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DETERMINACIÓN DEL RECUBRIMIENTO MÍNIMO DE LAS ARMADURA EN EL HORMIGÓN ESTRUCTURAL.

CONFORME CON LA INSTRUCCIÓN DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL EHE-08, EN FUNCIÓN DEL TIPO DE CEMENTO UTILIZADO Y LAS CLASES DE EXPOSICIÓN

QUE INDUCEN PROCESOS DE CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS (clases IIa, IIb, IIIa, IIIb, IIIc y IV ≈  Qa)

Juan Carlos López Agüí

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Manuel Burón Maestro

Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Luis Fernández Luco

Dr. Ingeniero Civil Sergio Carrascón Ortiz

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones (IECA)

RESUMEN Se proponen tablas para obtener, directamente, el recubrimiento mínimo de las armaduras en el hormigón estructural, para las clases de exposición que inducen procesos de corrosión de dichas armaduras. Las tablas propuestas son aquellas que estén incluidas en la Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, ampliadas con el resultado de aplicar el contenido del Anejo nº 9, de dicha Instrucción, a hormigones fabricados con diferentes tipos de cemento, cuando la propia Instrucción ofrece suficiente información para ello. En algunos casos, el empleo de las tablas propuestas exige conocer la relación entre el coeficiente de difusión de cloruros del hormigón a utilizar y el mismo coeficiente correspondiente al hormigón descrito en la tabla análoga incluida en la Instrucción EHE-08. También se aplica el contenido del mencionado Anejo nº 9 al caso en el que la clase general de exposición es IIIa (marítima y aérea) y la distancia desde la estructura a la costa es superior a 500 m, concluyendo que, en el caso de hormigón armado, el recubrimiento mínimo de las armadura no está dimensionado por la consideración de dicha clase de exposición IIa y IIb (normal humedad alta y normal humedad media, respectivamente), quedando del lado de la seguridad la consideración de la clase IIb. Por último, se analiza la influencia del valor de los diferentes parámetros a considerar en el cálculo del recubrimiento mínimo según el modelo de penetración de cloruros incluido en el citado Anejo nº 9 y se hacen algunas consideraciones relativas al periodo de propagación de la corrosión.

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1. Introducción La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, avanzando en los aspectos relativos a la durabilidad, incluye dos métodos para la determinación del recubrimiento mínimo cuando el hormigón estructural está sometido a la acción de las clases generales de exposición que inducen, en las armaduras, procesos de corrosión. Los procesos que se consideran son: - la corrosión por carbonatación (clases IIa y IIb): - procesos de corrosión que tienen su origen en la actuación de cloruros

propios del ambiente marino (clases IIIa, IIIb y IIIc); - procesos de corrosión como consecuencia de la acción de cloruros de

origen diferente al medio ambiente marino (clase IV, a la que se asemeja, a efectos del recubrimiento mínimo, la clase específica de exposición Qa correspondiente a una agresión química débil).

Uno de dichos métodos es, como ha sido habitual en anteriores Instrucciones, directo y de carácter prescriptivo. Se concreta en la determinación del recubrimiento mínimo empleando las tablas: - 37.2.4.1.a “Recubrimientos mínimos (mm) para las clases de exposición I y

II”; - 37.2.4.1.b “Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de

exposición III y IV”; - la fila correspondiente a la clase de exposición Qa de la tabla 37.2.4.1.c

“Recubrimientos mínimos para las clases específicas de exposición”. Todas ellas incluidas en el apartado 37.2.4.1 “Especificaciones respecto a recubrimientos de armaduras pasivas o activas pretesas” del capítulo 7 “Durabilidad” de la Instrucción EHE-08. El otro método, que supone una novedad y un avance en el tratamiento de la durabilidad, es de carácter prestacional, ya que el recubrimiento mínimo a disponer es el resultado de un cálculo realizado de acuerdo con los criterios recogidos en el Anejo 9 “Consideraciones adicionales sobre durabilidad” de la propia Instrucción EHE-08. Dicho resultado, depende de determinadas características del hormigón empleado, tales como: - relación agua/cemento; - tipo de cemento utilizado; - resistencia a compresión del propio hormigón; - porcentaje de aire ocluido en el mismo; - contenido de cloruros aportado por las materias primas (áridos, cemento,

agua, etc.) en el momento de la fabricación del hormigón; - cantidad de cemento por m3 de hormigón fabricado. Es decir, el resultado del cálculo esta relacionado con determinadas características o prestaciones del hormigón.

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Como es lógico ambos métodos están relacionados. El objetivo de este trabajo es el establecimiento de estas relaciones, así como el establecimiento de relaciones que vinculan a diferentes tipos de hormigón entre sí y con los criterios de durabilidad: Esto permite optimizar el dimensionado del recubrimiento mínimo y ampliar al campo de aplicación del método directo, con lo que ello supone de rapidez en el dimensionado y eficacia en el empleo de la información disponible. Más allá de la información disponible, está la información obtenida mediante ensayos que, en algunos casos, será necesario desarrollar para realizar el cálculo conforme al Anejo 9 citado. En todo caso, la aplicación del Anejo 9 permite la optimización del recubrimiento mínimo a disponer. 2. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.a) para su aplicación a

las clases generales de exposición IIa y IIb Considerando que los parámetros “a” y “b”, cuyo valor se incluye en la tabla A.9.3 del Anejo 9, tienen idéntico valor para el cemento tipo CEM I que para los cementos tipo CEM II/A, CEM II /B-S, CEM II/B-L, CEM II/B-LL, CEM II/B-M Y CEM/V, la tabla 37.2.4.1.a se puede ampliar como sigue: Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de exposición IIa

y IIb

Clase de exposición Tipo de cemento

Resistencia característica del hormigón (N/mm2)

Vida útil de proyecto (tg)

(años) 50 100

IIa

CEM I, CEM II/A, CEM II/B-S, B-L, B-LL, B-M, CEM /V

25 ≤   fck < 40 15 25 fck ≥  40 10 20

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

25 ≤  fck < 40 20 30 fck ≥  40 15 25

IIb

CEM I, CEM II/A, CEM II/B-S, B-L, B-LL, B-M, CEM /V

25 ≤  fck < 40 20 30 fck ≥  40 15 25

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

25 ≤  fck < 40 25 35 fck ≥  40 20 30

Como información adicional, la calibración del método de cálculo, incluido en el apartado 1.2.2.1 “Modelo de carbonatación” del Anejo 9 de la Instrucción EHE-08, indica que, si se considera el coeficiente de aireantes, cair = 1 correspondiente a un porcentaje de aire ocluido < 4’5 %, el valor de los coeficientes de ambiente es, aproximadamente

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Para la clase IIa (humedad alta) Cenv = 0’5 Para la clase IIb (humedad media) Cenv = 0’65 3. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.b) para su aplicación a

las clases IIIa, IIIb, IIIc y IV Esta tabla distingue dos situaciones diferentes. Una corresponde al hormigón armado, la otra corresponde al hormigón pretensado. Esta diferenciación debe entenderse, a la luz del propio título del apartado de la Instrucción EHE-08 que la contiene, como: especificaciones respecto a recubrimientos de armaduras pasivas (simplificamente: “Hormigón Armado”) y especificaciones respecto a recubrimientos de armaduras activas (simplificadamente: “Hormigón Pretensado”). La razón de esta diferenciación es prevenir el riesgo de corrosión bajo tensión que se pueda presentar en las armaduras activas. Para ello se exigen mayores recubrimientos mínimos de las mismas. El resto de las comparaciones, en términos de durabilidad, entre el hormigón armado y el hormigón pretensado favorecen al hormigón pretensado que brinda a las armaduras una protección superior, en la medida en que la sección de hormigón se aleja, por efecto de la precompresión, de las tensiones de tracción que producen la fisuración. En consecuencia cuando en la tabla 37.2.4.1.b leemos “Hormigón Armado” debemos entender Armaduras Pasivas y cuando leemos “Hormigón Pretensado” debemos entender “Armaduras Activas”, de tal modo que en un elemento pretensado existen dos requisitos diferentes para el recubrimiento mínimo. Uno será el recubrimiento mínimo para las armaduras activas que deberá cumplir la exigencia reflejada en la tabla 37.2.4.1.b para el caso correspondiente a hormigón pretensado y el otro será el recubrimiento mínimo para las armaduras pasivas que deberá cumplir la exigencia reflejada en la misma tabla para el caso correspondiente a hormigón armado. En dicha tabla y para el hormigón armado, es decir para las armaduras pasivas, se exige el mismo recubrimiento mínimo para todos los casos en los que se haya empleado cemento de los siguientes tipos: CEMT III/A, CEM III/B, CEM IV, CEM II/B-S, B-P, B-V, CEM II/A-D u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%. De esta relación de tipos de cementos u hormigones se deducen, en función del conjunto de especificaciones incluidas en el texto de la propia Instrucción EHE-08, las siguientes consideraciones:

a) el hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%, se fabrica empleando, obligatoriamente, cemento tipo CEM I

b) la definición del porcentaje de adición directa al hormigón, según la EHE-08, comparado con el porcentaje de adición de un cemento, según

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la EHE-08 y, por referencia, la Instrucción para la Recepción de Cementos RC-08, concluye que una adición del 20% al hormigón es equivalente , en cuanto a la cantidad de adición, a un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM II/a con la adición activa (V = cenizas volantes, S = escorias y P = puzolanas que satisfagan el ensayos normalizado del índice de actividad resistente) que corresponda en un porcentaje del 16%

c) los hormigones armados para las clases generales de exposición IIIa, IIIb y IV y Qa, deben fabricarse con una relación máxima agua/cemento (a/c) = 0’50. Los hormigones armados para la clase general de exposición IIIc, deben fabricarse con una relación máxima (a/c) = 0’45

d) el coeficiente de difusión de cloruros D (to) de un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM II/A-V es, según la tabla A.9.4 del Anejo 9 de la Instrucción EHE-08,

D (to) = 9’0 (10-12 m2/s) si a/c = 0’50 D (to) = 6’9 (10-12 m2/s) si a/c = 0’45

De la misma tabla se obtiene, para un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM I, D (to) = 8’9 (10-12 m2/s) si a/c = 0’40

e) aplicando el modelo de penetración de cloruros incluido en el Anejo 9

(punto 1.2.2.2) de la Instrucción EHE-08, se obtiene que, a igualdad de las demás condiciones, la relación entre el recubrimiento mínimo exigible a dos hormigones con diferente valor del coeficiente de difusión de cloruros D (to) es la siguiente:

2/1

)()(

ao

boab tD

tDdd

donde: db = valor del recubrimiento mínimo utilizando el hormigón “b” cuyo

coeficiente de difusión de cloruros tiene el valor “D (to)b” da= valor del recubrimiento mínimo utilizando el hormigón “a” cuyo

coeficiente de difusión de cloruros tiene el valor “D (to)a” Por tanto, si el hormigón “a” corresponde a un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM II/A-V con relación a/c = 0’5, el valor

D (to)a = 9’0 (10-12 m2/s) Y, si el hormigón “b” corresponde a un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM I con relación a/c = 0’40, el valor

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D (to)b = 8’9 (10-12 m2/s)

En consecuencia,

db = da (8’9/9’0)1/2 ≈  da Es decir, en hormigones armados para las clases generales de exposición IIIa, IIIb y IV el recubrimiento mínimo a disponer es el mismo cuando se emplea un cemento tipo CEM I y la relación a/c =0’40, que cuando se emplea un cemento tipo CEM II/A-V y se cumplen las condiciones de dosificación exigidas por la Instrucción EHE-08. Siendo el recubrimiento mínimo, para ambos casos, el mismo y el indicado en la misma fila de la tabla 37.2.4.1.b (la primera fila para una vida útil de proyecto tg = 50 años y la segunda fila para tg = 100 años). En relación a la clase Qa correspondiente a la clase específica de exposición química con agresividad débil que induce procesos de deterioro distintos de la corrosión, el parámetro que gobierna el proceso de deterioro puede no ser el coeficiente de difusión de cloruros, pero es evidente la analogía que la Instrucción EHE-08 plantea, en cuanto a cementos u hormigones con el recubrimiento mínimo indicado de modo directo en la tabla 37.2.4.1.c y en la tabla 37.2.4.1.b, entre la clase Qa y la clase general de exposición IV. Por tanto, cuando se emplea un cemento CEM II/A-V, CEM II/A-S, CEM II/A-P (todos ellos con porcentaje de adición superior al 16% y, en el caso de las puzolanas, satisfaciendo éstas el ensayo normalizado de índice de actividad resistente) y cuando se emplea un cemento tipo CEM I con relación a/c = 0’40, el recubrimiento mínimo a disponer es el indicado en la tabla 37.2.4.1.c, es decir 40 mm para una vida útil de proyecto tg = 50 años y 55 mm para tg = 100 años.

f) Con idéntico razonamiento al expuesto en el punto anterior [e)] se llega a que:

Si el hormigón “a” corresponde a un hormigón fabricado empleando un cemento tipo CEM II/A-V con relación a/c = 0’45, el valor

D (to)a = 6’9 (10-12 m2/s) y, si el hormigón “b” es el mismo descrito como tal en el apartado anterior [e)], el valor

D (to)a = 8’9 (10-12 m2/s) en consecuencia

db = da (8’9/6’9)1/2 = 1’136 da

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Es decir, en hormigón armado para la clase general de exposición IIIc el recubrimiento mínimo a disponer cuando se emplea un cemento tipo CEM I y la relación a/c = 0’40 es 1’136 veces el correspondiente a cuando se emplea un cemento tipo CEM II/A-V y se cumplen las condiciones de dosificación exigidas por la Instrucción EHE-08. Siendo el recubrimiento mínimo a disponer, cuando en el hormigón armado se ha empleado cemento tipo CEM I y relación a/c = 0’4, el indicado en las primeras filas de la tabla 37.2.4.1.b multiplicado por el coeficiente 1’136 (la primera fila para una vida útil de proyecto tg = 50 años y la segunda fila para tg = 100 años).

g) Para la determinación del recubrimiento mínimo, mediante el método directo de aplicación de la tabla 37.2.4.1.b, en el caso de hormigón pretensado sometido a las clases generales de exposición IIIa, IIIb, IIIc, IV y en cuanto a la armadura activa se refiere, si se emplea un cemento tipo CEM I, o cualquier otro diferente del tipo CEM II/A-D u hormigón con adición de humo de sílice superior al 6%, y se pretende optimizar los datos que la mencionada tabla ofrece bajo el epígrafe “Resto de cementos utilizables”, el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 facilita el empleo de un razonamiento similar al expuesto en el punto [e)] siempre que, para ello, se disponga del valor, obtenido mediante ensayos, del coeficiente de difusión D(to) del hormigón correspondiente así como del hormigón “patrón”. Entendiendo, en este caso, como hormigón “patrón” aquel fabricado con adición de humo de sílice del 6’1% (superior al 6%), empleando un cemento tipo CEM I y una relación a/c = 0’45. Además, para la clase IIIa la cantidad mínima de cemento tipo CEM I es de 300 kg/m3 de hormigón; 325 kg/m3 de hormigón para las clases IIIb y IV y 350 kg/m3 de hormigón para la clase IIIc.

Por ejemplo, si se comprobara mediante ensayos que la relación entre el valor del coeficiente de difusión D (to)b, correspondiente a un hormigón fabricado empleando cemento tipo CEM II/A-V con una relación a/c = 0’35, y el valor del coeficiente de difusión D (to)a, correspondiente al hormigón “patrón” anteriormente descrito, es de:

D (to)b = 2’63 D (to)a Los recubrimientos mínimos (mm) a disponer se podrán obtener directamente multiplicando los correspondientes de la tabla 37.2.4.1.b por el coeficiente 1’622. Así mismo, si la comprobación mediante ensayos se realizará entre un hormigón (“b”) fabricado empleando cemento tipo CEM I con una relación a/c = 0’35 y el hormigón patrón descrito (“a”), y el resultado de dicha comparación fuera:

D (to)b = 4’21 D (to)a

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Los recubrimientos mínimos (mm) a disponer se podrán obtener directamente multiplicando los correspondientes de la tabla 37.2.4.1.b por el coeficiente 2’052. Teniendo en cuenta todas las consideraciones expuestas, la tabla 37.2.4.1.b puede ampliarse como sigue:

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Recubrimientos mínimos (mm) para las clases generales de exposición III y IV

Hormigón Cemento

Vida útil de

proyecto “tg”

(años)

IIIa IIIb IIIc IV

Armado – Armaduras Pasivas

CEM III/A, CEM III/B, CEM IV, CEM II/B-S, B-P, B-V, CEM II/A-D, A-V (con más del 16% de adición), A.-S (con más del 16% de adición), A-P (con más del 16% de adición y con puzolanas que cumplan el ensayo normalizado del índice de actividad resistente) u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%

50 25 30 35 35

100 30 35 40 40

CEM I con relación a/c = 0’4 50 25 30 40 35 100 30 35 45 40

Resto de cementos utilizables 50 45 40 * * 100 65 60 * *

Pretensado-armaduras activas

CEM II/A-D u hormigón con adición de humo de sílice superior al 6%

50 30 35 40 40

100 35 40 45 45

CEM II/A-V, CEM II/A-P (ambos con relación a/c = 0’35) y siempre que el valor del coeficiente de difusión de cloruros D (to) del hormigón no resulte mayor que 2’63 veces el valor del mismo coeficiente D (to) obtenido en hormigón con adición de humo de sílice igual al 6’1%

50 50 45 65 65

100 60 55 75 75

CEM I (con relación a/c = 0’35) y siempre que el valor del coeficiente de difusión de cloruros D (to) del hormigón no resulte mayor que 4’21 veces el valor del mismo coeficiente D (to) obtenido en hormigón con adición de humo de sílice igual al 6’1%

50 60 45 80 80

100 70 65 90 90

Resto de cementos utilizables según el artículo 26

50 65 45 * * 100 90 65 * *

Nota: el símbolo * indica que el recubrimiento debe ser calculado utilizando el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 y obteniendo, mediante ensayos, el coeficiente de difusión de cloruros D (to) del hormigón correspondiente. En relación con la tabla anterior conviene observar que se mantiene el criterio de la Instrucción EHE-08, limitando el recubrimiento mínimo requerido para la

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clase general de exposición IIIb a 45 mm para 50 años de vida útil de proyecto, debido a que en este tipo de exposición (situación permanentemente sumergida) el deterioro por la corrosión inducida por los cloruros es muy lenta. Análogamente, se propone un límite del recubrimiento mínimo requerido, para 100 años de vida útil de proyecto, de 65 mm. Hay que tener en cuenta que las estructuras pretensadas mediante armaduras activas postesadas dispuestas en el interior de las vainas de sección circular, deben dimensionarse con un recubrimiento igual o mayor al diámetro de dichas vainas. El diámetro de la vaina depende del número de torones que discurren por ella y del diámetro de los mismos. Vainas de diámetro superior a 62 mm son de uso muy frecuente y vainas de diámetro de 110 mm se emplean habitualmente. En consecuencia, en estas estructuras, el requisito de recubrimiento mínimo, por razones de durabilidad, no resulta crítico en el proceso de dimensionado de las secciones de los elementos de hormigón estructural. En elementos pretensados con armadura activa pretensada el requisito de recubrimiento mínimo, por razones de durabilidad, resulta crítico en la disposición geométrica de los torones más próximos a las caras de la sección del elemento, pero el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 y el diseño y control del hormigón tipo a emplear en la fabricación de los mismos, permite ajustar el valor del recubrimiento mínimo a espesores del orden de los tradicionalmente dispuestos en ambiente marino (50 mm), empleando los criterios de cálculo incluidos en el citado Anejo 9 y conociendo, mediante ensayos, el coeficiente de difusión de cloruros “D (to)” de hormigón empleado. 4. Ampliación del método directo (tabla 37.2.4.1.c) para su aplicación a la

clase de exposición Qa Por las razones indicadas en el punto anterior, especialmente en el apartado [g)], la tabla 37.2.4.1.c, en lo que se refiere a la clase de exposición Qa, puede ampliarse como sigue: Recubrimientos mínimos (mm) para la clase específica de exposición Qa

Clase de

exposición Tipo de cemento Resistencia

característica del hormigón (N/mm2)

Vida útil de proyecto “tg” (años)

50 100 Qa CEM III, CEM IV, CEM

II/B-S, B-P, B-V, CEM II/A-D, A-V (con más del 16% de adición), A-S (con más del 16% de adición), A-P (con más del 16% de adición y con puzolanas que cumplan el ensayo normalizado del índice de actividad resistente), CEM I con relación a/c = 0’40 u

- 40 55

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

Resto de cementos utilizables - * *

Nota: el símbolo * indica que el recubrimiento puede resultar excesivo, debiendo ser calculado con mayor precisión. 5. Aplicación del cálculo del recubrimiento mínimo, según el Anejo 9,

para la clase general de exposición IIIa, cuando la distancia desde la estructura a la costa es superior a 500 m

Para realizar este cálculo los datos de partida, de acuerdo con la formulación del Anejo 9 en su punto 1.2.2.2 “Modelo de penetración de cloruros”, son:

Cs = concentración de cloruros en la superficie del hormigón = 0’07% del peso del hormigón = 0’53% del peso del cemento

Cth (hormigón armado) = concentración crítica de cloruros, expresada

en % en peso del cemento = 0’6 del peso del cemento

Cth (hormigón pretensado) = 0’3 del peso del cemento (límite

máximo admisible)

Cb (máximo en hormigón armado) = contenido de cloruros aportado por las materias primas (áridos, cemento, agua, etc.) en el momento de la fabricación del hormigón, expresado en % en peso del cemento = 0’4% del peso del cemento (límite máximo admisible)

Cb (máximo en hormigón pretensado) = 0’2% del peso del cemento

(límite máximo admisible)

Con estos datos se obtiene, en el caso de hormigón armado, que:

Cth = 0’6% del peso del cemento Cs = 0’53% del peso del cemento

Es decir, Cth > Cs. Lo que quiere decir que, para cualquier valor de Cb, se cumple:

Cth – Cb > Cs - Cb

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Es decir, la concentración de cloruros que podría pasar al interior del hormigón sin superar la concentración crítica (Cth – Cb) es superior a la concentración existente de cloruros que pueden ingresar, desde la superficie, al interior de la sesión (Cs – Cb). Lo que indica que la difusión de cloruros no es el criterio que dimensione el espesor del recubrimiento mínimo. En estos casos el dimensionado del recubrimiento mínimo se realiza aplicando la tabla 27.2.4.1.a relativa a las clases generales de exposición IIa y IIb. Se propone, quedando del lado de la seguridad, emplear la tabla correspondiente a la clase IIb. En el caso del hormigón pretensado:

Cth = 0’3% del peso del cemento Cs =0’53% del peso del cemento

La fórmula que calcula el coeficiente de penetración de cloruros “Kcl”, en el Anejo 9, incluye el término

2/1

1bs

bth

CCCC

respecto del cual el valor “Kcl” es directamente proporcional. Por otra parte, la profundidad “d” (recubrimiento) en la que se alcanza una concentración de cloruros, en el interior del hormigón, crítica “Cth”, viene dada por la expresión:

d = Kcl t donde: t = tiempo necesario para que se produzca dicha concentración crítica de

cloruros a una profundidad “d” medida desde la superficie de la sección considerada

Es decir, el recubrimiento mínimo requerido es, también, directamente proporcional al valor “Kcl”. Por tanto, si el valor:

bs

bth

CCCC

Crece: el recubrimiento mínimo requerido disminuye y, al contrario, si disminuye: el recubrimiento requerido aumenta. En consecuencia, el recubrimiento mínimo requerido de valor más elevado, en un determinado caso, se obtendrá cuando el valor de:

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bs

bth

CCCC

sea el menor posible, para dicho caso concreto. Como en el caso que tratamos

Cth = 0’3% del peso del cemento < Cs = 0’53% del peso del cemento el mayor valor de Cb es el que hace menor el cociente

bs

bth

CCCC

Por tanto, el recubrimiento mínimo de valor máximo corresponde, en este caso, el valor

Cb = 0’2% del peso del cemento y el resultado final es, para el hormigón pretensado:

ttDd .45'0.12 2/1

donde: d = valor del recubrimiento mínimo (mm)

2/112 tD = tiene el significado que figura en el Anejo 9 = coeficiente de conversión de unidades D (t) = coeficiente de difusión efectivo de cloruros para la edad t (años), expresado en cm2/s Si el mismo cálculo se realiza considerando una distancia a la costa no superior a 500 m, el valor a considerar de Cs es:

Cs = 0’14% del peso del hormigón = 1’06% del peso del cemento y con el resto de valores iguales, es decir:

Cth = 0’3% del peso del cemento Cb = 0’2% del peso del cemento

El resultado final es, para el hormigón pretensado:

ttDd .66'0.12 2/1 Por tanto,

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da más de 500 m de la costa = ttD .45'0.12 2/1 da más de 500 m de la costa = ttD .66'0.12 2/1 En definitiva el recubrimiento mínimo, para hormigón pretensado-armaduras activas, a más de 500 m de distancia de la costa es el 68% de aquel que corresponde a situaciones en las que la distancia desde la estructura a la costa no es superior a 500 m. Esta consideración da lugar a ampliar la tabla 37.2.4.1.b, en lo que se refiere a la clase IIIa del modo siguiente:

Recubrimientos mínimos (mm) para la clase de exposición IIIa

Hormigón Tipo de cemento

Resistencia característica del hormigón

(N/mm2)

Vida útil de proyecto

“tg” (años)

IIIa

A más de 500 m de la costa

A no más de 500 m

de la costa

Armado – Armaduras

pasivas

CEM I, CEM II/A, CEM II/B-S, B-L, B-LL, B-M, CEM V

25 ≤  fck < 40 50 20 -

100 30 -

fck ≥  40 50 15 - 100 25 -

Otros tipos de cemento o en el caso

de adiciones al hormigón

25 ≤  fck < 40 50 25 -

100 35 -

fck ≥  40 50 20 - 100 30 -

CEM III/A, CEM III/B, CEM IV, CEMII/B-S, B-P, B-V, CEM II/A-D, A-V (con más del 16% de adición), A-S (con más del 16% de adición), A-P (con más del 16% de adición) y con puzolanas que cumplan el ensayo normalizado del índice de actividad resistente), CEM I con relación a/c = 0’4, u hormigón con adición de microsílice superior al 6% o de cenizas volantes superior al 20%

-

50 - 25

100 - 30

Resto de cementos utilizables 50 45

100 65

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Pretensado-armaduras activas

CEM II/A-D u hormigón con adición de humo de sílice al 6%

- 50 20 30

100 25 35 CEM II/A-V, CEM II/A-P (ambos con relación a/c = 0’35) y siempre que el valor del coeficiente de difusión de cloruros D(to) del hormigón no resulte mayor que 2’63 veces el valor del mismo coeficiente D (to) obtenido en hormigón con adición de humo de sílice igual al 6’1%

-

50 35 50

100 40 60

CEM I (con relación a/c = 0’35) y siempre que el valor del coeficiente de difusión de cloruros D (to) del hormigón no resulte mayor que 4’21 veces el valor del mismo coeficiente D (to) obtenido en hormigón con adición de humo de sílice igual al 6’1%

-

50 40 60

100 50 70

Resto de cementos utilizables según el artículo 26

50 45 65

100 60 90 6. Influencia del valor de los diferentes parámetros a considerar en el

cálculo del recubrimiento mínimo según el “Modelo de penetración de cloruros” incluido en el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08

La fórmula empleada por el modelo de penetración de cloruros incluido en el Anejo 9 en :

tCCCCtDdbs

bth .1.122/1

2/1

donde lo que representa cada uno de los parámetros es ya conocido por el contenido de los apartados anteriores. El valor de como factor de conversión de unidades es constante. El valor Cth es un requisito especificado. Ambos parámetros quedan fuera de las opciones de diseño y, por tanto, de este análisis.

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La influencia que nos interesa conocer es independiente del tiempo (t), por lo que analizaremos la influencia de “D(t)”, “Cs” y “Cb” en el valor de “d”, a igualdad de tiempo. Para ello observaremos como influye el valor de cada uno de los parámetros citados, cuando los demás se mantienen constantes. De acuerdo con el punto 1.2.2.2 del Anejo 9:

n

oo t

ttDtD

Donde: D(t) es el coeficiente de difusión efectivo de cloruros a la edad t D(to) es el coeficiente de difusión de cloruros a la edad to n es el factor de edad que al actuar como potencia de (to/t) refleja que la

difusión de cloruros es un proceso amortiguado en el tiempo to es la edad (del hormigón) cuando se realiza el ensayo de determinación

del coeficiente de difusión de cloruros (generalmente 28 días = 0’0767 años)

t es la edad a la que se calcula, que coincidirá con la vida útil de proyecto

(tg) mayorada por 1’10 (generalmente 55 ó 110 años) Por tanto la formula general puede escribirse:

tCCCC

tt

tDdbs

bthn

oo .1.12

2/12/1

a) Influencia del valor del coeficiente de difusión de cloruros “D (to)” Para valores menores de D (to): valores menores de “d”. De la tabla A.9.4 del Anejo 9 se deduce que con menor relación a/c (agua/cemento) en el hormigón, se obtienen valores más pequeños de D (to). Esta es una conclusión que es aplicable a cualquier tipo de cemento, más allá de los recogidos en la tabla citada. La influencia de la relación a/c es muy importante. Reducir a/c de 0’50 a 0’40 supone reducir D(to) al 56% en el caso de cemento tipo CEM I, al 62% en el caso de cemento tipo CEM II/A-V y al

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50% en el caso de cemento tipo CEM III, del valor D(to) correspondiente a la relación a/c = 0’50. Ello hace que el valor de “d” se reduzca al 75%, 79% y 71% respectivamente, respecto al valor “d” correspondiente a a/c = 0’50. b) Influencia del valor del factor de edad “n” El valor de “n” resulta decisivo. El valor de 0’5, correctamente propuesto en el Anejo 9, determina valores de “d” que si, por acción de las adiciones en el cemento y con la comprobación experimental correspondiente, se obtuvieran con un valor n = 0’7, se reducirían al 52% del valor obtenido con n = 0’5 y “tg” (vida útil de proyecto) = 50 años. La reducción sería al 48% del valor obtenido con n = 0’5 si tg = 100 años. c) Influencia del valor del contenido de cloruros en la superficie del

hormigón “Cs”

Este valor, salvo un mejor conocimiento de la situación ambiental, está determinado por la tabla A.9.4 del Anejo 9. Lo analizamos porque es el único parámetro que, en el modelo empleado, esta relacionado con la cantidad de cemento y, por tanto, permite conocer la influencia que, en este modelo, tiene la cantidad de cemento dosificada. Como ejemplo, vamos a observar la influencia de emplear 350 kg de cemento por m3 de hormigón, o de elevar esta cantidad a 450 kg/m3, en el caso de que el contenido de cloruros en la superficie de hormigón sea de 0’50% del peso del hormigón y el resto de contenido se sitúen en sus valores límite. En el caso del hormigón armado:

Cth = 0’6% del peso del cemento Cb = 0’4% del peso del cemento

Contenido de cemento = 350 kg/m3 Cs = 0’50 . 2300/350 = 3’28% del peso del cemento

74'012/1

bs

bth

CCCC

Si el contenido de cemento fuera 450 kg/m3

Cs = 0’50 . 2300/450 = 2’55% del peso de cemento

69'012/1

bs

bth

CCCC

18

Es decir, en el caso de hormigón armado del ejemplo, incrementar la dosificación de cemento en 100 kg ha reducido el valor del recubrimiento “d” al 93% del valor necesario si la dosificación de cemento fuera de 350 kg/m3. En el caso del hormigón pretensado

Cth = 0’3% del peso del cemento Cb = 0’2% del peso del cemento

Contenido de cemento 350 kg/m3

Cs = 0’50 . 2300/350 = 3’28% del peso del cemento

82'012/1

bs

bth

CCCC

Si el contenido de cemento fuera de 450 kg/m3

Cs = 0’5 – 2300/450 = 2’55% del peso de cemento

79'012/1

bs

bth

CCCC

Es decir, en el caso de hormigón pretensado del ejemplo, incrementar la dosificación de cemento en 100 kg ha reducido el valor del recubrimiento “d” al 96% del valor necesario si la dosificación de cemento fuera de 350 kg/m3. d) Influencia del valor del contenido de cloruros aportado por las materias

primas en el momento de la fabricación del hormigón “Cb”. El valor de Cb refleja el contenido de cloruros que aportan el cemento, los áridos, el agua, los aditivos y cualquier otra materia prima que se utilice para fabricar el hormigón. En consecuencia, es un valor sobre el que se puede actuar al diseñar éste. Para observar su influencia continuaremos con el ejemplo expuesto en el apartado anterior [c)], considerando ahora que el valor de Cb pudiera reducirse al 50% del valor límite y comparando el resultado obtenido con el correspondiente al caso en que Cb es, precisamente, el valor límite. En el caso del hormigón armado:

Cth = 0’6% del peso del cemento Cb =0’4% del peso del cemento

Cs = 0’50% del peso del hormigón = 3’28% del peso del cemento

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74'012/1

bs

bth

CCCC

Si el contenido Cb se redujera un 50%

Cb = 0’2% del peso del cemento y, entonces:

64'012/1

bs

bth

CCCC

Es decir, en el caso del hormigón armado del ejemplo, la reducción del valor de Cb a 0’2% del peso del cemento reduce, a su vez, el valor del recubrimiento mínimo al 86% del que corresponde, en el mismo ejemplo, cuando Cb =0’4% del peso del cemento. En el caso de hormigón pretensado

Cth = 0’3% del peso del cemento Cb = 0’2% del peso del cemento

Cs = 0’50% del peso del hormigón = 3’28% del peso del cemento

82'012/1

bs

bth

CCCC

Si el contenido Cb se redujera un 50%

Cb = 0’1% del peso del cemento y, entonces,

75'012/1

bs

bth

CCCC

Es decir, en el caso del hormigón pretensado del ejemplo, la reducción del valor de Cb a 0’1% del peso del cemento reduce, a su vez, el valor del recubrimiento mínimo al 91% del que corresponde, en el mismo ejemplo, cuando Cb = 0’2% del peso del cemento. Del análisis realizado se concluye que tienen gran interés las investigaciones experimentales que aportan conocimiento sobre el valor de “n” coeficiente de edad.

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En el diseño del hormigón es sumamente importante reducir la relación agua/cemento, si se quiere optimizar la sección resistente reduciendo el espesor del recubrimiento mínimo. Es conveniente realizar ensayos para conocer el valor del coeficiente de difusión de cloruros “D (to)” del hormigón correspondiente, como conocimiento elemental necesario para optimizar el dimensionado de la sección reduciendo el valor del recubrimiento mínimo. Incrementar la cantidad de cemento en 100 kg/m3 por encima de la mínima exigida por la Instrucción EHE-08, reduce el recubrimiento mínimo, si bien lo hace en un porcentaje menor que una reducción de 0’10 en la relación agua/cemento. Reducir el contenido de cloruros que aportan las materias primas (cemento, áridos, aguas, etc.) utilizadas en la fabricación del hormigón es una forma de reducir el recubrimiento mínimo exigido y de optimizar la sección resistente. Por último, comentar el destacado papel que la expresión

2/1

1bs

bth

CCCC

juega en la formulación del modelo de cálculo incluido en el Anejo 9. Los parámetros contenidos en esta expresión tienen el significado ya conocido e indicado en apartados anteriores. El conjunto de esta expresión marca los límites y la intensidad del proceso de penetración de cloruros desde el exterior (superficie de la sección de hormigón) hacia el interior de dicha sección de hormigón. El valor “Cth – Cb” indica la cantidad (en términos de concentración) de cloruros que pueden ingresar en la sección de hormigón sin sobrepasar la concentración crítica en el interior de la misma, es decir, representa la cantidad admisible que puede ingresar en la sección. El valor “Cs – Cb” indica la cantidad (en términos de concentración) de cloruros que pueden ingresar en la sección. Téngase en cuenta que el ingreso de cloruros, o proceso de difusión de cloruros, está gobernado por la diferencia de concentración de los mismos en el exterior (Cs) (donde la concentración debe ser superior a la del interior para que se produzca difusión hacia el interior o ingreso de cloruros) y en el interior (Cb). Si esta diferencia no es positiva no se produce ingreso de cloruros y, por tanto, el recubrimiento mínimo no se dimensiona en función del ataque de los cloruros ya que éste no se produce. En este caso las clases generales de exposición que reflejan el ataque por cloruros no resultan dimensionantes

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del recubrimiento mínimo que se deberá dimensionar en función de otras clases generales o específicas de exposición. Por otro lado, cuando “Cth – Cb = Cs – Cb”, es decir, cuando toda la cantidad de cloruros que pueda ingresar (Cs – Cb) es admisible (Cth – Cb), tal ingreso se producirá sin acarrear ninguna consecuencia en la sección. Es un caso límite en el que el recubrimiento mínimo no se ve dimensionado por el ataque de cloruros. Situaciones en las que “Cth – Cb ≥  Cs – Cb” no dimensionan el recubrimiento mínimo. Por el contrario, situaciones en las que “Cth – Cb < Cs – Cb”, es decir, situaciones en las que la cantidad de cloruros que pueden ingresar (Cs – Cb) es mayor que la cantidad admisible (Cth – Cs), sí producen alteraciones en la sección de hormigón y, por tanto, dimensionan el recubrimiento mínimo a disponer para proteger debidamente a las armaduras. En consecuencia

012/1

bs

bth

CCCC

Indica que el recubrimiento mínimo no se dimensiona en razón al ataque de cloruros, y cuando

012/1

bs

bth

CCCC

El dimensionado del recubrimiento mínimo debe realizarse en razón del ataque de cloruros. En ambos casos, pueden existir, dependiendo de las circunstancias concretas, otras clases de exposición (generales o específicas) cuya consideración lleve a la necesidad de adoptar valores del recubrimiento mínimo superiores a los dimensionados en razón del ataque de cloruros.

7. Consideraciones relativas al periodo de propagación de la corrosión,

al que se refiere el Anejo 9 de la Instrucción EHE-08 En el modelo propuesto en el Anejo 9 se considera que el tiempo total (tL) necesarios para que, en el caso de la corrosión, la degradación de la armadura sea significativa es:

tL = ti + tp

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donde: ti = periodo de iniciación de la corrosión o tiempo en el que la penetración del

agente agresivo alcanza la armadura y produce la despasivación de la misma, iniciándose la corrosión

tp= periodo de propagación o tiempo de propagación de la corrosión hasta que

se llega a producir una degradación significativa del elemento estructural En el caso de armaduras activas se considera tp= 0. En el caso de hormigón armado, todas las armaduras son pasivas, y el valor de “tp” no es despreciable. No obstante, el método directo ofrece algunas tablas que son aplicables, sin distinción, para el hormigón armado y el hormigón pretensado. Por esta razón en los apartado anteriores no se ha considerado valor alguno para “tp”. En todo caso, el método directo, así propuesto, deja, por esta razón, del lado de la seguridad en las estructuras de hormigón armado ya que, en ellas, el valor de “tp” se convierte en un margen de seguridad, en cuanto al Estado Límite de Durabilidad se refiere, que el recubrimiento mínimo dimensionado ofrece de manera muy económica. Como en hormigón armado el valor del recubrimiento de una armadura siempre debe ser igual o mayor al diámetro de la misma, se puede afirmar que el valor de “tp” es igual o mayor que los que se indican a continuación:

Clase de exposición tp (hormigón armado) (años)

IIa (humedad alta) 26’6 IIb (humedad media) 40’0 IIIa (marino aéreo) 4’0 IIIb (marino sumergido) 20’0 IIIc (marino carrera de mareas) 1’6 IV (corrosión por cloruros de origen diferente al marino) 4’0