de 10, la solubilidad de los óxidos de hierro que forman una capa protectora delgada en la superficie del acero al carbono aumenta. La capa delgada de óxido protectora comienza a disolverse y se promueve la corrosión. Como la masa volumétrica de óxidos de hierro puede ser hasta 6 – 7 veces mayor que la del hierro metálico (Fe), una consecuencia perjudicial es la expansión de los productos de corrosión alrededor del corbar. Esto provoca el desarrollo de una tensión de tracción en la matriz de hormigón alrededor del corbar. Cuando se supera la resistencia a la tracción del hormigón en el recubrimiento de hormigón sobre el corbar, el hormigón comienza a descascararse . Las grietas que aparecen en el recubrimiento de hormigón que protege las barras de refuerzo contra la corrosión constituyen vías preferenciales para la entrada directa de CO₂ hacia las barras. Esto acelera la reacción de carbonatación y, a su vez, el proceso de corrosión.

Esto explica por qué la reacción de carbonatación del hormigón armado es un proceso indeseable en la química del hormigón. La carbonatación del hormigón se puede revelar visualmente aplicando una solución de fenolftaleína sobre la superficie fresca de muestras de hormigón (núcleo de hormigón, prisma, barra recién fracturada). La fenolftaleína es un indicador de pH , cuyo color cambia de incoloro a pH < 8,5 a rosa fucsia a pH > 9,5. Un color violeta indica áreas aún alcalinas y, por lo tanto, hormigón no carbonatado. Las zonas carbonatadas, favorables a la corrosión del acero y la degradación del hormigón, son incoloras. [ 3 ] [ 4 ]

La presencia de agua en el hormigón carbonatado es necesaria para reducir el pH del agua intersticial alrededor de las armaduras y despasivar la superficie del acero al carbono a pH bajo. El agua es fundamental en los procesos de corrosión. Sin agua, la corrosión del acero es muy limitada y las armaduras presentes en estructuras o componentes de hormigón carbonatado seco, no afectados por la infiltración de agua, no sufren una corrosión significativa.

ataque de cloruro

El principal efecto de los iones cloruro en el hormigón armado es la corrosión por picaduras de las barras de acero de refuerzo . Se trata de una forma insidiosa y peligrosa de corrosión localizada , ya que la sección transversal de las barras puede reducirse hasta el punto de que el acero de refuerzo ya no sea capaz de soportar las tensiones de tracción para las que fue diseñado. Cuando la sección transversal de las barras es demasiado pequeña o estas se rompen localmente, se pierde el refuerzo y el hormigón deja de estar reforzado.

Los cloruros, en particular el cloruro de calcio , se han utilizado para acortar el tiempo de fraguado del hormigón. [ 5 ] Sin embargo, se ha demostrado que el cloruro de calcio y (en menor medida) el cloruro de sodio lixivian el hidróxido de calcio y provocan cambios químicos en el cemento Portland , lo que conlleva una pérdida de resistencia, [ 6 ] además de atacar el refuerzo de acero presente en la mayoría del hormigón. El hospital Queen Elizabeth de diez plantas en Kota Kinabalu contenía un alto porcentaje de cloruro que provocó un fallo prematuro .

Reacción álcali-sílice (RAS)

Patrón típico de fisuración en la reacción álcali-sílice (RAS). Las exudaciones de gel a través de las fisuras del hormigón presentan un característico color amarillo y un pH elevado . El carácter graso de las exudaciones, que penetra en la porosidad del hormigón a lo largo de las fisuras, es también una característica distintiva de la RAS.

La reacción álcali-sílice (RAS) es una reacción química perjudicial entre el álcali ( Na2 OyK2 O), disuelto en el agua de los poros del hormigón como NaOH y KOH, consilíceosamorfos(nocristalinos)en presencia de humedad. La forma más sencilla de escribir la reacción de manera estilizada es la siguiente (también existen otras representaciones):

2 NaOH + SiO 2 → Na 2 SiO 3 · H 2 O (gel joven de NSH)

Esta reacción produce una sustancia gelatinosa de silicato de sodio ( Na2 SiO3 • nH2 O), también señalóNa2 H2 SiO4 • nH2 O, o NSH (silicato de sodio hidratado). Estehigroscópicose hincha dentro de los agregados reactivos afectados, los cuales se expanden y agrietan. A su vez, provoca la expansión del hormigón. Si el hormigón está fuertemente reforzado, puede causar primero un efecto de pretensado antes de agrietarse y dañar la estructura. La ASR afecta a los agregados y se reconoce por la presencia de agregados agrietados. No afecta directamente a la pasta de cemento endurecida (HCP).

Formación retardada de etringita (DEF o ISA)

Cuando la temperatura del hormigón supera los 65 °C durante demasiado tiempo en una etapa temprana, la cristalización de la etringita (AFt) no se produce debido a su mayor solubilidad a temperaturas elevadas, formándose así el monosulfato (AFm), menos soluble. Tras la disipación del calor de hidratación del cemento, la temperatura vuelve a la ambiente y las curvas de solubilidad de las fases AFt y AFm se cruzan. El monosulfato (AFm), ahora más soluble a baja temperatura, se disuelve lentamente para recristalizar como la etringita (AFt), menos soluble. La estructura cristalina de la AFt contiene más moléculas de agua que la AFm. Por lo tanto, la AFt tiene un mayor volumen molar que la AFm debido a sus 32 moléculas de H₂O . Durante meses o años después del enfriamiento del hormigón joven, la AFt cristaliza muy lentamente en forma de pequeñas agujas aciculares y puede ejercer una considerable presión de cristalización sobre la pasta de cemento endurecida circundante (HCP). Esto conduce a la expansión del hormigón, a su agrietamiento y, en última instancia, puede provocar la ruina de la estructura afectada. La característica distintiva de la formación retardada de etringita (FRE) es un patrón de agrietamiento aleatorio en forma de panal , similar al de la reacción álcali-sílice (RAS). De hecho, este patrón de agrietamiento típico es común a todas las reacciones internas expansivas y también a la retracción restringida, donde un sustrato rígido o una densa red de armadura impiden los movimientos de una capa superficial de hormigón. La FRE también se conoce como ataque interno de sulfatos (AIS). El ataque externo de sulfatos (AES) también implica la formación de etringita (AFt) y una expansión perjudicial con los mismos síntomas dañinos, pero requiere una fuente externa de aniones sulfato en los terrenos o el entorno circundantes. Para evitar las reacciones de FRE o AIS, la mejor manera es utilizar un cemento con bajo contenido de C₃A ( aluminato tricálcico ) que impida la formación de etringita (AFt). Los cementos resistentes a sulfatos (SR) también tienen un bajo contenido de Al₂O₃ . El DEF, o ISA, solo afecta a la pasta de cemento endurecida (HCP) y deja intactos los agregados.

La DEF se agrava a pH alto en cemento con un contenido excesivo de álcalis y, por lo tanto, de hidróxidos . Esto se debe a la transformación de la etringita (AFt) en monosulfato de aluminoferrita (AFm) bajo la acción de los aniones hidroxilo (OH– ) , como se esquematiza a continuación:

AFt + OH – → AFm

La reacción completa puede deducirse de las fórmulas moleculares de los reactivos y productos involucrados. Esta reacción favorece la disolución de AFt y la formación de AFm. En conjunto, constituye un factor agravante del efecto nocivo de las temperaturas excesivamente altas. Para minimizar la formación de ETRINGITA, se recomienda el uso de cementos de bajo contenido alcalino. La cristalización perjudicial de la ETRINGITA (AFt) se produce preferentemente cuando el hormigón se expone a infiltraciones de agua y el pH disminuye debido a la lixiviación de los iones (OH– ) ; la reacción se invierte al disminuir la temperatura.

ataques externos de sulfato (ESA)

Los sulfatos en solución en contacto con el hormigón pueden causar cambios químicos en el cemento, lo que puede provocar efectos microestructurales significativos que conducen al debilitamiento del aglutinante del cemento (ataque químico por sulfatos). Las soluciones de sulfatos también pueden dañar los materiales cementicios porosos mediante cristalización y recristalización (ataque por sales). [ 7 ] Los sulfatos y sulfitos son omnipresentes en el medio ambiente natural y están presentes en muchas fuentes, incluido el yeso (sulfato de calcio), que a menudo se encuentra como aditivo en cementos "mezclados" que incluyen cenizas volantes y otras fuentes de sulfato. Con la notable excepción del sulfato de bario, la mayoría de los sulfatos son de ligeramente a altamente solubles en agua. Esto incluye la lluvia ácida, donde el dióxido de azufre en la atmósfera se disuelve en la lluvia para producir ácido sulfuroso. En las tormentas eléctricas, el dióxido se oxida a trióxido, lo que hace que el ácido sulfúrico residual en la lluvia sea aún más ácido. La infraestructura de hormigón para aguas residuales es atacada con mayor frecuencia por el ácido sulfúrico y los aniones sulfato que surgen de la oxidación del sulfuro presente en las aguas residuales. Los sulfuros se forman cuando las bacterias reductoras de sulfato presentes en las alcantarillas principales reducen los iones sulfato omnipresentes presentes en los desagües de agua en gas sulfuro de hidrógeno ( H2 S).HEl 2Ses volátil y se libera del agua en la atmósfera de aguas residuales. Se disuelve en una fina película de agua condensada en la pared de los conductos de alcantarillado donde también está acompañado por sulfuro de hidrógeno (HS- ).) y sulfuro ( S 2−) iones. Cuando H2 SyHS −Cuando los aniones se exponen al oxígeno atmosférico o al agua de lluvia oxigenada, se oxidan fácilmente y producen ácido sulfúrico (de hecho, iones de hidrógeno ácidos acompañados de iones sulfato y bisulfato ) según las respectivas reacciones de oxidación:

H₂S + 2 O₂ → 2 H⁺ + SO₂⁻ 4

o,

HS − + 2 O 2 → HSO − 4

La corrosión que suele estar presente en la parte superior de las alcantarillas de hormigón se atribuye directamente a este proceso, conocido como corrosión por pudrición de la parte superior . [ 8 ]

Forma taumasita de ataque por sulfato (TSA)

La taumasita es un mineral de silicato de calcio que contiene átomos de Si en una configuración octaédrica inusual , con la fórmula química Ca 3 Si (O H ) 6 ( C O 3 )( S O 4 )·12 H 2 O , que a veces también se escribe de forma más sencilla como CaSiO 3 ·CaCO 3 ·CaSO 4 ·15H 2 O.

La taumasita se forma bajo condiciones especiales en presencia de iones sulfato en concreto que contiene, o está expuesto a, una fuente de aniones carbonato como agregados de piedra caliza o relleno de piedra caliza finamente molida ( CaCO₃ ) . Los aniones bicarbonato ( HCO₃⁻ ) disueltos en el agua subterránea también pueden contribuir a la reacción. La reacción perjudicial se produce a expensas de los hidratos de silicato de calcio (CSH, donde los guiones indican su no estequiometría ) presentes en la pasta de cemento endurecida ( HCP ). La forma de ataque por sulfato de taumasita (TSA) es un tipo particular de ataque por sulfato muy destructivo . Los CSH son el "pegamento" en la pasta de cemento endurecida que rellena los intersticios entre los agregados del concreto . A medida que la reacción TSA consume los silicatos del "pegamento de cemento", puede provocar una decohesión perjudicial y un ablandamiento del concreto . La expansión y el agrietamiento se observan con menos frecuencia. A diferencia del ataque común por sulfatos , en el que los hidratos de hidróxido de calcio ( portlandita ) y aluminato de calcio reaccionan con los sulfatos para formar, respectivamente , yeso y etringita (una fase expansiva), en el caso del TSA se destruye el CSH que garantiza la cohesión del HCP y los agregados. Como consecuencia, incluso el hormigón que contiene cemento Portland resistente a los sulfatos con bajo contenido de C3A puede verse afectado. [ 9 ]

La TSA a veces se reconoce fácilmente en el terreno al examinar el hormigón alterado. El hormigón afectado por la TSA se vuelve pulverulento y se puede excavar con una pala o incluso raspar con los dedos. La decohesión del hormigón es muy característica de la TSA.

El TSA se identificó por primera vez en 1990 en Inglaterra , Reino Unido, en los pilotes de cimentación de los puentes de la autopista M5, ubicados en las margas del Kimmeridgiense . Estas margas son una mezcla de arcilla y caliza sedimentada en condiciones anóxicas y son ricas en pirita ( FeS₂ , un disulfuro de Fe²⁺ ). Una vez excavadas estas margas, la pirita quedó expuesta al oxígeno atmosférico o al agua de infiltración rica en oxígeno y se oxidó rápidamente . La oxidación de la pirita produce ácido sulfúrico . A su vez, el H₂SO₄ reacciona con la portlandita (presente en la pasta de cemento endurecida, HCP) y la calcita ( CaCO₃ (presente en los agregados de caliza o en la HCP carbonatada). La fuerte acidificación del medio causada por la oxidación de la pirita libera iones bicarbonato ( HCO₃⁻ ) o dióxido de carbono ( CO₂ ) junto con iones calcio ( Ca²⁺ ) y sulfato ( SO₄²⁻ ) .

La oxidación completa de la pirita se puede esquematizar de la siguiente manera:

2 FeS 2 + 7,5 O 2 + 4 H 2 O → Fe 2 O 3 + 4 H 2 SO 4

El ácido sulfúrico liberado por la oxidación de la pirita reacciona luego con la portlandita ( Ca(OH2 )) presente en la pasta de cemento endurecida para dar yeso:

H 2 SO 4 + Ca(OH) 2 → CaSO 4 · 2H 2 O

Cuando el hormigón también contiene agregados de piedra caliza o un relleno, H2 SO4 reacciona concalcita(CaCO3 ) y aguapara formar también yeso liberandoCO2:

H 2 SO 4 + CaCO 3 + H 2 O → CaSO 4 · 2H 2 O + CO 2

El yeso es relativamente soluble en agua (~ 1 – 2 g/L) , por lo que hay muchos iones de calcio y sulfato disponibles para el TSA.

Simultáneamente, el ácido carbónico ( H 2 O + CO 2 ⇌ H 2 CO 3 ) disuelve la calcita para formar bicarbonato de calcio soluble :

H 2 O + CO 2 + CaCO 3 → Ca(HCO 3 ) 2

Así, cuando todos los ingredientes químicos necesarios para reaccionar con el CSH de la pasta de cemento endurecida en el hormigón están presentes, puede producirse la reacción TSA. Cuando se excavan terrenos ricos en pirita, como muchas arcillas o margas, para obras de ingeniería civil, la fuerte acidificación producida por la oxidación de la pirita es la poderosa fuerza impulsora que desencadena la TSA porque libera y moviliza todos los iones necesarios para atacar el CSH y formar taumasita ( CaSiO₃ · CaCO₃ · CaSO₄ · 15H₂O ) .

La TSA se ve favorecida por bajas temperaturas, aunque puede presentarse a temperaturas más elevadas en zonas cálidas. Esto se debe a la solubilidad retrógrada de la mayoría de los componentes necesarios para la reacción de TSA. De hecho, la solubilidad del dióxido de carbono disuelto ( CO₂ ) , la portlandita ( Ca(OH) ₂ ), la calcita ( CaCO₃ ) y el yeso ( CaSO₄ · 2H₂O ) aumenta al disminuir la temperatura. Esto se debe a que las reacciones de disolución de estos minerales son exotérmicas y liberan calor. Una temperatura más baja facilita la liberación de calor y , por lo tanto , favorece la reacción exotérmica. Solo la solubilidad de la sílice (proveniente de CSH) aumenta con la temperatura, ya que la disolución de la sílice es un proceso endotérmico que requiere calor para llevarse a cabo.

Lixiviación de calcio

Ejemplo de eflorescencia secundaria en un estacionamiento expuesto a la sal de carretera diluida procedente de los vehículos que entran al estacionamiento durante el invierno.

Cuando el agua fluye a través de las grietas del hormigón, puede disolver diversos minerales presentes en la pasta de cemento endurecida o en los agregados , si la solución no está saturada con respecto a ellos. Los iones disueltos, como el calcio (Ca²⁺ ) , se lixivian y se transportan en solución a cierta distancia. Si las condiciones fisicoquímicas del agua de filtración evolucionan con la distancia a lo largo del recorrido del agua y esta se sobresatura con respecto a ciertos minerales, estos pueden precipitar, formando depósitos de caltemita (principalmente carbonato de calcio ) dentro de las grietas o en la superficie exterior del hormigón. Este proceso puede provocar la autorreparación de las fracturas en determinadas condiciones.

Fagerlund [ 10 ] (2000) determinó que “aproximadamente el 15% de la cal debe disolverse antes de que la resistencia se vea afectada. Esto corresponde a aproximadamente el 10% del peso del cemento, o casi todo el Ca(OH) ₂ formado inicialmente ”. Por lo tanto, una gran cantidad de hidróxido de calcio (Ca(OH) ₂ ) debe lixiviarse del hormigón antes de que la integridad estructural se vea afectada. Sin embargo, otro problema es que la lixiviación de Ca(OH) ₂ puede permitir que la corrosión del acero de refuerzo afecte la integridad estructural.

Estalactitas que crecen debajo de una estructura de hormigón como resultado de la lixiviación del hidróxido de calcio del hormigón y su posterior depósito como carbonato de calcio, creando formas de caltemita debajo de la estructura.
La calcita, una formación de calcita teñida de naranja por el óxido procedente de las barras de refuerzo de acero, se deposita junto con carbonato de calcio.

Descalcificación

Dentro del hormigón fraguado queda algo de hidróxido de calcio libre (Ca(OH) ₂ ), [ 2 ] que puede disociarse aún más para formar iones Ca²⁺ e hidróxido (OH⁻). [ 11 ] Cualquier agua que encuentre una vía de filtración a través de microfisuras y huecos de aire presentes en el hormigón, transportará fácilmente el (Ca(OH) ₂ ) y el Ca²⁺ ( dependiendo del pH de la solución y la reacción química en ese momento) a la parte inferior de la estructura donde la solución de lixiviación entra en contacto con la atmósfera. [ 12 ] El dióxido de carbono (CO₂ ) de la atmósfera se difunde fácilmente en el lixiviado y provoca una reacción química que precipita (deposita) carbonato de calcio (CaCO₃ ) en el exterior de la estructura de hormigón. Este depósito secundario derivado del hormigón, compuesto principalmente de CaCO₃, se conoce como " caltemita " [ 12 ] y puede imitar las formas de las " espeleotemas " de las cuevas , como estalactitas , estalagmitas , espeleotemas, etc. [ 13 ] Otros oligoelementos, como el hierro procedente de la oxidación de las barras de acero de refuerzo, pueden ser transportados y depositados por el lixiviado al mismo tiempo que el CaCO 3 . Esto puede teñir las caltemitas de naranja o rojo. [ 14 ] [ 15 ]

La química que implica la lixiviación de hidróxido de calcio del hormigón puede facilitar el crecimiento de caltemitas hasta ≈200 veces más rápido que las espeleotemas de cuevas debido a las diferentes reacciones químicas involucradas. [ 16 ] La presencia de caltemita es una señal visual de que el calcio se está lixiviando de la estructura de hormigón y que este se está degradando gradualmente. [ 12 ] [ 17 ]

En hormigón muy antiguo donde el hidróxido de calcio se ha lixiviado a través de la vía de filtración, la química puede volver a ser similar a la química de los espeleotemas en cuevas de piedra caliza. [ 12 ] [ 13 ] Aquí es donde la lluvia o el agua de filtración enriquecida con dióxido de carbono forma un ácido carbónico débil , que lixivia el carbonato de calcio (CaCO 3 ) del interior de la estructura de hormigón y lo transporta a la parte inferior de la estructura. [ 18 ] Cuando entra en contacto con la atmósfera, el dióxido de carbono se desgasifica y el carbonato de calcio se precipita para crear depósitos de caltemita, [ 12 ] que imitan las formas de los espeleotemas. [ 13 ] Esta química de desgasificación no es común en estructuras de hormigón, ya que el lixiviado a menudo puede encontrar nuevas vías a través del hormigón para acceder al hidróxido de calcio libre y esto vuelve a la química mencionada anteriormente donde el CO 2 es el reactivo. [ 12 ]

ataque de agua de mar

Hormigón gravemente degradado tras una larga exposición al agua de mar en la zona intermareal.

El hormigón expuesto al agua de mar es susceptible a sus efectos corrosivos . Estos efectos son más pronunciados por encima de la zona intermareal que donde el hormigón está permanentemente sumergido. En la zona sumergida, los iones de magnesio y bicarbonato precipitan una capa de brucita ( hidróxido de magnesio : Mg(OH) ₂ ), de unos 30 micrómetros de espesor, sobre la cual se produce una deposición más lenta de carbonato de calcio en forma de aragonita . Estas capas minerales protegen parcialmente el hormigón de otros procesos, como el ataque de iones de magnesio , cloruro y sulfato , y la carbonatación . Por encima de la superficie del agua, pueden producirse daños mecánicos por erosión causada por las propias olas o la arena y grava que transportan, y por la cristalización de sales del agua que penetra en los poros del hormigón y luego se seca. Los cementos puzolánicos y los cementos que utilizan más del 60 % en peso de escorias de alto horno como material cementante son más resistentes al agua de mar que el cemento Portland puro . El ataque del agua de mar presenta aspectos tanto del ataque de cloruro como del de sulfato.

Efectos de la actividad bacteriana

Las bacterias en sí mismas no tienen un efecto perceptible sobre el hormigón. Sin embargo, las bacterias reductoras de sulfato (BRS) presentes en las aguas residuales no tratadas tienden a producir sulfuro de hidrógeno (H₂S ) , que luego se oxida en ácido sulfúrico ( H₂SO₄ ) por el oxígeno atmosférico (reacción abiótica) y por las bacterias aerobias presentes en el biofilm (reacción biótica) sobre la superficie del hormigón por encima del nivel del agua. El ácido sulfúrico disuelve los carbonatos en la pasta de cemento endurecida (PCE), así como el hidróxido de calcio ( portlandita : Ca(OH) ₂ ) y el silicato de calcio hidratado (CaO·SiO₂ · nH₂O ) , y provoca una pérdida de resistencia , además de producir sulfatos que son perjudiciales para el hormigón. [ 19 ]

H2SO4 + Ca ( OH ) 2 → CaSO4 + 2H2O
H 2 SO 4 + CaO · SiO 2 · n H 2 O → CaSO 4 + H 2 SiO 3 + n H 2 O

En cada caso, se forma el producto de corrosión del yeso (CaSO₄ ) , blando, expansivo y soluble en agua . El yeso se disuelve fácilmente en las aguas residuales, lo que provoca la pérdida de agregados de hormigón y expone el material nuevo al ataque ácido.

Los suelos de hormigón que se encuentran sobre terrenos que contienen pirita ( disulfuro de hierro(II) ) también están en riesgo. Como medida preventiva, las aguas residuales pueden someterse a un pretratamiento para aumentar el pH, oxidar o precipitar los sulfuros y así minimizar la actividad de las bacterias reductoras de sulfuro.

Dado que las bacterias suelen preferir adherirse a las superficies de los sólidos en lugar de permanecer en suspensión en el agua (bacterias planctónicas), los biofilms formados por bacterias sésiles ( es decir , fijas) suelen ser el lugar donde presentan mayor actividad. Los biofilms compuestos por múltiples capas (como una cebolla) de bacterias muertas y vivas protegen a las vivas de las condiciones adversas que suelen prevalecer en el agua fuera del biofilm. Los biofilms que se desarrollan en la superficie ya expuesta de elementos metálicos recubiertos de hormigón también pueden contribuir a acelerar su corrosión (aireación diferencial y formación de zonas anódicas en la superficie del metal). Los sulfuros producidos por las bacterias reductoras de sulfato (BRS) también pueden inducir la fisuración por corrosión bajo tensión en el acero y otros metales.

Daños físicos

defectos de construcción

Pueden producirse daños durante los procesos de vertido y desencofrado. Por ejemplo, las esquinas de las vigas pueden dañarse al retirar el encofrado debido a que la compactación por vibración es menos eficaz (proceso que se mejora con el uso de vibradores de encofrado). Otros daños físicos pueden ser causados ​​por el uso de encofrados de acero sin placas base. El encofrado de acero comprime la superficie superior de la losa de hormigón debido al peso de la siguiente losa que se está construyendo.

Las losas de hormigón, los muros de bloques y las tuberías son susceptibles de agrietarse durante el asentamiento del terreno, los temblores sísmicos u otras fuentes de vibración, así como por la expansión y contracción debidas a cambios adversos de temperatura.

Diversos tipos de retracción del hormigón

Contracción química (autodesecación)

El proceso de hidratación del cemento consume moléculas de agua. La suma de los volúmenes de los productos de hidratación presentes en la pasta de cemento endurecida es menor que la suma de los volúmenes de las fases minerales reactivas presentes en el clínker de cemento . Por lo tanto, el volumen del hormigón fresco y muy joven se contrae debido a la reacción de hidratación: esto se conoce como "retracción química" o "autodesecación". No representa un problema siempre que el hormigón muy fresco se encuentre en estado líquido o suficientemente plástico y pueda acomodar fácilmente los cambios de volumen (contracción).

contracción del plástico

Más adelante, durante la fase de fraguado, cuando el hormigón fresco se vuelve más viscoso y comienza a endurecerse, la pérdida de agua por evaporación no deseada puede provocar una retracción plástica. Esto ocurre cuando el hormigón se coloca en condiciones de altas temperaturas, por ejemplo, en verano, y no está suficientemente protegido contra la evaporación. A menudo se desarrollan fisuras por encima de las barras de refuerzo porque la contracción del hormigón se ve restringida localmente a este nivel y el hormigón, aún en fraguado y con baja resistencia, no puede contraerse libremente.

Grietas debidas a un mal curado (pérdida de agua a edades tempranas).

El curado del hormigón, durante el cual continúa endureciéndose tras su fraguado inicial y desarrolla progresivamente su resistencia mecánica, es una fase crítica para evitar fisuras indeseadas. Dependiendo de la temperatura (verano o invierno) y, por lo tanto, de la cinética de hidratación del cemento que controla la velocidad de fraguado y endurecimiento del hormigón, el tiempo de curado puede ser de tan solo unos días (verano) o de hasta dos semanas (invierno). Es fundamental evitar la pérdida de agua por evaporación, ya que esta es necesaria para la hidratación lenta del cemento. La pérdida de agua en esta etapa agrava la retracción del hormigón y puede provocar la aparición de fisuras inaceptables. Estas fisuras se forman cuando el curado es demasiado corto o deficiente, y el hormigón joven aún no ha desarrollado la resistencia inicial suficiente para soportar la tensión causada por un secado prematuro e inadecuado. La aparición de fisuras se produce cuando el hormigón en sus primeras etapas no está suficientemente protegido contra la desecación y se evapora demasiada agua con el calor debido a condiciones meteorológicas desfavorables: por ejemplo, altas temperaturas, insolación solar directa, aire seco, baja humedad relativa y fuertes vientos durante el verano o en condiciones de calor intenso. El curado tiene como objetivo mantener la humedad en la superficie del hormigón. Esto se puede lograr dejando los encofrados en su lugar durante más tiempo o aplicando una fina película hidrofóbica de un producto oleoso (compuesto de curado) en la superficie del hormigón (por ejemplo, para grandes losas o cimentaciones) para minimizar la evaporación del agua.

Encogimiento por secado

Tras un fraguado y endurecimiento suficientes del hormigón, la pérdida progresiva de agua capilar también es responsable de la retracción por secado. Se trata de un proceso continuo y prolongado que se produce más adelante en la vida útil del hormigón, cuando, en condiciones secas, los poros más grandes del hormigón ya no están completamente saturados de agua.

grietas térmicas

Cuando el hormigón se somete a un aumento excesivo de temperatura durante su fraguado y endurecimiento, como en las estructuras de hormigón macizo donde el calor de hidratación del cemento no puede escapar fácilmente ( condiciones semiadiabáticas), los gradientes de temperatura y los cambios de volumen diferenciales pueden provocar la formación de fisuras térmicas. Para minimizarlas, se prefiere un cemento de fraguado lento (CEM III, con escorias de alto horno ) a un cemento de fraguado rápido (CEM I: cemento Portland ). Verter el hormigón en condiciones más frías (por ejemplo, durante la noche o en invierno), o utilizar agua fría y hielo mezclados con áridos refrigerados para preparar el hormigón, también puede contribuir a minimizar las fisuras térmicas.

Contracción restringida

Cuando una estructura de hormigón está fuertemente reforzada, la densa red de barras de refuerzo puede bloquear la contracción del recubrimiento de hormigón protector situado sobre la capa externa de barras, debido al proceso natural de retracción por secado. Como consecuencia, se forma una red de fisuras con el característico patrón de panal, típico también de las grietas resultantes de las reacciones químicas expansivas ( ASR , DEF , ESA ).

La formación de fisuras en el recubrimiento de hormigón sobre las barras de refuerzo constituye una vía preferencial para la entrada de agua y agentes agresivos como el CO₂ (que disminuye el pH alrededor de las barras) y los aniones cloruro ( que provocan corrosión por picaduras ) en el hormigón. Por lo tanto, la formación física de fisuras favorece la degradación química del hormigón y agrava la corrosión del acero. Los procesos de degradación física y química están íntimamente ligados, y la presencia de infiltraciones de agua también acelera la formación de productos expansivos derivados de reacciones químicas de hinchamiento perjudiciales (productos de corrosión del hierro, ASR, DEF, ISA, ESA).

Se han desarrollado diferentes enfoques y métodos para intentar estimar cuantitativamente la influencia de las fisuras en las estructuras de hormigón sobre la carbonatación y la penetración de cloruros. [ 20 ] Su objetivo es evitar subestimar la profundidad de penetración de estos agentes químicos dañinos y calcular un espesor suficiente para el recubrimiento de hormigón que proteja las barras de refuerzo contra la corrosión durante toda la vida útil de la estructura de hormigón.

Ciclos de congelación y descongelación

En condiciones invernales o en climas fríos, cuando la temperatura desciende por debajo de 0 °C , la cristalización del hielo en los poros del hormigón es un mecanismo físico ( cambio de estado ) responsable de la expansión volumétrica de una sustancia que ejerce una alta resistencia a la tracción dentro de la matriz del hormigón. Cuando se supera la resistencia a la tracción del hormigón, aparecen fisuras. La adición de un agente incorporador de aire durante la mezcla del hormigón fresco induce la formación de pequeñas burbujas de aire en la lechada . Esto crea numerosas microcavidades llenas de aire en el hormigón endurecido, que sirven como reserva de volumen para acomodar la expansión volumétrica del hielo y retrasan el momento en que se desarrollará la tensión de tracción. La incorporación de aire hace que el hormigón sea más manejable durante la colocación y aumenta su durabilidad una vez endurecido, especialmente en climas sujetos a ciclos de congelación y descongelación .

Daños mecánicos

La sobrecarga, los golpes y las vibraciones (puentes, carreteras sometidas a un intenso tráfico de camiones...) pueden inducir tensiones mecánicas y deformaciones en las estructuras de hormigón y ser responsables de la degradación mecánica del hormigón. Además de la retracción por secado a largo plazo del hormigón, las estructuras de ingeniería civil pretensadas y postensadas (puentes, cúpulas de contención primaria de centrales nucleares) también pueden sufrir una lenta fluencia y deformación del hormigón.

Daños térmicos

Debido a su baja conductividad térmica , se suele utilizar una capa de hormigón para la protección contra incendios de estructuras de acero. Sin embargo, el hormigón en sí mismo puede sufrir daños por el fuego, como demuestra el incendio del Túnel del Canal de la Mancha en 1996, donde los daños se extendieron a lo largo de varios cientos de metros del túnel. Por este motivo, las normas comunes de ensayo de resistencia al fuego, como la ASTM E119, [ 21 ] no permiten realizar ensayos de resistencia al fuego en productos cementicios a menos que la humedad relativa en su interior sea igual o inferior al 75 %. De lo contrario, el hormigón puede sufrir un desprendimiento significativo.

Hasta aproximadamente 300  °C, el hormigón experimenta una dilatación térmica normal . Por encima de esa temperatura, se produce una retracción debido a la pérdida de agua; sin embargo, el árido continúa expandiéndose, lo que provoca tensiones internas. Hasta aproximadamente 500  °C, los principales cambios estructurales son la carbonatación y el engrosamiento de los poros. A 573  °C, el cuarzo experimenta una rápida expansión debido a una transición de fase , y a 900  °C la calcita comienza a contraerse debido a la descomposición. Entre 450 y 550  °C, el hidrato de cemento se descompone, produciendo óxido de calcio. El carbonato de calcio se descompone a unos 600  °C. La rehidratación del óxido de calcio al enfriarse la estructura provoca una expansión que puede dañar el material que resistió el fuego sin desmoronarse. El hormigón en edificios que sufrieron un incendio y permanecieron en pie durante varios años muestra un alto grado de carbonatación debido al dióxido de carbono reabsorbido.

El hormigón expuesto a temperaturas de hasta 100  °C se considera normalmente en buen estado. Las partes de una estructura de hormigón expuestas a temperaturas superiores a aproximadamente 300  °C (dependiendo de la relación agua/cemento) probablemente adquirirán un color rosado. Por encima de aproximadamente 600  °C, el hormigón se tornará gris claro, y por encima de aproximadamente 1000  °C, se volverá amarillo-marrón. [ 22 ] Una regla general es considerar todo el hormigón de color rosado como dañado y que debe ser retirado.

El fuego expondrá el hormigón a gases y líquidos que pueden ser perjudiciales para el mismo, entre otras sales y ácidos que se producen cuando los gases generados por el fuego entran en contacto con el agua.

Si el hormigón se expone a temperaturas muy elevadas de forma muy rápida, puede producirse un desprendimiento explosivo. En un incendio muy intenso y de rápida propagación, el agua dentro del hormigón hervirá antes de evaporarse. El vapor dentro del hormigón ejerce una presión expansiva que puede iniciar y expulsar con fuerza un desprendimiento. [ 23 ]

Daños por radiación

La exposición de estructuras de hormigón a neutrones y radiación gamma en centrales nucleares y reactores de ensayo de materiales de alto flujo puede provocar daños por radiación en sus componentes estructurales de hormigón. Se forman fácilmente defectos paramagnéticos y centros ópticos , pero se requieren flujos muy elevados para desplazar un número suficientemente alto de átomos en la red cristalina de los minerales presentes en el hormigón antes de que se observen daños mecánicos significativos.

Sin embargo, se sabe que la irradiación con neutrones a una fluencia neutrónica muy alta (número de neutrones por unidad de área de sección transversal: neutrón/cm² ) amorfiza una fracción del cuarzo presente en algunos agregados de hormigón. Este proceso de amorfización también se denomina metamictización . El cuarzo metamíctico, con su estructura reticular desordenada, es propenso a la reacción álcali-sílice y, por lo tanto, puede ser responsable de una expansión química perjudicial en el hormigón de las estructuras de contención nuclear.

Reparaciones y refuerzo

Puede ser necesario reparar una estructura de hormigón tras sufrir daños (por ejemplo, debido a la antigüedad, ataques químicos, incendios, [ 24 ] impactos, movimientos o corrosión de las armaduras). El refuerzo puede ser necesario si la estructura se debilita (por ejemplo, debido a errores de diseño o construcción, cargas excesivas o un cambio de uso).

Técnicas de reparación

El primer paso siempre debe ser una investigación para determinar la causa del deterioro. Los principios generales de reparación incluyen detener y prevenir una mayor degradación; tratar el refuerzo de acero expuesto; y rellenar fisuras o agujeros causados ​​por grietas o que queden tras la pérdida de hormigón descascarillado o dañado.

Existen diversas técnicas para la reparación, protección y rehabilitación de estructuras de hormigón, [ 25 ] y se han definido sistemáticamente las especificaciones para los principios de reparación. [ 26 ] La selección del enfoque apropiado dependerá de la causa del daño inicial (por ejemplo, impacto, carga excesiva, movimiento, corrosión del refuerzo, ataque químico o incendio) y de si la reparación debe ser totalmente portante o simplemente estética.

El cosido de hormigón emplea grapas o suturas metálicas para restaurar la integridad estructural de las superficies de hormigón agrietadas. Este método aplica torsión a través de la grieta, transfiriendo eficazmente la carga y la tensión para estabilizar y reforzar la zona afectada. Reconocido por su sencillez y mínima alteración, el cosido de hormigón se utiliza ampliamente en infraestructuras esenciales como puentes y edificios, prolongando significativamente la vida útil de las estructuras de hormigón al prevenir la propagación de grietas.

Los principios de reparación que no mejoran la resistencia o el rendimiento del hormigón más allá de su estado original (sin daños) incluyen la sustitución y restauración del hormigón después del desconchamiento y la delaminación; el refuerzo para restaurar la capacidad de carga estructural; y el aumento de la resistencia a los ataques físicos o mecánicos.

Los principios de reparación para detener y prevenir una mayor degradación incluyen el control de las áreas anódicas; la protección catódica , el control catódico; el aumento de la resistividad; la preservación o restauración de la pasividad; el aumento de la resistencia al ataque químico; la protección contra la entrada de agentes adversos; y el control de la humedad.

Las técnicas para rellenar los huecos que quedan tras la retirada de hormigón desconchado o dañado incluyen reparaciones con mortero, reparaciones con hormigón fluido y reparaciones con hormigón proyectado. El relleno de grietas, fisuras o huecos en el hormigón con fines estructurales (restauración de la resistencia y la capacidad portante) o por razones no estructurales (reparaciones flexibles en las que se prevé un mayor movimiento, o bien para resistir la permeación de agua y gases) suele implicar la inyección de resinas o lechadas de baja viscosidad a base de resinas epoxi, de poliuretano o acrílicas, o lechadas de cemento micronizado. [ 27 ]

Una propuesta novedosa para la reparación de grietas consiste en utilizar bacterias. BacillaFilla es una bacteria modificada genéticamente diseñada para reparar el hormigón dañado, rellenando las grietas y restaurándolas.

Técnicas de fortalecimiento

Existen diversas técnicas para reforzar estructuras de hormigón, con el fin de aumentar su capacidad de carga o mejorar su comportamiento en servicio. Estas incluyen aumentar la sección transversal del hormigón y añadir materiales como placas de acero o compuestos de fibra [ 28 ] [ 29 ] para mejorar la resistencia a la tracción o aumentar el confinamiento del hormigón y, por consiguiente, su resistencia a la compresión.

En Suiza, el hormigón armado en la infraestructura vial a menudo se protege con un hormigón de alto rendimiento llamado CFUP (también conocido como BFUP). [ 30 ]

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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