evaluaciÓn de la penetraciÓn de agresivos en …
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UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
EVALUACIÓN DE LA PENETRACIÓN DE
AGRESIVOS EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN
SITUADAS EN CANARIAS Y SU INFLUENCIA EN LA
CORROSIÓN DE ARMADURAS
Memoria para optar al grado de
DOCTOR EN QUÍMICA
CONCEPCIÓN BLANCO PEÑALVER
La Laguna, 2015
UNIVERSIDAD DE LA LAGUNA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Memoria para optar al grado de
DOCTOR EN QUÍMICA
Evaluación de la penetración de agresivos en
estructuras de hormigón situadas en Canarias y
su influencia en la corrosión de armaduras
Realizada por
Concepción Blanco Peñalver
en
Departamento de Química, Universidad de La Laguna, España
bajo la dirección de
Dr. Ricardo Manuel Souto Suárez, Universidad de La Laguna
Dra. María del Carmen Andrade Perdrix, Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja, Madrid
Dr. Juan José Santana Rodríguez, Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
La Laguna, 2015
UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA Departamento de Ingeniería de Procesos
t +34 928 451 945 f +34 928 458 975
[email protected] www.ulpgc.es
Edificio de Ingenierías Campus U. de Tafira 35017 Las Palmas de Gran Canaria
D. Juan José Santana Rodríguez, Profesor Contratado Doctor Tipo I del
Departamento de Ingeniería de Procesos de la Universidad de Las Palmas de
Gran Canaria.
Autoriza, en calidad de Director, la presentación a trámite de la Tesis Doctoral
de Da. Concepción Blanco Peñalver, titulada “Evaluación de la penetración
de agresivos en estructuras de hormigón situadas en Canarias y su
influencia en la corrosión de armaduras”.
Las Palmas de Gran Canaria a 11 de noviembre de 2015
Fdo.: Juan José Santana Rodríguez
AGRADECIMIENTOS
Me faltan las palabras para agradecer a todos los que me han ayudado y
apoyado durante todos los años que ha durado este proyecto, pero me gustaría
expresar que, sinceramente, estoy muy agradecida al Servicio de Laboratorios
y Calidad de la Construcción del Gobierno de Canarias, donde trabajo, por
haberme permitido realizar esta tesis en sus instalaciones y, especialmente, a
todo el personal que trabaja y ha trabajado en él y ya se ha jubilado, por
haberme brindado su trabajo, apoyo y conocimientos técnicos para realizar y
mejorar los ensayos incluidos en esta tesis.
Como no, agradecer a mis directores de tesis, al Dr. Ricardo Manuel Souto
Suárez por haberme abierto las puertas del Departamento de Química Física y
de la Universidad de La Laguna, dirigiéndome durante todos estos años con su
reconocida experiencia investigadora, y siendo un gran apoyo en los momentos
difíciles. A la Dra. María del Carmen Andrade Perdrix, por haberme ofrecido la
posibilidad de realizar esta tesis, compartiendo sus amplios conocimientos desde
que nos conocimos en el proyecto CALIDUR y sobretodo por transmitirme la
ilusión por la investigación en este campo. Y al Dr. Juan José Santana Rodríguez
por sus enseñanzas, dirección y alentador apoyo durante todo este tiempo.
Mención especial para el Dr. Sergio González González por presentarme a mis
directores de tesis y brindarnos su sabiduría y experiencia.
También agradecer a las instituciones, empresas y personal que trabaja en ellas,
por haberme permitido exponer muestras en sus instalaciones, como son el
Instituto Tecnológico y de Energías Renovables S.A., (ITER), la empresa
Prefabricados MAHER S.A., el Instituto Oceanográfico de Canarias, el Instituto
Canario de Investigaciones Agrarias en su finca de Cueva del Polvo. A la
Autoridad Portuaria de Las Palmas de Gran Canaria por haberme permitido
extraer muestras del Dique Reina Sofía. Al Instituto de Ciencias de la
Construcción Eduardo Torroja y al equipo humano que nos instruyó en la
realización de los nuevos ensayos de durabilidad de hormigones. Y a todos los
compañeros del Departamento de Química Física que han colaborado
amablemente en este proyecto.
Finalmente, agradecer a mi familia y amigos por su aliento y fuerzas, a Mª Jesús,
mi suegra, por permitirme que le invadiera su azotea en San Juan de la Rambla
con probetas de hormigón por todas partes. Y a mis queridos Manuel y Daniel
por su cariño y ayuda incansable, incluso a pesar las probetas expuestas en la
azotea de la abuela.
Gracias a todos.
Índice
i
ÍNDICE GENERAL
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 3
1.1. Justificación de esta tesis ............................................................................ 3
1.1.1. Antecedentes .................................................................................................... 3
1.1.2. Justificación del trabajo ................................................................................... 6
1.2. Objetivos ....................................................................................................... 6
1.3. Metodología .................................................................................................. 7
1.4. Organización de los capítulos ..................................................................... 8
1.5. Referencias .................................................................................................... 9
2. DURABILIDAD DEL HORMIGÓN ARMADO EN ENTORNO INSULAR
SUBTROPICAL .................................................................................................. 15
2.1. Introducción ................................................................................................ 15
2.2. El hormigón .................................................................................................. 16
2.2.1. Antecedentes .................................................................................................. 16
2.2.2. Definición y características del hormigón.................................................... 17
2.2.3. Clasificación del hormigón ............................................................................ 17
2.2.4. Tipificación de los hormigones ....................................................................... 18
2.2.5. Designación del ambiente ............................................................................. 19
Índice
ii
2.2.6. Hormigón armado ........................................................................................... 23
2.2.6.1. Áridos...................................................................................................... 25
2.2.6.1.1. Áridos de Canarias ......................................................................... 25
2.2.6.2. Cemento ................................................................................................ 28
2.2.6.2.1. Designación de los cementos ....................................................... 28
2.2.6.2.2. Cementos de Canarias .................................................................. 30
2.2.6.3. Puzolana ................................................................................................ 30
2.2.6.3.1. Origen de la puzolana en Canarias .............................................. 30
2.2.6.4. Agua de amasado y curado ................................................................ 31
2.2.6.5. Aditivos y adiciones ............................................................................... 31
2.3. Naturaleza del proceso de corrosión ....................................................... 32
2.4. Carbonatación ........................................................................................... 33
2.5. Ataque por cloruros .................................................................................... 38
2.5.1. Transporte de iones cloruro contenidos en el aerosol marino .................. 42
2.6. Influencia de las variables climáticas en la velocidad de corrosión de
las estructuras de hormigón ............................................................................. 45
2.6.1. Características climáticas de la isla de Tenerife ......................................... 47
2.7. Referencias .................................................................................................. 53
3. EXPERIMENTAL ............................................................................................ 69
3.1. Materiales ensayados ................................................................................ 69
3.1.1. Fabricación de muestras ................................................................................ 69
3.1.2. Codificación de las muestras ........................................................................ 70
Índice
iii
3.2. Ensayos de laboratorio ............................................................................... 72
3.2.1. Resistencia a compresión ............................................................................... 72
3.2.2. Resistividad eléctrica ....................................................................................... 74
3.2.3. Penetración de agua bajo presión ............................................................... 76
3.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio ............................................................. 78
3.2.5. Medida de la carbonatación ........................................................................ 79
3.2.6. Medida de la penetración de cloruros ........................................................ 80
3.2.6.1. Inmersión en piscina .......................................................................... 80
3.2.6.2. Cámara de niebla salina .................................................................. 84
3.3. Exposición atmosférica .............................................................................. 86
3.3.1. Selección de los ambientes a analizar ......................................................... 86
3.3.2. Estaciones de exposición atmosférica ......................................................... 86
3.3.2.1. Diseño y ubicación de estaciones de ensayo ................................ 86
3.3.3. Caracterización de la agresividad ambiental ............................................ 91
3.3.3.1. Cloruros por vela húmeda (ASTM G140/96 y UNE 7178/60) ............ 91
3.3.3.2. Cloruros por “bufanda” .................................................................... 92
3.3.3.3. Parámetros meteorológicos ............................................................. 94
3.3.3.4. Pesada mensual de las probetas para determinación del
contenido de humedad ............................................................................... 96
3.3.3.5. Análisis de cloruros y carbonatación en las probetas expuestas ... 97
3.4. Referencias .................................................................................................. 97
Índice
iv
4. ENSAYOS DE DURABILIDAD EN LABORATORIO DE HORMIGONES
FABRICADOS EN CANARIAS Y COMPARACIÓN CON HORMIGONES
FABRICADOS EN PENÍNSULA ....................................................................... 101
4.1. Introducción ............................................................................................. 101
4.2. Ensayos para comparación de hormigones fabricados en Canarias
con hormigones fabricados en Península ..................................................... 101
4.2.1. Resultados ....................................................................................................... 102
4.2.1.1. Ensayo de la resistencia a compresión a 28 días .......................... 105
4.2.1.2. Medida de la resistividad eléctrica a 28, 90 y 365 días ................. 105
4.2.1.3. Ensayo de profundidad de penetración de agua bajo presión . 107
4.2.1.4. Ensayo de la porosidad por intrusión de mercurio ......................... 108
4.2.1.5. Medida de la velocidad de penetración de la carbonatación a
los 3 y 12 meses de exposición natural ....................................................... 108
4.2.1.6. Medida de la velocidad de penetración de cloruros a los 3 meses
de exposición en piscina ................................................................................. 109
4.2.2. Discusión de los resultados ........................................................................... 110
4.2.2.1. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e indirectos)
frente a los prescriptivos................................................................................... 111
4.2.2.1.1. Resistencia a compresión a 28 días ...................................... 111
4.2.2.1.2. Resistividad eléctrica a 28, 90 y 365 días .............................. 112
4.2.2.1.3. Profundidad de penetración de agua bajo presión ........... 112
4.2.2.1.4. Porosidad por intrusión de mercurio ..................................... 113
4.2.2.1.5. Velocidad de carbonatación a los 3 y 12 meses de
exposición natural................................................................................. 113
4.2.2.1.6. Velocidad de penetración de cloruros a los 3 meses de
exposición en piscina ........................................................................... 114
4.2.2.2. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e indirectos) 115
Índice
v
4.2.2.2.1. Resistencia a compresión a 28 días ...................................... 115
4.2.2.2.2. Resistividad eléctrica a 28 días ............................................. 117
4.2.2.2.3. Profundidad de penetración de agua bajo presión ........... 118
4.2.2.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio ..................................... 120
4.2.3. Comprobación de modelos ........................................................................ 121
4.2.3.1. Leyes de resistividad eléctrica frente a porosidad ........................ 121
4.2.3.2. Leyes de resistencia a la compresión frente a la relación a/c ..... 123
4.3. Cámara de niebla salina ......................................................................... 126
4.3.1. Muestras ensayadas y perfiles de cloruros ................................................. 126
4.3.2. Discusión de resultados ................................................................................. 127
4.4. Conclusiones ............................................................................................. 130
4.5. Referencias ................................................................................................ 131
5. CARACTERIZACIÓN DEL EFECTO DE LOS PARÁMETROS AMBIENTALES,
DEL VIENTO Y LA DISTANCIA AL MAR EN LA PENETRACIÓN DE AGRESIVOS
EN HORMIGONES ......................................................................................... 135
5.1. Introducción .............................................................................................. 135
5.2. Caracterización de los parámetros ambientales .................................. 137
5.2.1. Viento .............................................................................................................. 137
5.2.2. Temperatura ................................................................................................... 138
5.2.3. Niveles de humedad y de precipitación ................................................... 140
5.2.3.1. Humedad relativa ambiental y nivel de precipitación ................. 140
5.2.3.2. Humedad contenida en las probetas de hormigón ..................... 142
5.3. Velocidad de deposición de cloruros .................................................... 150
Índice
vi
5.3.1. Velocidad de deposición de cloruros según el método de la vela
húmeda ..................................................................................................................... 150
5.3.2. Velocidad de deposición de cloruros según el método de la
“bufanda” ................................................................................................................. 153
5.3.3. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función de la
distancia al mar........................................................................................................ 155
5.3.4. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función de la
velocidad del viento ............................................................................................... 158
5.4. Medida de la penetración de agresivos en hormigones expuestos ... 166
5.4.1. Determinación de la profundidad de carbonatación en hormigones
expuestos en distintos ambientes .......................................................................... 166
5.4.2. Determinación de la penetración de cloruros en hormigones expuestos
en distintos ambientes ............................................................................................. 173
5.4.2.1. Discusión de los resultados ................................................................. 183
5.4.3. Comparación de la profundidad de carbonatación y la de penetración
de cloruros ................................................................................................................ 188
5.4.4. Estudio de penetración de agresivos en una estructura real ................. 192
5.5. Conclusiones ............................................................................................. 196
5.6. Referencias ................................................................................................ 198
6. CONCLUSIONES GENERALES ................................................................... 203
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 3
1.1. Justificación de esta tesis ............................................................................ 3
1.1.1. Antecedentes .................................................................................................... 3
1.1.2. Justificación del trabajo ................................................................................... 6
1.2. Objetivos ....................................................................................................... 6
1.3. Metodología .................................................................................................. 7
1.4. Organización de los capítulos ..................................................................... 8
1.5. Referencias .................................................................................................... 9
Introducción
3
CAPÍTULO 1 – INTRODUCCIÓN.
1.1 Justificación de esta tesis.
1.1.1. Antecedentes.
El hormigón, el material de mayor uso en la edificación [1], tiene una función
estructural, aportando principalmente resistencia a compresión; en un elemento
vertical, como por ejemplo un pilar, es el hormigón el que soporta la carga y la
armadura actúa solamente como zuncho o cosido de ese hormigón. En cambio, en
un elemento horizontal, como por ejemplo una viga, es la armadura, la que soporta
la carga o esfuerzo a flexión y el hormigón colabora, ya que por sí solo tiene poca
resistencia a flexotracción. Otra función importante del hormigón es la de proteger a
la armadura frente a la penetración de agresivos, principalmente carbonatación y
cloruros, para evitar la corrosión de ésta, los problemas que se derivan y que se
traducen en el debilitamiento de la estructura.
Para poder diseñar una estructura que tenga una durabilidad determinada es
necesario conocer la agresividad ambiental donde va a ser construida y su efecto
sobre la velocidad de carbonatación y penetración de cloruros, hasta llegar a la
armadura, despasivarla y comenzar el proceso de corrosión. Para ello es necesaria la
búsqueda de modelos de cálculo de la vida útil de estructuras de hormigón armado.
Las armaduras en el hormigón estructural se clasifican según la INSTRUCCIÓN
DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL (EHE-08) [2] en armaduras pasivas y activas; ambas son
de acero, pero las activas son de acero de alta resistencia mediante las cuales se
introduce la fuerza del pretensado.
El mecanismo de la corrosión de los materiales metálicos en contacto con una
disolución electrolítica es de naturaleza electroquímica. Esto implica, que la
oxidación del metal está compensada por la reducción de otra sustancia en otra
región de la superficie metálica. Por lo tanto se generan dos zonas con diferente
potencial electroquímico (ánodo y cátodo). En disoluciones neutras o alcalinas, en la
región anódica el metal se oxida, mientras que en la región catódica es el oxígeno el
agente químico que se reduce.
El proceso de corrosión se desarrolla a través de la formación de numerosas
micropilas en las zonas con corrosión activa. En el caso de producirse corrosión
localizada, pueden coexistir áreas pasivas con áreas activas y por tanto también se
pueden desarrollar macropilas. La corriente galvánica que se genera por la acción
de la macropila suele ser un 10 – 20% de la corriente producida por la acción de las
micropilas [3].
Capítulo 1
4
En el caso del hormigón, la disolución (electrolito) está constituida por la
solución de los poros del hormigón, que es de naturaleza altamente alcalina. La
solución de los poros está formada por una mezcla de KOH y NaOH resultando valores
de pH que varían entre 12,6 y 14. La disolución está saturada en Ca(OH)2. Así el acero
embebido en el hormigón está protegido naturalmente de la corrosión por dos
efectos, la alta alcalinidad del medio y el efecto barrera que proporciona el propio
hormigón. Pero esta capacidad protectora natural del hormigón puede verse
alterada por diversos factores, destacando dos causas fundamentales: la
carbonatación del recubrimiento y la presencia de iones cloruro. La carbonatación
induce una corrosión generalizada en el acero mientras que la presencia de cloruros
produce una corrosión localizada en la armadura. La corrosión se puede identificar
fácilmente por la presencia de manchas de óxido en la armadura y la aparición de
fisuras paralelas a la dirección de las barras de armado.
En ambientes no marinos, es el CO2 el principal factor a tener en cuenta
respecto a la degradación de los hormigones. Parrott et al. [4] and Jones et al. [5]
estiman que cerca de 2/3 de las estructuras de hormigón existentes favorecen la
corrosión por carbonatación. Existen numerosos trabajos acerca del mecanismo de
la carbonatación y su efecto sobre diversos tipos de hormigones. En ellos se pone de
manifiesto la necesidad de caracterizar la agresividad atmosférica de un ambiente
geográfico determinado y su relación con los procesos de degradación de los
hormigones por carbonatación. Debido al incremento en los gases de tipo efecto
invernadero, entre los cuales se encuentra el CO2, se están desarrollando múltiples
proyectos de investigación encaminados a dilucidar el efecto que está teniendo
dicho cambio climático en la degradación de estructuras de hormigón por
carbonatación [6-9].
Desde que se describiera, en la segunda mitad del siglo pasado, la
importancia del ion cloruro en la corrosión de las armaduras del hormigón, se han
desarrollado multitud de estudios encaminados a cuantificar niveles críticos de ese
ion en el hormigón que puedan desencadenar el proceso corrosivo. No sólo las
estructuras expuestas en ambientes marinos, como es el caso de Canarias, son
susceptibles de este tipo de proceso corrosivo. El uso de sal como elemento
anticongelante en carreteras hace que esté también presente en otro tipo de
ambientes. Aún con el gran número de proyectos encaminados a determinar el valor
de la concentración crítica de cloruros junto a la armadura, todavía no se ha llegado
a un consenso sobre dicho valor [10].
El Archipiélago Canario se caracteriza por presentar una serie de rasgos
geográficos y climatológicos diferenciadores respecto al resto del territorio nacional
español. Cuenta con importantes contrastes en una superficie muy reducida, lo cual
le confiere gran variedad de ambientes climáticos [11]. Este aspecto adquiere gran
relevancia si se tiene en cuenta que el Código Técnico de la Edificación (CTE) [12]
recoge las prestaciones básicas que ha de reunir una edificación en relación a su
Introducción
5
seguridad y a su habitabilidad atendiendo a las condiciones ambientales del entorno
e interior del edificio.
Su situación en los subtrópicos, la influencia de los vientos alisios, que soplan
durante todo el año y el relieve de cada una de las islas son los factores que
condicionan el clima de Canarias. En general, las islas disfrutan de temperaturas
moderadas durante todo el año, con precipitaciones concentradas en las vertientes
norte de las islas más montañosas.
Los parámetros que determinan el clima de estas islas son:
Situación geográfica: zona cálida.
Vientos alisios: húmedos, provocan las precipitaciones
(mayoritariamente al norte de las islas de mayor relieve).
Corriente oceánica: aguas frías, suaviza la temperatura.
Siroco: viento del Sahara, seco y causa calima.
Altitud.
Todos estos parámetros provocan, en cada una de las islas, distintos
microclimas o zonas climáticas bien diferenciadas, siendo muy importante la inversión
térmica que se produce a unos 1000 metros aproximadamente, variando de verano
a invierno, donde por debajo de esta altura la temperatura disminuye al ir subiendo
y por encima ocurre lo contrario.
Otro fenómeno atmosférico característico de las Islas Canarias es el mar de
nubes, que es una capa de nubes que se extiende en sentido horizontal, formada por
pequeñas gotas de agua que no dan lugar a lluvia y que es el viento el que las
deposita en los obstáculos, provocando en esas zonas de contacto ambientes de
extrema humedad.
Estudios sobre la corrosión atmosférica en las Islas Canarias han puesto de
manifiesto la importancia que tienen dichos factores sobre la velocidad de corrosión
de diversos metales de interés industrial [13-21]. Así, se han elaborado mapas de
agresividad atmosférica atendiendo al efecto que ejercen los principales factores
meteorológicos (humedad relativa) así como los principales agentes atmosféricos
involucrados en la corrosión atmosférica metálica (cloruros y SO2). Como una de las
principales conclusiones de ese proyecto, se determinó que la variabilidad climática
en las distintas islas es muy amplia, así como la distribución de contaminantes. Una
conclusión adicional, de interés para el diseño de este trabajo, es que en la isla de
Tenerife se pueden encontrar, en mayor o menor medida, la práctica totalidad de
los ambientes climáticos que se distribuyen a lo largo del archipiélago, pudiéndose
considerar un ámbito geográfico piloto para su caracterización.
Capítulo 1
6
1.1.2. Justificación del trabajo.
Esta tesis ha surgido con el objeto de caracterizar la durabilidad de hormigones
tipo fabricados en las Islas Canarias, centrándonos en la isla de Tenerife, mediante
exposición natural y ensayo de laboratorio. Se pretende colaborar en la búsqueda
de modelos para los hormigones fabricados y puestos en obra en Canarias y
expuestos a las distintas agresividades ambientales que se dan en las diferentes zonas
climáticas de las islas.
Se caracterizará el nivel de carbonatación y la penetración de cloruros en
función de la geografía de la isla y la distancia al mar. Estos ensayos de exposición
natural se verán complementados con la caracterización de dichos hormigones en
laboratorio, empleando técnicas clásicas y electroquímicas.
1.2. Objetivos.
El objetivo de esta tesis es el estudiar el proceso de degradación del hormigón
armado con el fin de caracterizar los procesos de carbonatación y difusión de
cloruros en los distintos ambientes atmosféricos de la isla de Tenerife, así como el
efecto de la distancia a la costa. Ello permitirá clasificar la agresividad ambiental y su
efecto sobre la velocidad de carbonatación y penetración de cloruros. A
continuación se describen los objetivos propuestos:
Objetivo 1. Caracterización del comportamiento atmosférico y establecimiento de
mapas geográficos de actividad para hormigones y hormigones armados durante su
exposición a las diversas zonas micro-climáticas existentes en la isla de Tenerife.
Se tratará de caracterizar los procesos de carbonatación y difusión de cloruros
en los distintos ambientes atmosféricos de la isla de Tenerife. Ello permitirá clasificar la
agresividad ambiental y su efecto sobre la velocidad de carbonatación y
penetración de cloruros.
Objetivo 2. Efecto de la distancia al mar en la agresividad por cloruros en estructuras
de hormigón.
Se investigará la influencia de la distancia al mar para avanzar en el estudio
de la agresividad salina, lo que permitirá conocer cómo afecta a la durabilidad de
las construcciones cuando aumenta la distancia al mar.
Introducción
7
Objetivo 3. Determinación de los métodos de ensayo, que aplicados a la muestra
inicial, son útiles para predecir la durabilidad de una estructura de hormigón armado.
Se investigará qué ensayos de laboratorio (normalizados o en fase de
normalización) de los realizados en las distintas etapas del estudio son óptimos para
observar la posibilidad de caracterizar el hormigón como durable, o no, según la
aplicación para la cual ha sido diseñado, durante sus primeras edades y antes de la
puesta en obra. Los valores obtenidos en relación a la penetración de los agresivos,
y su consiguiente efecto para la corrosión de la armadura, deben permitir establecer
la durabilidad de una estructura de hormigón armado.
1.3. Metodología.
Para la consecución de los objetivos anteriormente reseñados se plantea la
siguiente metodología, en función del tipo de objetivo a conseguir.
Objetivo 1. Caracterización del comportamiento atmosférico y establecimiento de
mapas geográficos de actividad para hormigones durante su exposición a las
diversas zonas micro-climáticas existentes en la isla de Tenerife
Metodología: Se instalará una red de estaciones de ensayo climático para el ensayo
de probetas de hormigones. Las estaciones dispondrán de captadores de cloruros,
componentes de medida climatológica automatizada para temperatura, humedad
relativa y velocidad del viento. Se procurará establecer la posible existencia de
umbrales para la penetración de agresivos en un hormigón, con vistas a su
cuantificación y la evaluación de los parámetros climáticos que superen los umbrales
en vez de valores medios. Los resultados de los captadores de cloruros se
compararán con los datos recogidos en probetas de hormigón, para establecer
posibles correlaciones entre ellos.
En cada estación, bajo techumbre, se colocarán probetas de diferentes
hormigones, con un plan de recogida de muestras, en grupos de 12, con
periodicidad semestral o anual, en una exposición mínima de dos años, para
completar dos ciclos estacionales completos. Las muestras de hormigones serán
caracterizadas en base a los siguientes ensayos:
1. Resistencia a compresión a los 28 días según UNE-EN 12390-3:2009 y
2009/AC:2011 [22].
2. Resistividad eléctrica a los 28, 90 y 365 días según UNE 83988-2:2008 [23] y 2014
[24].
Capítulo 1
8
3. Profundidad de penetración de agua bajo presión según UNE 83309-90 EX [25],
UNE-EN 12390-8:2001[26], UNE-EN 12390-8:2009 [27] y UNE-EN 12390-
8:2009+1M:2011 [28].
4. Porosidad por intrusión de mercurio según ASTM D 4404-84 Reaprobada en
1998 [29] y 2004 [30].
5. Medida de la carbonatación a los 90 y 365 días según UNE-EN 83993-1:2009 [31]
y UNE 112011:94 [32] y 2011 [33].
6. Medida de la penetración de cloruros a través del dispositivo “Piscina” según
PrUNE 83986:2009 [34], CEN TS 12390-11:2009 [35] y PNE-FprEN 12390-11 [36] y
determinación de cloruros en hormigón endurecido UNE-EN 14629: 2007 [37].
Los resultados obtenidos se compararán con los obtenidos en cámara salina
acelerada, procurando establecer condiciones de operación que puedan
correlacionarse con las características de cada zona climática, lo que pueda facilitar
en el futuro un banco de pruebas acelerado para nuevas formulaciones de
hormigones.
Objetivo 2. Efecto de la distancia al mar en la agresividad por cloruros en estructuras
de hormigón
Metodología: Se seguirá el mismo procedimiento que en el Objetivo 1, aunque en
esta ocasión para estaciones situadas a distintas distancias desde la orilla del mar
para una localización situada a barlovento de los vientos dominantes en la Isla de
Tenerife. Se procurará establecer la composición del aerosol marino y su distribución
respecto al rompiente de ola, y la sedimentación de sales del aerosol. Las técnicas y
ensayos serán las descritas en el punto 5 y 6 (sólo cloruros en hormigón endurecido)
en el Objetivo 1.
Objetivo 3. Determinación de los métodos de ensayo, que aplicados a la muestra
inicial, son útiles para predecir la durabilidad de una estructura de hormigón armado.
Metodología: En esta parte del trabajo se propondrán los métodos de ensayo, tanto
en laboratorio como en exposición atmosférica, que permiten modelar la durabilidad
de las estructuras de hormigón armado.
1.4. Organización de los capítulos.
El presente documento está estructurado en un total de 6 capítulos.
Introducción
9
El primer capítulo aborda la justificación de la tesis así como una breve
introducción de la temática tratada, con un análisis de los antecedentes de los
estudios que se abordan así como una descripción de los objetivos que se pretenden
alcanzar y la metodología aplicada.
En el segundo capítulo se analiza detenidamente la bibliografía existente,
dividiendo el análisis bibliográfico en sub-apartados que se centran específicamente
en los principales factores que se pretenden analizar, como son la carbonatación de
hormigones, la penetración de cloruros y la despasivación de armaduras embebidas
en hormigones y las técnicas de análisis más relevantes.
El tercer capítulo está dedicado a la descripción de los aspectos
experimentales de la tesis. Se describe el proceso de fabricación de las probetas de
hormigón, la construcción de las estaciones de exposición atmosférica y los ensayos
de laboratorio llevados a cabo.
Para la exposición de los resultados se han definido dos capítulos que tratan
aspectos muy diferenciados. Así, en el cuarto capítulo se abordan los resultados y
discusión obtenidos en los ensayos de laboratorio, mientras que el capítulo cinco se
centra en la investigación de los parámetros ambientales y la distancia al mar en la
penetración de agresivos en hormigones.
En el capítulo 6 presenta las conclusiones generales de la tesis.
1.5. Referencias.
[1] M. Glavind, Sustainability of cement, concrete and cement replacement
materials in construction, en: Sustainability of Construction Materials, J. Khatib
(Ed.), Wood Head Publishing in Materials, Cambridge, UK, 2009, pp. 120-147.
[2] Ministerio de la Presidencia, REAL DECRETO 1247/2008, de 18 de julio, por el que
se aprueba la instrucción de hormigón estructural (EHE-08), 2008.
[3] L.J. Parrot, Some effects of cement and curing upon carbonation and
reinforcement corrosion in concrete, Mater. Struct. 29 (1996) 164-173.
[4] J. Carmona Calero, Pasta de grafito-cemento como ánodo en tratamientos
electroquímicos contra la corrosión causada por cloruros en estructuras de
hormigón armado, Tesis Doctoral, Universidad de Alicante, 2014, pp. 1-331.
[5] M.R. Jones, R.K. Dhir, M.D. Newlands, A.M.O. Abbas, A study of the CEN test
method for measurement of the carbonation depth of hardened concrete,
Mater. Struct. 33 (2000) 135-142.
Capítulo 1
10
[6] X. Wang, M.G. Stewart, M. Nguyen, Impact of climate change on corrosion and
damage to concrete infrastructure in Australia, Climatic Change. 110 (2012) 941-
957.
[7] S. Talukdar, N. Banthia, Carbonation in concrete infrastructure in the context of
global climate change: Development of a service lifespan model, Constr. Build.
Mater. 40 (2013) 775-782.
[8] S. Talukdar, N. Banthia, J.R. Grace, Carbonation in concrete infrastructure in the
context of global climate change – Part 1: Experimental results and model
development, Cement Concrete Comp. 34 (2012) 924-930.
[9] S. Talukdar, N. Banthia, J.R. Grace, S. Cohen, Carbonation in concrete
infrastructure in the context of global climate change: Part 2 – Canadian urban
simulations, Cement Concrete Comp. 34 (2012) 931-935.
[10] U. Angst, B. Elsener, C.K. Larsen, Ø. Vennesland, Critical chloride content in
reinforced concrete — A review, Cement Concrete Res. 39 (2009) 1122-1138.
[11] Caracterización climática de las Islas Canarias para la aplicación del código
técnico de la Edificación, CLIMCAN-010 y de su aplicación informática
complementaria, CTE-DR/008/11. Gobierno de Canarias, Santa Cruz de Tenerife,
2011.
[12] Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código
Técnico de la Edificación. BOE nº 74 de 28 de marzo de 2006. Ministerio de
Vivienda, 2006, pp. 11816-11831.
[13] J. Morales, F. Díaz, J. Hernández-Borges, S. González, Atmospheric corrosion in
subtropical areas: XRD and electrochemical study of zinc atmospheric corrosion
products in the province of Santa Cruz de Tenerife (Canary Islands, Spain),
Corros. Sci. 48 (2006) 361-371.
[14] J. Morales, F. Díaz, J. Hernández-Borges, S. González, V. Cano, Atmospheric
corrosion in subtropical areas: Statistic study of the corrosion of zinc plates
exposed to several atmospheres in the province of Santa Cruz de Tenerife
(Canary Islands, Spain), Corros. Sci. 49 (2007) 526-541.
[15] J. Morales, S. Martín-Krijer, F. Díaz, J. Hernández-Borges, S. González, Atmospheric
corrosion in subtropical areas: influences of time of wetness and deficiency of
the ISO 9223 norm, Corros. Sci. 47 (2005) 2005-2019.
[16] J.J. Santana Rodríguez, Estudio de la corrosión atmosférica del acero al carbono
en la provincia de Las Palmas mediante técnicas clásicas y electroquímicas:
elaboración del mapa de corrosividad, Tesis Doctoral, Universidad de Las Palmas
de Gran Canaria, 1999, pp. 1-302.
Introducción
11
[17] J.J. Santana, F.J. Santana, J.E. González, The effect of environmental and
meteorological variables on atmospheric corrosion of carbon steel, copper, zinc
and aluminium in a limited geographic zone with different types of environment,
Corros. Sci. 45 (2003) 799-815.
[18] J.J. Santana, F.J. Santana, J.E. González, La corrosión atmosférica en las Islas
Canarias (España). Parte II. El cinc, Información Tecnológica 12 (2001) 105-113.
[19] J.J. Santana, F.J. Santana, J.E. González, Corrosión atmosférica en las Islas
Canarias (España). Parte I. El cobre, Información Tecnológica 12 (2001) 95-104.
[20] J.J. Santana, F.J. Santana, J.E. González, Atmospheric corrosivity map for steel in
the Canary Isles, Brit. Corros. J. 36 (2001) 266-271.
[21] H. Vasconcelos, B. Fernández, J. Morales, R. Souto, S. González, V. Cano, J.J.
Santana, Development of mathematical models to predict the atmospheric
corrosion rate of carbon steel in fragmented subtropical environments, Int. J.
Electrochem. Sci. 9 (2014) 6514-6528.
[22] AENOR: Ensayos de hormigón endurecido. Parte 3: Determinación de la
resistencia a compresión de probetas. UNE-EN 12390-3. AENOR, Madrid, 2009.
[23] AENOR: Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
resistividad eléctrica. Parte 2: Método de las cuatro puntas o de Wenner. UNE
83988-2:2008. AENOR, Madrid, 2008.
[24] AENOR: Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
resistividad eléctrica. Parte 2: Método de las cuatro puntas o de Wenner. UNE
83988-2:2014. AENOR, Madrid, 2014.
[25] AENOR: Ensayos de hormigón. Determinación de la profundidad de penetración
de agua bajo presión (Anulada). UNE 83309-90 EX. AENOR, Madrid, 1990.
[26] AENOR: Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-8:2001. AENOR, 2001.
[27] AENOR: Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-8:2009. AENOR, 2009.
[28] AENOR: Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390- 8:2009/1M:2011. AENOR, 2009.
[29] ASTM. Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume
Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry. ASTM D4404 – 84
(Reapproved 1998). ASTM International, Filadelfia, 1998.
Capítulo 1
12
[30] ASTM. Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume
Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry. ASTM D4404 -
84(2004). ASTM International, Filadelfia, 2004.
[31] CEN. Testing hardened concrete. Part 10: Determination of the relative
carbonation resistance of concrete. CEN/TS 12390-10. Austrian Standards plus
GmbH, Viena, 2010.
[32] AENOR: Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
velocidad de penetración de la carbonatación en el hormigón endurecido.
Parte 1: Método natural. UNE-EN 83993-1:2009. AENOR, Madrid, 2009.
[33] AENOR: Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:1994. AENOR, Madrid, 1994.
[34] AENOR: Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:2011. AENOR, Madrid, 2011.
[35] AENOR. Ensayo de durabilidad del hormigón. Determinación de la difusión de
iones cloruro. pNE 83986:2001. AENOR, Madrid, 1º versión marzo 2009.
[36] CEN. Testing hardened concrete - Part 11: Determination of the chloride
resistance of concrete, unidirectional diffusion. CEN/TS 12390-11:2010. Austrian
Standards plus GmbH, Viena, 2010.
[37] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 11: Determinación de la
resistencia a los cloruros del hormigón, difusión unidireccional. PNE-FprEN 12390-
11. Madrid, BOE nº 63, de 14 de marzo de 2015.
CAPÍTULO 2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
ÍNDICE
2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ......................................................................... 15
2.1. Introducción ................................................................................................ 15
2.2. El hormigón .................................................................................................. 16
2.2.1. Antecedentes .................................................................................................. 16
2.2.2. Definición y características del hormigón.................................................... 17
2.2.3. Clasificación del hormigón ............................................................................ 17
2.2.4. Tipificación de los hormigones ....................................................................... 18
2.2.5. Designación del ambiente ............................................................................. 19
2.2.6. Hormigón armado ........................................................................................... 23
2.2.6.1. Áridos...................................................................................................... 25
2.2.6.1.1. Áridos de Canarias ......................................................................... 25
2.2.6.2. Cemento ................................................................................................ 28
2.2.6.2.1. Designación de los cementos ....................................................... 28
2.2.6.2.2. Cementos de Canarias .................................................................. 30
2.2.6.3. Puzolana ................................................................................................ 30
2.2.6.3.1. Origen de la puzolana en Canarias .............................................. 30
2.2.6.4. Agua de amasado y curado ................................................................ 31
2.2.6.5. Aditivos y adiciones ............................................................................... 31
2.3. Naturaleza del proceso de corrosión ....................................................... 32
2.4. Carbonatación ........................................................................................... 33
2.5. Ataque por cloruros .................................................................................... 38
2.5.1. Transporte de iones cloruro contenidos en el aerosol marino .................. 42
2.6. Influencia de las variables climáticas en la velocidad de corrosión de
las estructuras de hormigón ............................................................................. 45
2.6.1. Características climáticas de la isla de Tenerife ......................................... 47
2.7. Referencias .................................................................................................. 53
Revisión bibliográfica
15
CAPÍTULO 2 – REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA.
2.1. Introducción.
Las estructuras de hormigón armado son susceptibles a deteriorarse con el
tiempo. La degradación de sus características mecánicas pone en peligro su
capacidad funcional. Esta degradación puede ocurrir debido a las condiciones de
servicio, la exposición a agentes ambientales agresivos, y el uso o condiciones de
mantenimiento inadecuados [1].
La degradación del hormigón puede ser la consecuencia de diversas causas
[2], tanto de naturaleza física, química como mecánica, pudiendo en ocasiones
producirse sinergias entre los factores químicos y los fenómenos físicos [3]. La causa
del deterioro del hormigón armado que merece mayor atención es la corrosión de
armaduras [4-6]. De hecho, es una de las manifestaciones patológicas más
importantes que afectan a las estructuras de hormigón armado [7].
La alcalinidad del hormigón protege a la armadura de la corrosión. Dicha
alcalinidad puede verse reducida hasta provocarse la corrosión de la armadura
debido a la penetración de agentes externos en la estructura porosa del hormigón,
provocando cambios físicos y químicos en el seno del mismo. De acuerdo con Hussain
et al. [8], existen dos agentes principales causantes del inicio de la corrosión de la
armadura debido a la destrucción de su revestimiento pasivo: la carbonatación y la
entrada de cloruros. En particular, Tuutti [9] destacó que la carbonatación del
hormigón es uno de los principales fenómenos desencadenantes del proceso de
corrosión de las armaduras.
La carbonatación se caracteriza por ser un proceso de naturaleza físico-
química por el que se producen una serie de reacciones químicas en la presencia de
dióxido de carbono (CO2), el cual se difunde a través del hormigón, dando lugar a la
reducción de pH en el hormigón. Tanto la reacción de carbonatación como la
penetración del CO2 ocurren simultáneamente, dando lugar a una capa
carbonatada (limitada por el denominado frente de carbonatación) que aumenta
en espesor con el tiempo.
En cuanto a los iones cloruro, estos pueden venir incluidos en el propio material
que conforma el hormigón o ser aportados por una fuente externa. Esta fuente
externa es el aerosol marino, el cual lo transporta tierra adentro, depositándose sobre
la superficie del hormigón y difundiéndose posteriormente hacia la armadura. Una
vez alcanza la armadura, provoca en ésta el proceso corrosivo. Para que esto tenga
lugar se ha de alcanzar una concentración crítica de cloruros (Ccrit).
El contenido de cloruro crítico en el hormigón armado ha sido objeto de
numerosos estudios, encaminados principalmente a fijar un valor de concentración
Capítulo 2
16
crítica de estos iones que pueda provocar corrosión en la armadura [10]. Los distintos
procedimientos experimentales empleados para cuantificar y caracterizar el proceso
de ingreso del cloruro en el hormigón ponen de manifiesto la intervención de varios
factores, aunque muchas de las configuraciones experimentales utilizadas no son
adecuadas para dar resultados realistas, ya que suelen ser estudios de laboratorio
realizados bajo condiciones controladas, difícilmente extrapolables a las condiciones
reales de operación de estos materiales. Además, hay que sumar el hecho de la
dificultad que se presenta al intentar comparar resultados debido a la diferencia en
los procedimientos experimentales llevados a cabo. Sobre esta base, no es posible
seleccionar una gama fiable de valores umbral de cloruro. Por ello, para la
dosificación del hormigón, muchos de los responsables siguen fiándose de su
experiencia a lo largo de muchos años de trabajo en el campo. De lo anterior se
deduce que existe una fuerte necesidad de mejorar los aspectos relacionados con
la experimentación en escala de laboratorio, para lo que debe obtenerse datos de
exposición natural y establecer una relación entre ellos.
Además de los dos agentes químicos mencionados anteriormente, existen
variables ambientales que afectan a la corrosión y degradación del hormigón
armado. Entre ellas destacamos la humedad, la temperatura y la velocidad de
viento, entre otras, como las más importantes.
En los apartados siguientes se analizará el estado del arte relacionado con los
aspectos mencionados anteriormente, así como un repaso al tipo de hormigón usado
en Canarias y los aspectos con él relacionados, finalizando con un análisis de las
características climatológicas de la isla de Tenerife.
2.2. El hormigón.
2.2.1. Antecedentes.
En un contexto histórico, es interesante reseñar que los griegos ya emplearon
un hormigón rudimentario de piedras aglomeradas con arcilla en ciudades como
Troya y Micenas. Los romanos lo usaron con mucha más profusión, mejorando
además la técnica, empleando el hormigón en termas, acueductos, obras marítimas,
etc. Un ejemplo de obra que ha llegado a nuestros días, pasados los siglos, es el
Panteón. Durante los siguientes siglos el hormigón cae un poco en el olvido, usándose
más como material de relleno, y no es hasta el siglo XIX que el hormigón gana
importancia con la aparición de cemento Portland. Y a principios del siglo XX, surge
la unión del hormigón y el acero, sentando las bases del hormigón armado que se
usa en nuestros días [11].
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
17
2.2.2. Definición y características del hormigón.
El hormigón es un material heterogéneo, producto resultante de la mezcla de
un conglomerante, que junto con el agua, forma la pasta a la que se le añaden
áridos que deben cumplir determinadas condiciones en cuanto a sus características
mecánicas y químicas. Como conglomerante para el hormigón se utiliza el cemento
artificial y los áridos que se utilizan son de distintas granulometrías. De forma genérica,
se entiende como árido grueso o grava a aquel de tamaño máximo mayor de 4 mm,
y como árido fino o arena a aquellos que presentan un tamaño máximo igual o
inferior a 4 mm. Además, al hormigón actual se le pueden añadir compuestos de
distintos tipos como son los aditivos y adiciones.
El hormigón tras su fabricación pasa por diversas fases y en ellas tiene
propiedades diversas. El llamado “hormigón fresco” es cuando el hormigón se
encuentra en estado plástico y trabajable; esta trabajabilidad es debida a sus
propiedades de docilidad, cohesión y consistencia. La docilidad es la facilidad del
hormigón para adaptarse a un molde. La cohesión es la resistencia que opone un
hormigón a segregarse. Y la consistencia es la propiedad por la cual opone
resistencia a la deformación. Se distinguen cinco tipos de consistencia: seca (S),
plástica (P), blanda (B), fluida (F) y líquida (L). La consistencia se determina por el
asiento que presenta el cono de Abrams, según la norma UNE 83313:90 [12]. El
hormigón fresco tiene una vida comprendida entre el momento de su amasado
hasta que se inicia el fraguado, y durante este periodo el hormigón fresco es capaz
de ser fabricado, transportado y colocado en obra. El proceso de fraguado,
endurecido y curado da lugar al “hormigón endurecido” el cual ya posee una cierta
estabilidad dimensional, aunque esté sometido a aspectos de: retracción, o
entumecimiento, provocados por variaciones en su agua interna bien libre o de gel.
Son propias del hormigón endurecido ciertas características físicas y mecánicas,
como la densidad, porosidad, impermeabilidad, durabilidad, resistencia a la
compresión, flexión, fatiga, impacto y desgaste entre otras. Como más relevante, se
debe destacar la resistencia, que es la propiedad que tiene el hormigón para
soportar las cargas que se le apliquen sin romperse a compresión, siendo, la
resistencia efectiva, como punto de referencia, la resistencia que tendrá el hormigón
a los 28 días de edad. Y la durabilidad de un hormigón como su capacidad de
comportarse satisfactoriamente frente a las acciones ambientales agresivas.
2.2.3. Clasificación del hormigón.
Al hormigón se le puede clasificar según su forma de trabajar o entrar en carga,
distinguiendo tres tipos de hormigones, hormigón en masa, hormigón armado y
hormigón pretensado. A grandes rasgos, decir que, el hormigón en masa no contiene
en su interior armaduras por lo que es sólo adecuado para resistir esfuerzos de
compresión. El hormigón armado está dotado de una armadura calculada,
colocada y dimensionada, haciendo al hormigón apto para resistir solicitaciones de
Capítulo 2
18
compresión y flexión. Y el hormigón pretensado contiene en su interior una armadura
que se encuentra sometida a fuertes tracciones previas y permanentes.
2.2.4. Tipificación de los hormigones.
Los hormigones se designan de acuerdo con el siguiente formato, según el
artículo 39.2 de la Instrucción de hormigón estructural del Ministerio de Fomento
(EHE-08) [13]:
T – R / C / TM / A
Donde:
- T, será HM en el caso del hormigón en masa, HA en el caso de hormigón
armado, y HP en el caso de hormigón pretensado.
- R, es la resistencia característica especificada, en N·mm-2.
- C, es la letra inicial del tipo de consistencia: S seca, P plástica, B blanda, F fluida
y L líquida.
- TM, es el tamaño máximo del árido, en mm.
- A, es la designación del ambiente.
Por ejemplo, la designación HA 25/B/20 IIa, quiere decir que es un hormigón
armado, de 25 N·mm-2 de resistencia mínima, de consistencia blanda (cuando
estaba en estado fresco), tamaño máximo de árido de 20 mm, y para un ambiente
IIa, es decir, de humedad alta y ausencia de cloruros.
2.2.5. Designación del ambiente.
El tipo de ambiente al que está sometido un elemento estructural, según la EHE,
en su artículo 8.2.1 [13], viene definido por el conjunto de condiciones físicas y
químicas a las que está expuesto, y que puede llegar a provocar su degradación
como consecuencia de efectos diferentes a los de las cargas y solicitaciones
consideradas en el análisis estructural. El tipo de ambiente viene definido por la
combinación de:
- una de las clases generales de exposición frente a la corrosión de las
armaduras, que se detallan en la Tabla 2.1.
- las clases específicas de exposición relativas a los otros procesos de
degradación que procedan para cada caso, de entre las definidas en las
Tablas 2.2 y 2.3, entre las que se incluyen los procesos de deterioro del
hormigón distintos de la corrosión de las armaduras.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
19
Tabla 2.1.- Clases generales de exposición relativas a la corrosión de armaduras
según Capítulo II, Tabla 8.2.2 de la EHE-08 [13].
CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN
DESCRIPCIÓN Clase Subclase Designación
Tipo de
proceso
no
agresiva I Ninguno
- interiores de edificios, no
sometidos a condensaciones
- elementos de hormigón en
masa
Humedad
alta IIa
corrosión
de origen
diferente
de los
cloruros
- interiores sometidos a
humedades relativas medias
altas (> 65%) o a
condensaciones
- exteriores en ausencia de
cloruros, y expuestos a lluvia en
zonas con precipitación media
anual superior a 600 mm
- elementos enterrados o
sumergidos
Humedad
media IIb
corrosión
de origen
diferente
de los
cloruros
- exteriores en ausencia de
cloruros, sometidos a la acción
del agua de lluvia, en zonas
con precipitación media anual
inferior a 600 mm
Capítulo 2
20
Tabla 2.1.- (continuación).
CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN
DESCRIPCIÓN Clase Subclase Designación
Tipo de
proceso
Marina
Aérea IIIa Corrosión por
cloruros
- elementos de
estructuras marinas, por
encima del nivel de
pleamar
- elemento exteriores de
estructuras situadas en
las proximidades de la
línea costera (a menos
de 5 km)
Sumergida IIIb Corrosión por
cloruros
- elementos de
estructuras marinas
sumergidas
permanentemente, por
debajo del nivel mínimo
de bajamar
Zona de
carrera de
mareas de
salpicaduras
IIIc Corrosión por
cloruros
- elementos de
estructuras marinas
situadas en la zona de
salpicaduras o en zona
de carrera de mareas
Con cloruros de origen
diferente del medio
marino
IV Corrosión por
cloruros
- instalaciones no
impermeabilizadas en
contacto con agua que
presente un contenido
elevado de cloruros, no
relacionados con el
ambiente marino
- superficies expuestas a
sales de deshielo no
impermeabilizadas.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
21
Tabla 2.2.- Clases específicas de exposición relativas a otros procesos de deterioro
distintos de la corrosión según capítulo II, Tabla 8.2.3.a de la EHE-08 [13].
CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICIÓN
DESCRIPCIÓN
Clase Subclase Designación Tipo de
proceso
Química
Agresiva
Débil Qa Ataque
químico
- Elementos situados en
ambientes con contenido de
sustancias químicas capaces
de provocar la alteración del
hormigón con velocidad lenta
(ver Tabla (8.2.3.b).
Media Qb Ataque
químico
- Elementos en contacto con el
agua de mar.
- Elementos situados en
ambientes con contenido de
sustancias químicas capaces
de provocar la alteración del
hormigón con velocidad media
(ver Tabla 8.2.3.b.)
Fuerte Qc Ataque
químico
- Elementos situados en
ambientes con contenidos de
sustancias químicas capaces
de provocar la alteración del
hormigón con velocidad rápida
(ver Tabla 8.2.3.b).
Capítulo 2
22
Tabla 2.2.- (continuación).
CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICIÓN
DESCRIPCIÓN
Clase Subclase Designación Tipo de
proceso
Con
heladas
Sin sales
fundentes H
Ataque
hielo-deshielo
- Elementos situados en
contacto frecuente con
agua, o zonas con
humedad, relativa media
ambiental en invierno
superior al 75%, y que
tengan una probabilidad
anual superior al 50% de
alcanzar al menos una vez
temperaturas por debajo
de -5ºC.
Con sales
fundentes F
Ataque por
sales fundentes
- Elementos destinados al
tráfico de vehículos o
peatones en zonas con más
de 5 nevadas anuales o con
valor medio de la
temperatura mínima en los
meses de invierno inferior a
0ºC.
Erosión E Abrasión
cavitación
- Elementos sometidos a
desgaste superficial.
- Elementos de estructuras
hidráulicas en los que la
cota piezométrica pueda
descender por debajo de la
presión de vapor de agua.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
23
Tabla 2.3.- Clasificación de la agresividad química según capítulo II, Tabla 8.2.3.b de
la EHE-08 [13].
Tipo de
medio
agresivo
Parámetros
Tipo de exposición
Qa Qb Qc
Ataque
débil
Ataque
medio
Ataque
fuerte
Agua
Valor del pH, según UNE 83952 6,5 – 5,5 5,5 – 4,5 < 4,5
CO2 agresivo (mg CO2·l-1),
según UNE-EN 13577 15 - 40 40 - 100 100
Ion amonio (mg NH4+·l-1), según
UNE 83954 15 - 30 30 - 60 60
Ion magnesio (mg Mg2+·l-1),
según UNE 83955 300 - 1000 1000 - 3000 3000
Ion sulfato (mg SO42-·l-1), según
UNE 83956 200 - 600 600 - 3000 3000
Residuo seco (mg·l-1), según UNE
83957 75 – 150 50 – 75 < 50
Suelo
Grado de acidez Baumann-
Gully (ml·kg-1), según UNE 83962 200 (*) (*)
Ion sulfato (mg SO42-·kg-1 de
suelo seco), según UNE 83963 2000 - 3000 3000-12000 12000
(*) Estas condiciones no se dan en la práctica
2.2.6. Hormigón armado.
Actualmente una gran parte de las estructuras en uso, ya sean edificios, losas,
puentes, presas, tanques, etc., son de hormigón armado, ya que en él se logra
combinar la elevada resistencia a compresión del hormigón y la alta resistencia a la
tracción de las armaduras de acero. Esto da lugar a proyectos y diseños en los que
no sólo se tienen en cuenta la parte estética, cálculo de resistencias y estados límites
de servicio, sino que además son estructuras a las que se les debe de prever y
garantizar una durabilidad y una vida útil. Según la normativa actual, se define por
durabilidad del hormigón a la capacidad de comportarse satisfactoriamente frente
a las acciones físicas y químicas agresivas, protegiendo adecuadamente las
armaduras y restantes elementos embebidos en su seno durante la vida útil de la
estructura. Está regulado que la propiedad de la obra debe establecer la vida útil
esperada con carácter previo al inicio del proyecto, no pudiendo ser inferior a lo
indicado en la Tabla 2.4, según la EHE-08 [13].
Capítulo 2
24
Tabla 2.4.- Vida útil de los diferentes tipos de estructuras.
Tipo de estructura Vida útil nominal
Estructuras de carácter temporal Entre 3 a 10 años
Elementos reemplazables que no forman parte de la
estructura principal (por ejemplo, barandillas, apoyos de
tuberías)
Entre 10 a 25 años
Edificios (o instalaciones) agrícolas o industriales y obras
marítimas Entre 15 a 50 años
Edificios de viviendas u oficinas y estructuras de ingeniería
civil (excepto obras marítimas) de repercusión económica
baja o media
50 años
Edificios de carácter monumental o de importancia especial 100 años
Puentes y otras estructuras de ingeniería civil de repercusión
económica alta 100 años
El hormigón armado resulta un material sólido, compacto, denso, pero poroso.
Realiza sobre la armadura una doble protección como barrera física y de protección
química. En un estado ideal el acero permanecería estable indefinidamente (Figura
2.1).
Figura 2.1.- Esquema de hormigón armado en un estado ideal estable
indefinidamente
Pero hay que tener en cuenta, que el hormigón posee una red de poros, un
entramado de canales y capilares no siempre comunicados entre sí. Según sea esa
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
25
red, nos encontraremos con un hormigón más o menos permeable a los líquidos y
gases. Por ello, dependiendo de la porosidad del hormigón, será más o menos
eficiente su protección. El recubrimiento de hormigón que envuelve a las armaduras
supone una barrera física, que por su porosidad presenta una cierta permeabilidad
de elementos agresivos hasta el acero. La protección química del hormigón la aporta
la alta alcalinidad, debida principalmente al hidróxido de calcio que se forma
durante la hidratación del cemento y a los álcalis incorporados como sulfatos en el
clínker, que sitúan el pH en fase acuosa contenido en los poros en valores muy
alcalinos comprendidos entre 12 y 14. A estos valores de pH y con una cantidad
limitada de oxígeno, la armadura se encuentra pasivada [14].
2.2.6.1. Áridos.
Se define como áridos a las partículas de roca que, unidas con o sin ligante,
constituyen una parte o la totalidad de una estructura constructiva u obra civil. Según
su origen el árido puede ser natural, artificial o reciclado.
El árido natural es el que procede de un yacimiento mineral. En cuanto a su
forma se distinguen entre redondeados (o rodados) y procedentes de machaqueo.
El árido artificial es el que procede de un proceso industrial y ha sido sometido a
alguna modificación físico-química o de otro tipo. El árido reciclado es el que resulta
del reciclaje de residuos de demoliciones o construcciones y de escombros.
2.2.6.1.1. Áridos de Canarias.
Los áridos empleados en Canarias son naturales y, debido a la singularidad
geológica del archipiélago, de origen volcánico. Se forman por la disgregación
natural (barrancos) o artificial (procesos mecánicos industriales) de rocas volcánicas.
Canarias constituye un auténtico laboratorio natural para el estudio del
fenómeno volcánico, ya que aquí se pueden encontrar la gran mayoría de rocas
volcánicas que existen en el planeta [15].
El volcanismo predominante en Canarias se alimenta de magmas básicos
alcalinos que se generan en el manto superior a unos 70 km de profundidad. Aunque
estos magmas alcanzan rápidamente la superficie, pueden experimentar
modificaciones durante su ascenso dando origen a una completa serie de términos
petrológicos: basanitas, basaltos, tefritas, etc.
Desde el punto de vista geoquímico, las rocas volcánicas de Canarias,
pertenecen a la serie ígnea alcalina, en este caso, asociada a volcanismo de
intraplaca. Esta serie ígnea está formada por una secuencia de rocas cuya
composición evoluciona desde términos indiferenciados, representados por basaltos,
Capítulo 2
26
términos intermedios, representados por traquibasaltos, y finalmente, términos más
diferenciados o evolucionados, representados por traquitas y fonolitas [15].
La sílice (SiO2) es el componente mayoritario de la rocas magmáticas presentes
en la corteza terrestre, pudiéndose presentar como silicato y cuarzo, o sólo como
minerales de silicato. Supone más del 90% del peso total de minerales; en menor
proporción de porcentaje en peso, participan también óxidos de Fe y de Ti, además
de fosfato de calcio y otros minerales.
La composición de las rocas magmáticas se puede representar
completamente, o casi completamente, por medio de su contenido en los óxidos
siguientes: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MnO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, CO2, SO3 y H2O.
Le Maitre et al. [16], propusieron una clasificación de las rocas ígneas (Figura
2.2), atendiendo exclusivamente a su contenido en SiO2, resultando las siguientes
denominaciones para estas rocas:
- Ácidas: >63% de SiO2
- Intermedias: 63 - 52% de SiO2
- Básicas: 52 - 45% de SiO2
- Ultrabásicas: <45% de SiO2
Figura 2.2.- Clasificación TAS (Total Alkali Silica) de las rocas volcánicas [16].
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
27
Se conoce como clasificación TAS (de Total Alkali Silica) y se trata de una
metodología que permite definir una roca volcánica en base a la relación entre el
contenido de minerales alcalinos (Na2O y K2O) y el contenido de silicatos (SiO2). Estos
parámetros químicos son útiles porque la cantidad relativa de minerales alcalinos y
silicatos juega un papel determinante para determinar la mineralogía real de la roca.
Es especialmente útil para rocas cuya mineralogía no pueda ser determinada
mediante el uso del microscopio petrográfico.
El empleo de esta clasificación requiere de conocimientos de geología y
petrología y es de interés para su aplicación en Ciencias de La Tierra. En el caso que
ocupa esta investigación, se ha creído conveniente emplear otra clasificación, más
sencilla y simplificada, y suficiente para el ámbito de este estudio. La clasificación
elegida es la de Hernández [15] cuyo objeto es facilitar a los profesionales de la
Ingeniería y de la Arquitectura, con conocimientos limitados de geología, un sistema
operativo, práctico y funcional para identificar y asignar un nombre a una roca. Los
nombres se han seleccionado principalmente entre aquellos que se utilizan en los
tratados no especializados en geología, y no se utilizan en sentido estricto, sino que
se aplican en términos generales para un amplio grupo de tipos de rocas (litotipos)
relacionadas. Se clasifican los materiales volcánicos masivos y compactos
atendiendo a criterios de tipo litológico, tectural y al índice de huecos (contenido de
vesículas o vacuolas).
La clasificación considera que los materiales rocosos volcánicos del
archipiélago canario se pueden reducir a diez tipos de rocas o litotipos (Tabla 2.5),
cada uno de los cuales incluye las rocas volcánicas que poseen propiedades
litológicas y físico-mecánicas similares.
Tabla 2.5.- Litotipos de rocas volcánicas según Hernández [15].
Basalto (B)
Afanítico (AF) Masivo (M) BAFM
Vacuolar (V) BAFV
Olivínico-Piroxénico(OP) Masivo (M) BOPM
Vacuolar (V) BOPV
Plagioclásico (PL) Masivo (M) BPLM
Vacuolar (V) BPLV
Traquita (TRQ) TRQ
Fonolita (FON) FON
Ignimbrita (IG) Soldada IGS
No Soldada IGNS
Capítulo 2
28
Estos litotipos son: basalto afanítico masivo (BAFM), basalto afanítico vacuolar
(BAFV), basalto olivínico-piroxénico masivo (BOPM), basalto olivínico-piroxénico
vacuolar (BOPV), basalto plagioclásico masivo (BPLM), basalto plagioclásico
vacuolar (BPLV), traquitas (TRQ), Fonolitas (FON), ignimbritas soldadas (IGS) e
ignimbritas no soldadas (IGNS).
Los litotipos que son comúnmente empleados como áridos para hormigones
en las Islas Canarias corresponden a fonolitas (FON) y basaltos afaníticos másicos
(BAFM). En general, los litotipos BAFM se utilizan en todas las islas del archipiélago,
mientras que los FON están restringidos casi exclusivamente a la isla de Gran Canaria.
2.2.6.2. Cemento.
La palabra cemento, tan difundida, se aplica a todo tipo de productos, o
mezcla de ellos, con propiedades adhesivas. En esta definición tan amplia se incluyen
compuestos silíceos, aluminosos, magnesianos, resinas sintéticas...
Los cementos pueden ser de origen natural o artificial, pero en adelante solo
se considerarán estos últimos al ser los que se utilizan en la fabricación del hormigón
estructural.
El origen del cemento Portland artificial no es fácil de establecer, aunque se
atribuye el invento a Joseph Aspdin, en tanto que Charles Johnson mejoró las
proporciones y elevó la temperatura de cocción. Y se denominó así, por su color
parecido a la piedra natural de la península de Portland, al sur de Inglaterra [11].
El cemento Portland como conglomerante hidráulico, es el resultado de la
cocción de la mezcla de piedra caliza y arcilla, y posterior trituración. Se denomina
clínker, constituido básicamente por silicatos y aluminatos. Al clínker se le adicionan
otras sustancias, para darle diferentes propiedades, entre ellas retrasar el tiempo de
fraguado.
Y así se distinguen y clasifican, según la “Instrucción para la recepción de
cementos (RC-08, tabla A1.1.1) [17], los distintos tipos de cementos comunes (véase
la Tabla 2.6).
2.2.6.2.1. Designación de los cementos.
Tal y como se recoge en la RC-08 (Tabla A1.1.1) [17], y la norma UNE-EN 197-1
[18], los cementos comunes se designan con las letras CEM seguidas de un número
romano y dos letras que definen el tipo de clínker y los componentes principales,
después viene un número que indica la clase de resistencia (32,5-42,5-52,5) y de otra
letra que indica si la resistencia inicial es normal (N) o es alta (R).
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
29
Tabla 2.6.- Cementos comunes.
Capítulo 2
30
2.2.6.2.2. Cementos de Canarias.
Los cementos más usados en Canarias son en su mayoría cementos Portland
con puzolana. Los hormigones canarios ensayados en este trabajo han sido
fabricados con los siguientes cementos:
- En la provincia de Santa Cruz de Tenerife: CEM II/A-P 42,5 R.
- En la provincia de Las Palmas de Gran Canaria: CEM II/A-P 32,5 R.
2.2.6.3. Puzolana.
Las puzolanas reciben su nombre de la población de “Puzzuoli”, en las faldas
del Vesubio, donde ya eran explotadas en tiempo de los romanos. Son materiales
silíceos o alumino-silíceos, que por sí solos no tienen propiedades conglomerantes,
pero finamente molidos y en presencia de agua reaccionan químicamente con el
hidróxido de calcio a temperatura ambiente, formando una pasta con carácter
cementante. Son productos de naturaleza ácida y composición similar a las arcillas.
Las puzolanas se clasifican en naturales o artificiales.
En Canarias encontramos yacimientos de este material en las Islas de Tenerife
y Gran Canaria, aunque no todas son aptas para adicionarlas al cemento, pues
deben tener al menos un 25% de sílice reactiva [11].
2.2.6.3.1. Origen de la puzolana en Canarias.
La piedra pómez es una roca con alta porosidad, ligera (densidades entre 0,4
y 0,9 g·cm-3), friable, eficaz aislante térmico y con propiedades puzolánicas. Por ser
considerada una puzolana natural de bajo coste, la piedra pómez es un ingrediente
importante en la elaboración del cemento Portland. Se encuentra en los depósitos
del litotipo ignimbritas no soldadas IGNS (o tobas pumíticas) en las islas de Tenerife y
Gran Canaria, donde acontecieron erupciones de tipo sálico que dieron lugar a este
tipo de rocas piroclásticas.
Presenta las siguientes ventajas:
- mejora la docilidad de la mezcla fresca y facilita la puesta en obra;
- resistencia a las aguas agresivas (obras subterráneas, alcantarillado,
desagües,...);
- menor calor de hidratación (favorable en obras masivas, presas,...);
- mejor impermeabilización (obras marítimas e hidráulicas);
- resistencia a largo plazo.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
31
2.2.6.4. Agua de amasado y curado.
Según la EHE-08, el agua utilizada tanto para el amasado como para el curado
del hormigón en obra, no debe contener ningún ingrediente dañino en cantidades
tales que afecten a las propiedades del hormigón o a la protección de las armaduras
frente a la corrosión. En general podrán emplearse todas las aguas sancionadas
como aceptables por la práctica y la mayor parte de las aguas potables son
admisibles. Cuando no se posean antecedentes de su utilización, deberán analizarse
según los ensayos requeridos en el artículo 27 de la EHE-08.
2.2.6.5. Aditivos y adiciones.
Los aditivos no son conglomerantes sino aquellas sustancias que incorporadas
al hormigón antes del amasado, o durante el mismo, en una proporción no superior
al 5% en peso del cemento, producen la modificación deseada, en estado fresco o
endurecido, de alguna de sus características, de sus propiedades habituales o de su
comportamiento. Por ejemplo, aditivos plastificantes, para hacer más dócil el
hormigón fresco; fluidificantes, para poder reducir la cantidad de agua; aceleradores
o retardadores de fraguado; etc.
Las adiciones son aquellos materiales inorgánicos, puzolánicos o con
hidraulicidad latente que, finamente divididos, pueden ser añadidos al hormigón con
el fin de mejorar alguna de sus propiedades o conferirle características especiales.
Por ejemplo cenizas volantes y humo de sílice para elevar la resistencia del hormigón.
2.3. Naturaleza del proceso de corrosión.
El mecanismo de la corrosión de los materiales metálicos en contacto con una
disolución es de naturaleza electroquímica. Esto implica, que la oxidación del metal
esta compensada por la reducción de otra sustancia en otra región de la superficie
metálica. Por lo tanto se generan dos zonas con diferente potencial electroquímico
(ánodo y cátodo).
En disoluciones neutras o alcalinas, el metal se oxida en la región anódica,
mientras que en la región catódica es el oxígeno el material que se reduce. La Figura
2.3 muestra esquemáticamente el proceso electroquímico de la oxidación.
El proceso de corrosión se desarrolla a través de la formación de numerosas
micropilas en las zonas con corrosión activa, como muestra la Figura 2.4. En el caso
de producirse corrosión localizada, pueden coexistir áreas pasivas con áreas activas
y por tanto también se pueden desarrollar macropilas. La corriente galvánica que se
genera por la acción de la macropila suele ser un 10 – 20 % de la corriente producida
por la acción de las micropilas.
Capítulo 2
32
Figura 2.3.- Mecanismo simplificado de corrosión en una disolución: Zonas anódica y
catódica.
Figura 2.4.- El proceso de corrosión se desarrolla fundamentalmente por la acción de
las micropilas (pequeña distancia entre zonas anódicas y catódicas). En el caso de
corrosión localizada se superpone el efecto de las macropilas. Su importancia relativa
dependerá de la resistividad del hormigón que envuelve la armadura.
En el caso del hormigón, la disolución (electrolito) está constituida por la
disolución de los poros del hormigón, que es de naturaleza altamente alcalina (Figura
2.5). La solución de los poros está formada por una mezcla de KOH y NaOH resultando
valores de pH que varían entre 12,6 y 14. La solución está saturada en Ca(OH)2. Así el
acero embebido en el hormigón está protegido naturalmente de la corrosión por dos
efectos, la alta alcalinidad del medio y el efecto barrera que proporciona el propio
hormigón.
Figura 2.5.- Red de poros debida a un exceso en el agua de amasado. El camino
fundamental para el avance de los agresivos son los poros capilares, que contienen
la llamada fase acuosa de los poros de naturaleza muy alcalina.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
33
Dos son las causas fundamentales de la pérdida de esta capacidad
protectora del hormigón, la carbonatación del recubrimiento y la presencia de iones
cloruros (Figura 2.6). La carbonatación induce una corrosión generalizada en el
acero mientras que la presencia de cloruros produce una corrosión localizada en la
armadura. La corrosión se puede identificar fácilmente por la presencia de manchas
de óxido en la armadura y la aparición de fisuras paralelas a la dirección de las barras
de armado.
Figura 2.6.- Tipología de la corrosión de la armadura en el hormigón armado:
generalizada (carbonatación), localizada (cloruros) y corrosión bajo tensión (en
elementos pretensados).
2.4. Carbonatación.
El proceso de carbonatación en un hormigón consiste en la reacción de los
componentes alcalinos de la fase acuosa del hormigón, como el hidróxido de sodio,
calcio y potasio, que se encuentran en la pasta de cemento, con el dióxido de
carbono atmosférico preferentemente (componente ácido de la atmósfera), dando
lugar a una disminución del valor del pH del hormigón y a la formación de
carbonatos. También se puede dar la interacción con el dióxido de azufre para dar
lugar a sulfatos, pero dado que el CO2 se encuentra en mayor proporción en el aire
que el SO2, este proceso de descenso de la alcalinidad se denomina genéricamente
carbonatación. Los ambientes urbanos e industriales y en general la contaminación
ambiental son la fuente necesaria para que se produzca este fenómeno.
La cantidad de CO2 que puede ser absorbida por el hormigón viene descrita
por la siguiente ecuación [19]:
2 2( ) · · ( )( )
CO CO sf cU t a A x t g (0.1)
Capítulo 2
34
donde:
- 2CO
a cantidad de CO2 absorbible (en g·cm-3) por carbonatación en un
tiempo t,
- sfA área de la superficie del hormigón expuesta a la atmósfera (en cm2),
- ( )c
x t profundidad de carbonatación (cm) en el hormigón en un tiempo t.
Por otro lado, la capacidad de absorber CO2 por parte del hormigón depende
de la concentración molar de carbonatos presente en el hormigón y del grado de
hidratación de la pasta de cemento. Por tanto, la cantidad de CO2 (2CO
a ) que puede
ser absorbida viene dada por la siguiente expresión [19]:
2 2
6 3( )· ( )· ·10 ( / )CO h ct CO
a t M t M g cm (0.2)
donde:
- ( )h
t es el grado de hidratación de la pasta de cemento para un tiempo t,
- ( )ct
M t es la concentración molar (mol·cm-3) de los carbonatos constituyentes
de la pasta en un tiempo t,
- 2CO
M 44 g·mol-1, es el peso molecular del CO2.
La importancia de mantener una elevada alcalinidad en los hormigones
(normalmente ubicada en torno a un pH de 13) se debe a que en esas condiciones
se promueve una protección natural contra la corrosión del acero del refuerzo. Esto
es debido a la formación de una capa de óxidos pasivantes sobre el acero, es debida
principalmente a la portlandita formada durante la hidratación de los compuestos
anhidros del cemento y a los hidróxidos de sodio y potasio presentes. Estas sustancias
sitúan el pH de la fase acuosa contenida en los poros del hormigón en valores entre
12,6 y 14, en el extremo más alcalino de la escala de pH. El proceso de carbonatación
hace decrecer el valor del pH del hormigón a un valor aproximado de 9 [20-23].
Según Tuutti, cuanto mayor sea la reserva alcalina del hormigón, mayor será el tiempo
necesario para la reducción del pH junto a la armadura [9].
Para que la carbonatación tenga lugar es necesario que el dióxido de
carbono entre en contacto con el agua y los componentes alcalinos presentes en los
poros del hormigón. Las moléculas de CO2 penetran en el hormigón a través de los
poros capilares no saturados de agua y posteriormente se disuelven en la fase acuosa
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
35
contenida en esos poros. Los iones CO32- generados reaccionan con los iones Ca2+
presentes formando carbonato cálcico (CaCO3).
Papadakis et al. [24] desarrollaron un modelo matemático que involucra todos
los procesos fisicoquímicos involucrados en la carbonatación de un hormigón. Este
modelo permite predecir de forma cuantitativa la evolución de la carbonatación de
un hormigón con el tiempo. De esta forma, es posible seleccionar el mejor tipo de
hormigón (composición química y tipo de cemento) para unas condiciones de
exposición a CO2 determinadas.
Los principales factores que hay que considerar en la carbonatación del
hormigón son la porosidad, el tipo y la cantidad de cemento, el nivel de
compactación, el tipo y el tiempo de curado, la relación agua/cemento (a/c), y las
condiciones ambientales [21].
Respecto a los factores que influyen en la absorción de CO2 en el hormigón,
los principales constituyentes del cemento endurecido que influyen son el hidróxido
de calcio y el silicato de calcio hidratado (CSH) en forma de mezcla (3CaO·SiO2 y
2CaO·SiO2) [24]. Una vez que el CO2 ha penetrado en el hormigón, reacciona tanto
con el Ca(OH)2 y con los silicatos de calcio hidratados (3CaO·SiO2 y 2CaO·SiO2),
denotados como CSH, así como con los silicatos sin hidratar, como el 3CaO·SiO2 (C3S)
y el 2CaO·SiO2 (C2S) presentes en el cemento Portland.
El Ca(OH)2 presente en el cemento se disuelve en el agua contenida en el
poro, para reaccionar luego con el CO2 según la reacción:
2H O,NaOH
2 2 3 2CO +Ca(OH) CaCO + H O (0.3)
Asimismo, el CSH y el resto de silicatos reaccionan con el CO2 según las
siguientes reacciones:
2 2 2 3 2 23 ·2 ·3 3 3 2 ·3CaO SiO H O CO CaCO SiO H O (0.4)
2 2 2 3 2 23 · 3 3 ·CaO SiO CO xH O CaCO SiO xH O (0.5)
2 2 2 3 2 22 · 2 2 ·CaO SiO CO xH O CaCO SiO xH O (0.6)
La carbonatación del CSH produce una descalcificación del gel y una
polimerización de los silicatos, llegando en último término a formar, junto con el
Capítulo 2
36
carbonato cálcico, un gel de sílice hidratado. El CaCO3 precipita en la mayoría de
los casos en forma de calcita, aunque en determinadas condiciones se pueden
generar también los polimorfos aragonito y vaterita.
La porosidad del hormigón es un parámetro fundamental en la carbonatación,
puesto que la red de poros constituye el camino de avance del CO2 proveniente del
exterior [25-32]. A su vez, la porosidad está condicionada por el tipo y la cantidad de
cemento, el nivel de compactación, el tiempo y tipo de curado, y la relación a/c [33-
35]. Un mal curado o una mala compactación del hormigón pueden dar lugar a una
elevada porosidad, especialmente en la superficie externa del hormigón. En general,
y dentro de unos límites aceptables de hidratación, una baja relación a/c produce
un hormigón menos permeable por la formación de poros pequeños no
interconectados.
La cantidad de cemento es determinante no sólo por el efecto que tiene sobre
la porosidad del hormigón sino también por la capacidad que tiene de fijar el CO2.
El tipo de cemento también influye en las condiciones de avance de la
carbonatación, ya que el contenido en aluminatos y álcalis de las adiciones puede
modificar la velocidad de avance del frente. La cantidad necesaria de CO2 para
bajar el pH hasta rangos casi neutros, en los que las armaduras dejan de estar
protegidas, variará en función de la reserva alcalina que el cemento aporte al
hormigón, la cual depende tanto del tipo como de la cantidad de cemento utilizado
[36-38].
Las condiciones ambientales determinan el contenido de humedad en el
hormigón, que a su vez determina el grado de saturación de agua en los poros,
parámetro fundamental en el proceso de carbonatación [28-30,39-42]. A humedades
bajas, por debajo del 50%, la velocidad de carbonatación se reduce por la
necesidad de una presencia mínima de agua para la reacción de la portlandita,
mientras que a humedades muy altas el agua de los poros dificulta la difusión del CO2
a través de ellos. Así, la carbonatación presenta un máximo para humedades
relativas alrededor del 50‐60%. También la temperatura influye en el contenido de
humedad del hormigón y en la difusión del CO2. Además, la mayor o menor
concentración de dióxido de carbono en el ambiente de exposición modifica la
velocidad de reacción y la evolución del agua dentro del hormigón [43], como se
verá más adelante al establecer una comparación de la carbonatación natural con
la acelerada.
Existen numerosos modelos matemáticos desarrollados para la estimación de
la vida útil de una estructura de hormigón enfocada en cuanto a la corrosión
inducida por carbonatación [44]. La problemática que presentan muchos de los
modelos es la falta de información suficiente, así como la dificultad y el tiempo
necesario para la validación de dichos modelos [3]. Por otro lado, los investigadores
tienden a elaborar modelos simples, de fácil uso, lo cual no siempre resulta efectivo
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
37
[45] y, en otros casos, los modelos son tan complejos que complican el poder estimar
la vida útil de las estructuras o, simplemente, no tienen solución analítica [3,46,47]
De forma genérica, la mayoría de los modelos de predicción de
carbonatación asumen que la profundidad de carbonatación se puede calcular
mediante el producto de un coeficiente de carbonatación por la raíz cuadrada del
tiempo [9,48-50].
·P k t (0.7)
donde:
- P = penetración del frente de carbonatación
- k = constante
- t = tiempo de exposición
Aunque dicho modelo presenta deficiencias teóricas en su planteamiento, da
resultados satisfactorios cuando se trabaja en condiciones ambientales estables [51]
o para condiciones atmosféricas naturales, siempre y cuando el hormigón está
protegido de la acción de la lluvia [52]. Sin embargo el modelo falla al tratar con
datos obtenidos de hormigones expuestos a condiciones atmosféricas diversas, en
presencia de cambios en la humedad relativa [53].
Sin embargo, varios autores sostienen que el modelo es adecuado para
estimar la evolución de la profundidad de carbonatación con el tiempo bajo
condiciones naturales [54-56]. En este caso se puede considerar la influencia de la
humedad en la velocidad de carbonatación en el coeficiente de carbonatación.
Por otra parte, en los diferentes modelos existentes no hay un consenso en la
forma que se determina el coeficiente de carbonatación. Este coeficiente es
fundamentalmente un indicador de durabilidad que comprende todas las variables
relativas a la agresividad ambiental y las características del hormigón en sí mismo [55].
La cuantificación de este coeficiente es generalmente difícil ya que depende de
muchos factores, haciendo del modelado de la evolución de profundidad de
carbonatación una tarea compleja.
Muchos de los modelos de carbonatación son semi-empíricos. Parten de una
base teórica (por ejemplo, la primera ley de Fick) y se terminan ajustando los
parámetros necesarios a partir de resultados experimentales [48,57-59]. Existen
modelos estadísticos basados en el tratamiento de múltiples datos de carbonatación
[44]. Sin embargo, sigue siendo necesario la obtención de datos de exposición natural
para una zona geográfica concreta así como la caracterización de las
configuraciones de los hormigones a partir de ensayos de laboratorio y ensayos
Capítulo 2
38
acelerados. De esta forma se caracterizan parámetros físico-químicos necesarios
para una correcta determinación de la evolución del frente de carbonatación.
2.5. Ataque por cloruros.
Los iones cloruro pueden estar presentes en el hormigón si éstos se han añadido
en la mezcla (en las adiciones, el agua de amasado o los áridos) [22,60]. Sin embargo,
este medio no es el más común ya que desde hace tiempo se prohíbe la inclusión de
estos iones en el hormigón. El medio más frecuente de ingreso de los iones es desde
el exterior, ya sea porque la estructura esté localizada en ambiente marino o debido
al uso de sales de deshielo.
Los cloruros inducen una destrucción local de la capa que pasiva el acero
ocasionando un ataque localizado que frecuentemente se transforma en picaduras.
Desde que a mediados del siglo XX se pusiera de manifiesto que el cloruro
puede inducir corrosión en la armadura de un hormigón armado, se han desarrollado
numerosos proyectos y se ha publicado una cantidad considerable de documentos
presentando valores de contenido de cloruros críticos (Ccrit) en la armadura
susceptibles de causar su corrosión [10]. El contenido en cloruros crítico se expresa
comúnmente como contenido de cloruro total en relación con el peso del cemento,
aunque existen otras variantes [61-66]. La razón principal de esto es el hecho de que
la medida del contenido de cloruro total es relativamente simple y está bien
documentada en las normas [67,68].
En el cálculo de la vida útil de la estructura, el contenido en cloruros crítico es
uno de los parámetros más decisivos [69]. Es un parámetro de difícil estimación, ya
que la concentración de cloruros sobre la armadura cuando comienza la corrosión
no está directamente relacionada con el grado de ataque corrosivo sufrido.
Aún con el considerable esfuerzo realizado por la comunidad científica para
esclarecer todos los aspectos del ataque por cloruros y el análisis del valor de Ccrit
[63,70-72], todavía no se ha alcanzado un consenso acerca de su valor umbral,
encontrándose gran dispersión de datos en la bibliografía [73,74], aunque existen
normas y reglamentos que cuantifican su valor [75]. En países europeos así como en
América del Norte se ha convertido en práctica común limitar el contenido de cloruro
tolerable alrededor del 0,4% en peso de cemento [76]. Sin embargo, en el fib [57] se
fija un límite inferior de 0,2% de cloruro por peso de cemento y un valor promedio de
0,6% en peso de cemento.
Angst et al. [10] han publicado una interesante revisión al respecto donde
recogen en tablas distintos valores para Ccrit obtenidos por diversos autores a partir
de la evaluación de estructuras reales expuestas a la atmósfera [77-85] y a partir de
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
39
ensayos de laboratorio con el acero inmerso en disolución [61-64,86-94] y con el acero
inmerso en el hormigón [79,84,85,88,89,92,93,95-114].
Desde una perspectiva global, se observa una gran dispersión, oscilando los
valores entre 0,04 a 8,34% de cloruro total por peso de cemento.
Desde el punto de vista electroquímico, es la relación entre el potencial del
acero embebido (Ecorr) con el potencial de picaduras (Epit) la que determina si se inicia
o no la corrosión. El acero considerado suele ser el acero al carbono, aunque puede
encontrarse en la literatura un número limitado de publicaciones con aceros más
resistentes a la corrosión [80,115-117].
El potencial de picadura depende tanto del contenido de cloruro como de
las propiedades del metal. El potencial de circuito abierto del acero pasivo, por el
contrario, sólo depende del medio (pH, contenido de oxígeno).
La presencia de iones cloruro en la superficie del acero modifica la curva de
polarización anódica, principalmente cambiando el potencial de picadura a valores
más negativos. Si el potencial de corrosión (Ecorr) es más positivo que Epit tiene lugar la
picadura de la armadura. De lo contrario, la influencia del ion cloruro es despreciable
[106].
Para estructuras expuestas a la atmósfera, el potencial de las armaduras suele
estar entre +100 y -200 mVSCE, mientras que para estructuras sumergidas oscila
entre -400 y -500 mVSCE [118] y, en consecuencia, mayores concentraciones de
cloruro pueden ser toleradas.
Numerosos parámetros afectan el valor de Ccrit y muchos de ellos están
interrelacionados [118]. Así destacamos la interfaz acero-hormigón, la concentración
de iones hidróxido en la solución de poro (pH), el potencial electroquímico del acero,
el tipo de aglutinante, la condición superficial del acero, el contenido de humedad
del hormigón, la disponibilidad de oxígeno en la superficie del acero, la relación a/c,
la resistividad eléctrica del hormigón, el grado de hidratación, la composición
química del acero, la temperatura, la fuente de cloruro (mezclado inicialmente o
penetrado en el hormigón endurecido), el tipo de catión que acompaña el ion del
cloruro y la presencia de otras especies, por ejemplo, sustancias inhibidoras. De entre
todas ellas, destacan la interfaz acero-hormigón como el factor más importante [74]
junto con el pH en los poros del hormigón [61-63,119] y el potencial del acero [118].
La variedad de factores implicados indica que el concepto de contenido de
cloruro crítico enfrenta algunas dificultades con respecto a un valor de umbral de
cloruro único aplicable a una amplia gama de estructuras.
Respecto a la interfaz acero-hormigón, su importancia fue mencionada por
primera vez en 1959 [78], trabajo en el que su autor ya señalaba el carácter protector
de hidróxido de calcio que rodea el acero. Estudios posteriores han puesto de
manifiesto la presencia de una capa densa, rica en cal de los productos de
Capítulo 2
40
hidratación en la superficie del acero [119]. Estos productos sólidos así como la
presencia de material sólido en la superficie del acero contribuirían a su protección
[89].
Se ha demostrado que la condición de la superficie del acero tiene un efecto
significante sobre el umbral crítico de cloruros [113]. Hay autores que han establecido
una escala de aceros en función de su acabado y el umbral de Ccrit
[64,91,114,120,121].
Existen otros factores que pueden afectar a la susceptibilidad de corrosión de
la armadura, entre los que se citan la presencia de grandes cavidades debido a una
mala compactación, la orientación de la barra [122,123], que el acero sea liso o
corrugado [105], y el sometimiento de la estructura a cargas estáticas [124].
Los cementos que contienen humo de sílice [103,114] presentan menores
valores de Ccrit respecto al cemento Portland y mayores tasas de corrosión [66].
Debido a la reacción puzolánica, la alcalinidad de la disolución contenida en el poro
disminuye significativamente con el aumento de la adición de humo de sílice [70].
Respecto a otros aditivos tales como fly ash [82,110] o escorias de alto horno
[88], existen estudios contradictorios [104,106,110].
Para que el proceso corrosivo tenga lugar es imprescindible la presencia de
agua y oxígeno. La ausencia de alguno de los dos frenará el ataque corrosivo. En el
caso específico de los hormigones, si éstos se encuentran saturados en agua o secos
será necesaria una elevada concentración de iones cloruro para que tenga lugar el
ataque corrosivo. La situación más favorable para la iniciación de la corrosión está
que el hormigón esté en un ambiente con una humedad relativa comprendida en el
rango 90–95% RH [99] o que esté expuesto a ciclos de humectación/secado [125]. La
cantidad de agua en los poros del hormigón también afecta a la distribución entre
cloruros libres y fijos.
Los factores que afecten a la porosidad del hormigón jugarán también un
papel importante en la absorción de cloruros. La relación a/c y el grado de
hidratación juegan un papel importante en la porosidad del hormigón. Se ha
demostrado que el contenido crítico de cloruro aumenta con la disminución de la
relación a/c [72,98,103].
La porosidad y el contenido de humedad pueden ser caracterizados por la
resistencia eléctrica, un parámetro útil para correlacionar empíricamente con valores
umbral de cloruros [85].
Para evaluar Ccrit existen diferentes opciones. Una de ellas es la de un electrodo
de acero embebido en el material de base de cemento (pasta de cemento, mortero,
hormigón) o inmerso en una solución que simula el hormigón al cual se le pueda
determinar el potencial para detectar el momento de la despasivación. Los iones
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
41
cloruro pueden entrar por difusión natural o acelerada, aplicando un campo
eléctrico a la probeta.
No sólo la forma de introducir los iones cloruro tiene importancia, sino también
el tipo de sal tiene un efecto sobre el resultado de trabajo experimental. El CaCl2 tiene
un efecto mucho más corrosivo que el NaCl o el KCl [97,126-128].
Lo mismo es aplicable para la selección de un determinado tipo de refuerzo
(liso o estriado) y su condición de la superficie. Estos aspectos deben tenerse en
cuenta cuidadosamente al diseñar experimentos.
El acero tiene un potencial más negativo que el acero pasivado en el
hormigón. Este hecho se usa para detectar el inicio del proceso corrosivo
[62,63,77,78,83,88] mediante medidas de potencial, fijando una caída de potencial
como parámetro de despasivación. Debe tenerse en cuenta que el potencial
medido no depende sólo del estado de corrosión del acero, sino también de otros
factores como la disponibilidad de oxígeno o las caídas iR, por lo que un mejor
parámetro para determinar la corrosión es una caída de potencial en vez de adoptar
un valor absoluto.
Entre las técnicas electroquímicas más usadas para su caracterización se
encuentran la polarización lineal [129], técnica que permite la determinación de la
velocidad de corrosión instantánea, y la espectroscopía de impedancia
electroquímica (EIS) [130], de la cuál puede derivarse el vapor de resistencia a la
polarización después de realizar el correspondiente ajuste de los diagramas de
impedancia a un circuito equivalente.
Más recientemente se ha normalizado un procedimiento para la obtención de
la caída de potencial y determinar así el tiempo de despasivación de la armadura.
Dicho método se denomina el Método Integral, desarrollado por Castellote et al.
[107], y recogido por la norma UNE 83992-2 [131].
Aún con el empleo de métodos electroquímicos, se hace necesaria la
determinación de la concentración de cloruros contenidos en el hormigón. El análisis
de cloruro total se aplica con frecuencia en la práctica y está bien documentado
incluso en normas [67,68,132]. El contenido de cloruro total en el hormigón suele
determinarse por análisis de muestras extraídas del hormigón endurecido, que se
cortan en rodajas de un grosor determinado (generalmente de 1 mm) para obtener
un perfil de cloruros. La muestra es entonces machacada, en polvo y
homogeneizada, y posteriormente disuelta en ácido nítrico diluido. La concentración
de cloruro en la solución de extracción puede determinarse mediante varias técnicas
como valoración, uso de electrodos selectivos de iones o los métodos
espectrofotométricos.
Aparte del esfuerzo realizado por la comunidad científica para intentar
cuantificar y modelar el efecto que ejercen los iones cloruros en el hormigón, presenta
Capítulo 2
42
gran interés el obtener modelos que me permitan obtener valores de deposición de
cloruros en función de parámetros tales como la velocidad del viento la distancia a
la costa. Esta información complementaria a todo lo expuesto anteriormente
proporcionaría una herramienta muy eficaz a la hora de intentar determinar la
durabilidad de una estructura determinada. En el siguiente apartado se abordan
algunos modelos de transporte.
2.5.1. Transporte de iones cloruros contenidos en el aerosol marino.
La relación entre la concentración de sal presente en el aerosol marino y la
velocidad del viento se representa, de forma habitual, como una función
exponencial creciente de la forma [133-139]
· bvC a e (0.8)
donde:
- C = concentración de sal
- a,b = constantes
- v = velocidad del viento
La ecuación anterior ha sido utilizada en zonas afectadas tanto por aerosol
marino proveniente del rompiente costero [136,138,140] como de alta mar [134,137].
Meira et al. publicaron un artículo [133] donde recogen valores de los coeficientes a
y b para diversos ambientes, diferentes distancias al mar (desde alta mar hasta 9 km
tierra adentro), diferentes cotas (desde 1,2 m a 24 m de altitud respecto al nivel del
mar) y un variado rango de velocidades del viento, (desde 0,6 m·s-1 a 24 m·s-1). Bajo
estas condiciones el coeficiente a varía desde 0,38 a 21,10, mientras que b varía entre
0,13 y 0,27. Los modelos que a priori podrían ser aplicables a nuestro territorio serían
aquellos correspondientes al Océano Atlántico, tanto en línea de costa como tierra
adentro. Dichos modelos se recogen en la Tabla 2.7. Si se realiza una comparativa
entre los 4 modelos anteriores en el intervalo de velocidades medias se obtienen las
variaciones mostradas en la Figura 2.7.
Los errores cometidos en función del tipo de modelo varían
considerablemente. Tomando como referencia la zona costera, que es la que arroja
mayores valores de concentración de sal), los errores cometidos con respecto a la
zona interior (10 m) son del 14,06%, en la zona de interior (270 m) del 58,65% y con
respecto al muelle del 779,17%. Esta gran variabilidad y enorme dispersión confirman
lo indicado por diversos autores sobre la validez local de dichos modelos [133]. Las
limitaciones de los modelos vienen condicionadas por la fuente del aerosol, los
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
43
equipos de medida, la diferente altitud considerada en las zonas de muestreo así
como las propiedades climáticas de la zona en cuestión [136,139-141].
Tabla 2.7.- Relación entre la concentración de sal contenida en el aerosol marino y
la velocidad del viento para zonas geográficas del Atlántico Norte.
Condición Altura
(m)
Intervalo de velocidad
media del viento (m·s-1) Función
Zona de interior (10-270 m) 4 0,8-16,0 0,1318,5· vC e [136]
15 0,6-20,0 0,1613,3· vC e [136]
Zona porturaria (muelle) 8,2 2,5-16,0 0,152,40· vC e [141]
Costa 1,5-2,0 1,8-12,5 0,2321,10· vC e [140]
Figura 2.7.- Comparativa de los 4 modelos obtenidos para el Océano Atlántico en
diferentes localizaciones geográficas [136,140,141].
Aunque el modelo establecido relaciona la concentración de sal con la
velocidad del viento, aspectos como el umbral de viento o la fuerza de viento han
sido menos estudiados [143-145] y presentan gran interés. Existen estudios variados
donde se analiza el efecto del tamaño de partícula arrastrada por el viento en
función de su velocidad, o la relación entre la concentración y el intervalo de tiempo
en el que sopla el viento entre un determinado intervalo de velocidades [136,143-147]
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20
Co
nc
en
tra
ció
n d
e s
al,
C
Velocidad del viento, v (m·s-1)
Zona interior (10 m)
Zona interior (270 m)
Muelle
Costa
Capítulo 2
44
que concluyen que la relación es mucha más compleja de lo que predice la
ecuación (2.8).
Destacamos el modelo desarrollado por Meira et al. [133] donde incluyen una
modificación que afecta a la variable velocidad del viento. En dicho modelo se
relaciona la velocidad de deposición de cloruros (D) con la velocidad del viento
superior a 3 m·s-1 (velocidad del viento umbral) compensada por el tiempo durante
el cual sopla el viento a esa velocidad (v3t3t-1), tal y como se muestra en la ecuación
(2.7). Esta nueva variable se obtiene al multiplicar la velocidad del viento (v3) por el
tiempo que está soplando a esa velocidad (t3) dividido por el tiempo total de
observación (t)
1
3 3·
b v t t
ID D a e
(0.9)
El coeficiente DI representa la correlación de la concentración de cloruros con
velocidades de viento inferiores a 3,0 m·s-1. Dicho parámetro disminuye a medida que
nos alejamos de la costa, al igual que lo hace el coeficiente a de la ecuación 2.7
[138]. Se ha encontrado que este modelo presenta mejor ajuste con respecto al
modelo representado en la ecuación 2.7 para zonas costeras como las encontradas
en el caso de estudio y corroboradas por otros estudios [144].
En el caso concreto de las Islas Canarias, no existen estudios que correlacionen
la concentración de sal en el aerosol marino con la velocidad del viento. Sin
embargo, a raíz de la elaboración del Mapa de Corrosividad Atmosférica del
Archipiélago Canario sí que se han establecido niveles de cloruros para diferentes
zonas geográficas de las siete islas que conforman dicho archipiélago. Morales et al.
han publicado una serie de trabajos [148-150] caracterizando la climatología de la
provincia de Santa Cruz de Tenerife desde el punto de vista de la agresividad
atmosférica frente a la corrosión metálica, en los que se han obtenido valores medios
de concentración de iones cloruro, iones sulfato y humedad relativa, expresada
como tiempo de humectación, para un conjunto de estaciones ubicadas en las islas
de Tenerife, La Palma, La Gomera y el Hierro.
Una de las principales conclusiones de los anteriores estudios fue el poner de
manifiesto las limitaciones de la norma ISO 9223 [151] al ser aplicada a zonas costeras
tropicales y subtropicales [148]. Esta limitación se deriva, fundamentalmente, de la
variabilidad climática existente en las islas, donde nos podemos encontrar con hasta
seis zonas climáticas en la isla de Tenerife. Dicho aspecto será tratado en profundidad
den el siguiente apartado.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
45
2.6. Influencia de las variables climáticas en la velocidad de corrosión de
las estructuras de hormigón.
Tal y como se ha comentado en los apartados anteriores, la corrosión de las
armaduras es una de las principales causas de la degradación de los hormigones.
Dicha degradación se ve influenciada, principalmente, por la presencia de iones
cloruro (principalmente la relación Cl-/OH-) que atacan la barra de acero y por la
carbonatación del hormigón [10,152]. A la hora de caracterizar el nivel de
degradación de los hormigones, es de vital importancia el estado del hormigón, ya
que afecta a los resultados obtenidos. El estado del hormigón, a su vez, está
influenciado por la concentración de agresivos (cloruros, etc.) y las características
medioambientales de la zona donde está expuesto, principalmente por la
temperatura y la humedad. La humedad juega un papel fundamental en el grado
de saturación del hormigón, junto con la precipitación. La cantidad de humedad de
los poros del hormigón controla la resistividad eléctrica del hormigón y el acceso de
oxígeno, lo cual influye sobre la corrosión de la armadura. Un poro saturado hace que
disminuya la resistividad, pero dificulta la difusión del oxígeno. Es necesaria la
presencia de un cierto nivel de humedad en los poros para que tenga lugar el
proceso corrosivo.
Dichas variables medioambientales se han estudiado abordando el estudio a
escala de laboratorio con condiciones controladas [153-161] y en exposición natural
[156,162-167]. A escala de laboratorio, los ensayos han consistido, fundamentalmente
en ir variando secuencialmente los valores de HR y temperatura (T), conservando las
probetas en cámara hasta alcanzar el equilibrio con el exterior. En estos trabajos se
comprobó que al hacer variar la HR y la T, la velocidad de corrosión evoluciona
progresivamente hasta alcanzar el equilibrio en el nuevo ambiente, pudiendo
tardarse días o semanas según los valores iniciales de HR y T. Se determinó que ambas
variables tienen una fuerte influencia sobre la velocidad de corrosión, aunque la
correlación de estos datos con los obtenidos en exposición natural no es buena [154].
La evolución tanto de la HR como de la T depende de múltiples factores
difíciles de replicar en el laboratorio. Así, nos encontramos con que depende de
factores tan variados como si es de día o de noche, la estación del año en que nos
encontremos, la situación geográfica donde se esté midiendo. Diversos autores han
realizado estudios que versan sobre la influencia de la evolución de los parámetros
HR y T en el interior del laboratorio [168], comprobando que la relación entre la
intensidad de corrosión y la HR-T no es obvia y que la lluvia no siempre produce un
aumento de la Icorr, sino que depende de su duración y de la T particular que esté
actuando.
Más recientemente, en un estudio realizado por Bouteiller et al. [154] han
demostrado que no se puede establecer una correlación entre la velocidad de
corrosión y la humedad. La HR interacciona con la temperatura, por lo que no
pueden ser consideradas por separado. Tampoco se pudo establecer una
Capítulo 2
46
correlación entre la velocidad de corrosión y el potencial obtenido, ni entre la
temperatura y la Icorr [155,169].
Como tendencia general se observa que en invierno se obtienen valores de
Icorr superiores a los de verano, siendo éstas de menor magnitud que las observadas
para los periodos de primavera-otoño, cuando se registran mayores valores [155-
156,169-170]. A medida que el hormigón se va secando se favorece la difusión del
oxígeno por los poros del mismo hacia la armadura, lo cual acelerará el proceso
corrosivo. Sin embargo, cuando los poros se secan la resistividad aumenta y la
corrosión disminuiría de nuevo (Figura 2.8) [162].
Figura 2.8.- Variación de la velocidad de corrosión con las variaciones de humedad
y temperatura en los poros del hormigón (tomada de [162]).
A partir de la Figura 2.8 se observa que la máxima velocidad de corrosión se
dará para situaciones de poro semiseco, pues se darán de forma simultánea los
efectos de la resistividad y el oxígeno.
No obstante, lo que provoca la corrosión de la armadura no es la humedad
relativa existente dentro del poro, sino la cantidad de agua líquida existente en el
poro y en contacto con el metal. Por ello, la lluvia tiene un mayor efecto que la
humedad relativa. Castillo [162] realizó un arduo trabajo para correlacionar el clima
exterior con el contenido en agua en el interior para tratar de predecir la durabilidad
de la armadura. En su trabajo, caracterizó diferentes climas de España, en función de
la variación de los parámetros climáticos más influyentes como son la HR, la
temperatura y la precipitación. Estableció algoritmos que relacionan el clima con la
cantidad de agua en el hormigón.
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
47
Asimismo puso de manifiesto la enorme influencia que ejerce la lluvia, tanto
por cantidad como por duración. Así, se observan comportamientos significativos de
la lluvia si después de dos días consecutivos presenta un valor menor de 5 mm o
mayor de 20 mm. En cuanto a la exposición, apenas se observa diferencia entre
probetas expuestas a la lluvia y al sol o a la sombra, pero sí que se observa diferencia
al estar o no protegidas de la lluvia.
2.6.1. Características climáticas de la isla de Tenerife.
La isla de Tenerife es la más grande del Archipiélago Canario, con una
superficie de 2034,38 km² y 342 km de línea costera. Está situada entre los paralelos
28º y 29º N y los meridianos 16º y 17º O, a algo más de 300 km del continente africano,
y a unos 1000 km de la Península Ibérica. Es además la isla más alta de España y la
décima isla más alta de todo el mundo, ya que cuenta en su centro con el Pico del
Teide, que con sus 3718 m es la montaña más alta de España. En la Figura 2.9 se
muestra un mapa del relieve de la isla.
Figura 2.9.- Mapa topográfico de la isla de Tenerife.
Con motivo de la aprobación del Código Técnico de la Edificación (CTE) el 17
de marzo de 2006, publicado en el Real Decreto 314/2006 [171], se ponen de
Capítulo 2
48
manifiesto algunas carencias en cuanto a los datos climatológicos disponibles de las
diferentes islas del Archipiélago Canario. Hasta ese momento, la caracterización
climática que los diferentes documentos básicos del CTE hacen de la Comunidad
Autónoma se basa en los datos de las dos capitales provinciales, Las Palmas y Santa
Cruz de Tenerife. Dado el gran contraste climatológico y orográfico existente entre
las islas, esta extrapolación climática no es la más aconsejable. Para paliar este vacío
de información se desarrolló un proyecto encaminado al estudio de las
especificidades del clima de Canarias para la aplicación del CTE. Dicho estudio dio
como resultado la generación del documento denominado Guía CLIMCAN-010 y su
aplicación informática complementaria [172] como documento reconocido del CTE
de acuerdo con el procedimiento establecido en el artículo 4 de la Orden
VIV/1744/2008 [173]. A partir de un análisis de dicho documento se obtiene la
siguiente información.
La isla de Tenerife se caracteriza por presentar hasta seis microclimas distintos
en un espacio geográfico muy reducido. En la Figura 2.10 se muestra un mapa con
la distribución de las distintas zonas climáticas.
Figura 2.10.- Distribución de los seis microclimas a través de la isla de Tenerife. La línea
roja divide los microclimas, mientras que la línea celeste divide los diferentes
municipios de la isla [172].
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
49
Se observan 6 sectores distintos, de los cuales cinco se extienden desde la
costa hasta la línea de cumbres coincidiendo con los límites municipales, y un sexto
sector que coincide con la zona más alta de la isla, Las Cañadas del Teide. Las
diferencias climáticas observadas se deben a la masividad del relieve y a su
orientación
De los seis sectores, el más cálido, seco y soleado es el del SO, mientras que la
mayor humedad y pluviosidad se encuentra en los del N y NO, entre 500 y 900 m de
altitud; finalmente, las menores temperaturas se dan en el sector culminante de la
isla. El sector NO ocupa el 4,3% del territorio, el sector N el 26,5%, el E el 30,2%, el S el
16,8% y el SO el 15,9%.
En la Figura 2.11 se muestra la distribución de las zonas pluviométricas.
Figura 2.11.- Mapa de isoyetas medias anuales utilizando los umbrales del CTE para
la isla de Tenerife [172].
A partir de este mapa se observa que la zona norte de la isla presenta mayores
niveles medios de precipitación con respecto a la vertiente sur. Estas precipitaciones
de nivel III se encuentran a partir de los 500 metros de altura, con excepción de santa
Capítulo 2
50
Cruz de Tenerife que los exhibe desde los 400 metros. De forma general, los niveles de
precipitación aumentan desde el litoral hasta los 900-1300 m de altitud, franja en la
que se alcanzan los máximos.
El sector S es el más seco, junto con el SO, alcanzando un máximo de 550 mm
en la zona de medianías. Presenta un gradiente vertical de 64 mm de precipitación
cada 100 metros de ascenso hasta los 1300, para disminuir alrededor de 2 mm cada
100 metros. Sin embargo, el sector E presenta hasta un 30% más de lluvia que la
vertiente SO a la misma altitud.
En la vertiente SO, a los 700 metros se duplica el nivel de precipitación con
respecto a la costa, y se cuadriplica a los 900 metros. A partir de esa altitud desciende
el nivel medio de precipitación hasta llega a la cumbre. En la costa N, la precipitación
media es de 550 mm a altitudes comprendidas entre los 200 m y 500 m. En esta
vertiente, el comportamiento del nivel medio de precipitación varía mucho, aunque
es mayor que el observado para los otros sectores de la isla.
En la Figura 2.12 se muestra la distribución de las zonas térmicas en la isla de
Tenerife.
Figura 2.12.- Distribución de las zonas térmicas en la isla de Tenerife según los umbrales
del CTE [172].
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
51
La temperatura del aire disminuye paulatinamente con la altura, de forma
general. En el caso de las islas Canarias, este descenso es atenuado ya que hay que
bajar la temperatura del aire y del vapor de agua, ralentizándose así el proceso a
medio grado cada 100 metros, mientras que en las vertientes más secas esta
disminución es de 1 ºC cada 100 metros. En el caso concreto de la isla de Tenerife, los
matices diferenciadores según las vertientes y las franjas altitudinales son:
Cota Gradiente de
temperatura/altitud Vertiente
0 – 500 m
0,85 ºC/100 m NO y N
0,50 ºC/100 m NE y vertiente septentrional de Anaga
0,65 ºC/100 m E y S
0,40 ºC/100 m O y SO
500-1000 m
0,40 ºC/100 m NO, N y SO
0,60 ºC/100 m NE
0,70 ºC/100 m SE
0,85 ºC/100 m S
1000-1500 m 0,30 ºC/100 m N y S
0,40 ºC/100 m SO
La diferencia entre las temperaturas medias mensuales entre el verano y el
invierno es de 7 ºC en el litoral, mientras que en las cumbres se superan los 11 ºC. La
temperatura media anual en la cumbre de Tenerife es inferior a 10 ºC.
Otros factores climáticos relevantes en el Archipiélago son la insolación y la
radiación solar. No cabe duda que uno de los mayores atractivos de las Islas Canarias
es su elevado número de horas de sol. En la Figura 2.13 se muestra la distribución de
zonas de radiación para la isla de Tenerife.
Se observa que la vertiente S y central de la isla presenta niveles de radiación
superiores a 5,0 kWh·m-2. La vertiente N presenta niveles de radiación comprendidos
entre < 4,2 kWh·m-2 y entre 4,2-4,6 kWh·m-2.
Con la información anterior se han calculado las severidades climáticas de
invierno y verano a partir de la formulación establecida en el documento Básico HE
Ahorro de Energía del CTE. Los resultados se muestran en la Figura 2.13.
Capítulo 2
52
Figura 2.13.- Distribución de las zonas de radiación solar global en la isla de Tenerife
según las categorías del CTE [172].
La zona climática A, incluyendo la severidad 3, se extiende desde la costa
hasta los 600-900 m de altitud. La zona climática B, incluyendo la severidad 3, se
extiende desde la cota de los 600-1000 m hasta los 1000-1500 m respectivamente. La
zona climática C, incluyendo la severidad estival 3, se extiende desde los 1000-1500
m hasta la cota altitudinal de 2000 m. Por último, la zona climática D, incluyendo la
severidad 1, se encuentra únicamente en la zona central de la isla (zona de cumbre).
Durabilidad del hormigón armado en entorno archipielágico subtropical
53
Figura 2.14.- Mapa de severidades climáticas de Tenerife [172].
2.7. REFERENCIAS.
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54
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Martínez-Madrid, F. Almeraya-Calderón, P. Castro-Borges, E.I. Moreno, T. Pérez-
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Capítulo 2
66
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[171] Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código
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11816 a 11831. Ministerio de Vivienda.
[172] Caracterización climática de las Islas Canarias para la aplicación del Código
Técnico de la Edificación, CLIMCAN-010 y de su aplicación informática, prCTE-
DR/CC.AA-008/10, Gobierno de Canarias. 2010.
[173] ORDEN VIV/1744/2008, de 9 de junio, por la que se regula el Registro General del
Código Técnico de la Edificación. BOE nº 148, de 19 de junio de 2008, pág.
27845-27849. Ministerio de Vivienda.
CAPÍTULO 3. TÉCNICAS Y PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES
ÍNDICE
3. TÉCNICAS Y PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES ................................... 69
3.1. Materiales ensayados ................................................................................ 69
3.1.1. Fabricación de muestras ...................................................................... 69
3.1.2. Codificación de las muestras .............................................................. 70
3.2. Ensayos de laboratorio ............................................................................... 72
3.2.1. Resistencia a compresión ..................................................................... 72
3.2.2. Resistividad eléctrica ............................................................................. 74
3.2.3. Penetración de agua bajo presión .................................................... 76
3.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio ................................................... 78
3.2.5. Medida de la carbonatación ............................................................. 79
3.2.6. Medida de la penetración de cloruros ............................................. 80
3.2.6.1. Inmersión en piscina .................................................................... 80
3.2.6.2. Cámara de niebla salina ............................................................ 84
3.3. Exposición atmosférica .............................................................................. 86
3.3.1. Selección de los ambientes a analizar .............................................. 86
3.3.2. Estaciones de exposición atmosférica ............................................... 86
3.3.2.1. Diseño y ubicación de estaciones de ensayo........................ 86
3.3.3. Caracterización de la agresividad ambiental ................................. 91
3.3.3.1. Cloruros por vela húmeda (ASTM G140/96 y UNE 7178/60) . 91
3.3.3.2. Cloruros por “bufanda” ............................................................... 92
3.3.3.3. Parámetros meteorológicos ....................................................... 94
3.3.3.4. Pesada mensual de las probetas para determinación del
contenido de humedad .......................................................................... 96
3.3.3.5. Análisis de cloruros y carbonatación en las probetas
expuestas .................................................................................................... 97
3.4. Referencias .................................................................................................. 97
Técnicas y procedimientos experimentales
69
3. TÉCNICAS Y PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES.
En este capítulo se exponen los materiales y ensayados así como la
metodología experimental empleada en la presente tesis.
3.1. Materiales ensayados.
Los materiales ensayados en la presente tesis son probetas de hormigón de
distinta forma geométrica y composición, los cuales van a ser sometidos a ensayos
de laboratorio y de exposición natural. Dichos hormigones fueron elaborados con
áridos y cementos de amplio uso en Canarias, por lo que son representativos del tipo
de hormigón empleado en la construcción en Canarias.
3.1.1. Fabricación de muestras.
Todos los hormigones de este estudio son hormigones fabricados en Canarias,
la mayoría con áridos del litotipo Basalto Afanítico Masivo (BAFM). Para todos los
ensayos de este proyecto se han fabricado probetas de hormigón de dos tipos:
cilíndricas de 30 cm de altura y 15 cm de diámetro (Figura 3.1), comúnmente
llamadas probetas de 15x30, y cúbicas de 10 cm y de 15 cm de lado (Figura 3.2),
fabricadas de acuerdo a la norma UNE-EN 12390-1:2001 [1]. Se han cubierto con
bolsas de plástico para que no sufran evaporación de agua superficial y se han
desenmoldado a las 24 horas. Todas han sido curadas en cámara húmeda hasta
cumplir los 28 días, tal y como recomienda la norma española de conservación de
probetas cilíndricas [2] (Figuras 3.1 a 3.3).
Figura 3.1.- Probetas de hormigón cilíndricas de 15x30 recién fabricadas.
Capítulo 3
70
Figura 3.2.- Probetas de hormigón cúbicas de 10x10 recién enmoldadas.
Figura 3.3.- Probetas de hormigón de 15x30 ya curadas.
Después de los 28 días de curado, las probetas fueron destinadas a sus
respectivos ensayos y exposición en las estaciones de ensayo que se describen en el
siguiente apartado.
3.1.2. Codificación de las muestras.
Las muestras de hormigón fabricadas se codificaron mediante la asignación
de una letra y un número, separados ambos por un guion: A-X. En el caso de la letra
se empleó en todos los casos la letra C como indicativo de “Canarias”, ya que es un
tipo de hormigón genérico empleado en las islas. Los números parten del 1 al 25, y
Parte experimental
71
cada uno de ellos se corresponde con un tipo específico de hormigón. En la Tabla
3.1 se desglosan los hormigones ensayados y sus principales características.
Tabla 3.1.- Clasificación y características de las muestras de hormigón ensayadas.
Código de
muestra Tipo de hormigón
Contenido de
cemento (kg·m-3)
Relación agua-
cemento (a/c)
C-1 HA 25/B/20/IIa 344,0 0,59
C-2 HA 25/B/20/IIa 340,0 0,55
C-3 HA 25/B/20/IIa 350,0 0,52
C-4 HA 30/B/20/IIIa 425,0 0,49
C-5 HA 30/B/20/IIIa 380,0 0,48
C-6 HA 50/F/12/IIIa 500,0 0,28
C-7 HA-25/F/12/IIa 413,0 0,45
C-8 HA-25/B/20/IIa 330,0 0,58
C-9 HA-25/B/20/IIa 340,0 0,58
C-10 HA-25/P/20/IIa 340,0 0,58
C-11 HA-25/P/20/IIa 340,0 0,60
C-12 HA-30/B/20/IIIa 385,0 0,50
C-13 HA-25/B/20/IIa 355,0 0,55
C-14 HA-30/B/20/IIIa 360,0 0,50
C-15 HA-30/F/20/IIIa 365,0 0,50
C-16 HA-25/S/20/IIa 325,0 0,60
C-17 HA-25/F/20/IIa 300,0 0,78
C-18 HA -25/B/20/IIa 380,0 0,47
C-19 HA-30/B/20/IIIa 300,0 0,74
C-20 HA-30/B/20/IIIa 300,0 0,65
C-21 HA-30/B/20/IIIa 300,0 0,65
C-22 HA-30/B/20/IIIa 390,0 0,60
C-23 HA-30/B/20/IIIa 390,0 0,50
C-24 HA-30/B/20/IIIa 350,0 0,60
C-25 HA-30/B/20/IIIa 350,0 0,50
Capítulo 3
72
Tanto los áridos como los cementos empleados fueron caracterizados
previamente en el laboratorio.
3.2. Ensayos de laboratorio.
Los ensayos planteados en este trabajo tienen como objeto relacionar las
características de hormigones típicos fabricados por hormigoneras de las distintas islas
frente a la penetración de los agresivos (iones cloruros y dióxido de carbono)
presentes en los distintos tipos de ambientes. Basándose en el concepto anterior, se
presentan los siguientes ensayos realizados
Resistencia a compresión a 28 días según UNE-EN 12390-3 [3].
Resistividad eléctrica a los 28, 90 y 365 días según UNE 83988-2 [4].
Profundidad de penetración de agua bajo presión según UNE 83309-90 [5] y
EN 12390-8 [6].
Porosidad por intrusión de mercurio según ASTM D 4404-84- Reaprobada en
1998 [7].
Medida de la carbonatación a los 90 y 365 días según UNE 112011-94 [8], UNE
112011:2011 [9] y UNE 83993-1 [10].
Medida de la penetración de cloruros a través del dispositivo “Piscina” según
PrUNE 83986 [11] y CEN/TS 12390-11 [12].
Determinación del contenido de cloruros en hormigón endurecido según UNE-
EN 14629 [13].
A continuación se describen, de forma resumida, los procedimientos de
ensayos utilizados.
3.2.1. Resistencia a compresión.
El ensayo de resistencia a compresión se realizó de acuerdo a la norma UNE-
EN 12390-3 [3] y consiste en la aplicación de una fuerza por unidad de superficie o
carga, mediante una prensa que cumpla la norma UNE EN 12390-4 [14], a una
velocidad constante hasta la rotura de la probeta.
Todas las probetas de hormigón endurecido ensayadas son cilíndricas de
30x15, y cumplen las especificaciones de las normas UNE EN 12390-1 [1] sobre la forma
y dimensiones así como la norma UNE EN 12390-2 [2] sobre fabricación y curado.
Siguiendo las especificaciones de la Instrucción EHE/08 [15] (normativa actualmente
vigente), la resistencia del hormigón se comprueba mediante el ensayo de resistencia
Parte experimental
73
a compresión UNE EN 12390-4, siendo la edad de rotura prescrita la de 28 días y el
valor expresado la media de dos determinaciones.
El proceso de ensayo consiste primeramente en un secado inicial tras la salida
de la cámara húmeda, para eliminar el exceso de humedad. A continuación la
probeta se refrenta con un mortero de azufre o se pule según el caso, con el objeto
de crear una cara superior paralela a la inferior de manera que se garantice una
aplicación de carga homogénea durante el proceso de rotura. A la prensa se le
realizan comprobaciones básicas de limpieza, paralelismo y ajuste de los platos de
carga. Finalmente se selecciona la velocidad de aplicación de carga entre 0,2 a 1
MPa·s-1 (N·mm-2·s-1) y se aplica la fuerza resultante a la probeta hasta rotura, de forma
continua y a velocidad constante. El dato de rotura es considerado como la carga
máxima en rotura (N). Se realiza una valoración de la satisfacción del tipo de rotura.
Y se calcula la resistencia a compresión en MPa (N·mm-2) según la ecuación:
c
Ffc
A (3.1)
donde:
Fc es el resultado de la resistencia a compresión en MPa (N·mm-2).
F es la carga máxima en rotura, en N.
Ac es el área transversal de la probeta sobre la que se aplica la fuerza de
compresión en mm2.
En la Figura 3.5 se muestra un ensayo de rotura a compresión donde se puede
observar el equipo empleado y el aspecto de las probetas después de la realización
del mismo.
Figura 3.4.- Rotura a compresión de probeta de hormigón de 15x30.
Capítulo 3
74
3.2.2. Resistividad eléctrica.
La resistividad se define como la resistencia eléctrica de un material a
oponerse al flujo o paso de la corriente eléctrica. Indica si un material es buen o mal
conductor. Así, un valor alto de resistividad indica que se trata de un mal conductor
mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor.
La resistividad se calcula a partir de la siguiente expresión:
S
Rl
(3.2)
donde:
es la resistividad, que se mide en ohmios por metro (Ω·m).
R es la resistencia, expresada en ohmios (Ω).
S es la sección transversal en metros cuadrados (m²).
l es la longitud en metros (m).
Así aplicando esta definición sobre una probeta de hormigón saturada en
agua, se obtiene un parámetro de medida indirecta del grado de porosidad,
conectividad y tamaño de sus poros.
El ensayo se ha realizado siguiendo las indicaciones de la norma UNE 83988-2
[4] y consiste en el método de las cuatro puntas de Wenner. Éste consiste en aplicar
una corriente entre dos electrodos exteriores situados en un eje y medir el voltaje entre
dos electrodos interiores, todos ellos alineados en una generatriz como se muestra en
la Figura 3.6.
Se ha utilizado para ello un aparato de fabricación casera (Figura 3.6),
fabricado con metacrilato, como electrodos cuatro barras de acero (libres de óxidos)
de diámetro 6 mm con una separación de 50 mm y cuyo alimentador de corriente
estable ha sido una pila de potencia de 9 V. Este equipo ha sido debidamente
calibrado mediante el empleo de un circuito eléctrico de uso en el calibrado para
este tipo de instrumento específicamente.
Las probetas de ensayo de hormigón endurecido eran normalizadas de 30x15
y fueron totalmente saturadas, por lo que su curado hasta la fecha de ensayo se ha
realizado sumergiéndolas en balsas con agua potable, a una temperatura de 20 ± 2
ºC.
Parte experimental
75
Figura 3.5.- Esquema de medida de la resistividad con el método de las cuatro puntas
[4].
Figura 3.6.- Esquema de medida de la resistividad con el método de las cuatro puntas
elaborado en el laboratorio y contrastado con un equipo industrial.
Capítulo 3
76
En los momentos de ensayo, la sala estaba acondicionada a una temperatura
de 20 ± 2 ºC y a una humedad mayor de 45%. Las medidas se realizan sobre la
superficie de la probeta que debe de estar ligeramente humedecida y se toman 6
medidas a lo largo de la probeta en diferentes puntos equidistantes haciendo un giro
hasta completar 360º. Para garantizar y mejorar el contacto entre las barras de acero
y la probeta de hormigón, se colocan en la punta de los electrodos cuatro esponjas
humedecidas.
Se calcula la resistividad mediante la ecuación:
e e
k R (3.3)
donde:
e es la resistividad eléctrica en ohmios (Ω).
Re es la resistencia eléctrica en ohmios (Ω).
K es una constante de la celda que depende del tamaño de la probeta.
3.2.3. Penetración de agua bajo presión.
El ensayo de penetración de agua bajo presión en los hormigones UNE 83309-
90 [5] y en posterior actualización EN 12390-8 [6], es el ensayo propuesto por la
Instrucción EHE/08 [15], art. 37.3.3, para la comprobación experimental de la
impermeabilidad del hormigón. Intentando evaluar si el hormigón fabricado es lo
suficientemente impermeable para el ambiente elegido y especificado en su
identificación. Los ambientes limitados por este ensayo son el III y IV (definidos en la
Tabla 2.1), deben ser menores a los resultados de la tabla siguiente:
Tabla 3.2.- Profundidades máximas y medias de la penetración del agua bajo presión
según la clase de exposición ambiental.
Clase de exposición ambiental Especificaciones
Profundidad máxima Profundidad media
IIIa, IIIb, IV, Qa, E, H, F, Qb (en el caso de
elementos en masa o armados) 50 mm 30 mm
IIIc, Qc, Qb (en el caso de elementos
pretensados) 30 mm 20 mm
Parte experimental
77
El ensayo consiste en aplicar una presión de agua en la cara superior de
llenado de una probeta cilíndrica normalizada de 30x15, de la mediante un
dispositivo de ensayo estanco en la zona ensayada y que permita una lectura
continua de la presión que se está aplicando (Figura 3.7). Para ello, tras el periodo de
curado en cámara húmeda de 28 días, se realiza un secado en estufa a 50ºC durante
24 horas para la determinación de la densidad seca aparente por el método
geométrico. Seguidamente se suprime mediante un pulido cualquier irregularidad de
las caras de ensayo de las probetas. El dispositivo se regula para aplicar a cada
probeta una presión de 500 kPa durante 72 horas.
Durante el periodo de ensayo se han observado las probetas para detectar
posibles filtraciones o cualquier otro inconveniente que invalide el resultado de
ensayo. Tras los tres días del periodo de aplicación de la presión de agua, las probetas
se rompen en dos mitades, perpendiculares a la cara de ensayo, de manera que se
deja al descubierto un perfil de penetración de agua (Figura 3.7).
Este perfil es marcado, medido y definido como el área del frente de
penetración para cada media probeta ensayada. Los valores que se obtienen de
las probetas ensayadas, son:
La profundidad máxima, como el mayor valor numérico redondeado al mm
más próximo, de las profundidades de entre todas las medias las probetas.
La profundidad media, como el cociente entre el área del frente de
penetración y el diámetro de la probeta.
Figura 3.7.- Equipo y probeta después del ensayo de agua bajo presión.
Capítulo 3
78
3.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio.
Se ha realizado el ensayo para la determinación de la porosidad por intrusión
de mercurio en todos los hormigones estudiados utilizando el porosímetro PORESIZER
de la casa Micromeritics (Figura 3.8), siguiendo la recomendación de la norma ASTM
D4404. Este ensayo permite determinar todo el rango de poros existente en la muestra
con diámetros entre 400 y 0,01 m. La muestra de 1 cm3 utilizada en el ensayo fue
extraída de probetas utilizadas en el ensayo de penetración de cloruros a través del
dispositivo “piscina” durante 3 meses.
Es importante resaltar que la muestra en cuestión se extrajo del interior de la
mitad opuesta a la ubicación de dicha piscina, de manera que se garantice la no
contaminación del hormigón por los cloruros de la disolución y evitar así posibles
influencias en el resultado de la porosimetría.
La porosidad se considera directamente relacionada con la durabilidad del
hormigón cuando éste se encuentra en un ambiente agresivo. La red de poros es el
camino empleado por los agresivos externos para penetrar en el hormigón. Técnicas
como la porosimetría de mercurio facilitan información acerca de:
Porosidad total.
Distribución del tamaño de poros.
Tamaño medio de los poros.
Otros.
La porosidad se puede clasificar como alta (porosidad >15%), media
(porosidad entre 10 y 15% incluidos), y baja (<10%).
Figura 3.8.- Equipo de medida de la porosidad por intrusión de mercurio.
Parte experimental
79
3.2.5. Medida de la carbonatación.
La medida del frente de carbonatación en el hormigón se realiza siguiendo la
UNE-112011-94 [8] y 83993-1 [10], mediante un ensayo colorimétrico, que consiste en
echar disolución indicadora de fenolftaleína a 1%. Este test consiste en romper a la
mitad una probeta cilíndrica normalizada de 30x15, que ha sido expuesta al
ambiente según durante un periodo determinado. (Figura 3.9) e inmediatamente
rociar con el indicador las dos mitades interiores. Si el pH del hormigón de la probeta
es superior a 9, la zona rociada toma un color rosado, mientras que si es menor se
queda incoloro, igual que estaba. Este ensayo nos muestra la zona superficial
carbonatada y la zona que está aún protegida con una tonalidad rosada o púrpura.
Pero esta tonalidad se perderá con el paso del tiempo, por lo que las medidas de
profundidad de carbonatación o del agresivo (CO2), se realizan tras poco intervalo
de tiempo desde su rotura y rociado. Estas medidas se realizan a pequeños intervalos
de 3 cm en las superficies de las caras laterales y superior, que son las de mayor
superficie de exposición.
Figura 3.9.- Medida de la carbonatación en el hormigón.
Para realizar la determinación de la resistencia del hormigón al avance de la
carbonatación, se expusieron probetas de cada tipo de hormigón al ambiente
exterior, pero protegido de la acción de la lluvia de la estación de ensayo 9 (descritas
en el apartado siguiente), según descripción del ambiente B (método alternativo) por
la norma 83993-1[10]. El recinto de exposición se trata de una exposición natural de
un ambiente, a través de una caseta sin paredes laterales y de un tejado de una
pequeña inclinación, con el objeto de permitir el contacto libre de las probetas con
la atmósfera (Figura 3.10). Las probetas fueron colocadas con una cierta separación
entre ellas de aproximadamente 10 cm y asentadas sobre rejillas de plástico para
evitar su contacto con la humedad del suelo que podría falsear los resultados.
Capítulo 3
80
Figura 3.10.- Estación de exposición natural del hormigón a la carbonatación natural
3.2.6. Medida de la penetración de cloruro.
3.2.6.1. Inmersión en piscina.
Este ensayo está basado en fundamentos del proyecto de norma PNE 83986
[11], en la que se describe un método de ensayo para determinar y caracterizar en
el hormigón endurecido la penetración de los iones cloruros por difusión natural,
pudiendo así comparar la calidad y durabilidad de diferentes hormigones.
El ensayo de penetración de cloruros con el “dispositivo piscina” se realiza
sobre la superficie de llenado de probetas normalizadas de 30x15, que han sido
curadas 28 días sumergidas en agua y a una temperatura de 20 ºC. Para preparar la
piscina, se ha colocado y sellado con silicona un tubo de PVC de 110 mm de
diámetro. Cuando el sellante se ha secado y el dispositivo de contención es estanco,
se introduce la disolución 1 molar de NaCl (Figura 3.11). Esta disolución se mantiene
ininterrumpidamente durante el periodo de 90 días, y para evitar su evaporación se
mantienen cerradas en bolsas.
Tras el periodo de ensayo, se vacía la piscina y se saca un testigo de 100 mm
de diámetro del centro de la probeta, para la obtención del perfil de cloruros
moliendo milímetro a milímetro (Figura 3.12). Para ello, antes de 8 horas después de
haber retirado la piscina y cuando la probeta esté un poco seca, se procede a
realizar el molido del hormigón con el objeto de convertirlo en polvo.
Parte experimental
81
Figura 3.11.- Dispositivo “piscina”.
Figura 3.12.- Extracción del testigo del centro de la probeta.
El proceso de molido se realiza con una fresadora que nos permite ir moliendo
y profundizando en la superficie expuesta de ensayo a capas, a espesores de 1 ó 2
Capítulo 3
82
mm (Figura 3.13). Las muestras extraídas se mantienen en bolsas de plástico
perfectamente identificadas y cerradas. De manera que finalmente obtendremos
muestras de hormigón molido a distintas profundidades de avance (Figura 3.14), que
una vez ensayadas nos darán el perfil de avance de penetración de cloruros.
Figura 3.13.- Equipo de fresado mm a mm.
Figura 3.14.- Obtención de muestras después del fresado de cada mm.
Parte experimental
83
El ensayo de contenido de cloruros solubles al ácido de cada muestra a
distintas profundidades, se realiza mediante la norma UNE EN 14629 [13]. El método
consiste en, una vez obtenidas las muestras del polvo de hormigón que representa 1
ó 2 mm de profundidad según los casos, secarlas en estufa a 105 ºC hasta masa
constante y dejándolas posteriormente enfriar en un desecador.
Posteriormente se disuelven 3 g de muestra en 50 mL de agua destilada y 10
mL de ácido nítrico 0,5 M en un vaso de 250 mL, seguido de una adición de 50 mL de
agua destilada caliente. Esta disolución se lleva a ebullición y se mantiene al menos
3 min, agitando continuamente, y su resultado se filtra inmediatamente por papel de
filtro de textura media.
Para la determinación del contenido de iones cloruro, se ha utilizado el Método
de Volhard (método A de la norma). En este método, a la disolución de la muestra a
ensayar se añade 5 mL de nitrato de plata 0,1 M con una pipeta y a continuación
de agitan vigorosamente con el objeto de que precipiten los iones cloruros. Como
generalmente se ensayan muestras con alto contenido de cloruros, se añade un
agente floculante (3,5,5-trimetilhexanol), con el objeto evitar que se redisuelva el
precipitado. A continuación se añaden 5 gotas de la disolución indicadora de sulfato
férrico de amonio (100 mL de disolución saturada fría de NH4Fe(SO4)2) y 10 mL de
ácido nítrico diluido. Posteriormente se valora con una disolución de tiocianato de
amonio 0,1 M, añadiéndolo gota a gota y agitando la disolución hasta que haya un
cambio de coloración a naranja-rojo. Se anota el volumen (V1) de la disolución que
se ha consumido hasta el cambio de coloración (Figura 3.15).
Figura 3.15.- Valoración del contenido de cloruros.
Capítulo 3
84
Las reacciones que han tenido lugar son:
Cl- + Ag+ →AgCl(s)
Ag+ + SCN- → AgSCN(s)
Fe3+ + SCN- → FeSCN2+ (complejo rojo fuerte)
El contenido de cloruros con respecto a la masa de la muestra, se calcula en
porcentajes con la ecuación:
2 13,545CC f V V m (3.4)
donde:
V1 es el volumen de la disolución de tiocianato de amonio consumido en la
valoración (mL).
V2 es el volumen de la disolución de tiocianato de amonio consumido en la
valoración del blanco (mL).
m es la masa de la muestra de hormigón (g).
f es la molaridad de la disolución de nitrato de plata.
3.2.6.2. Cámara de niebla salina.
El ensayo de niebla salina esta inicialmente enfocado a realizar un ataque
corrosivo acelerado por una niebla salina o pulverizado salino artificial de
composición, en condiciones de temperatura y presión definidas y así poder evaluar
un metal, un tipo de recubrimiento, un tratamiento químico, con el propósito de
poder duplicar en un laboratorio un mismo ambiente agresivo, según norma ASTM B
117–90 [16]. Pero en nuestro caso del ensayo de cámara de niebla salina, con el rocío
de la sal se pretende determinar la resistencia a la penetración del agresivo cloruro
en muestras de hormigón, intentando buscar un indicador de caracterización de
durabilidad.
La norma no fija la forma de la muestra, ni el tiempo de exposición ni la
interpretación de los resultados, por lo que se adaptaron muestras a la cámara con
un tamaño y geometría que pudiera hacerlas representativas del ensayo y que
pudieran ser manejadas con comodidad.
El aparato utilizado es una cámara de pulverización de cierre estanco,
controles de temperatura y presión, dispositivos de alimentación y depurador de aire,
calefactor, etc… (Figura 3.16).
Parte experimental
85
Figura 3.16.- Cámara de niebla salina empleada en los ensayos.
La disolución salina será al cloruro sódico al 5% (95% de agua destilada y 5%
de cloruro de sodio), ajustando el pH con ácido acético hasta situarlo entre 6 y 7. La
disolución al 5% de NaCl es bombeada desde un tanque a la tobera o boquilla de
pulverizado. La disolución humedecida es mezclada con aire comprimido en las
boquillas. El aire comprimido en las boquillas atomiza la solución NaCl en niebla. Los
calentadores perimetrales de la cámara mantienen la temperatura de la cabina.
Las muestras empleadas son probetas cúbicas de hormigón de 10 cm de lado,
colgadas mediante cables de nailon desde unos bastidores de forma que la muestra
quede con un pequeño ángulo de inclinación y a diferentes alturas, de manera que
la cara de llenado de las probetas sea la de exposición al ambiente agresivo y la
cara de ensayo (Figura 3.17).
Figura 3.17.- Sujeción de las muestras con hilo de nailon.
La disolución salina es pulverizada continuamente creando una niebla muy
delgada sobre las muestras a una temperatura constante de 35 ºC y a una presión
del aire de 2 bar, de manera que las muestras están húmedas y sujetas a un nivel de
agresión continuo y estable.
Capítulo 3
86
El tiempo total de exposición agresiva del ensayo fue de 31 días y durante este
tiempo las muestras se han ido extrayendo a distintos días de exposición, y se
realizaron los respectivos perfiles penetración de cloruros, según la técnica de fresado
y ensayo ya definida en el ensayo de piscina.
3.3. Exposición atmosférica.
3.3.1. Selección de los ambientes a analizar.
Se seleccionaron los ambientes Norte, Este, Sur y Suroeste de la isla de Tenerife, por
ser los mayoritarios de los seis descritos en el capítulo anterior. Además en el ambiente
más agresivo de la isla, el Sur-Sureste se colocaron cinco estaciones de ensayo a
distintas distancias del mar para estudiar la penetración de agresivos respecto de la
distancia del mar.
3.3.2. Estaciones de exposición atmosférica.
3.3.2.1. Diseño y ubicación de estaciones de ensayo.
Las estaciones de ensayo se diseñaron cumpliendo la norma de penetración de
la carbonatación natural UNE 83993-1:2009. En la Figura 3.18 se muestra un esquema
de una estación de ensayo tipo empleada en el estudio.
Figura 3.18.- Esquema de una estación de ensayo atmosférico tipo.
Parte experimental
87
A estas estaciones se les añadió un soporte para la colocación de la vela
húmeda a 1,5 m del suelo y del medidor de temperatura y humedad, tal y como se
puede observar en la Figura 3.19. También están provistas de una zona de exposición
de probetas sin techo para la penetración natural de cloruros.
Figura 3.19.- Estructura metálica que protege las probetas de hormigón expuestas a
la atmósfera (izquierda) y detalle del soporte para el captador de cloruros (derecha).
En la Figura 3.20 puede apreciarse la ubicación precisa de cada estación de
ensayo:
Figura 3.20.- Ubicación de las estaciones de ensayo.
Capítulo 3
88
A continuación se describe cada estación de exposición:
1.- Estación de ensayo Zona Norte en
municipio de San Juan de la Rambla :
Ubicación: 28º23’41,37” N-16º39’03,35” O.
Distancia al mar: 85 m.
Altitud: 47m.
2.- Estación de ensayo Zona Este en
Instituto Oceanográfico ubicado en la
Dársena Pesquera, municipio de Santa
Cruz de Tenerife:
Ubicación: 28º29’59,50” N-16º11’43,79” O.
Distancia al mar: 26 m.
Altitud: 3 m.
3.- Estación de ensayo Zona Este-
medianías en Llano del Moro, instalaciones
del Laboratorio de Obras Públicas,
municipio de Santa Cruz de Tenerife:
Ubicación: 28º26’18,71” N-16º19’49,27” O.
Distancia al mar: 3977 m.
Altitud: 541 m.
Parte experimental
89
4.- Estación de ensayo Zona Oeste en Finca
de Cueva del Polvo, municipio de Guía de
Isora:
Ubicación: 28º13’43,22” N-16º50’01,85” O.
Distancia al mar: 602 m.
Altitud: 89 m.
5.- Cinco estaciones de ensayo a distintas
distancias del mar y en la misma zona
climática, la zona Sur-Sureste en terrenos
del ITER y de la fábrica de Maher,
municipio de Granadilla:
5.1.- Estación de ensayo ITER 1:
Ubicación: 28º04’05,64” N-16º30’26,37” O.
Distancia al mar: 36 m.
Altitud: 7 m.
Capítulo 3
90
5.2.- Estación de ensayo ITER 2:
Ubicación: 28º04’09,48” N-16º30’29,32” O.
Distancia al mar: 117 m.
Altitud: 10 m.
5.3.- Estación de ensayo ITER 3:
Ubicación: 28º04’12,53” N-16º30’34,43” O.
Distancia al mar: 285 m.
Altitud: 27 m. (Contiene el anemómetro)
5.4.- Estación de ensayo ITER 4:
Ubicación: 28º04’16,48” N-16º30’38,58” O.
Distancia al mar: 397 m.
Altitud: 33 m.
Parte experimental
91
5.5.- Estación de ensayo ITER 5:
Ubicación: 28º05’07,81” N-16º30’10,99” O.
Distancia al mar: 916 m.
Altitud: 39 m.
3.3.3. Caracterización de la agresividad ambiental.
En cada estación de ensayo se colocaron dispositivos captadores de cloruros
para determinar su concentración con el tiempo.
3.3.3.1. Cloruros por vela húmeda (ASTM G-140/96 Y une 7178/60).
La determinación de la velocidad de deposición del ion cloruro se realizó
según la norma ASTM G-140/96 [17].
El dispositivo captador está formado por un matraz erlenmeyer de 50 mL, de
vidrio o polipropileno. En este caso se empleó un recipiente de plástico de tamaño
similar, económico y de formato más fácil de sujetar al diseño de nuestras estaciones
de ensayo, al que se le añadía un tubo de ensayo de 16 mm de diámetro y 150 mm
de longitud, un tapón de goma para insertar el tubo de ensayo y vendas de algodón
de 50 mm de ancho (vendas tipo Cambric). El dispositivo va soportado en un
dispositivo o en una disposición que mantenga la vela húmeda a 1,5 m del suelo y
que la proteja de la lluvia (Figura 3.21).
Para fabricar la vela húmeda primero se pone una disolución compuesta de
120 mL de agua y 80 mL de glicerina en el recipiente, después se inserta el tubo de
ensayo en el tapón, al que inicialmente se le hará una hendidura central para insertar
el tubo de ensayo y dos hendiduras laterales para que los extremos de las vendas
lleguen a la disolución. Cada vez que se prepara una nueva vela húmeda, se enrolla
alrededor del tubo de ensayo insertado en el tapón 1,5 m de venda dejando dos
extremos en contacto con la disolución anterior para que la venda permanezca
húmeda en todo momento. Cuando termine el periodo de exposición,
aproximadamente un mes, se retira la vela de su soporte, se sustituye por una nueva
y se protege con una bolsa de plástico hasta llevarla al laboratorio, donde se
desenrolla, cuidadosamente y con guantes, la venda del tubo de ensayo y se coloca
Capítulo 3
92
en un vaso de 600 mL donde también se vierte la disolución de la vela y el agua de
aclarado de la misma.
Figura 3.21.- Vela húmeda tipo fabricada para todas las estaciones de ensayo
Se lava también el tubo de ensayo con agua destilada sobre el mismo vaso.
Finalmente se completa con más agua destilada hasta un volumen menor de 500 mL
y se deja reposar tapado durante 24 horas.
Transcurridas las 24 horas se retira la venda del vaso, escurriéndola bien sobre
el vaso y se transfiere el contenido del vaso a un matraz de 500 mL y se enrasa con
agua destilada, para la determinación del contenido de cloruros mediante el
método de Volhard (UNE EN 14629:2007. Método A) en el que se valora el contenido
de cloruros, añadiendo una cantidad de disolución de nitrato de plata conocida y
en exceso para que precipiten todos los cloruros y valorar el exceso de plata con
tiocianato de amonio.
3.3.3.2. Cloruros por “Bufanda”.
En la búsqueda de un dispositivo de captación de cloruros que mida una
concentración más parecida a la que se deposita sobre las probetas de hormigón,
se ideó un nuevo dispositivo que consiste en enrollar sobre el tercio superior de una
probeta cilíndrica de hormigón, la misma venda empleada para la fabricación de la
vela húmeda, pero en este caso en seco, a modo de bufanda. De ahí su nombre. Se
Parte experimental
93
eligió la altura de 11 cm como compromiso para la buena manejabilidad de la
venda. En la Figura 3.22 se muestra el aspecto de un dispositivo tipo “bufanda”.
Figura 3.22.- “Bufandas” tipo expuestas en las cinco estaciones de ensayo de la zona
sur-sureste (ITER).
Las probetas elegidas para incorporar la “bufanda” fueron dos en cada una
de las cinco estaciones de ensayo de la zona con mayor presencia de cloruros
ambientales, la zona sur-sureste. Se colocaban en la parte protegida de la lluvia para
que no sufriesen un lavado en caso de producirse precipitaciones. Cada vez que se
hacía el cambio de la vela húmeda, también se cambiaban las “bufandas”,
desenrollándolas cuidadosamente y colocándolas en una bolsa limpia para cada
una correctamente identificada, para llevarlas al laboratorio.
Una vez en el laboratorio se colocaban en un vaso de 600 mL junto con el agua
de lavado de la bolsa que las contenía y añadiendo más agua destilada hasta un
volumen menor de 500 mL, agitándolas con una varilla y dejándolas reposar tapadas
un mínimo de 24 horas (Figura 3.23). Después se procedía a su análisis de la misma
manera que en el apartado anterior.
Capítulo 3
94
Figura 3.23.- Vendas en disolución para la extracción de los cloruros.
3.3.3.3. Parámetros meteorológicos.
Se colocaron termohigrógrafos de la marca Testo modelo 174H, en cada una
de las 9 estaciones de ensayo (Figura 3.24), para obtener los registros diarios de
temperatura y humedad.
Figura 3.24.- Termohigrógrafo tipo colocado en cada estación de ensayo.
Con este tipo de dispositivo se dispone de un registro de temperatura y
humedad a distinta frecuencia temporal. En nuestro caso se fijó un tiempo de muestro
de toma de datos cada minuto. Conectando el equipo a un ordenador provisto con
un software específico se obtenía la información de forma periódica. En la Figura 3.25
se presenta un ejemplo de registro.
Parte experimental
95
Figura 3.25.-. Gráfico de registro de temperatura y humedad relativa ejemplo, con
toma de datos horaria.
Se instaló un anemómetro o Micro estación climática de la marca HOBO
modelo Micro-HWS por RS-232 (Figura 3.26), en la estación de ensayo ITER-3, como
representación de toda la zona sur-sureste donde se colocaron las 5 estaciones de
ensayo a diferentes distancias del mar. El equipo registra un valor de velocidad de
viento cada minuto, obteniéndose registros que son accesibles mediante ordenador
empleando el software que se adquiere con el equipo. En la Figura 3.27 se muestra
un ejemplo de registro.
Figura 3.26.- Anemómetro ubicado en la estación de ensayo ITER-3.
Capítulo 3
96
Figura 3.27.- Gráfico de registro de velocidad de viento ejemplo, con toma de datos
cada minuto.
3.3.3.4. Pesada mensual de las probetas para determinación del contenido de
humedad.
Se realizó una pesada mensual tanto de probetas expuestas a la intemperie
como protegidas por techo. Dicha pesada se realizaba con la misma periodicidad y
al mismo tiempo que se realizaba el cambio de la vela húmeda de cada una de las
9 estaciones de ensayo, obteniéndose registros de cada probeta tanto expuesta
como protegida de lluvia, que veremos en el capítulo 5.
La pesada se realizaba in situ, mediante la instalación de una mesa de trabajo
temporal y el empleo de una balanza analítica de precisión que estaba protegida
del viento por un parapeto temporal. En la Figura 3.28 se muestra una perspectiva de
una estación con la mesa y balanza dispuesta para realizar las pesadas.
Parte experimental
97
Figura 3.28.- Mesa y balanza portátiles para pesadas de probetas expuestas en las
estaciones de ensayo
3.3.3.5. Análisis de cloruros y carbonatación en las probetas expuestas.
A las probetas expuestas en todas las estaciones de ensayo se les realizó los
ensayos de medida de la carbonatación tal y como se ha descrito en el apartado
3.2.5 y la determinación de la penetración de cloruros en el hormigón, provenientes
del aerosol marino, por el mismo procedimiento descrito en el apartado 3.2.6.1 que
se les realizó a las probetas ensayadas con el dispositivo “piscina”. Los resultados y
discusión de estos ensayos los veremos en el capítulo 5.
3.4. Referencias.
[1] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 1: Forma, medidas y otras
características de las probetas y moldes. UNE-EN 12390-1. AENOR, Madrid, 2001.
[2] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 2: Fabricación y curado de
probetas para ensayos de resistencia. UNE-EN 12390-2. AENOR, Madrid, 2009.
[3] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 3: Determinación de la
resistencia a la compresión de probetas. UNE-EN 12390-3. AENOR, Madrid, 2009.
[4] AENOR. Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación
de la resistividad eléctrica. Parte 2: Método de las cuatro puntas o de
Wenner. UNE 83988-2:2008. AENOR, Madrid, 2008.
Capítulo 3
98
[5] AENOR. Ensayos de hormigón. Determinación de la profundidad de penetración
de agua bajo presión (Anulada). UNE 83309-90 EX. AENOR, Madrid, 1990.
[6] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-8:2001. AENOR, Madrid, 2001.
[7] ASTM. Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume
Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry. ASTM D4404 – 84
(Reapproved 1998). ASTM International, West Conshohocken, PA, 1998.
[8] AENOR. Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:1994. AENOR, Madrid, 1994.
[9] AENOR. Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:2011. AENOR, Madrid, 2011.
[10] AENOR. Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
velocidad de penetración de la carbonatación en el hormigón endurecido.
Parte 1: Método natural. UNE 83993-1. Madrid: AENOR, 2013.
[11] AENOR. Ensayo de durabilidad del hormigón. Determinación de la difusión de
iones cloruro. pNE 83986:2001. AENOR, Madrid, 1º versión marzo, 2009
[12] CEN. Testing hardened concrete - Part 11: Determination of the chloride
resistance of concrete, unidirectional diffusion. CEN/TS 12390-11:2010. Austrian
Standards plus GmbH, Viena, 2010.
[13] AENOR. Productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de
hormigón. Métodos de ensayo. Determinación del contenido en cloruros en el
hormigón endurecido. UNE-EN 14629:2007. AENOR, Madrid, 2007.
[14] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 4: Resistencia a compresión.
Características de las máquinas de ensayo. UNE-EN 12390-4:2001. AENOR,
Madrid, 2001.
[15] Ministerio de la Presidencia, REAL DECRETO 1247/2008, de 18 de julio, por el que
se aprueba la instrucción de hormigón estructural (EHE-08), 2008.
[16] ASTM, Standard Test Method of Salt Spray (Fog) Testing. ASTM B 117 – 90. ASTM
International, West Conshohocken, PA, 1990.
[17] ASTM, Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate by Wet
Candle Method, ASTM G 140-96. ASTM International, West Conshohocken, PA,
1996.
CAPÍTULO 4. ENSAYOS DE DURABILIDAD EN LABORATORIO DE
HORMIGONES FABRICADOS EN CANARIAS Y COMPARACIÓN
CON HORMIGONES FABRICADOS EN PENÍNSULA.
ÍNDICE
4. ENSAYOS DE DURABILIDAD EN LABORATORIO DE HORMIGONES
FABRICADOS EN CANARIAS Y COMPARACIÓN CON HORMIGONES
FABRICADOS EN PENÍNSULA ............................................................... 101
4.1. Introducción .................................................................................... 101
4.2. Ensayos para comparación de hormigones fabricados en Canarias
con hormigones fabricados en Península ............................................ 101
4.2.1. Resultados .................................................................................... 102
4.2.1.1. Ensayo de la resistencia a compresión a 28 días ........ 105
4.2.1.2. Medida de la resistividad eléctrica a 28, 90 y 365 días105
4.2.1.3. Ensayo de profundidad de penetración de agua bajo
presión ............................................................................................... 107
4.2.1.4. Ensayo de la porosidad por intrusión de mercurio ..... 108
4.2.1.5. Medida de la velocidad de penetración de la
carbonatación a los 3 y 12 meses de exposición natural ....... 108
4.2.1.6. Medida de la velocidad de penetración de cloruros a los 3
meses de exposición en piscina .................................................. 109
4.2.2. Discusión de los resultados ........................................................ 110
4.2.2.1. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e
indirectos) frente a los prescriptivos ............................................ 111
4.2.2.1.1. Resistencia a compresión a 28 días ..................... 111
4.2.2.1.2. Resistividad eléctrica a 28, 90 y 365 días............. 112
4.2.2.1.3. Profundidad de penetración de agua bajo
presión ........................................................................................ 112
4.2.2.1.4. Porosidad por intrusión de mercurio .................... 113
4.2.2.1.5. Velocidad de carbonatación a los 3 y 12 meses de
exposición natural .................................................................... 113
4.2.2.1.6. Velocidad de penetración de cloruros a los 3 meses
de exposición en piscina ........................................................ 114
4.2.2.2. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e
indirectos) ......................................................................................... 115
4.2.2.2.1. Resistencia a compresión a 28 días ..................... 115
4.2.2.2.2. Resistividad eléctrica a 28 días ............................. 117
4.2.2.2.3. Profundidad de penetración de agua bajo
presión ........................................................................................ 118
4.2.2.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio .................... 120
4.2.3. Comprobación de modelos ..................................................... 121
4.2.3.1. Leyes de resistividad eléctrica frente a porosidad ..... 121
4.2.3.2. Leyes de resistencia a la compresión frente a la relación
a/c ..................................................................................................... 123
4.3. Cámara de niebla salina ................................................................ 126
4.3.1. Muestras ensayadas y perfiles de cloruros ............................. 126
4.3.2. Discusión de resultados .............................................................. 127
4.4. Conclusiones .................................................................................... 130
4.5. Referencias ....................................................................................... 131
Ensayos de laboratorio
101
CAPÍTULO 4 - ENSAYOS DE DURABILIDAD EN LABORATORIO DE
HORMIGONES FABRICADOS EN CANARIAS Y COMPARACIÓN CON
HORMIGONES FABRICADOS EN PENÍNSULA.
4.1. Introducción.
El hormigón es un material de construcción ampliamente utilizando en nuestro
país. Sus características mecánicas, capacidad de ser moldeado in situ y coste, le
han hecho la base de las infraestructuras de una sociedad industrializada. Por ello
resulta vital que conserve las características iniciales a largo plazo.
La vida útil del hormigón podría ser de cientos de años si no fuera porque su
armadura es de acero y por ello susceptible de corrosión en contacto con agua.
Aunque el hormigón, al ser un material alcalino, puede proteger químicamente a la
armadura de manera indefinida, la porosidad del hormigón permite la entrada de
agentes ácidos, como el CO2 atmosférico, o de los cloruros que despasivan el acero
y lo corroen. La corrosión produce óxidos expansivos que agrietan el hormigón y le
hacen perder sus características resistentes.
El presente capítulo tiene como objetivo analizar distintos parámetros que
permiten evaluar la durabilidad del hormigón fabricado en Canarias, en relación a la
corrosión de su armadura, con hormigones fabricados en Península. Se han utilizado
para el estudio, hormigones típicos de Canarias, que se han sometido a una batería
de ensayos para caracterizar algunas de sus propiedades. El análisis ha permitido
comprobar la relación entre porosidad-penetrabilidad y los parámetros que se
consideran probables “indicadores de durabilidad”.
4.2. Ensayos para comparación de hormigones fabricados en Canarias con
hormigones fabricados en Península.
Los ensayos planteados en este trabajo tienen como objeto relacionar las
características de hormigones típicos fabricados por hormigoneras de las distintas islas
frente a la penetración de los agresivos (iones cloruros y dióxido de carbono)
presentes en los distintos tipos de ambientes:
Resistencia a compresión a los 28 días según UNE-EN 12390-3:2003, 2009 y
2009/AC:2011 [1].
Resistividad eléctrica a los 28, 90 y 365 días según UNE 83988-2:2008 [2] y 2014
[3].
Capítulo 4
102
Profundidad de penetración de agua bajo presión según UNE 83309-90 EX [4],
UNE-EN 12390-8:2001 [5], UNE-EN 12390-8:2009 [6] y UNE-EN 12390-
8:2009+1M:2011 [7].
Porosidad por intrusión de mercurio según ASTM D 4404-84- Reaprobada en
1998 [8] y 2004 [9].
Medida de la carbonatación a los 90 y 365 días según UNE-EN 83993-1:2009 [10]
y UNE 112011:94 [11] y 2011 [12].
Medida de la penetración de cloruros a través del dispositivo “Piscina” según
PrUNE 83986:2009 [13], CEN TS 12390-11:2009 [14] y PNE-FprEN 12390-11 [15] y
determinación de cloruros en hormigón endurecido UNE-EN 14629: 2007 [16].
4.2.1. Resultados.
A continuación se presentan dos tablas que recogen los datos obtenidos al
realizar los distintos ensayos descritos anteriormente en las muestras de hormigón
armado expuestas tanto en Canarias (Tabla 4.1) como en Península (Tabla 4.2 [17]).
Ensayos de laboratorio
103
Tabla 4.1.- Resultados obtenidos al ensayar los hormigones tipo canarios.
Capítulo 4
104
Tabla 4.2.- Resultados obtenidos al ensayar diferentes hormigones en Península [17].
Ensayos de laboratorio
105
4.2.1.1. Ensayo de la resistencia a compresión a 28 días.
En la Figura 4.1 se dan las resistencias a compresión medias obtenidas en las
probetas de hormigón a través de los ensayos realizados a los 28 días de curado en
cámara húmeda, siguiendo el procedimiento recomendado por la norma española.
Se han obtenido valores promedio similares para los hormigones de Península y de
Canarias, que oscilan alrededor de 41 MPa.
Figura 4.1.- Resultados de Resistencia a compresión simple de hormigones
peninsulares (P) y canarios (C).
4.2.1.2. Medida de la resistividad eléctrica a 28, 90 y 365 días.
Las Figuras 4.2 a 4.4 presentan los valores medios de la resistividad eléctrica ()
obtenidos a los 28, 90 y 365 días, en el momento anterior a la rotura de las mismas
probetas.
Figura 4.2.- Resultados de resistividad eléctrica a los 28 días de hormigones
peninsulares (P) y canarios (C).
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Capítulo 4
106
Figura 4.3.- Resultados de Resistividad eléctrica a los 90 días de hormigones
peninsulares (P) y canarios (C).
Figura 4.4.- Resultados de Resistividad eléctrica a los 365 días de hormigones
peninsulares (P) y canarios (C).
En general, los hormigones canarios presentan valores mucho más bajos de
resistividad eléctrica que los fabricados en la Península, acentuándose la diferencia
cuando los resultados se obtienen a periodos más largos de curación. A medida que
aumenta el tiempo de curación aumenta el valor de resistividad, lo cual es una
tendencia esperable. Destaca en los hormigones canarios la muestra C-6 que se
corresponde con un hormigón de alta resistencia, dando valores de resistividad
cercano a los 100 Ω·m para tiempo de curado de 28 días, llegando a valores
cercanos a los 500 Ω·m para periodos de curado de 365 días.
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Ensayos de laboratorio
107
4.2.1.3. Ensayo de penetración de agua bajo presión.
En la Figura 4.5 se muestran los resultados obtenidos en el ensayo de
penetración de agua. Se observa una importante variación en los resultados
obtenidos a partir del procedimiento de la UNE 83309-90 y UNE-EN 12390-8 aplicados
a todos los hormigones estudiados, dado que el procedimiento de ensayo varía de
una norma a otra ligeramente, tal y como se expuso en el capítulo 3, aunque las
conclusiones que se obtienen por ambos procedimientos son las mismas.
Figura 4.5.- Resultados de profundidad de penetración de agua bajo presión de
hormigones peninsulares (P) y canarios (C). UNE EN 12390-8:2001; UNE 83309:1990
EX; UNE EN 12390-8:2001.
Las especificaciones recogidas en la EHE sobre durabilidad del hormigón
(capítulo VII de la EHE) expuesto en ambiente IIIa (ambiente marino aéreo, definido
en la Tabla 2.1 (capítulo 2) de la presente tesis) indican que dicho hormigón tiene que
presentar simultáneamente una resistencia a la compresión mayor de 30 MPa y unas
profundidades de penetración de agua máxima y media de 50 mm y 30 mm
respectivamente (ver Tabla 3.2 en el capítulo 3 de la presente tesis).
De un análisis de los hormigones peninsulares, se observa que todos los
hormigones que presentan una resistencia a la compresión mayor de 30 MPa
cumplen con las especificaciones de la EHE respecto la penetración de agua, con
una valor promedio de profundidad media de penetración de agua de 26,2 mm.
Respecto a los hormigones canarios, se observa que tanto los que presentan valores
de resistencia a la compresión mayores de 30 MPa como los que presentan valores
inferiores a esa presión cumplen con el requisito expresado en la EHE. Los hormigones
con resistencia mayor de 30 MPa presentan una profundidad de penetración media
de 17,1 mm, mientras que los hormigones menos resistentes (< 30 MPa) presentan un
valor ligeramente superior (24,8 mm).
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Capítulo 4
108
Se obtiene que todos los hormigones canarios son considerados
suficientemente impermeables al agua según la EHE.
4.2.1.4. Ensayo de la porosidad por intrusión de mercurio.
La Figura 4.6 presenta los valores de la porosidad total media (% en volumen)
obtenida en el rango de poros de 440 a 0,01 m medidos a través del mercurio
introducido por presión.
Los hormigones peninsulares presentan una porosidad media del 9,4% en
volumen mientras que los hormigones canarios presentan un valor medio de 16,3%.
Se ha obtenido un valor promedio de porosidad mayor para los hormigones canarios
respecto a los peninsulares.
Figura 4.6.- Resultados de Porosidad por intrusión de mercurio de hormigones
peninsulares (P) y canarios (C).
4.2.1.5. Medida de la velocidad de penetración de la carbonatación a los 3 y
12 meses de exposición natural.
Se presenta en el diagrama de barras de las Figuras 4.7 y 4.8 los valores medios
obtenidos en las probetas curadas 28 días en cámara y expuestas durante los
periodos de 3 y 12 meses en ambiente natural y protegidas de la lluvia (estación de
ensayo LL/M-9 descrita en el capítulo 3). En general, se encuentran valores de
velocidad de penetración del frente de carbonatación superiores para los
hormigones canarios respecto a los peninsulares a los tres meses de exposición (2,9
mm·año-0,5 frente a 2,2 mm·año-0,5). La velocidad de carbonatación aumenta al
primer año hasta los 4,3 mm·año-0,5 para los hormigones canarios y 2,5 mm·año-0,5
para los peninsulares, manteniéndose la tendencia de mayores velocidades de
carbonatación en los hormigones canarios.
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Ensayos de laboratorio
109
Figura 4.7.- Resultados de velocidad de carbonatación natural a los 3 meses de
hormigones peninsulares (P) y canarios (C). Las muestras de hormigón sin barra
indican una velocidad de carbonatación nula.
Figura 4.8.- Resultados de Velocidad de carbonatación natural a los 12 meses de
hormigones peninsulares (P) y canarios (C). Las muestras de hormigón sin barra
indican una velocidad de carbonatación nula.
4.2.1.6. Medida de la velocidad de penetración de cloruros a los 3 meses de
exposición en piscina.
La velocidad de penetración de cloruros se analizó a los 90 días de exposición
de las probetas al dispositivo “piscina” con una disolución de NaCl 1M, y posterior
determinación del perfil de penetración de cloruros mediante el molido o fresado
milímetro a milímetro y posterior análisis químico de las muestras obtenidas.
Para determinar el valor de la profundidad de penetración del agresivo en el
hormigón (XCl) se ha considerado como concentración crítica de cloruros para la
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Capítulo 4
110
despasivación del acero (Ccrit) el valor igual al 0,4% en peso de cemento. Teniendo
en cuenta de que se trata de un análisis en el material hormigón, se ha transformado
este porcentaje (%) en peso de cemento a porcentaje (%) en peso de hormigón (o
peso de muestra) para cada hormigón estudiado (se ha obtenido un valor en torno
a los 0,06%).
En la Figura 4.9 se presenta el diagrama de barras de los valores velocidad de
penetración de cloruros con el dispositivo piscina durante 90 días. Se obtiene un valor
promedio ligeramente inferior para los hormigones de Canarias respecto a los de
Península debido, posiblemente, a los diferentes tipos de cementos empleados en el
conjunto de las muestras. La mayoría de os hormigones canarios están formulados
específicamente para soportar una exposición a ambiente marino aéreo,
circunstancia que no se da en toda la Península.
Figura 4.9.- Resultados de velocidad de penetración de cloruros mediante el
dispositivo piscina 90 días de hormigones peninsulares (P) y canarios (C).
4.2.2. Discusión de los resultados.
El análisis de los resultados se abordará analizando los diferentes ensayos
realizados para la comparación entre los hormigones fabricados en Canarias y en
Península. Se clasifican los parámetros a analizar en dos tipos: prescriptivos y
prestacionales [17], que pasamos a definir:
1. Parámetros prescriptivos son los definidos en el diseño del hormigón, relación
agua-cemento (a/c), y contenido unitario de cemento (Ccem). Se ha eliminado de
esta discusión el análisis respecto al contenido unitario de cemento por no aportar
información adicional al análisis respecto a la relación agua-cemento y
obteniéndose incluso mayores dispersiones en las gráficas.
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Ensayos de laboratorio
111
2. Parámetros prestacionales, son los que surgen de la medición de alguna
propiedad medible, y pueden considerarse métodos directos y métodos indirectos.
Los primeros miden directamente el avance del agresivo considerado (CO2, Cl-) en
tanto que los métodos indirectos evalúan alguna otra propiedad que puede estar
relacionada con el mecanismo de transporte, como por ejemplo de carga eléctrica
(resistividad eléctrica).
Se ha adoptado como objetivo determinar las principales diferencias de los
hormigones canarios respecto a la durabilidad potencial del hormigón, en relación a
la carbonatación y la penetración de cloruros. También se han relacionado entre sí
los parámetros estudiados. Es importante destacar que los coeficientes de correlación
han sido obtenidos a partir de ajustes con curvas de regresión lineales, exponenciales
y polinómicas, seleccionando la que expresara la mejor relación posible entre esos
parámetros.
4.2.2.1. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e indirectos) frente a
los prescriptivos.
Se analizan las relaciones entre los valores de parámetros obtenidos en distintos
procedimientos de ensayos frente a la dosificación de los hormigones representada
por la relación agua – cemento, en peso (a/c):
4.2.2.1.1. Resistencia a compresión a 28 días.
En la Figura 4.10 se muestran la relación entre la resistencia a la compresión (fc)
y la relación a/c para todos los hormigones analizados así como para los hormigones
de Canarias y los hormigones de Península por separado.
Figura 4.10.- Relación entre resistencia a compresión simple a los 28 días (fc28 días) y la
relación agua-cemento (a/c). a) todos los hormigones juntos y b) de hormigones
peninsulares y canarios en rojo, por separado.
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Capítulo 4
112
4.2.2.1.2. Resistividad eléctrica a los 28, 90 y 365 días.
En la Figura 4.11 se muestra la correlación entre los datos de resistividad
eléctrica () y la relación a/c. Se observa la tendencia a la disminución de la
resistividad eléctrica al aumentar la relación a/c en ambos grupos de hormigones.
Los hormigones canarios presentan valores inferiores de resistividad, lo que indica una
mayor presencia de poros interconectados.
Figura 4.11.- Relación entre resistividad eléctrica a los 28 días (28 días) y la relación
agua-cemento (a/c). a) todos los hormigones juntos, b) hormigones peninsulares y
canarios en rojo, por separado.
4.2.2.1.3. Profundidad de penetración de agua bajo presión.
La profundidad de penetración de agua bajo presión es el parámetro
normativo actual empleado para predecir la durabilidad de un hormigón. En nuestro
estudio, se observa una disminución de la penetración de agua a medida que
aumenta la relación a/c tanto en los hormigones peninsulares como en los canarios
(Figura 4.12).
Figura 4.12.- Relación entre profundidad de penetración de agua bajo presión media
(Pagua media) y la relación agua-cemento (a/c). a) todos los hormigones juntos, b)
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado.
y = -1004,1x + 640,74
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a)y = -2073,5x + 1256
r² = 0,4803
y = -104,19x + 70,83
r² = 0,282
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1000
1200
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
28
día
s (Ω
·m)
a/c
b)
y = -20,41x + 35,76
r² = 0,010
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Pa
gu
a m
ed
ia(m
m)
a/c
a)
y = -119,63x + 98,78
r² = 0,120
y = -7,18x + 21,84
r² = 0,004
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Pa
gu
a m
ed
ia (m
m)
a/c
b)
Ensayos de laboratorio
113
Estos resultados obtenidos contradicen lo esperado, ya que al aumentar la
relación a/c, debería aumentar también la penetración de agua bajo presión. Los
resultados obtenidos así como la dispersión de datos obtenida puede ser atribuible a
que la relación a/c es un parámetro aportado, en la mayor parte de los casos, por el
fabricante, con la precisión que ello conlleva, que se suma a un menor grado de
precisión en la estimación de la porosidad de este ensayo frente a otros más
concluyentes.
4.2.2.1.4. Porosidad por intrusión de mercurio.
La porosidad () de las muestras fue evaluada también empleando el método
de intrusión de mercurio. Al relacionar ésta con la relación a/c se obtiene la
dependencia mostrada en la Figura 4.13. Se aprecia el aumento de la porosidad
medida con la intrusión de mercurio a presión, en el conjunto de todos los hormigones,
aunque al separar ambos grupos, se pone de manifiesto, de nuevo, la mayor
presencia de poros interconectados en los hormigones canarios, confirmando así lo
observado mediante el ensayo de resistividad eléctrica.
Figura 4.13.- Relación entre porosidad y la relación agua-cemento (a/c). a) todos los
hormigones juntos, b) hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado.
4.2.2.1.5. Medida de la carbonatación a los 3 y 12 meses de exposición natural.
En la Figura 4.14a a 4.14d se muestran los resultados de velocidad de
carbonatación natural de las muestras expuestas en la estación de ensayo de Llano
del Moro a los 3 y 12 meses de exposición y su comparación con los hormigones
peninsulares. A pesar de la dispersión, se aprecia el aumento de la velocidad de
carbonatación en los hormigones al aumentar la relación a/c cuando se considera
todo el conjunto de hormigones.
y = 16,03x + 3,83
r² = 0,098
0
5
10
15
20
25
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Po
rosi
da
d H
g (
%v
ol)
a/c
a)
y = 6,9291x + 5,9943
r² = 0,04
y = 16,20x + 7,53
r² = 0,3300
5
10
15
20
25
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Po
rosi
da
d H
g (
%v
ol)
a/c
b)
Capítulo 4
114
Figura 4.14.- Relación entre la velocidad de carbonatación a los 3 (a y b) y 12 meses
(c y d) y la relación agua-cemento (a/c) de todos los hormigones juntos (a y c), y de
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado (b y d).
4.2.2.1.6. Medida de la velocidad de penetración de cloruros a los 3 meses de
exposición en piscina.
En la Figura 4.15 y 4.16 se muestran los resultados obtenidos al comparar la
velocidad de penetración de cloruros con la relación a/c. Debido a la importancia
del tipo de cemento en el ensayo de penetración de cloruros en hormigón, y a la
presencia de diferentes tipos de cementos en los hormigones estudiados, se obtiene
gran dispersión en la correlación entre la velocidad de penetración de cloruros y la
relación a/c (Figura 4.15). Esto es debido a la mayor o menor capacidad de
formación de la sal de Friedel según la naturaleza del cemento [18], lo que está
ligado a mayor capacidad de fijación de los cloruros. Se comprueba en la Figura
4.16 al separar, entre los hormigones canarios, a los seis primeros hormigones
fabricados y estudiados seis años antes que los demás, por lo que la procedencia y
características de sus componentes, clínker y puzolana, será diferente en ellos.
y = 6,05x - 0,45
r² = 0,154
0
1
2
3
4
5
6
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VC
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
a/c
a)
y = 15,44x - 5,22
r² = 0,392
y = 2,17x + 1,77
r² = 0,037
0
1
2
3
4
5
6
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VC
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
a/c
b)
y = 6,02x + 0,15
r² = 0,078
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VC
arb
.na
t. 1
2 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
a/c
c)
y = -3,33x + 4,40
r² = 0,022
y = 10,35x - 1,39
r² = 0,371
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VC
arb
.na
t. 1
2 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
a/c
d)
Ensayos de laboratorio
115
Figura 4.15.- Relación entre la velocidad de penetración de cloruros natural a los 3
meses y la relación agua-cemento (a/c). a) todos los hormigones juntos, b)
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado.
Figura 4.16.- Relación entre la velocidad de penetración de cloruros natural a los 3
meses y la relación agua-cemento (a/c) de hormigones peninsulares y canarios
separados en dos grupos (en verde hormigones fabricados 6 años antes que los que
están en rojo) de tipo de cemento similar.
4.2.2.2. Análisis de los parámetros prestacionales (directos e indirectos).
En este apartado se analizan la relación entre los resultados prestacionales
directos (penetración de la carbonatación y cloruros) con los indirectos (resistencia a
compresión, resistividad eléctrica, penetración de agua y porosidad). Se omite la
resistencia a tracción por ser un valor menos significativo para el hormigón.
4.2.2.2.1. Resistencia a compresión a 28 días.
La resistencia a compresión a los 28 días es considerada un parámetro de
referencia para los hormigones en cuanto a su concepción en proyecto, tanto desde
el punto de vista mecánico como también de durabilidad, según las exigencias de
y = 32,38x + 11,49
r² = 0,036
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VP
en
etr
ac
ión
Cl-
na
tura
l p
isc
ina
90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
a/c
a)
y = 97,81x - 19,75
r² = 0,216
y = 0,37x + 25,38
r² = 8E-0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VP
en
etr
ac
ión
Cl-
na
tura
l p
isc
ina
90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
a/c
b)
y = 97,80x - 19,75
r² = 0,216
y = 58,09x - 16,44
r² = 0,559
y = 105,47x - 11,50
r² = 0,800
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
VP
en
etr
ac
ión
Cl-
na
tura
l p
isc
ina
90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
a/c
Capítulo 4
116
la EHE. En el caso de predecir la velocidad de carbonatación también demuestra su
validez y pone de manifiesto la superior velocidad de carbonatación de los
hormigones canarios. En la Figura 4.17 se muestra la relación existente entre la
velocidad de carbonatación natural y la resistencia a la compresión.
Figura 4.17.- Relación entre velocidad de carbonatación a 3 (a y b) y 12 meses (c y
d) y resistencia compresión a 28 días de todos los hormigones juntos (a y c), y de
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado (b y d).
En la Figura 4.18 se muestra la misma correlación pero considerando en este
caso la velocidad de penetración de cloruros por el método de la piscina.
Figura 4.18.- Relación entre velocidad de penetración de cloruros en piscina 3 meses
y resistencia compresión a 28 días. a) todos los hormigones juntos y b) hormigones
peninsulares y canarios en rojo, por separado.
y = -0,054x + 4,70
r² = 0,2484
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
fc28 días (MPa)
a) y = -0,056x + 4,482
r² = 0,3314
y = -0,047x + 4,78
r² = 0,1178
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
fc28 días (MPa)
b)
y = -0,096x + 7,18
r² = 0,345
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 20 40 60 80 100
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
fc28 días(MPa)
c) y = -0,079x + 5,70
r² = 0,4034
y = -0,142x + 10,20
r² = 0,644
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
fc28 días (MPa)
d)
y = -0,302x + 42,46
r² = 0,0656
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
fc28 días (MPa)
a) y = -0,238x + 41,62
r² = 0,0493
y = -0,583x + 50,86
r² = 0,154
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
fc28 días (MPa)
b)
Ensayos de laboratorio
117
Al analizar los resultados se observa una buena correlación entre los parámetros
de velocidad de carbonatación y velocidad de penetración de cloruros con la
resistencia a la compresión. En todos los casos, las velocidades de penetración de los
agresivos disminuye al aumentar la resistencia a la compresión. Esta tendencia es más
acusada en los hormigones canarios en comparación con los hormigones
peninsulares.
4.2.2.2.2. Resistividad eléctrica a los 28 días.
Al comparar las velocidades de carbonatación y de penetración de cloruros
con la resistividad eléctrica, se obtienen las Figuras 4.19 a 4.21.
La resistividad eléctrica es un parámetro que correlaciona muy bien con las
velocidades de penetración de agresivos [17], aunque en este caso (Figuras 4.19 y
4.20) no se aprecia debido a la variedad de hormigones estudiados, a menos que
procedamos de nuevo a su separación en subgrupos fabricados con cementos
similares (Figura 4.21).
Figura 4.19.- Relación entre velocidad de carbonatación a 3 (ay b) y 12 meses (c y d)
y resistividad eléctrica a 28 días (28 días) de todos los hormigones juntos (a y c), y de
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado (b y d).
y = -0,0032x + 2,90
r² = 0,1679
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
28 días (·m)
a)y = -0,0029x + 2,77
r² = 0,1944
y = -0,0086x + 3,054
r² = 0,0245
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
28 días (·m)
b)
y = -0,0047x + 3,826
r² = 0,1741
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
28 días (·m)
c) y = -0,0024x + 2,80
r² = 0,0957
y = -0,042x + 5,20
r² = 0,3567
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
28 días (·m)
d)
Capítulo 4
118
Figura 4.20.- Relación entre velocidad de penetración de cloruros en piscina 3
meses y resistividad eléctrica a 28 días (28 días). a) todos los hormigones juntos y b)
hormigones peninsulares y canarios en rojo, por separado.
Figura 4.21.- Relación entre velocidad de penetración de cloruros en piscina 3 meses
y resistividad eléctrica a 28 días de hormigones peninsulares (azul) y canarios
separados en dos subgrupos (en verde y rojo) de tipo de cemento similar.
El comportamiento observado sigue la tendencia observada en análisis
anteriores respecto a la dispersión de los datos debido a la distinta naturaleza de los
hormigones. En el caso de los hormigones canarios, cuando los separamos en dos
grupos atendiendo a su edad de fabricación (al igual que se hizo en el apartado
4.2.2.1.6) sí que se obtienen correlaciones aceptables tal y como se describe en la
bibliografía
4.2.2.2.3. Profundidad de penetración de agua bajo presión.
La profundidad de penetración de agua bajo presión, a pesar de ser un
parámetro normativo, nos da peores correlaciones para evaluar la penetración de
agresivos, tanto en el conjunto de todos los hormigones, como al separar los de origen
peninsular y canario (Figuras 4.22 a 4.24). Los resultados se expresan en términos de
las velocidades de carbonatación determinadas a 3 o 12 meses, o de la velocidad
de penetración de cloruros a 3 meses, respectivamente.
y = -0,0248x + 30,867
r² = 0,1031
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
28 días (·m)
a) y = -0,031x + 34,03
r² = 0,2416
y = 0,012x + 27,66
r² = 0,0004
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
28 días (·m)
b)
y = -0,0312x + 34,03
r² = 0,2416
y = -2,790x + 40,51
r² = 0,4259y = -0,349x + 52,39
r² = 0,7843
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
28 días (·m)
Ensayos de laboratorio
119
Figura 4.22.- Relación entre velocidad de carbonatación a 3 meses y penetración de
agua media. a) todos los hormigones juntos y b) de hormigones peninsulares y
canarios en rojo, por separado.
Figura 4.23.- Relación entre velocidad de carbonatación a 12 meses y penetración
de agua media. a) todos los hormigones juntos y b) de hormigones peninsulares y
canarios en rojo, por separado.
Figura 4.24.- Relación entre velocidad de penetración de cloruros en piscina 3 meses
y penetración de agua media. a) todos los hormigones juntos y b) de hormigones
peninsulares y canarios en rojo, por separado.
y = 0,0081x + 2,71
r² = 0,0154
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
a) y = -0,0008x + 2,93
r² = 0,0002
y = 0,0156x + 2,70
r² = 0,0212
0
1
2
3
4
5
6
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
b)
y = -0,012x + 3,87
r² = 0,0123
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
a)y = 0,0204x + 1,9937
r² = 0,0743
y = -0,013x + 4,92
r² = 0,00980
1
2
3
4
5
6
7
8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
b)
y = 0,2798x + 24,825
r² = 0,0938
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
a)y = 0,025x + 33,36
r² = 0,0011
y = 0,72x + 15,37
r² = 0,3854
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
Pagua med UNE83309 (mm)
b)
Capítulo 4
120
4.2.2.2.4. Porosidad por intrusión de mercurio.
La porosidad por intrusión de mercurio nos permite evaluar la penetración de
agresivos en el hormigón. A partir de las Figuras 4.25 a 4.27, podemos evaluar la
velocidad de carbonatación y de penetración de cloruros así como su relación con
esta variable. Se observa que la velocidad de carbonatación aumenta con la
porosidad del hormigón para todos los casos estudiados y con el tiempo de
exposición. Así, para un periodo de exposición de 12 meses se obtiene un mayor
grado de carbonatación para una misma porosidad.
Figura 4.25.- Relación entre velocidad de carbonatación a 3 meses y porosidad . a)
todos los hormigones juntos y b) de hormigones peninsulares y canarios en rojo, por
separado.
Figura 4.26.- Relación entre velocidad de carbonatación a 12 meses y porosidad. a)
todos los hormigones juntos y b) de hormigones peninsulares y canarios en rojo, por
separado.
y = 0,195x + 0,068
r² = 0,282
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
a)
y = 0,483x - 2,62
r² = 0,4863
y = 0,177x - 0,023
r² = 0,20880
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25 30
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
b)
y = 0,292x - 0,43
r² = 0,4278
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30
Vc
arb
. n
at.
12
me
ses(m
m·a
ño
-0,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
a)
y = 0,232x + 0,14
r2 = 0,1281
y = 0,249x + 0,12
r² = 0,28880
1
2
3
4
5
6
7
8
0 5 10 15 20 25 30
Vc
arb
. n
at.
3 m
ese
s(m
m·a
ño
-0,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
b)
Ensayos de laboratorio
121
Figura 4.27.- Relación entre velocidad de penetración de cloruros en piscina 3 meses
y porosidad. a) todos los hormigones juntos y b) de hormigones peninsulares y canarios
en rojo, por separado.
En el caso de la velocidad de penetración de cloruros, esta tendencia se
observa en los hormigones peninsulares pero no así en los hormigones canarios.
4.2.3. Comprobación de modelos.
4.2.3.1. Leyes de resistividad eléctrica frente a resistencia a porosidad.
A partir de los resultados obtenidos se ha procedido a evaluar la validez de los
modelos establecidos en la literatura con el comportamiento observado con nuestros
hormigones.
Una de las relaciones que se establecen es la de la resistividad eléctrica con la
porosidad, conocida como la Ley de Archie [19]. Dicha ley establece una relación
potencial entre la resistividad eléctrica y la porosidad según la ecuación (4.1):
0
· · ma (4.1)
donde:
- es la resistividad eléctrica del hormigón,
- 0 es la resistividad eléctrica de la fase acuosa,
- a y m son constantes que dependen de la composición del material, donde
m representa todos los parámetros relacionados con la estructura de los poros
- es la porosidad.
y = -0,250x + 33,68
r² = 0,0053
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
a) y = 1,756x + 15,35
r² = 0,0934
y = -1,095x + 46,20
r² = 0,071
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 5 10 15 20 25 30
VP
en
. C
l-n
at.
pis
c. 90
día
s
(mm
·añ
o-0
,5)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
b)
Capítulo 4
122
En la Figura 4.28 se muestra el grado de correlación entre ambos parámetros y su
ajuste a la Ley de Archie. Se obtiene una valor de m de 3,09 para los hormigones canarios
y de 1,61 para los hormigones peninsulares. Para la estimación del resto de los parámetros,
se suele considerar que la resistividad eléctrica en la fase acuosa toma un valor de 0,5
Ω·m [20,21] y que la constante a vale aproximadamente 1 [22].
Se estima que el valor de m varía entre los valores 1 y 2 en el caso de rocas [23],
encontrándose valores similares en hormigones. En nuestro caso, los hormigones
peninsulares sí siguen la tendencia marcada, pero no así los canarios.
Figura 4.28.- Ajuste de la Ley de Archie para a) el conjunto de todos los hormigones y
b) los hormigones peninsulares (azul) y canarios (rojo) por separado.
Si separamos los hormigones de Canarias en dos grupos, atendiendo a su edad
y eliminando el hormigón de elevada resistividad, obtenemos los ajustes mostrados
en la Figura 4.29.
Figura 4.29.- Ajuste de la Ley de Archie para el conjunto de hormigones peninsulares
(azul) y todos los canarios (rojo), hormigones canarios C-1 a C-5 (azul claro) y resto de
hormigones canarios (verde).
y = 56788x-2,975
r² = 0,6625
0
200
400
600
800
1000
1200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
2
8d
ías(
·m)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
y = 3991,4x-1,661
r² = 0,3238
y = 56503x-3,09
r² = 0,4069
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
28
día
s(
·m)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
y = 3991,4x-1,661
r² = 0,3238
y = 14,544x-0,33
r² = 0,0116
y = 345,6x-0,94
r² = 0,0513
y = 126428x-3,382
r² = 0,387
0
75
150
225
300
375
450
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
28
día
s(
·m)
Porosidad por intrusión de Hg (%vol)
Ensayos de laboratorio
123
Se observa que no se obtiene una mejora en el ajuste con las agrupaciones
establecidas. Un estudio más exhaustivo realizado por Christensen et al. [24] y
Taffinder et al. [25] encontraron una mayor variedad, no sólo en el valor de m, sino en
el valor de a y ρ0 [26]. Así, estos autores encontraron que a podía variar de 0,14 a 7,71,
mientras que m podía adoptar valores de hasta 4,8.
En nuestro caso, la Ley de Archie para los hormigones canarios queda de la
forma:
4 3,095,65·10 · (4.2)
4.2.3.2. Leyes de resistencia a la compresión frente a la relación a/c.
El análisis de la resistencia a la compresión frente a la relación a/c es uno de
los estudios característicos en hormigones. Fue Abrams quien pronunció en 1918 lo
que sería denominada como Ley de Abrams generalizada de la relación agua
cemento, formulada a partir de un exhaustivo estudio realizado por dicho autor [28].
En dicha ley se establece una relación inversa entre la resistencia a la compresión
con la relación a/c, recogida en la ecuación (4.3):
1
2
ac
kfc
k (4.3)
donde:
- fc es la resistencia a la compresión,
- k1, k2 son constantes para un material determinado, edad y condiciones de
ensayo,
- a/c es la relación agua/cemento
La fórmula de Moloney es también ampliamente utilizada para correlacionar la
resistencia a la compresión de con la relación a/c para morteros. Dicha expresión
viene dada por la siguiente fórmula [27]:
1 2
1·
ac
fc k k
(4.4)
donde:
- k1 es un parámetro que depende de la composición del hormigón y
- k2 es una constante
Capítulo 4
124
Aparte de las dos relaciones anteriores, Rao et al. [27] particularizaron la Ley
de Abrams para morteros, obteniendo la siguiente expresión:
2
1
ka
c
kfc (4.5)
donde:
- k1 y k2 son constantes que depende del tipo de material y edad.
Por comodidad se han denotado todas las constantes como k1 y k2, aunque
su significado físico varía de un modelo a otro, tal y como se explica en cada caso.
Se observa una gran similitud entre la fórmula de Moloney y la modificada de Abrams,
aunque en términos generales, los valores de ajuste obtenidos son muy similares entre
todos los modelos aplicados, tal y como se observa en la Figura 4.30 y la Tabla 4.3.
Tabla 4.3.- Valores de los parámetros de los modelos de Abrams, Abrams modificado
y Moloney para los hormigones estudiados.
Abrams Abrams modificado Moloney
Hormigón k1 k2 r2 k1 k2 r2 k1 k2 r2
Todos 74,37 3,278 0,128 26,64 0,612 0,150 11,89 1,409 0,157
Peninsulares 96,84 6,038 0,255 22,00 0,820 0,283 15,16 0,556 0,287
Canarios
Todos 62,92 2,062 0,071 33,77 0,366 0,053 8,248 3,242 0,042
C-1 a C-6 96,04 5,875 0,893 24,15 0,697 0,870 12,61 1,091 0,862
C-7 a C-25 62,91 2,062 0,071 33,78 0,366 0,053 8,284 3,242 0,042
Ensayos de laboratorio
125
a/c
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
fc2
8 d
ías (M
Pa
)
20
30
40
50
60
70
80
90Abrams
Abrams modificado
Moloney
a)
a/c
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
fc2
8 d
ías (M
Pa
)
20
30
40
50
60
70
80
90Abrams
Abrams modificado
Moloney
b)
a/c
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
fc2
8 d
ías (M
Pa
)
10
20
30
40
50
60
70
80
90Abrams
Abrams modificado
Moloney
c)
a/c
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
fc2
8 d
ías (M
Pa
)
10
20
30
40
50
60
70
80
90Abrams
Abrams modificado
Moloney
d)
a/c
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
fc2
8 d
ías (M
Pa
)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Abrams
Abrams modificado
Moloney
e)
Figura 4.30.- Relación entre resistencia a compresión simple a los 28 días y la relación
agua-cemento (a/c). a) hormigones peninsulares + canarios, b) hormigones
peninsulares, c) hormigones canarios, d) hormigones canarios C-1 a C-6 y e)
hormigones canarios C-7 a C-25. En trazo continuo se superponen los modelos de
Abrams (azul), Abrams modificado (marrón) y Moloney (verde).
Se observa que para todo el conjunto de hormigones, el modelo que mejor se
ajusta a nuestros datos es el de Moloney, al igual que para los hormigones
peninsulares. En el caso de los hormigones canarios es el modelo de Abrams el que
presenta un mejor ajuste, aunque éste no es significativo en comparación con los
otros dos modelos. Los valores de las constantes están dentro de los rangos
encontrados para otros hormigones similares [27].
Capítulo 4
126
Así, los modelos de predicción de la resistencia a la compresión con la relación
agua cemento para los hormigones canarios sería, en orden decreciente de calidad
de ajuste, el siguiente:
Ley de Abrams: 62,92
2,062a
c
fc (4.6)
Ley de Abrams modificada: 2,062
62,92· acfc
(4.7)
Ecuación de Moloney: 3,242
8,248· acfc
(4.8)
4.3. Cámara de niebla salina.
4.3.1. Muestras ensayadas y perfiles de cloruros
Se ensayaron inicialmente los dos primeros tipos de hormigones que se
fabricaron para la exposición ambiental a la penetración de agresivos al hormigón
en los distintos ambientes de la isla de Tenerife, los cuales fueron denominados en el
inicio de este capítulo como hormigón C-12 y hormigón C-13. Posteriormente se
ensayó otro tipo de hormigón de menor contenido en cemento, llamado hormigón
C-21. Los datos de cada uno de estos hormigones están recogidos en la Tabla 4.1.
En las Figuras 4.31 a 4.33 se muestran los perfiles obtenidos para cada muestra:
Figura 4.31.- Perfil de cloruros en los diferentes días de exposición de la muestra C-12
expuesta a la cámara de niebla salina.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
% C
l-so
bre
pe
so m
ue
stra
Profundidad penetración (mm)
1 día3 días4 días5 días7 dias9 dias12 dias14 dias17 dias20 dias23 días
Ensayos de laboratorio
127
Figura 4.32.- Perfil de cloruros en los diferentes días de exposición de la muestra C-13
expuesta a la cámara de niebla salina.
Figura 4.33.- Perfil de cloruros en los diferentes días de exposición de la muestra C-21
expuesta a la cámara de niebla salina.
4.3.2. Discusión de resultados.
Si representamos la penetración de cloruros en el hormigón a concentración
mayor de 0,4% sobre peso de cemento (o superior a 0,06% sobre peso de muestra) a
diferentes días de ensayo (Figura 4.34), observamos que todas aumentan de forma
potencial al aumentar el tiempo de exposición a la niebla salina. Se observa una
mayor penetración de cloruros en los 7 primeros días en el hormigón C-21 (P), el de
menor contenido de cemento, lo que sería el comportamiento esperado. Pero a
partir del décimo día decae la velocidad de penetración de cloruros hasta hacerse
similar a la de los otros hormigones con mayor contenido de cemento.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
% C
l-so
bre
pe
so m
ue
stra
Profundidad penetración (mm)
1 día
3 días
4 días
5 días
7 dias
9 dias
12 dias
14 dias
17 dias
20 dias
23 días
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
% C
l-so
bre
pe
so m
ue
stra
Profundidad penetración (mm)
2 días3 días5 días7 días10 días17 días26 días31 días
Capítulo 4
128
Figura 4.34.- Avance de la penetración de cloruros mayor que 0,4% sobre peso de
cemento con el tiempo.
Representando el tiempo en el eje de ordenadas y la penetración de cloruros
en el eje de abscisas, Figura 4.35, se encuentra que el comportamiento de estos
hormigones sigue el del Ábaco de la Figura 4.36 que fue propuesto por Browne [17].
Figura 4.35.- Avance de la penetración de cloruros mayor que 0,4% sobre peso de
cemento con el tiempo.
y = 0,479x0,9605
r² = 0,9476
y = 0,6672x0,8294
r² = 0,9472
y = 1,493x0,5234
R² = 0,9587r
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
Pe
ne
tra
ció
n C
l->
0,4
% s
ob
re p
eso
de
cto
. (m
m)
Tiempo (días)
C-12
C-13
C-21
y = 2,6443e0,2572x
r² = 0,9622
y = 1,8417e0,3208x
r² = 0,9199
y = 1,45e0,343x
r² = 0,87560
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Tie
mp
o (
día
s)
Penetración Cl- >0,4% sobre peso de cto. (mm)
C-12
C-13
C-21
Ensayos de laboratorio
129
Figura 4.36.- Representación del Ábaco de Browne [19].
A partir de la comparación de los resultados obtenidos con el modelo
propuesto para una exposición ambiental se calcula el promedio de la
concentración de cloruros de cada muestra expuesta a cada uno de los diferentes
tiempos, comprobándose que el comportamiento de los hormigones canarios
ensayados (Figura 4.37) en la cámara de niebla salina sigue el modelo:
0tot t
C C k t (4.9)
donde:
Ctot: Concentración total de Cl- sobre peso de cemento
C0: Contenido de Cl- en el hormigón antes de la exposición
Kt: coeficiente que representa la velocidad con la que aumenta Ctot respecto
a t.
Figura 4.37.- Concentración de cloruros promedio sobre peso de cemento con el
tiempo.
y = 9,737x - 0,42
r² = 0,9627
y = 8,672x - 0,51
r² = 0,8966
y = 5,066x + 0,08
r² = 0,8683
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35
Cp
rom
ed
io(%
so
bre
pe
so c
em
en
to)
Tiempo0,5 (años0,5)
Hormigón C-13
Hormigón C-12
Hormigón C-21
Capítulo 4
130
4.4. Conclusiones.
En los hormigones canarios estudiados se pone de manifiesto la mayor presencia
de poros interconectados respecto a los hormigones peninsulares, tanto con los
ensayos de porosidad por intrusión de mercurio, como con el de resistividad eléctrica.
Los ensayos de resistencia a compresión y penetración de agua bajo presión no son
concluyentes para esta comparación.
Cuando se representan todos los parámetros considerados, respecto a los
parámetros prescriptivos, se observa la importancia del aumento de la relación agua-
cemento en el aumento de la velocidad de penetración de agresivos en los
hormigones canarios, a pesar de las dispersiones obtenidas por no mantenerse fija la
concentración ni el tipo de cemento en las muestras estudiadas.
Al representar la velocidad de penetración de los agresivos respecto a los
parámetros prestacionales estudiados, se obtiene que la velocidad de
carbonatación natural a los tres meses presenta mayores dispersiones que la medida
a un año con todos ellos, y que todos los parámetros prestacionales, excepto la
penetración de agua a presión, son capaces de predecir la mayor velocidad de
carbonatación de los hormigones canarios estudiados.
Analizando la velocidad de penetración de cloruros, se obtiene que la
resistividad eléctrica es capaz de predecirla, pero teniendo en cuenta la gran
influencia que tiene el tipo y contenido de cemento empleado para fabricar las
muestras de hormigón, por lo que se hace necesario para el estudio de la correlación
entre resistividad y penetración de cloruros en los hormigones de Canarias, conocer
el cemento empleado en su fabricación.
En el estudio de tres muestras de hormigones canarios en la cámara de niebla
salina, se concluye que es necesario el ensayo de un mayor número de muestras a
menores tiempos de exposición, debido a que, a tiempos menores a siete días, se
observa una mayor diferencia entre los hormigones de mayor resistencia a la
penetración de cloruros, con respecto al de menor resistencia, medida mediante el
ensayo de difusión natural con el dispositivo piscina.
Respecto a la verificación de modelos, se ha obtenido establecido la Ley de
Archie para los hormigones canarios, que queda de la forma 4 3,095,65·10 · así
como los modelos de predicción de la resistencia a la compresión con la relación
agua cemento para los hormigones canarios, quedando la Ley de Abrams de la
forma 62,92
2,062a
c
fc , la Ley de Abrams modificada como 2,062
62,92· acfc
y, por
último, la Ecuación de Moloney 3,242
8,248· acfc
, todas con unos niveles de ajuste
similares.
Ensayos de laboratorio
131
4.5. Referencias.
[1] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 3: Determinación de la
resistencia a compresión de probetas. UNE-EN 12390-3. AENOR, Madrid, 2009
[2] AENOR. Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
resistividad eléctrica. Parte 2: Método de las cuatro puntas o de Wenner. UNE
83988-2:2008. AENOR, Madrid, 2008.
[3] AENOR. Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
resistividad eléctrica. Parte 2: Método de las cuatro puntas o de Wenner. UNE
83988-2:2014. AENOR, Madrid, 2014.
[4] AENOR. Ensayos de hormigón. Determinación de la profundidad de penetración
de agua bajo presión (Anulada). UNE 83309-90 EX. AENOR, Madrid, 1990.
[5] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-8:2001. AENOR, Madrid, 2001.
[6] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-8:2009. AENOR, Madrid, 2009.
[7] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 8. Profundidad de penetración
de agua baja presión. UNE EN 12390-- 8:2009/1M:2011. AENOR, Madrid, 2009.
[8] ASTM. Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume
Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry. ASTM D4404 – 84
(Reapproved 1998). ASTM International, Filadelfia, 1998.
[9] ASTM. Standard Test Method for Determination of Pore Volume and Pore Volume
Distribution of Soil and Rock by Mercury Intrusion Porosimetry. ASTM D4404 -
84(2004). ASTM International, Filadelfia, 2004.
[10] AENOR. Durabilidad del hormigón. Métodos de ensayo. Determinación de la
velocidad de penetración de la carbonatación en el hormigón endurecido.
Parte 1: Método natural. UNE-EN 83993-1:2009. AENOR, Madrid, 2009.
[11] AENOR. Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:1994. AENOR, Madrid, 1994.
[12] AENOR. Corrosión en armaduras. Determinación de la profundidad de
carbonatación en hormigones endurecidos y puestos en servicio. UNE
112011:2011. AENOR, Madrid, 2011.
[13] AENOR. Ensayo de durabilidad del hormigón. Determinación de la difusión de
iones cloruro. pNE 83986:2001. AENOR, Madrid, 1ª versión marzo 2009.
Capítulo 4
132
[14] CEN. Testing hardened concrete - Part 11: Determination of the chloride
resistance of concrete, unidirectional diffusion. CEN/TS 12390-11:2010. Austrian
Standards plus GmbH, Viena, 2010.
[15] AENOR. Ensayos de hormigón endurecido. Parte 11: Determinación de la
resistencia a los cloruros del hormigón, difusión unidireccional. PNE-FprEN 12390-
11. Madrid, BOE nº 63, de 14 de marzo de 2015.
[16] AENOR. Productos y sistemas para la protección y reparación de estructuras de
hormigón. Métodos de ensayo. Determinación del contenido en cloruros en el
hormigón endurecido. UNE-EN 14629:2007. AENOR, Madrid, 2007.
[17] R. d'Andrea, Predicción de la durabilidad del hormigón armado a partir de
indicadores de corrosión: aplicación de la resistividad eléctrica. Tesis Doctoral,
Universidad Politécnica de Madrid, 2010.
[18] R. Lannegrand, G. Ramos, R. Talero Morales, Estado del conocimiento sobre la
sal de Friedel, Mater. Construc. 262 (2001) 63-72.
[19] G.E. Archie G.E., AIME Trans. 146 (1942) 54-62.
[20] N. R. Buenfeld, J.B. Newman, C.L. Page, The resistivity of mortar immersed in sea-
water, Cement Concrete Res. 16 (1986) 511-524.
[21] S. Goñi, C. Andrade, Synthetic concrete pore solution chemistry and rebar
corrosion rate in the presence of chlorides, Cement Concrete Res. 20 (1990) 525-
539.
[22] E.J. Garboczi, Permeability, diffusivity and microstructural parameters: A critical
review, Cement Concrete Res. 20 (1990) 591-601.
[23] P. Wong, J. Koplik, J.P. Tomanic, Phys. Rev. B 30 (1984) 6606-6614.
[24] BJ Christensen, T. Coverdale, R.A. Olson, S.J. Ford, E.J. Garboczi, H.M. Jennings,
T.O. Mason, Impedance spectroscopy of hydrating cement-based materials:
measurement, interpretation, and application. J. Am. Ceram. Soc. 77 (11) (1994)
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[25] G.G. Taffinder, B. Batchelor, Measurement of effective diffusivities in solidified
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conductivity of concrete, Mater. Struc. 41 (2008) 1-16.
[27] G. Appa Rao, Generalization of Abrams' law for cement mortars, Cement
Concrete Res. 31 (2001) 495-502.
CAPÍTULO 5. ÍNDICE
ÍNDICE
5. CARACTERIZACIÓN DEL EFECTO DE LOS PARÁMETROS AMBIENTALES,
DEL VIENTO Y LA DISTANCIA AL MAR EN LA PENETRACIÓN DE AGRESIVOS
EN HORMIGONES ......................................................................................... 135
5.1. Introducción .............................................................................................. 135
5.2. Caracterización de los parámetros ambientales .................................. 137
5.2.1. Viento ..................................................................................................... 137
5.2.2. Temperatura ......................................................................................... 138
5.2.3. Niveles de humedad y de precipitación ........................................ 140
5.2.3.1. Humedad relativa ambiental y nivel de precipitación ....... 140
5.2.3.2. Humedad contenida en las probetas de hormigón ........... 142
5.3. Velocidad de deposición de cloruros .................................................... 150
5.3.1. Velocidad de deposición de cloruros según el método de la vela
húmeda ............................................................................................................ 150
5.3.2. Velocidad de deposición de cloruros según el método de la
“bufanda” ........................................................................................................ 153
5.3.3. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función
de la distancia al mar .................................................................................... 155
5.3.4. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función
de la velocidad del viento ........................................................................... 158
5.4. Medida de la penetración de agresivos en hormigones expuestos ... 166
5.4.1. Determinación de la profundidad de carbonatación en
hormigones expuestos en distintos ambientes.......................................... 166
5.4.2. Determinación de la penetración de cloruros en hormigones
expuestos en distintos ambientes ................................................................ 173
5.4.2.1. Discusión de los resultados ....................................................... 183
5.4.3. Comparación de la profundidad de carbonatación y la de
penetración de cloruros ................................................................................ 188
5.4.4. Estudio de penetración de agresivos en una estructura real ..... 192
5.5. Conclusiones ............................................................................................. 196
5.6. Referencias ................................................................................................ 198
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
135
CAPÍTULO 5 - CARACTERIZACIÓN DEL EFECTO DE LOS PARÁMETROS
AMBIENTALES, DEL VIENTO Y LA DISTANCIA AL MAR EN LA
PENETRACIÓN DE AGRESIVOS EN HORMIGONES.
5.1. Introducción.
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos del análisis de los
principales parámetros ambientales predominantes en las cinco zonas de estudio
(temperatura, humedad y velocidad del viento) así como la velocidad de deposición
de cloruros y la velocidad de carbonatación de las probetas de hormigón expuestas
a estos ambientes.
Para ello se instalaron los captadores y registradores necesarios según se
describió en el capítulo 3. Los hormigones expuestos han sido fabricados con
materiales y dosificaciones típicas de la isla de Tenerife, según se ha descrito
previamente. La exposición de los primeros hormigones se inició en mayo de 2011,
finalizando para todos en abril de 2015.
Las medidas de temperatura, humedad y viento se han tomado de la base de
datos de la AEMET, correspondientes a las estaciones C429I (zona ITER), C449F (Santa
Cruz de Tenerife), C419H (Guía de Isora), C459Z (Puerto de la Cruz) y C447A (zona
Llano del Moro). En el ITER se colocó un anemómetro con registro de temperatura y
humedad cada minuto.
Para el estudio de la velocidad de deposición de cloruros atmosféricos se han
empleado dos procedimientos experimentales distintos. Por un lado, se ha empleado
el dispositivo vela húmeda según ASTM G 140-96 [1] y ASTM G 140-02 [2], denominado
como normativo en la norma ISO 9225, junto con el de plato seco, que según esta
norma recoge unas 2,4 veces menos cantidad de cloruros que la vela húmeda. La
norma ASTM G 140 indica que los cloruros en la atmósfera se presentan disueltos en
gotas de agua en suspensión y en forma de partículas sólidas y son transportados por
el viento, la gravedad y los movimientos brownianos. Estos mecanismos de transporte
son sensibles a la forma y orientación del objeto que los recibe.
En la búsqueda de la cantidad de cloruros más real que llega a las probetas
de hormigón expuestas, se ha probado un nuevo dispositivo denominado como
“bufanda” (descrito en Capítulo 3) que consiste en una modificación del dispositivo
vela húmeda, en el que se usa una venda del mismo tipo, pero que en lugar de
envolver un tubo de ensayo y estar humedecida por tener sus extremos en contacto
continuo con una disolución, se envuelve aproximadamente un tercio de la probeta,
concretamente 11 cm, justo para dar cuatro vueltas a la probeta y obtener dos
“bufandas” por cada paquete individual de venda.
Capítulo 5
136
La velocidad de carbonatación se ha analizado en probetas de los
hormigones C-12 y C-13 expuestas en todas las estaciones de ensayo en la zona
protegida de la lluvia, según el procedimiento descrito en el apartado 3.3.6. del
capítulo 3.
En la Tabla 5.1 se presentan los tipos de hormigones expuestos en las diferentes
estaciones. Los primeros hormigones expuestos en las estaciones de ensayo son los
denominados hormigones C-12 y C-13. Posteriormente, al observar que la
penetración de cloruros en estas dos tipos era casi indetectable, se introdujeron los
hormigones C-16, C-17, C-19, y C-20, situados en ambiente expuesto a la lluvia,
solamente para el ensayo de penetración de cloruros en hormigón. El ensayo de
carbonatación ya se les realizaría al igual que a todos los hormigones canarios
descritos en el capítulo 4 en la estación de ensayo LL/M-9.
Tabla 5.1.- Distribución de las probetas de hormigón en las diferentes estaciones de
exposición atmosférica.
Estación Hormigones expuestos
Cloruros Carbonatación
ITER-1 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
ITER-2 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
ITER-3 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
ITER-4 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
ITER-5 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
S/C-6 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
G/I-7 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
S/J-8 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20 C-12, C-13
LL/M-9 C-12, C-13 C-12, C-13, C-16, C-17, C-19, C-20
En la Figura 5.1 se muestra una imagen de una estación de ensayo con las
probetas expuestas a la atmósfera.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
137
Figura 5.1.- Estación de ensayo tipo de las fabricadas para este estudio.
5.2. Caracterización de los parámetros ambientales.
5.2.1. Viento.
El viento es un parámetro fundamental en el estudio de la degradación de los
hormigones ya que afecta al transporte de los agresivos atmosféricos hasta las
estructuras de hormigón.
Para la cuantificación de esta variable se ha recurrido a los datos
proporcionados por la AEMET y por los recogidos mediante la instalación de
anemómetros en el ITER. Dada la importancia del ITER con respecto al resto de las
estaciones dado que en ella se puede caracterizar el efecto de la distancia al mar,
se instaló un anemómetro. Dicho equipo registra datos de velocidad de viento cada
minuto, obteniéndose el registro de la Figura 5.2, donde se registra tanto la velocidad
media como la máxima. En dicha figura se observa la presencia de vientos con una
velocidad promedio superiores al valor de los 3 m·s-1 en todo el intervalo de estudio.
Capítulo 5
138
Figura 5.2.- Velocidad del viento media y máxima registrada en las cinco estaciones
de la zona sur-sureste (ITER).
5.2.2. Temperatura.
Se obtuvieron datos de temperatura a partir de la base de datos de la AEMET y
a partir de registradores automáticos ubicados en el ITER. En la Figura 5.3 se muestra
un ejemplo de registro continuo efectuado en el ITER, donde se obtienen los
parámetros tanto de temperatura como de humedad.
En la Figura 5.4 se muestran las temperaturas medias registradas para el primer
año de exposición en todas las estaciones de estudio, mientras que en la Figura 5.5
se muestra la misma variación para las 5 estaciones ubicadas en el ITER. En esta última
se superponen los datos obtenidos por la instrumentación propia del ITER que nos
permite verificar la existencia de cualquier anomalía en nuestro equipo. La
temperatura suministrada por los sensores del ITER es ligeramente inferior, se supone
que por encontrarse a 25 metros de altura en un molino de viento.
Se observa que las menores temperaturas son las registradas en la zona de
medianías (Llano del Moro), oscilando en el resto de las estaciones entre la misma
horquilla de temperaturas (entre 17 y 26 ºC aproximadamente).
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m·s
-1)
Tiempo (meses)
ITER Velocidad viento Media ITER Velocidad viento Máxima
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
139
Figura 5.3.- Gráfico de registro de temperatura y humedad relativa para un periodo
de tres meses, con toma de datos horaria.
Figura 5.4.- Temperaturas medias registradas el primer año en las nueve estaciones
de ensayo.
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TTe
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era
tura
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)
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Estación de ensayo ITER-1
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Tª med-ITER1 Tª med-ITER2 Tª med-ITER3 Tª med-ITER4 Tª med-ITER5
Tª med-S/C6 Tª med-GUIA7 Tª med-S/J8 Tª med-LL/M9
Capítulo 5
140
Figura 5.5.- Temperaturas medias registradas en las cinco estaciones de la zona sur-
sureste (ITER).
5.2.3. Niveles de humedad y de precipitación.
5.2.3.1. Humedad relativa ambiental y nivel de precipitación.
En las Figuras 5.6 y 5.7 se muestran los datos de humedad relativa registradas
en las nueves estaciones de ensayo durante el primer año de exposición. En la Figura
5.7 se han superpuesto los datos de humedad registrados por el instrumental propio
del ITER para todo el periodo de trabajo.
Se observa que los mayores niveles de humedad relativa se registran en las
estaciones ubicadas en el ITER, con humedades relativas superiores al 60% para el
todo el periodo de estudio. Las estaciones ITER-1 e ITER-4 son las que presentan los
mayores valores. Las estaciones que presentan los menores valores son las
correspondientes a Guía de Isora y San Juan, las cuáles no superan el umbral del 70%
de humedad relativa. Mencionar también la variabilidad de la HR en la estación de
ensayo LL/M-9 que está ubicada en zona de medianías, con elevadas humedades
relativas en invierno y gran descenso en verano en comparación con las demás
estaciones de ensayo.
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Tem
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ºC)
Tiempo (meses)
Tª med-ITER1 Tª med-ITER2 Tª med-ITER3
Tª med-ITER4 Tª med-ITER5 Tª med-ITER (Datos Iter)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
141
Figura 5.6.- Humedades relativas medias registradas el primer año en las nueve
estaciones de ensayo.
Figura 5.7.- Humedades relativas medias registradas en las cinco estaciones de la
zona sur-sureste (ITER).
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R (
%)
Tiempo (meses)
%HR med-ITER1 %HR med-ITER2 %HR med-ITER4
%HR med-ITER5 %HR med-ITER (Datos Iter)
Capítulo 5
142
En la Figura 5.8 se representan los valores de precipitación correspondientes al
primer año, observándose, en general, que las precipitaciones son escasas en la zona
sur-sureste, región en la que se ha realizado el estudio a diferentes distancias del mar,
y mayor presencia de precipitaciones en la zona norte y en la zona de medianías
durante los meses de invierno y primavera.
Figura 5.8.- Precipitaciones medias registradas el primer año en las nueve estaciones
de ensayo.
5.2.3.2. Humedad contenida en las probetas de hormigón.
Tal y como se discutió en el capítulo 2, se han desarrollado diversos estudios
encaminados a correlacionar los datos de humedad relativa con el contenido en
humedad dentro de la probeta de hormigón y, a su vez, el determinar qué cantidad
de agua está en estado líquido y cuál en forma de vapor dentro de los poros. Con
objeto de verificar la cantidad de humedad absorbida por nuestras probetas, éstas
se pesaban con frecuencia mensual. En las Figuras 5.9 a 5.17 se muestran los datos
correspondientes a todas las estaciones de ensayo para todo el intervalo de tiempo
estudiado. Para su posterior análisis, se han superpuesto los datos de humedad
relativa y temperatura en las distintas figuras.
Se observa que las probetas situadas en la estación ITER-1, que es la más cercana
al mar de las cinco situadas en la zona sur-sureste, contienen mayores niveles de
humedad en comparación con las expuestas en las otra 4 estaciones del ITER. Este
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Pre
cip
ita
ció
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sua
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m)
Tiempo (meses)
Precip. med-ITER1-5 Precip. med-S/C6 Precip. med-GUIA7 Precip. med-S/J8 Precip. med-LL/M9
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
143
hecho puede ser debido a un mayor aporte del aerosol marino por estar más cerca
de la zona de batimiento marino.
Figura 5.9.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 1 de la Zona Sur-Sureste (ITER-1).
Figura 5.10.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 2 de la Zona Sur-Sureste (ITER-2).
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ITER-1
%HR med-ITER (Datos Iter) Tª med-ITER (Datos Iter)
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Tiempo (meses)
ITER-2
%HR med-ITER (Datos Iter) Tª med-ITER (Datos Iter)
Capítulo 5
144
Figura 5.11.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 3 de la Zona Sur-Sureste (ITER-3).
Figura 5.12.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 4 de la Zona Sur-Sureste (ITER-4).
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Tiempo (meses)
ITER-3
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Tiempo (meses)
ITER-4
%HR med-ITER (Datos Iter) Tª med-ITER (Datos Iter)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
145
Figura 5.13.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 5 de la Zona Sur-Sureste (ITER-5).
Figura 5.14.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 6 de la Zona Este (S/C-6).
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ITER-5
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Tiempo (meses)
Estación 6 (Zona Este)
%HR med-S/C6 Tª med-S/C6
Capítulo 5
146
Figura 5.15.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 7 de la Zona Oeste (G/I-7).
Figura 5.16.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 8 de la Zona Norte (S/J-8).
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Estación 7 (Zona Oeste)
%HR med-GUIA7 Tª med-GUIA7
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Tiempo (meses)
Estación 8 (Zona Norte)
%HR med-S/J8 Tª med-S/J8
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
147
Figura 5.17.- Contenido de humedad de las probetas situadas en la estación de
ensayo 9 de la Zona Este Medianías (LL/M-9).
Dado el bajo nivel de penetración de cloruros observado en las primeras
muestras C-12 y C-13 a lo largo del desarrollo del estudio, se decidió incorporar nuevas
probetas de hormigón en las estaciones 1 a 5 y 8. Se colocaron en la zona de la
estación de ensayo desprotegida de la lluvia (Figura 5.18). Debido a que estaban
destinadas al ensayo de penetración de cloruros y contenido en humedad, el ensayo
de carbonatación a tres meses y un año se les realizó solamente en la estación LL/M-9,
junto con los demás hormigones canarios descritos en el capítulo 4. En las Figuras 5.19
a 5.22 se muestra la variación de la humedad contenida en las nuevas probetas
respecto al tiempo de exposición.
Figura 5.18.- Probetas cúbicas de 10 cm de nuevas muestras de hormigón expuestas
en la zona sin techo de las estaciones de ensayo.
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me
dia
y T
em
pe
ratu
ra m
ed
ia
%H
um
ed
ad
so
bre
pe
so m
ín.
Tiempo (meses)
Estación 9 (Zona Este Medianías)
%HR med-LL/M9 Tª med-LL/M9
Capítulo 5
148
Figura 5.19.- Contenido de humedad de las probetas de hormigón C-16 situadas en
las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste (1 a 5) y Zona Norte (8) en
ambiente desprotegido de la lluvia.
Figura 5.20.- Contenido de humedad de las probetas de hormigón C-17 situadas en
las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste (1 a 5) y Zona Norte (8) en
ambiente desprotegido de la lluvia.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
10 11 12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44
% H
um
ed
ad
so
bre
pe
so m
ín.
Tiempo (meses)
Hormigón C-16 (Estaciones 1 a 5 y 8)
Estación ITER 1
Estación ITER 1
Estación ITER 2
Estación ITER 2
Estación ITER 3
Estación ITER 3
Estación ITER 4
Estación ITER 4
Estación ITER 5
Estación ITER 5
Estación 8
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44
% H
um
ed
ad
so
bre
pe
so m
ín.
Tiempo (meses)
Hormigón C-17 (Estaciones 1 a 5 y 8)
Estación ITER 1
Estación ITER 1
Estación ITER 2
Estación ITER 2
Estación ITER 3
Estación ITER 3
Estación ITER 4
Estación ITER 4
Estación ITER 5
Estación ITER 5
Estación 8
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
149
Figura 5.21.- Contenido de humedad de las probetas de hormigón C-19 situadas en
las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste (1 a 5) y Zona Norte (8) en
ambiente desprotegido de la lluvia.
Figura 5.22.- Contenido de humedad de las probetas de hormigón C-20 situadas en
las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste (1 a 5) y Zona Norte (8) en
ambiente desprotegido de la lluvia.
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44
% H
um
ed
ad
so
bre
pe
so m
ín.
Tiempo (meses)
Hormigón C-19 (Estaciones 1 a 5 y 8)
Estación ITER 1
Estación ITER 1
Estación ITER 2
Estación ITER 2
Estación ITER 3
Estación ITER 3
Estación ITER 4
Estación ITER 4
Estación ITER 5
Estación ITER 5
Estación 8
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
27 29 32 35 38 40 42 44 47
% H
um
ed
ad
so
bre
pe
so m
ín.
Tiempo (meses)
Hormigón C-20 (Estaciones 1 a 5 y 8)
Estación ITER 1
Estación ITER 1
Estación ITER 2
Estación ITER 2
Estación ITER 3
Estación ITER 3
Estación ITER 4
Estación ITER 4
Estación ITER 5
Estación ITER 5
Estación 8
Capítulo 5
150
5.3. Velocidad de deposición de cloruros.
5.3.1. Velocidad de deposición de cloruros por el método de la vela húmeda.
En las Figuras 5.23 a 5.25 se presentan los resultados obtenidos del análisis de
cloruros por el método de la vela húmeda de las nueve estaciones de ensayo durante
los cuatro años de duración de este trabajo (el mes 1 corresponde a junio de 2011).
Figura 5.23.- Cloruros recogidos por las velas húmedas situadas en las nueve
estaciones de ensayo.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44 47
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Tiempo (meses)
Vela ITER 1 Vela ITER 2 Vela ITER 3
Vela ITER 4 Vela ITER 5 Vela 6 (S/C)
Vela 7 (G/I) Vela 8 (S/J) Vela 9 (LL/M)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
151
Figura 5.24- Cloruros recogidos por las velas húmedas situadas en las estaciones de
ensayo 2 a 9 (se excluye ITER-1).
Figura 5.25.- Cloruros recogidos por las velas húmedas situadas en las cinco
estaciones de la zona sur-sureste (ITER) a diferentes distancias del mar.
0,0
100,0
200,0
300,0
400,0
500,0
600,0
700,0
800,0
900,0
1000,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44 47
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Tiempo (meses)
Vela ITER 2
Vela ITER 3
Vela ITER 4
Vela ITER 5
Vela 6 (S/C)
Vela 7 (G/I)
Vela 8 (S/J)
Vela 9 (LL/M)
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
0,0
500,0
1000,0
1500,0
2000,0
2500,0
3000,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44 47
Ve
loc
. v
ien
to (
m·s
-1)
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Mes
Vela ITER 1 Vela ITER 2
Vela ITER 3 Vela ITER 4
Vela ITER 5 Veloc. Viento Media (m/s)
Capítulo 5
152
En la Tabla 5.2 se presentan los valores promedio obtenidos para los cuatro
años de exposición para todas las estaciones de ensayo
Tabla 5.2.- Concentración promedio de cloruros recogidas por las nueve velas
húmedas situadas en las diferentes estaciones de ensayo durante cuatro años.
Estación
de
ensayo
Distancia
al mar (m)
[Cl-]Promedio (mg·m-2·día-1)
Promedio
1er año
Promedio
2º año
Promedio
3er año
Promedio
4º año
Promedio
4 años
ITER-1 36 1289,3 1159,9 1591,7 1140,6 1257,4
ITER-2 117 454,4 392,5 335,9 244,3 380,8
ITER-3 285 334,4 383,2 232,3 192,8 305,5
ITER-4 397 157,3 166,6 126,2 107,8 146,3
ITER-5 916 54,4 75,0 56,2 45,3 61,1
S/C-6 26 57,7 55,1 52,7 55,2
G/I-7 602 16,0 16,0
S/J-8 85 107,4 124,2 192,6 108,8 133,3
LL/M-9 3977 14,5 19,7 17,1 21,6 18,2
Se observa claramente que las estaciones que registran mayores niveles de
cloruros son las ubicadas en ITER-1 a ITER-4, seguida por la estación S/J-8, S/C-6 e
ITER-5 y por último las estaciones de LL/M-9 y de G/I-7.
De entre todas ellas, destaca la estación ITER-1, que presenta un máximo de
2803,3 mg·m-2·día-1 atribuible a su proximidad al mar (36 metros de la costa) y un valor
promedio durante los cuatro años de análisis de 1257,4 mg·m-2·día-1. Se observa que
a medida que nos alejamos del frente costero, disminuye la concentración de
cloruros de forma no lineal [3], ya que se pasa de tener un valor de 1257,4 mg·m-2·día-1
a 36 metros de la costa a un valor promedio de 61,1 mg·m-2·día-1 a 916 metros de la
costa, valor correspondiente a ITER-5.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
153
No sólo disminuye la concentración de cloruros sino que también lo hace el
tipo y tamaño de partícula depositada, ya que existirá un gradiente de deposición
debido al efecto de la gravedad. Este efecto se verá parcialmente compensado por
el efecto de la velocidad del viento. Las partículas más pequeñas son las que viajarán
tierra adentro, debido a que se verán menos afectadas por el efecto de la gravedad
[4-6]. Esto provoca un fuerte descenso en la concentración de cloruros en las
proximidades de la costa, lo cual está de acuerdo con los datos experimentales
obtenidos.
En la Figura 5.25 se representan los valores de concentración media de cloruros
para las 5 estaciones de ensayo ubicadas en el ITER conjuntamente con la velocidad
media registrada para el conjunto de todas las estaciones. Se observa una relación
directa entre el perfil de concentración de cloruros y la variación de la velocidad del
viento promedio. A medida que aumenta la velocidad del viento aumenta la
concentración de cloruros recolectados por la vela húmeda. También se observa un
hecho muy destacado respecto a la velocidad del viento. La velocidad promedio
registrada es superior a los 3 m·s-1 en todo el periodo de estudio, que es la velocidad
considerada como umbral para la deposición de cloruros [7-8] y establecido como
umbral anteriormente en estudios desarrollados en distintas zonas geográficas
españolas [9]. Con las velocidades registradas en el ITER se observa una relación
directa entre la velocidad del viento y la concentración de cloruros, aún para las
estaciones más alejadas de la línea de costa.
5.3.2. Velocidad de deposición de cloruros por el método de la “bufanda”.
En la Figura 5.26 se recogen los valores de concentración de cloruros recogidos
por el método de la “bufanda” en las 5 estaciones ubicadas en el ITER. En la Tabla 5.3
se muestran los valores promedio de la concentración de cloruros para las 5
estaciones del ITER analizadas por este método.
Capítulo 5
154
Figura 5.26.- Cloruros recogidos por las “bufandas” situadas en las cinco estaciones
de la zona sur-sureste (ITER).
Tabla 5.3.- Cantidades promedio de cloruros recogidas por dos “bufandas” situadas
en cada una de las cinco estaciones a diferentes distancias del mar durante los
cuatro años.
Estación (Distancia
al mar (m))
[Cl-]Promedio (mg·m-2·día-1)
Promedio
1er año
Promedio
2º año
Promedio
3er año
Promedio
4º año
Promedio
total 4 años
ITER-1 (36) 178,2 148,6 163,9 122,5 158,4
ITER-2 (117) 90,1 66,2 86,2 40,4 74,4
ITER-3 (285) 45,2 38,8 29,5 18,3 36,6
ITER-4 (397) 28,9 26,2 16,5 18,0 24,6
ITER-5 (916) 16,8 18,5 9,1 10,4 15,9
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18 20 22 24 27 29 32 35 38 40 42 44 47
Ve
loc
. v
ien
to (
m·s
-1)
Cl -
(mg
·m-2
·día
-1)
Mes
"Bufanda" ITER 1 "Bufanda" ITER 2
"Bufanda" ITER 3 "Bufanda" ITER 4
"Bufanda" ITER 5 Veloc. Viento Media (m/s)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
155
Se observa que el perfil de variación de la concentración de cloruros obtenidos
por el método de la “bufanda” sigue la misma tendencia que la observada por el
método de la vela húmeda. Las concentraciones registradas son menores debido,
posiblemente, a que este dispositivo se encuentra a ras, mientras que el dispositivo de
la vela húmeda se encuentra más elevado, lo que facilita la toma de contacto con
el aerosol marino.
También se observa una coincidencia entre la variación del perfil de
concentración y el perfil de variación de la velocidad del viento.
5.3.3. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función de la distancia
al mar.
La disminución de la velocidad de deposición de cloruros con la distancia a la
costa está claramente evidenciada en la Figura 5.27. Se observa un descenso
drástico en los primeros 300 metros de la costa, a diferencia de lo observado por otros
autores que aumentan la dimensión de la franja hasta los primeros 500 metros.
Dado el perfil obtenido así como lo sugerido por varios autores [3,5,7,8,10-14]
se puede establecer una relación exponencial entre la velocidad de deposición de
cloruros y la distancia a la costa.
Figura 5.27.- Cloruros recogidos por las velas húmedas y “bufandas” situadas en las
cinco estaciones de la zona sur-sureste (ITER).
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Distancia al mar (m)
"Bufandas" Velas húmedas
"Bufandas" 1er año Velas húmedas 1er año
"Bufandas" 2º año Velas húmedas 2º año
"Bufandas" 3er año Velas húmedas 3er año
"Bufandas" 4º año Velas húmedas 4º año
Capítulo 5
156
Con la finalidad de obtener un modelo de distribución de velocidades de
deposición de cloruros con la distancia a la costa, se ha procedido a ajustar nuestros
datos tanto con el modelo exponencial descrito en la literatura, descrito por la
ecuación (5.1), como con una relación de tipo potencial dada por la ecuación (5.2):
- Modelo exponencial: ·· b xD ae (5.1)
- Modelo potencial: · bD a x (5.2)
donde:
- D es la velocidad de deposición de cloruros expresada en mg·m-2·día-1.
- x es la distancia al mar, expresada en metros (m).
Se ha realizado el ajuste empleando las velocidades de deposición obtenidos
mediante el método de la vela y el método de la “bufanda”. Así, los modelos
obtenidos en cada caso son:
a) Velocidad de deposición de cloruros por el método de la vela en función de
la distancia a la costa:
o Modelo exponencial: 0,01255·1995· xD e (r2 = 0,8771) (5.3)
o Modelo potencial: 4 0,92873,583·10 ·D x (r2= 0,9424) (5.4)
b) Velocidad de deposición de cloruros por el método de la “bufanda” en
función de la distancia a la costa:
o Modelo exponencial: 0,00692·189,4· xD e (r2 = 0,8928) (5.5)
o Modelo potencial: 0,7292105·D x (r2 = 0,9279) (5.6)
Los ajustes obtenidos con ambos modelos son buenos, aunque la ley potencial
se ajusta mejor a nuestro caso. Esta desviación respecto a lo observado en la
bibliografía puede ser atribuida a varias causas. La primera es a las variaciones de la
orografía del terreno, más abrupta que en otros estudios realizados. A este hecho hay
que sumarle unas condiciones ambientales más agresivas, dado que la velocidad del
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
157
viento en la zona de estudio (ITER), supera los 3 m·s-1 la mayor parte del tiempo, como
se verá en el siguiente capítulo, favoreciendo la distribución de cloruros a lo largo de
la costa y una deposición de los mismos en función del tamaño de partícula distinta
a otros casos estudiados.
Si comparamos los valores de las velocidades de deposición de cloruros por
ambos métodos obtenemos la distribución mostrada en la Figura 5.28. Se observa que
no existe una relación lineal entre los valores obtenidos por ambos métodos. Al
contrario, se observa una gran dispersión lo cual destaca la importancia del método
empleado en la determinación de las velocidades de deposición de cloruros a la
hora de obtener el modelo correspondiente. Esta gran dispersión podría indicar que
las variaciones meteorológicas afectan más a las “bufandas” que a las velas
húmedas.
Figura 5.28.- Relación entre cloruros recogidos por el dispositivo vela húmeda y el
dispositivo “bufanda”. En trazo continuo se representan las rectas de ajuste obtenidas.
Si se representan los valores promedio acumulados anuales de cloruros
recogidos por velas y “bufandas” y el promedio total, vemos en la Figura 5.29 que hay
una buena correlación lineal y que los cloruros recogidos por la “bufanda” son unas
8 veces menores que los recogidos por la vela húmeda. La ordenada en el origen
distinta de cero, puede deberse al proceso de colocación de la “bufanda” en el que
el viento ya la está tocando mientras se va enrollando, ya que este proceso se hace
en la probeta situada en la propia estación de ensayo, mientras que la vela húmeda
se prepara en laboratorio y se protege con una bolsa de polietileno hasta situarla en
su lugar de exposición.
y = 0,0288x + 122,26
r² = 0,0863
y = 0,1536x + 15,798
r² = 0,3607
y = 0,0753x + 13,634
r² = 0,3964
y = 0,0942x + 10,304
r² = 0,2291
y = 0,1339x + 7,7813
r² = 0,1247
0
50
100
150
200
250
300
350
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Cl-
“b
ufa
nd
as"
(m
g·m
-2·d
ía-1
)
Cl- velas húmedas (mg·m-2·día-1)
"Bufanda" ITER 1
"Bufanda" ITER 2
"Bufanda" ITER 3
"Bufanda" ITER 4
"Bufanda" ITER 5
Capítulo 5
158
Figura 5.29.- Relación entre cloruros acumulados recogidos por el dispositivo vela
húmeda y el dispositivo “bufanda”. En trazo continuo se representa las rectas de
ajuste obtenidas.
5.3.4. Variación de la velocidad de deposición de cloruros en función de la
velocidad del viento.
Respecto a la dependencia de la velocidad de deposición de cloruros con la
velocidad del viento nos encontramos con los perfiles mostrados en las Figuras 5.30 y
5.31. En este caso, la dependencia entre ambas variables sí se ajusta a una ley
exponencial creciente como la representada por la ecuación (2.7), tal y como ha
sido descrita por varios autores [5,8,10-14]. En nuestro caso, el valor del coeficiente a
es superior al encontrado para otras localizaciones del Atlántico Norte, lo cual nos
indica que a menores velocidades de viento la concentración de cloruros
depositada es mayor. Este hecho es observable tanto para el ajuste realizado con la
concentración de cloruros obtenida por el método de la vela húmeda como con la
obtenida por el método de la “bufanda”. Este hecho puede ser debido al bajo nivel
de precipitaciones registrado en la zona de estudio. Se ha demostrado que si
comparamos la captación de cloruros en zonas lluviosas con otras que registran
menos precipitaciones, la concentración de cloruros es superior en las zonas más
secas dado que no se da el efecto de lavado [15]. En el ajuste realizado con los datos
de velocidad de deposición de cloruros por el método de la “bufanda” se obtienen
peores índices de regresión. Esto es debido a la mayor dispersión de los datos
obtenidos, tal y como se puede apreciar en la Figura 5.31 así como a los valores más
bajos detectados.
y = 0,1318x - 42,135
r² = 0,9938
y = 0,1898x + 36,503
r² = 0,997
y = 0,1168x + 42,034
r² = 0,9953
y = 0,1613x + 28,997
r² = 0,9942
y = 0,2565x + 4,8045
r² = 0,9878
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000
Cl- a
cu
mu
lad
os “b
ufa
nd
as”
(mg
·m-2
·día
-1)
Cl-acumulados Velas húmedas (mg·m-2·día-1)
"Bufanda" ITER 1
"Bufanda" ITER 2
"Bufanda" ITER 3
"Bufanda" ITER 4
"Bufanda" ITER 5
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
159
Figura 5.30.- Relación entre cloruros recogidos por las velas húmedas situadas en las
cinco estaciones de la zona sur-sureste (ITER) y la velocidad de viento. En trazo
continuo se representan las curvas de ajuste obtenidas.
Figura 5.31.- Relación entre cloruros recogidos por las cinco “bufandas” situadas en
las cinco estaciones de la zona sur-sureste (ITER) y velocidad de viento. En trazo
continuo se representan las curvas de ajuste obtenidas.
y = 57,326e0,5166x
r² = 0,6105
y = 26,475e0,4471x
r² = 0,5496
y = 19,496e0,4557x
r² = 0,5765
y = 19,649e0,3333x
r² = 0,4025
y = 9,5827e0,3012x
r² = 0,3241
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Velocidad del viento (m·s-1)
Vela ITER 1 Vela ITER 2 Vela ITER 3 Vela ITER 4 Vela ITER 5
y = 102,42e0,0553x
r² = 0,011
y = 17,101e0,2179x
r² = 0,097
y = 4,9043e0,3048x
r² = 0,1472
y = 6,0594e0,2034x
r² = 0,0843
y = 2,9992e0,2556x
r² = 0,1241
0
60
120
180
240
300
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
Cl-
(mg
·m-2
·día
-1)
Velocidad del viento (m·s-1)
"Bufanda" ITER 1 "Bufanda" ITER 2 "Bufanda" ITER 3 "Bufanda" ITER 4 "Bufanda" ITER 5
Capítulo 5
160
Meira et al. [8] proponen una variación en el análisis de la dependencia de la
velocidad de deposición con la velocidad del viento. En vez de considerar ésta como
una función de la velocidad del viento, introducen una nueva variable denominada
fuerza del viento que se corresponde con el modelo descrito por la ecuación (2.8). Si
representamos la velocidad de deposición de cloruros por el método de la vela
húmeda frente a la fuerza del viento obtenemos la Figura 5.32.
Figura 5.32.- Relación entre cloruros recogidos por las cinco velas húmedas situadas
en las cinco estaciones de la zona sur-sureste (ITER) y la fuerza del viento. En trazo
continuo se representan las curvas de ajuste obtenidas.
En la Figura 5.33 se representa la dependencia de la velocidad de deposición
de cloruros por el método de la “bufanda” con la fuerza del viento para las cinco
estaciones ubicadas en el ITER.
En las Tablas 5.4 y 5.5 se establece una comparativa entre los valores de los
parámetros obtenidos al ajustar los datos de velocidad de deposición de cloruros con
la velocidad del viento y con la fuerza del viento para los dos métodos de análisis de
cloruros aplicados.
y = 128,53e0,4214x
r² = 0,5696
y = 51,909e0,3698x
r² = 0,5274
y = 42,267e0,3592x
r² = 0,5022
y = 34,979e0,2605x
r² = 0,3448
y = 17,17e0,2246x
r² = 0,2644
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
Cl-
(mg
.m-2
·día
-1)
v3t3t-1 (m·s-1)
Vela ITER 1 Vela ITER 2 Vela ITER 3 Vela ITER 4 Vela ITER 5
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
161
Figura 5.33.- Relación entre cloruros recogidos por las “bufandas” situadas en las
cinco estaciones de la zona sur-sureste (ITER) y la fuerza del viento. En trazo continuo
se representan las curvas de ajuste obtenidas.
Para respetar la nomenclatura original se ha representado a la velocidad de
deposición de cloruros como D en el caso del modelo de fuerza de viento. En nuestro
caso, DI vale cero ya que este parámetro se relaciona con la velocidad de
deposición de cloruros para velocidades inferiores a 3 m·s-1, y en nuestro caso, todas
las velocidades registradas fueron superiores a dicho valor umbral.
Si comparamos los resultados obtenidos empleando los dos modelos para un
mismo conjunto de datos no se observa una mejoría con la modificación aplicada
por Meira et al., introduciendo la fuerza de viento. Esto puede ser debido a varios
factores. En primer lugar, en todo el periodo de ensayo no se registraron velocidades
de viento medias inferiores a 3 m·s-1. Si bien es cierto que puntualmente sí se
registraron valores de velocidad inferiores, a la hora de determinar la fuerza del viento
estos valores presentaban poco peso. De hecho, se pasa de una horquilla de entre
3,4 a 8 m·s-1 cuando se trabaja con velocidad de viento a otra de entre 2,2 a 7,1 m·s-1
cuando se trabaja con fuerza de viento.
y = 113,09e0,0425x
r² = 0,0091
y = 21,193e0,2034x
r² = 0,1185
y = 6,8869e0,2765x
r² = 0,1699
y = 6,3939e0,2197x
r² = 0,1379
y = 4,6159e0,2028x
r² = 0,1168
0
60
120
180
240
300
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0
Cl-
(mg
.m-2
.día
-1)
v3t3t-1 (m.s-1)
"Bufanda" ITER 1 "Bufanda" ITER 2 "Bufanda" ITER 3 "Bufanda" ITER 4 "Bufanda" ITER 5
Capítulo 5
162
Tabla 5.4.- Parámetros de ajuste de la velocidad de deposición de cloruros obtenidos
por el método de la vela húmeda en función de la velocidad del viento y en función
de la fuerza del viento. C = D = velocidad de deposición de cloruros.
Estación Método de ajuste
Modelo velocidad de viento: · bvC a e
Modelo fuerza de viento: 13 3
·b v t t
ID D a e
a b r2
ITER-1
Velocidad del viento 57,326 0,5166 0,6105
Fuerza del viento 128,53 0,4214 0,5696
ITER-2
Velocidad del viento 26,475 0,4471 0,5496
Fuerza del viento 51,909 0,3698 0,5274
ITER-3
Velocidad del viento 19,496 0,4557 0,5765
Fuerza del viento 42,267 0,3592 0,5022
ITER-4
Velocidad del viento 19,649 0,3333 0,4025
Fuerza del viento 34,979 0,2605 0,3448
ITER-5
Velocidad del viento 9,5827 0,3012 0,3241
Fuerza del viento 17,170 0,2246 0,2444
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
163
Tabla 5.5.- Parámetros de ajuste de la velocidad de deposición de cloruros obtenidos
por el método de la “bufanda” en función de la velocidad del viento y en función de
la fuerza del viento. C = D = velocidad de deposición de cloruros.
Estación Método de ajuste
Modelo velocidad de viento: · bvC a e
Modelo fuerza de viento: 13 3
·b v t t
ID D a e
a b r2
ITER-1
Velocidad del viento 102,42 0,0553 0,011
Fuerza del viento 113,09 0,0425 0,0091
ITER-2
Velocidad del viento 17,101 0,2179 0,097
Fuerza del viento 21,193 0,2034 0,1185
ITER-3
Velocidad del viento 4,9043 0,3048 0,1472
Fuerza del viento 6,8869 0,2765 0,1699
ITER-4
Velocidad del viento 6,0544 0,2034 0,0843
Fuerza del viento 6,3939 0,2197 0,1379
ITER-5
Velocidad del viento 2,9992 0,2556 0,1241
Fuerza del viento 4,6159 0,2028 0,1168
En el trabajo realizado por Meira et al. en la costa brasileña, la horquilla de
valores de velocidad de viento se sitúa entre 2,4 a 3,6 m·s-1 mientras que cuando
aplica la fuerza de viento, éste parámetro se mueve en una horquilla de entre 0,8 a
2,6 m·s-1. Este hecho implica que las condiciones ambientales en la zona del ITER son
más agresivas que las encontradas en la costa brasileña analizada.
Si ajustamos nuestros datos al modelo modificado por Meira et al. [7], según la
ecuación:
/
0/ 1
0·
x vdepv h e
D D e
(5.7)
donde:
- D0: velocidad de deposición de cloruros inicial (mg·m-2·día-1),
- vdep0: coeficiente de reducción de velocidad de deposición,
Capítulo 5
164
- : coeficiente de caracterización de la distribución de partículas en el aerosol
marino y su influencia en el decrecimiento de la velocidad de deposición,
- v: velocidad del viento,
- h: altura de la capa considerada (altura de la estación de ensayo),
- x: distancia a la línea de costa.
Si ajustamos nuestros datos al modelo anterior obtenemos las gráficas mostradas
en las Figuras 5.34 y 5.35, para la velocidad de deposición obtenida a través del
método de la vela húmeda y del método de la “bufanda” respectivamente.
Velocidad del viento, v (m·s-1)
0 2 4 6 8
Ve
loc
ida
d d
e d
ep
osi
ció
n d
e c
loru
ros,
D (
mg
·m-2
·día
-1)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
ITER 2
ITER 3
ITer 4
ITER 5
Figura 5.34.- Ajuste de los datos de velocidad de deposición según el modelo de
Meira [7]. Velocidad de deposición obtenida por el método de la vela húmeda.
En la Tabla 5.6 se muestran los valores de los parámetros obtenidos a partir del
ajuste.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
165
Velocidad del viento, v (m·s-1)
0 2 4 6 8
Ve
loc
ida
d d
e d
ep
osi
ció
n d
e c
loru
ros,
D (
mg
·m-2
·día
-1)
0
50
100
150
200
250
300
350
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
Figura 5.35.- Ajuste de los datos de velocidad de deposición según el modelo de
Meira et al. [7]. Velocidad de deposición obtenida por el método de la “bufanda”.
Tabla 5.6.- Valores de ajuste de los parámetros del modelo 5.7.
Estación Modelo velocidad de viento:
/
0/ 1
0·
x vdepv h e
D D e
a b c r2
bufanda 1 3,641·107 53,560 0,60420 0,01944
Bufanda 2 1,062·107 28,320 0,23660 0,09090
Vela 2 1,161·104 2,429 0,03980 0,58520
Bufanda 3 1,000·104 5,000 0,02120 0,32420
Vela 3 1,047·107 21,290 0,07373 0,28200
Bufanda 4 3,743·107 23,010 0,04682 0,23860
Vela 4 7,990·105 11,010 0,03532 0,46490
Bufanda 5 4,356·106 12,310 0,02467 0,09154
Vela 5 2,486·107 15,530 0,03059 0,22100
Capítulo 5
166
Si representamos el valor de vs Vdep0, obtenemos una relación exponencial
del tipo 2 0
11depa v
a e como la descrita en la literatura [7], lo cual se muestra en la
Figura 5.36 conteniendo tanto los valores experimentales como el ajuste realizado.
Figura 5.36.- Variación del parámetro como función de vdep0.
5.4. Medida de la penetración de agresivos en hormigones expuestos.
5.4.1. Determinación de la profundidad de carbonatación en hormigones expuestos
en distintos ambientes.
Se determinó el frente de carbonatación en probetas expuestas en las distintas
estaciones en ambiente protegido de la lluvia. En la Tabla 5.7 se muestran los valores
medios de penetración en los distintos hormigones expuestos en las estaciones de
exposición.
En las Figuras 5.37 y 5.38 se representa la profundidad del frente de
carbonatación con el tiempo para los hormigones C-12 y C-13 expuestos en las nueve
estaciones de ensayo.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 10 20 30 40 50 60
(s
-1)
vdep0 (m·s-1)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
167
Tabla 5.7.- Valores de profundidad de penetración de la carbonatación.
Profundidad media de Carbonatación (mm)
Estación de
ensayo 3 meses 6 meses 12 meses 24 meses 35 meses 48 meses
Ho
rmig
ón
C-1
2
ITER-1 1,87 3,30 5,96 5,56 6,25
ITER-2 1,73 3,43 6,27 7,28 7,02
ITER-3 2,91 4,61 7,08 5,55 7,44
ITER-4 2,72 4,27 7,28 6,83 9,88
ITER-5 2,81 5,17 6,61 6,80 8,44
S/C-6 2,87 3,97 5,67 7,49
G/I-7 3,00 4,16
S/J-8 3,21 3,42 6,40 7,30
LL/M-9 1,18 2,74 3,80 5,87 6,84
Ho
rmig
ón
C-1
3
ITER-1 2,72 3,59 5,25 5,73 7,24
ITER-2 2,66 4,34 6,85 7,89 8,15
ITER-3 3,03 4,83 7,68 7,63 10,51
ITER-4 2,70 4,69 7,47 7,84 9,08
ITER-5 3,18 4,53 6,53 8,44 9,80
S/C-6 3,24 4,35 5,29 8,12
G/I-7 3,58 5,02
S/J-8 2,49 4,38 7,06 7,75
LL/M-9 1,62 3,09 4,49 6,25 7,70
Capítulo 5
168
Figura 5.37.- Penetración de la carbonatación con el tiempo del hormigón C-12 en
todas las estaciones de ensayo.
Figura 5.38.- Penetración de la carbonatación con el tiempo del hormigón C-13 en
todas las estaciones de ensayo.
Una vez obtenidos los frentes de carbonatación, se procedió a verificar la
dependencia de la profundidad de carbonatación con la raíz cuadrada del tiempo
[16-19]. Tal y como se discutió en el capítulo 2, la difusión del CO2 se ve afectada por
el tipo de mezcla que conforma el hormigón, el grado de hidratación del mismo, la
distribución de poros y su grado de saturación así como las condiciones ambientales
de exposición, las cuales incluyen la temperatura y la humedad relativa [20-21]. Si
modelamos la difusión del CO2 a partir de la primera ley de Fick, obtenemos que la
penetración de la carbonatación es directamente proporcional a la raíz cuadrada
del tiempo
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
3 6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Tiempo (meses)
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
S/C 6
Guía 7
S/J 8
Ll-M 9
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
3 6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Tiempo (meses)
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
S/C 6
Guía 7
S/J 8
Ll-M 9
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
169
·x K t (5.8)
donde x es la profundidad de carbonatación en mm, K es el coeficiente de
carbonatación expresado en mm·año-1, y t es el tiempo de exposición al CO2
expresado en años.
En las Figuras 5.39 y 5.40 se muestran los ajustes al modelo, donde, en líneas
generales, se obtiene una buena correlación entre la profundidad de carbonatación
y la raíz cuadrada del tiempo para ambos hormigones.
Figura 5.39.- Verificación del modelo de la velocidad de carbonatación con la raíz
cuadrada del tiempo para el hormigón C-12 en todas las estaciones de ensayo.
Figura 5.40.- Verificación del modelo de la velocidad de carbonatación con la raíz
cuadrada del tiempo para el hormigón C-13 en todas las estaciones de ensayo.
y = 3,3653x
r² = 0,8651
y = 3,8391x
r² = 0,8828
y = 3,9407x
r² = 0,6853
y = 4,5993x
r² = 0,9185r
y = 4,3195x
r² = 0,9217
y = 4,1791x
r² = 0,9814
y = 4,1841x
r² = 0,9967
y = 4,2417x
r² = 0,9315
y = 3,9468x
r² = 0,96460,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0,40 0,90 1,40 1,90 2,40 2,90
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Tiempo0,5 (años0,5)
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
S/C 6
Guía 7
S/J 8
Ll-M 9
y = 3,5706x
r² = 0,9827
y = 4,3853x
r² = 0,9493
y = 4,9821x
r² = 0,9478
y = 4,677x
r² = 0,9558
y = 4,8022x
r² = 0,9905
y = 4,3604x
r² = 0,9044
y = 5,0373x
r² = 0,9994y = 4,5767x
r² = 0,947
y = 4,4227x
r² = 0,9838r0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
0,40 0,90 1,40 1,90 2,40 2,90
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Tiempo0,5 (años0,5)
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
S/C 6
Guía 7
S/J 8
Ll-M 9
Capítulo 5
170
En la Tabla 5.8 se muestran los coeficientes de carbonatación obtenidos para
los dos hormigones ensayados.
Tabla 5.8.- Coeficientes de carbonatación correspondientes a los hormigones C-12 y
C-13 expuestos en el ITER.
Estación
Hormigón C-12 Hormigón C-13
KC-12 (mm·año-1) r2 KC-13 (mm·año-1) r2
ITER-1 3,3653 0,8651 3,5706 0,9827
ITER-2 3,8931 0,8828 4,3853 0,9493
ITER-3 3,9407 0,6853 4,9821 0,9478
ITER-4 4,5993 0,9185 4,677 0,9558
ITER-5 4,3195 0,9217 4,8022 0,9905
S/C-6 4,1791 0,9814 4,3604 0,9044
G/I-7 4,1841 0,9967 5,0373 0,9994
S/J-8 4,2417 0,9315 4,5767 0,947
LL/M-9 3,9468 0,9646 4,4227 0,9838
En todos los casos analizados se observa un buen ajuste de nuestros datos con
el modelo propuesto. Los coeficientes de carbonatación para el hormigón C-12
oscilan entre 3,3653 mm·año-1 para la estación ITER-1 a 4,5993 mm·año-1 para la
estación ITER-4. Para el hormigón C-13, los coeficientes oscilan entre 3,5706 mm·año-1
para la estación ITER-1 a 5,0373 mm·año-1 para la estación de Guía.
Se observa que a medida que nos alejamos de la costa el coeficiente de
carbonatación aumenta. Este aumento del coeficiente de carbonatación coincide
con una disminución en la velocidad de deposición de cloruros y en la humedad
relativa. Parece existir una competencia entre la penetración de cloruros y la
velocidad de carbonatación. Dicho efecto se analizará con mayor detalle en un
apartado posterior de este capítulo.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
171
Si analizamos la variación de la velocidad de carbonatación con la distancia
al mar obtenemos los perfiles mostrados en las Figuras 5.41 y 5.42.
Figura 5.41.- Variación de la velocidad de carbonatación con la distancia al mar
para el hormigón C-12 en las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste.
Figura 5.42.- Variación de la profundidad de carbonatación con la distancia para el
hormigón C-13 en las cinco estaciones de ensayo de la Zona Sur-Sureste.
Para ambos hormigones, a medida que nos alejamos de la costa aumenta la
profundidad de carbonatación, lo cual concuerda con un aumento en el coeficiente
de carbonatación, tal y como se muestra en la Tabla 5.8. La menor profundidad de
carbonatación (y también menor velocidad de carbonatación) se obtiene en la
estación de ensayo ITER-1, de la zona sur-sureste. Esto puede ser debido a una mayor
velocidad de deposición de cloruros y a una elevada humedad relativa promedio
anual. Tal y como se comentó en el capítulo 2, la humedad contenida en el hormigón
0
2
4
6
8
10
12
ITER 1 ITER 2 ITER 3 ITER 4 ITER 5
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Distancia al mar
48 meses
35 meses
24 meses
12 meses
6 meses
0
2
4
6
8
10
12
ITER 1 ITER 2 ITER 3 ITER 4 ITER 5
Pro
fun
did
ad
Ca
rbo
na
tac
ión
(m
m)
Distancia al mar
48 meses
35 meses
24 meses
12 meses
6 meses
Capítulo 5
172
juega un papel importante en el proceso de carbonatación. En la Figura 5.43 se
muestra la relación existente entre la profundidad de carbonatación y la humedad
relativa. En todos los casos analizados existe una disminución en la velocidad de
carbonatación a medida que aumenta la humedad relativa. Este hecho se ha
observado en todas las estaciones ubicadas en el ITER. Por lo tanto, la carbonatación
de los hormigones ensayados se ve favorecida por una disminución en la velocidad
de deposición de cloruros y a menores valores de humedad relativa. Con respecto a
la humedad, hay que tomar esta conclusión con cautela dado que, si bien se observa
una disminución de la velocidad de carbonatación con la humedad relativa, los
valores de humedad son relativamente altos.
Figura 5.43.- Profundidad de carbonatación en función de la humedad relativa para
distintos hormigones. a) Hormigón C-12 en ITER-1; b) hormigón C-13 en ITER-1; c)
hormigón C-12 en S/C-6 y d) hormigón C-13 en S/J-8.
y = -0,0258x + 5,7418
r² = 0,0524y = -0,0558x + 6,5078
r² = 0,33270
1
2
3
4
5
6
7
60 65 70 75 80
Pro
fun
d.
ca
rbo
na
t. (
mm
)
% HR
12 meses 6 mesesa)
y = -0,0412x + 7,2367
r² = 0,3135
y = -0,0225x + 4,5214
r² = 0,1132
0
1
2
3
4
5
6
7
60 65 70 75 80
Pro
fun
d.
ca
rbo
na
t. (
mm
)
% HR
12 meses 6 mesesb)
y = -0,0836x + 9,8624
r² = 0,36
y = -0,0558x + 6,5078
r² = 0,33270
1
2
3
4
5
6
60 65 70 75 80
Pro
fun
d.
ca
rbo
na
t. (
mm
)
% HR
12 meses 6 mesesc)
y = -0,0859x + 10,42
r² = 0,7848y = -0,0225x + 4,5214
r² = 0,11320
1
2
3
4
5
6
60 65 70 75 80
Pro
fun
d.
ca
rbo
na
t. (
mm
)
% HR
12 meses 6 mesesd)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
173
5.4.2. Determinación de la velocidad de penetración de cloruros en los distintos
ambientes.
Al igual que con el proceso de carbonatación cuando se analizó la velocidad
de carbonatación mediante el análisis de la evolución del frente de carbonatación
en distintas probetas, se procedió a analizar la profundidad de penetración de los
iones cloruro en distintas muestras de hormigón.
En todas las estaciones de ensayo se expusieron probetas de seis diferentes tipos
de hormigón en ambiente expuesto a la lluvia, es decir sin estar protegidas por pared
o techo. Se obtuvieron los resultados recogidos en las Tablas 5.9 a 5.13.
Tabla 5.9.- Valores de profundidad de penetración de cloruros ambientales en los
hormigones C-12 y C-13.
Profundidad de Penetración de Cloruros (mm)
Estación
de ensayo 6 meses 12 meses 24 meses 35 meses 47 meses
Hormigón
C-12
ITER-1 4,00 3,00 6,00 18,00 34,00
ITER-2 3,00 2,0 6,00 4,00 3,00
ITER-3 3,00 3,00 0,00 2,00 2,00
ITER-4 2,00 2,00 1,00 1,00 0,00
ITER-5 0,00 2,00 1,00 1,00 1,00
S/C-6 1,00 1,00 1,00 1,00
G/I-7 0,00 1,00
S/J-8 2,00 1,00 5,00
LL/M-9 0,00 0,00 1,00 1,00
Hormigón
C-13
ITER-1 3,00 3,00 10,00 20,00 25,00
ITER-2 2,00 2,00 3,00 4,00 1,00
ITER-3 2,00 2,00 0,00 0,00 2,00
ITER-4 2,00 1,00 0,00 0,00 1,00
ITER-5 1,00 2,00 0,00 0,00 0,00
S/C-6 0,00 1,00 1,00 0,00
G/I-7 1,00 1,00
S/J-8 0,00 0,00 2,00
LL/M-9 1,00 0,00 0,00 1,00
Capítulo 5
174
Tabla 5.10.- Valores de profundidad de penetración de cloruros ambientales en
hormigón C-16.
Profundidad de Penetración de Cloruros (mm)
Estación de ensayo 19 meses 34 meses
Hormigón
C-16
ITER-1 23,00 28,00
ITER-2 0,00 0,00
ITER-3 0,00 0,00
ITER-4 0,00 0,00
ITER-5 0,00 0,00
S/J-8 2,00
Tabla 5.11.- Valores de profundidad de penetración de cloruros ambientales en
hormigón C-17.
Profundidad de Penetración de Cloruros (mm)
Estación de ensayo 17 meses 32 meses
Hormigón
C-17
ITER-1 22,00 30,00
ITER-2 2,00 4,00
ITER-3 1,00 3,00
ITER-4 2,00 1,00
ITER-5 0,00 0,00
S/J- 8 0,00
Tabla 5.12.- Valores de profundidad de penetración de cloruros ambientales en
hormigón C-19.
Profundidad de Penetración de Cloruros (mm)
Estación de ensayo 10 meses 25 meses
Hormigón
C-19
ITER-1 5,00 17,00
ITER-2 3,00 3,00
ITER-3 0,00 2,00
ITER-4 0,00 2,00
ITER-5 0,00 0,00
S/J-8 2,00
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
175
Tabla 5.13.- Valores de profundidad de penetración de cloruros ambientales en
hormigón C-20.
Profundidad de Penetración de Cloruros (mm)
Estación de ensayo 5 meses 18 meses
Hormigón
C-20
ITER-1 14,00 30,00
ITER-2 5,00 3,00
ITER-3 1,00 1,00
ITER-4 1,00 2,00
ITER-5 0,00 0,00
S/J-8 1,00
Los valores, expresados en las tablas anteriores, de penetración de cloruros
ambientales, por difusión natural se han obtenido de los perfiles de contenido de
cloruros totales, en % sobre peso de muestra, en las probetas de hormigón expuestas
en cada una de las estaciones a diferentes edades.
En las Figuras 5.44 a 5.52 se presentan los perfiles de penetración de cloruros,
expresados como penetración, respecto al contenido de ion cloruro en el hormigón,
expresado como % sobre peso de muestra seca. Destaca la estación ITER-1, que
presenta los mayores niveles de penetración, los cuales van disminuyendo a medida
que nos alejamos de la costa.
Capítulo 5
176
Figura 5.44.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo ITER-1. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13; c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 5 10 15 20 25 30
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
a)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
b)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0 10 20 30 40
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 meses
34 meses
c)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 5 10 15 20 25 30 35
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 meses
32 meses
d)
y = -0,0004x3 + 0,0104x2 - 0,0974x + 0,6443
r² = 0,9399
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0 3 6 9 12 15 18
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 meses
25 meses
e)
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0 5 10 15 20 25 30 35
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
5 meses
18 meses
f)
a)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
177
Figura 5.45.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo ITER-2. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13; c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 meses
34 meses
c)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 meses
32 meses
d)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 meses
25 meses
e)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
5 meses
18 meses
f)
Capítulo 5
178
Figura 5.46.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo ITER-3. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13; c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 meses
34 meses
c)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 meses
32 meses
d)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 meses
25 meses
e)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
5 meses
18 meses
f)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
179
Figura 5.47.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo ITER-4. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13; c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
6 meses junto vendada
1 año
2 años
3 años
4 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
4 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 meses
34 meses
c)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 meses
32 meses
d)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 meses
25 meses
e)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
5 meses
18 meses
f)
Capítulo 5
180
Figura 5.48.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo ITER-5. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13; c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 2 4 6 8
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
6 meses junto vendada
1 año
2 años
3 años
4 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
6 meses junto vendada
1 año
2 años
3 años
4 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 meses
34 meses
c)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 meses
32 meses
d)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 meses
25 meses
e)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
5 meses
18 meses
f)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
181
Figura 5.49.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo S/C-6. a) Hormigón C-12 y b) hormigón C-13.
En las estaciones de ensayo S/C-6 y G/I-7 no se expusieron otros tipos de
hormigones porque no se recogían cantidades de cloruros significativas.
Figura 5.50.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo de G/I-7. a) Hormigón C-12 y b) hormigón C-13.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
b)
Capítulo 5
182
Figura 5.51.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo de S/J-8. a) Hormigón C-12; b) hormigón C-13 c)
hormigón C-16; d) hormigón C-17; e) hormigón C-19; f) hormigón C-20.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
3 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
3 años
b)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
19 mesesc)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
17 mesesd)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
10 mesese)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
18 mesesf)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
183
Figura 5.52.- Perfiles de penetración de cloruros en diferentes hormigones a diferentes
edades en la estación de ensayo de LL/M-9 a) Hormigón C-12 y b) hormigón C-13.
Cabe destacar el elevado nivel de deterioro superficial observado en las
probetas ubicadas en la estación ITER-1, tal y como se muestra en la Figura 5.53. Se
observa una elevada porosidad superficial que facilita el ingreso de los iones cloruro,
conjuntamente con la humedad y el dióxido de carbono. En la estación de ensayo
ITER-1 los hormigones, además de estar expuestos al ambiente marino respecto a la
corrosión de las armaduras (Tabla 8.2.2 de la EHE) además sufren otro tipo de
deterioro diferente a la corrosión, por lo que en esta estación de ensayo también
están expuestos a ambiente químico agresivo medio, según Tabla 8.2.3a de la EHE,
característica de elementos en contacto con agua de mar.
5.4.2.1. Discusión de los resultados.
Una vez obtenidos los perfiles de cloruro para los diferentes hormigones a
distintos tiempos analizamos la dependencia de su variación con el tiempo aplicando
el modelo descrito por Meira et al. [22]. Según este modelo, la penetración de cloruros
depende proporcionalmente de la raíz cuadrada del tiempo. En la Figura 5.54 se
presenta el ajuste de nuestros datos con dicho modelo.
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
a)
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0 1 2 3 4
Co
nte
nid
o C
l-(%
pe
so m
ue
stra
)
Profundidad (mm)
6 meses
1 año
2 años
3 años
b)
Capítulo 5
184
Figura 5.53.- Erosión física observada en las probetas expuestas en la estación ITER-1
(probeta cúbica 02 y cilíndrica 22B) en comparación con probetas expuestas en la
estación ITER-3 (probeta cilíndrica 40B) e ITER-5 (probeta cúbica 09). En las probetas
cilíndricas se observa además pérdida de la pintura del número identificador de la
probeta.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
185
Figura 5.54.-Dependencia de la penetración Cl- con el tiempo para el hormigón C-13.
Los ajustes obtenidos en término de penetración no son buenos, ya que se
observa que la única estación que presenta un ajuste aceptable es ITER-1, y el único
hormigón el C-13. Por ese motivo sólo se presenta el ajuste de tres estaciones (ITER-1,
ITER-2 e ITER-3) ya que el resto de las estaciones no se ajustan a este modelo. Sin
embargo, si hacemos el mismo ajuste en función de la concentración de cloruro
promedio en relación al peso de cemento, obtenemos las Figuras 5.55 y 5.56 para los
hormigones C-12 y C-13:
Figura 5.55.- Contenido de Cl- promedio en el hormigón C-12 con la raíz cuadrada
del tiempo.
y = 22,423x - 17,532
r² = 0,7679
y = 0,8142x + 2,4913
r² = 0,0766
y = -1,0549x + 3,4363
r² = 0,197
0
5
10
15
20
25
30
35
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00
Pe
ne
tra
ció
n (
mm
)
Tiempo0,5(años)0,5
ITER 1
ITER 2
ITER 3
ITER 4
ITER 5
S/C 6
Guía 7
S/J 8
Ll-M 9
y = 1,2925x - 0,9971
r² = 0,6723
y = 0,0346e1,9117x
r² = 0,7528
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Co
nte
nid
o C
l-to
tale
s (%
pe
so c
em
en
to)
tiempo0,5 (años0,5)
Capítulo 5
186
Figura 5.56.- Dependencia del contenido de Cl- promedio en el hormigón C-13 con
la raíz cuadrada del tiempo
Si comparamos nuestros resultados de cloruros totales promedio acumulados en
nuestros hormigones, con los cloruros totales acumulados recogidos por las velas
húmedas y las “bufandas” en la estación de ensayo ITER-1 en las Figuras 5.57 y 5.58
se observa que hay una relación logarítmica, con mejor correlación en el hormigón
C-13, en el cuál se recogieron mayores cantidades de cloruros que en el hormigón C-
12, como se observa en los perfiles de las mismas figuras.
Figura 5.57.- Contenidos de Cl- totales acumulados por la vela húmeda y la
“bufanda” relacionados con el contenido de Cl- totales promedio en el hormigón
C-12 a diferentes edades en la estación de ensayo ITER-1
y = 4,3859x - 4,2409
r² = 0,6689
y = 9,5707x3 - 31,664x2 + 34,114x - 11,678
r² = 0,9966
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Co
nte
nid
o C
l-to
tale
s (%
pe
so c
em
en
to)
Tiempo0,5 (años0,5)
y = 260,67ln(x) + 885,13
r² = 0,7262
y = 32,07ln(x) + 113,89
r² = 0,6671
0
200
400
600
800
1000
1200
0 0,5 1 1,5 2
Cl-
ac
um
ula
do
s v
ela
hú
me
da
(g
·m-2
)
Cl- totales en hormigón (% sobre peso cemento)
Vela ITER 1 "Bufanda" ITER 1
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
187
Figura 5.58.- Contenidos de Cl- totales acumulados por la vela húmeda y la
“bufanda” relacionados con el contenido de Cl- totales promedio en el hormigón
C-13 a diferentes edades en la estación de ensayo ITER-1.
Si comparamos la velocidad de penetración de cloruros para los distintos
hormigones para un mismo periodo de exposición y una misma estación de ensayo,
así como la obtenida por el método de la piscina, se obtiene la gráfica mostrada en
la Figura 5.59.
Figura 5.59.- Velocidad de penetración de cloruros en función de la relación a/c.
y = 201,52ln(x) + 774,18
r² = 0,9212
y = 25,122ln(x) + 100,36
r² = 0,8688
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 1 2 3 4 5 6 7
Cl-
ac
um
ula
do
s v
ela
hú
me
da
(g
·m-2
)
Cl- totales en hormigón (% sobre peso cemento)
Vela ITER 1 "Bufanda" ITER 1
y = 56,811x - 20,396
r² = 0,5059
y = 78,728x - 29,725
r² = 0,6925
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,40 0,50 0,60 0,70 0,80
vp
en
etr
ac
ión
Cl-
(mm
·añ
o-0
,5)
Relación a/c
Veloc. penetración en ITER-1 a 2 años
Veloc. penetración en piscina
Capítulo 5
188
En esta gráfica se ha expresado la penetración de cloruros como velocidad
de penetración para poder establecer una comparativa entre los diferentes
hormigones, dado que no coinciden los periodos de exposición a 24 meses exactos.
Se comparan los resultados obtenidos con la velocidad de penetración de cloruros
mediante el método de la piscina. En ambos casos se observa una buena correlación
entre la velocidad de penetración y la relación a/c de los distintos hormigones.
Cuanto mayor es la relación a/c, mayor velocidad de penetración de cloruros se
observa.
Se observa una misma tendencia en la velocidad de penetración de cloruros
cuando comparamos los resultados obtenidos por exposición natural con respecto a
los observados en ensayo acelerado de laboratorio bajo condiciones de humedad y
temperatura constantes. En la Figura 5.60 se muestra la correlación que existe entre
ambas velocidades de penetración que, a pesar del número limitado de datos
disponibles, presenta una buena correlación lineal con un factor de correlación entre
ambas velocidades muy cercanas a la unidad.
Figura 5.60.- Correlación de velocidades de penetración de cloruros por exposición
natural y por el método de la piscina.
5.4.3. Comparación de la profundidad de carbonatación y la de penetración de
cloruros.
Seguidamente se realiza una comparativa entre la profundidad de
carbonatación y la profundidad de penetración de cloruros. Se ha comprobado,
como se puede ver en las Figuras 5.61 y 5.62, que la profundidad de carbonatación
es superior a la profundidad de penetración de cloruros, excepto en las muestras
y = 1,0035x - 2,7687
r² = 0,8244
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40
ve
loc
. p
en
etr
ac
ión
Cl-
Veloc. penetración Cl- piscina
Veloc. penetración en ITER-1 a 2 años
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
189
expuestas en la estación de ensayo ITER-1, la más cercana al mar y la que tiene mayor
humedad relativa en promedio anual, lo que corrobora que elevadas humedades
en el hormigón dificultan la entrada y difusión del CO2 a través de los poros del
hormigón, según vimos en el capítulo 2.
Según Lannegrand et al. [23], la sal de Friedel o monocloroaluminato cálcico
hidratado, que se forma en la pasta de cemento cuando éste está expuesto a una
fuente de cloruros, fija los cloruros al cemento, evitando que lleguen a la armadura.
Esta capacidad de fijación de los cloruros por el cemento depende también de la
naturaleza y composición de este último, de la cantidad de aluminato tricálcico
presente en el clínker, del tipo de sal clorada al que está expuesto, de la relación
agua-cemento, del tiempo de curado, etc. Esta sal debería ser estable a valores de
pH bajos, pero Suryavanshi et al. [24] han demostrado que atacando previamente
un hormigón con cloruros para formar la sal de Friedel y sometiéndolo posteriormente
a un proceso de carbonatación para disminuir el pH, ésta solamente existe en las
zonas más internas del hormigón donde no se había producido la carbonatación. De
este hecho se deriva que debido a la presencia de un ataque por carbonatación en
un hormigón contaminado por cloruros, éste sufre un alto riesgo de corrosión de las
armaduras debido a la descomposición de la sal de Friedel presente. Observando las
gráficas de las Figuras 5.61 y 5.62 vemos que, excepto en la estación de ensayo más
cercana a la costa (ITER-1), la profundidad del frente de carbonatación es mayor que
la penetración de cloruros, por lo que los cloruros presentes en el hormigón deben
encontrarse libres.
Según el artículo de Castro et al. [25], en general a mayor distancia de la costa
mayor velocidad de carbonatación. Debido a que el hormigón situado cerca de la
costa donde el aire contiene una elevada humedad y concentración de sal que
satura los poros del hormigón y el efecto higroscópico de los cloruros ayuda a
mantener esta saturación impidiendo la entrada del CO2. Esto explicaría la menor
carbonatación en las muestras de hormigón situadas en la estación de ensayo más
cercana a la costa, tal y como se muestra en las Figuras 5.41 y 5.42.
Capítulo 5
190
Figura 5.61.- Profundidades de carbonatación y de penetración de cloruros en las
muestras de hormigón C-12 expuestas en cada estación de ensayo. a) ITER-1; b)
ITER-2; c) ITER-3; d) ITER-4, e) ITER-5; f) S/C-6; g) G/I-7; h) S/J-8; i) LL/M-9.
0
10
20
30
40
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
a)
0
2
4
6
8
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
b)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
c)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35 48P
rofu
nd
ida
d (
mm
)Tiempo (meses)
d)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
e)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
f)
0
1
2
3
4
5
6 12
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
g)
0
2
4
6
8
6 12 24 35
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
h)
0
2
4
6
8
6 12 24 35
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
Profundidad media de
Carbonatación (mm)
Penetración de Cl- (mm)
i)
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
191
Figura 5.62.- Profundidades de carbonatación y de penetración de cloruros en las
muestras de hormigón C-13 expuestas en cada estación de ensayo. a) ITER-1; b)
ITER-2; c) ITER-3; d) ITER-4, e) ITER-5; f) S/C-6; g) G/I-7; h) S/J-8; i) LL/M-9.
0
5
10
15
20
25
30
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
a)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
b)
0
3
6
9
12
15
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
c)
0
3
6
9
12
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
d)
0
2
4
6
8
10
12
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
e)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
f)
0
1
2
3
4
5
6
7
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
g)
0
2
4
6
8
10
12
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
h)
0
2
4
6
8
10
6 12 24 35 48
Pro
fun
did
ad
(m
m)
Tiempo (meses)
Profundidad media de
Carbonatación (mm)
Penetración de Cl- (mm)
i)
Capítulo 5
192
5.4.4. Estudio de penetración de agresivos en una estructura real.
A pesar de una insistente búsqueda de estructuras reales de hormigón expuesto
a ambiente marino, con edades entre 10 y 20 años, con disponibilidad de los datos
técnicos del hormigón empleado, con posibilidad física de extracción de testigos y
con el permiso de la propiedad para extraerlos, solamente fue posible extraer testigos
del dique Reina Sofía del Puerto de Las Palmas de Gran Canaria, ante la posibilidad
de poder acceder tanto al proyecto de obra como a las actas de ensayo.
Ante esta oportunidad, se optó por extraer tantos testigos como se pudiera del
espaldón del dique, en distintas zonas que presentaban distinto grado de deterioro
superficial. En la Figura 5.63 se muestra un plano del Puerto de La Luz y de Las Palmas,
con la ubicación de dicho dique, y en la Figura 5.64 se muestra un plano más
detallado del dique, señalando la zona donde se realizó la toma de muestras. Esta
zona se corresponde con el quiebro de la zona sur del dique, que es una de las zonas
más afectadas
Figura 5.63.- Plano general del Puerto de la Luz y de Las Palmas.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
193
Figura 5.64.- Plano de la prolongación sur del dique Reina Sofía de dónde se
extrajeron los testigos.
Se extrajeron ocho testigos en tres zonas diferentes del mismo dique y se les
realizó el ensayo de carbonatación en el mismo momento de la extracción.
Posteriormente fueron cortados en el laboratorio y preparados para los ensayos de
resistencia a compresión y obtención del perfil de cloruros por molido milímetro a
milímetro desde la superficie del testigo. Se observó que los testigos estaban
fabricados con áridos muy gruesos de hasta 50 mm de tamaño máximo y que la parte
de mortero se desgranaba al intentar moler el testigo para la obtención del perfil de
cloruros.
En las Figuras 5.65 a 5.67 se muestran las zonas donde se realizó la extracción
de los testigos.
Figura 5.65.- Zona de muestreo 1.
Capítulo 5
194
Figura 5.66.- Zonas de muestreo 2 y 3.
Figura 5.67.- Zona de muestreo 4.
En la Figura 5.68 se muestra un testigo extraído de la zona 3. La cara de la
izquierda se corresponde con la cara expuesta a la atmósfera. Se observa el frente
de carbonatación en la franja más externa del testigo, donde no existe coloración
rosada debido a la fenolftaleína.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
195
Figura 5.68.- Testigo extraído de la zona 3 con aplicación de la fenolftaleína para el
ensayo de carbonatación.
Los ensayos y resultados realizados a los testigos se resumen en la Tabla 5.14.
Tabla 5.14.- Resultado de los ensayos realizados sobre los testigos extraídos del dique
Reina Sofía del Puerto de la Luz y Las Palmas.
Identificación
Testigo
Densidad
aparente
geométrica
(g·cm-3)
Resistencia a
compresión
fcmed 28 días
(MPa)
Profundidad de
carbonatación
XCO2 med (mm)
Profundidad de
penetración de
Cl-, Xs
(mm)
1-1-B 2,223 20,7 28
1-2-B 2,264 21,8
3-1-B 2,208 22,9 60,3 (T.D.)
5-3-B 2,174 18,8
3-2 61,4
5-1 67,8 (T.D.)
5-2 68,0
5-3 64,6
(T.D.): Testigo deteriorado al intentar molerlo.
Capítulo 5
196
Las casillas en blanco indican que no hubo suficiente muestra para los ensayos.
Figura 5.69.- Testigos refrentados para el ensayo de resistencia a compresión.
Finalmente no pudimos disponer de los datos técnicos del hormigón extraído,
a pesar de la buena voluntad de la propiedad. Podemos comprobar que al igual que
en nuestras muestras de hormigón expuestas en las estaciones de ensayo, el frente
de carbonatación es mayor que el de penetración de cloruros, por lo que los cloruros
estarán libres para atacar la armadura en cuanto alcancen su profundidad.
5.5. Conclusiones.
En el siguiente apartado se recogen las conclusiones particulares de este
capítulo.
Respecto a la agresividad ambiental, se observa claramente que las
estaciones que registran mayores niveles de cloruros son las ubicadas en ITER-1 a ITER-
4, seguida por la estación S/J-8, ITER-5 y S/C-6 y por último las estaciones de LL/M-9 y
de G/I-7.
De entre todas ellas, destaca la estación ITER-1, que presenta un máximo de
2803,3 mg·m-2·día-1 atribuible a su proximidad al mar (36 metros de la costa) y un valor
promedio durante los cuatro años de análisis de 1257,4 mg·m-2·día-1. Se observa que
a medida que nos alejamos del frente costero, disminuye la concentración de
cloruros de forma no lineal [3], ya que se pasa de un valor de 1257,4 mg·m-2·día-1 a 36
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
197
metros de la costa a un valor promedio de 61,1 mg·m-2·día-1 a 916 metros de la costa,
valor correspondiente a ITER-5.
La dependencia de la velocidad de deposición de cloruros con la distancia a
la costa no es lineal, pues sigue una ley de tipo potencial. Se encontró que para la
zona de estudio, la ley adopta la expresión 4 0,92873,583·10 ·D x cuando tomamos la
velocidad de deposición de cloruros por el método de la vela húmeda, y 0,7292105·D x si la obtenemos por el método de la “bufanda”.
La velocidad de deposición de cloruros obtenida por el método de la
“bufanda” da unos valores unas 8 veces inferiores que el método de la vela. Si bien
no se puede establecer una relación lineal entre las velocidades de deposición
obtenidas por ambos métodos, sí que existe una buena correlación lineal entre los
valores de cloruros acumulados por ambos métodos.
La velocidad de deposición de cloruros con el viento sigue la relación
exponencial descrita en la bibliografía, ·· b vD ae , donde D es la velocidad de
deposición de cloruros obtenidos tanto por el método de la vela como el de la
“bufanda”, v es la velocidad del viento y a y b son constantes. Tanto el coeficiente a
como b disminuyen a medida que nos alejamos de la costa. El valor del coeficiente
a es superior al encontrado para otras localizaciones del Atlántico Norte, lo cual nos
indica que a menores velocidades de viento la concentración de cloruros
depositada es mayor. Este hecho es observable tanto para el ajuste realizado con la
concentración de cloruros obtenida por el método de la vela húmeda como con la
obtenida por el método de la “bufanda”.
Al ajustar nuestros datos a una ley potencial cambiando la velocidad del
viento por la fuerza del viento, no se obtienen mejores ajustes. Este hecho es atribuido
a que la variable fuerza del viento adquiere significancia cuando se tienen vientos
superiores a 3 m·s-1. En nuestro caso, la velocidad del viento supera esa velocidad en
casi todo el intervalo de tiempo estudiado.
Con los ajustes realizados con el modelo modificado /
0/ 1
0·
x vdepv h e
D D e
se
obtiene una mejora significativa en el grado de ajuste de la velocidad de deposición
en función de la velocidad del viento y la distancia a la costa.
Se ha ajustado la velocidad de carbonatación de nuestras muestras en
función de la raíz cuadrada del tiempo, obtenido buena correlación en los resultados
obtenidos para todas las estaciones de ensayo. Se observa que a medida que nos
alejamos de la costa el coeficiente de carbonatación aumenta. Este aumento del
coeficiente de carbonatación coincide con una disminución en la velocidad de
deposición de cloruros y en la humedad relativa. Parece existir una competencia
entre la penetración de cloruros y la velocidad de carbonatación.
Se han obtenido los perfiles de penetración de cloruros en las distintas
estaciones de ensayo, expresados como penetración, respecto al contenido de ion
Capítulo 5
198
cloruro en el hormigón, expresado como porcentaje sobre peso de muestra seca.
Destaca la estación ITER-1, que presenta los mayores niveles de penetración, los
cuales van disminuyendo a medida que nos alejamos de la costa.
Al intentar modelar los datos de velocidad de penetración de cloruros con la
raíz cuadrada del tiempo no se obtienen ajustes significativos, por lo que no se verifica
dicha relación en nuestras localizaciones. Se observa que la única estación que
presenta un ajuste aceptable es ITER-1 para el hormigón C-13.
Si relacionamos la velocidad de penetración de cloruros según exposición
atmosférica y por el método de la piscina con la relación a/c se obtiene una relación
lineal en ambos casos. Se obtiene que a medida que aumenta la relación a/c,
aumenta la cantidad de cloruros absorbidos.
Se observa una misma tendencia en la velocidad de penetración de cloruros
cuando comparamos los resultados obtenidos por exposición natural con respecto a
los observados en ensayo acelerado de laboratorio bajo condiciones de humedad y
temperatura constantes, existiendo una relación lineal entre ellas para el caso de la
estación ITER-1.
De una observación general se desprende que la profundidad de
carbonatación es superior a la profundidad de penetración de cloruros, excepto en
las muestras expuestas en la estación de ensayo ITER-1, la más cercana al mar y la
que tiene mayor humedad relativa en promedio anual, lo que corrobora que
elevadas humedades en el hormigón dificultan la entrada y difusión del CO2 a través
de los poros del hormigón, según vimos en el capítulo 2. Del estudio de penetración
de agresivos en una estructura real se pudo comprobar que al igual que en nuestras
muestras de hormigón expuestas en las estaciones de ensayo, el frente de
carbonatación es mayor que el de penetración de cloruros, por lo que los cloruros
estarán libres para atacar la armadura en cuanto alcancen su profundidad.
5.6. Referencias.
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determining atmospheric chloride deposition rate by wet candle method, ASTM
G140. Annual Book of ASTM Standards, Filadelfia, PA, 1996.
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Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate by Wet Candle Method,
ASTM G140-02(2014). Filadelfia, PA, 2014.
Parámetros ambientales y su efecto en la degradación de hormigones
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its depletion on porcelain insulators, J. Appl. Meteor. 21 (1982) 350-355.
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concrete structural elements, Cement Concrete Res. 26 (1996) 729-741.
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Gulf, Build. Environ. 35 (2) (2000) 145-149.
CAPÍTULO 6 – CONCLUSIONES GENERALES
ÍNDICE
6. CONCLUSIONES GENERALES ........................................................... 203
Conclusiones generales
203
6. CONCLUSIONES GENERALES.
A continuación se detallan las conclusiones generales obtenidas durante el
desarrollo de la presente tesis. En ellas se recogen las conclusiones obtenidas a partir
de los ensayos realizados en laboratorio y en exposición natural de los diferentes tipos
de hormigones fabricados, así como su comparación con hormigones peninsulares:
1.- Las estaciones de ensayo estudiadas presentan distintos niveles de agresividad
ambiental debido a su distinta localización geográfica en la isla de Tenerife. Respecto
a la velocidad de deposición de cloruros, se obtiene que las estaciones que registran
mayores niveles de cloruros son las ubicadas en ITER-1 a ITER-4 (localización SSE),
seguidas por la estaciones S/J-8, ITER-5 y S/C-6, y por último las estaciones de LL/M-9 y
de G/I-7, que se encuentran a mayor distancia del mar.
2.- Se ha investigado la aplicabilidad de un método de “bufanda” para la evaluación
del contenido de cloruros absorbidos por probetas de hormigón dependiendo de su
localización. Se ha encontrado que la velocidad de deposición de cloruros obtenida
por el método de la vela y por el método de la “bufanda” dan valores que difieren
hasta 8 veces, siendo el método de la vela el que aporta valores de velocidad de
deposición mayores. Si bien no se puede establecer una relación lineal entre las
velocidades de deposición obtenidas por ambos métodos, sí que existe una buena
correlación lineal entre los valores de cloruros acumulados por ambos métodos.
3.- La dependencia de la velocidad de deposición de cloruros con la distancia a la
costa no es lineal, sino que obedece a una ley de tipo potencial. Se encontró que
para la zona de estudio establecida en los terrenos del ITER, la ley adopta la expresión 4 0,92873,583·10 ·D x cuando tomamos la velocidad de deposición de cloruros por el
método de la vela y 0,7292105·D x si la obtenemos por el método de la “bufanda”.
4.- El ajuste de la velocidad de deposición de cloruros con respecto al viento puede
describirse mediante la relación exponencial ·· b vD ae , donde D es la velocidad de
deposición de cloruros obtenidos tanto por el método de la vela como el de la
“bufanda”, v es la velocidad del viento, y a y b son constantes, no dio buenos
resultados. Aun así, tanto el coeficiente a como b disminuyen a medida que nos
alejamos de la costa. El valor del coeficiente a es superior al encontrado para otras
localizaciones del Atlántico Norte, lo cual nos indica que a menores velocidades de
viento la concentración de cloruros depositada es mayor.
Capítulo 6
204
5.- Con objeto de encontrar un modelo que nos relacione la velocidad de deposición
de cloruros con la velocidad, se empleó el modelo modificado /
0/ 1
0·
x vdepv h e
D D e
donde D es la velocidad de deposición de cloruros obtenidos tanto por el método
de la vela como el de la “bufanda”, v es la velocidad del viento y a y b son
constantes, Vdep0 y coeficientes característicos de la zona, en tanto que x y h
representan la distancia a la costa y la altitud de la estación de ensayo. Con este
modelo se obtiene una mejora significativa en el grado de ajuste de la velocidad de
deposición en función de la velocidad del viento y la distancia a la costa para cada
una de las estaciones del ITER, pero no se puede obtener un modelo global al carecer
de suficientes datos.
6.- No se ha establecido una relación clara entre la velocidad de deposición de
cloruros con la fuerza del viento por medio del modelo 1
3 3·
b v t t
ID D ae
. Este hecho
es atribuido a que la variable fuerza del viento adquiere significancia cuando se
tienen vientos superiores a 3 m·s-1. En nuestro caso, la velocidad del viento supera esa
velocidad en casi todo el intervalo de tiempo estudiado.
7.- Se ajustó la dependencia velocidad de carbonatación con el tiempo a partir de
la expresión ·x K t , donde x es la profundidad de carbonatación en mm, K es el
coeficiente de carbonatación expresado en mm·año-1, y t es el tiempo de exposición
al CO2 expresado en años, obteniendo una expresión con buena correlación en los
resultados obtenidos para todas las estaciones de ensayo.
8.- Se observa que a medida que nos alejamos de la costa el coeficiente de
carbonatación aumenta. Este aumento del coeficiente de carbonatación coincide
con una disminución en la velocidad de deposición de cloruros y en la humedad
relativa. Parece existir una competencia entre la penetración de cloruros y la
velocidad de carbonatación.
9.- Se han obtenido los perfiles de penetración de cloruros en las distintas estaciones
de ensayo, expresados como penetración, respecto al contenido de ion cloruro en
el hormigón, expresado como porcentaje sobre peso de muestra seca. Destaca el
comportamiento de la estación ITER-1, que presenta los mayores niveles de
penetración, los cuales van disminuyendo a medida que nos alejamos de la costa. Al
intentar modelar los datos de velocidad de penetración de cloruros con la raíz
cuadrada del tiempo no se obtienen ajustes significativos, por lo que no se verifica
dicha relación en nuestras localizaciones. Se observa que la única estación que
presenta un ajuste aceptable es ITER-1 para el hormigón C-13.
Conclusiones generales
205
10.- De una observación general se desprende que la profundidad de
carbonatación es superior a la profundidad de penetración de cloruros, excepto en
las muestras expuestas en la estación de ensayo ITER-1, la más cercana al mar y la
que tiene mayor humedad relativa en promedio anual, lo que corrobora que
elevadas humedades en el hormigón dificultan la entrada y difusión del CO2 a través
de los poros del hormigón.
11.- Del estudio de penetración de agresivos en una estructura real se pudo
comprobar que al igual que en nuestras muestras de hormigón expuestas en las
estaciones de ensayo, el frente de carbonatación es mayor que el de penetración
de cloruros, por lo que los cloruros estarán libres para atacar la armadura en cuanto
alcancen su profundidad.
12.- A partir de los ensayos realizados en laboratorio se obtiene que los hormigones
fabricados a partir de áridos locales y cementos de amplio uso en Canarias
ensayados presentan mayor porosidad respecto a los hormigones peninsulares.
13.- Al relacionar la velocidad de penetración de cloruros y CO2 con la relación a/c,
se observa que al aumentar la relación a/c aumenta la velocidad de penetración
de agresivos en los hormigones canarios.
14.- Si relacionamos la velocidad de penetración de cloruros según exposición
atmosférica y por el método de la piscina con la relación agua cemento se obtiene
una relación lineal en ambos casos. Se obtiene que a medida que aumenta la
relación a/c, aumenta la cantidad de cloruros absorbidos.
15.- La resistividad eléctrica es un parámetro que se presenta como válido para
analizar la velocidad de penetración de cloruros en los hormigones canarios. Se ha
verificado la validez de la Ley de Archie para nuestros hormigones. Dicha ley queda
expresada de la forma 4 3,095,65·10 · , donde es la resistividad y la porosidad del
hormigón.
16.- Análogamente se han verificado diversos modelos que relacionan la resistencia
a la compresión con la relación a/c. Se comprobaron y ajustaron los modelos de
Abrams, Abroms modificado y de Moloney, todas con unos niveles de ajuste similares,
quedando de la siguiente forma para los hormigones canarios:
Ley de Abrams: 1
62,92· 2,062acfc
Ley de Abrams modificada: 2,062
62,92· acfc
y,
Capítulo 6
206
Ecuación de Moloney: 3,242
8,248· acfc
.
donde fc es la resistencia a la compresión (MPa) y a/c es la relación agua/cemento.