1º Consideraciones Basicas sobre la Durabilidad del Hormigón.

Los dos elementos que más influyen en la durabilidad del hormigón, tanto en masa como armado, son la presencia de agua y el mecanismo de transporte, a través de los poros y fisuras, de gases, agua y agentes agresivos disueltos.

Los poros del hormigón se ubican en la pasta de cemento, que constituye la interfaz entre los distintos granos de árido; y en términos generales, pueden clasificarse en microporos, poros capilares y macroporos. Los primeros, también denominados poros de gel, tienen un radio medio del orden de una centésima de micra y no influyen prácticamente en la durabilidad. En cambio, los poros capilares (cuyo radio medio es del orden de una milésima de milímetro) y, sobre todo, los macroporos (radio medio del orden de un milímetro), influyen en la durabilidad de forma decisiva.

La durabilidad del hormigón viene a menudo determinada por la velocidad a la que se descompone como resultado de una reacción química. Para que ésta tenga lugar es necesario que las sustancias agresivas (iones y moléculas, normalmente provenientes del ambiente exterior) se trasladen por la red de poros del hormigón hasta encontrar la sustancia reactiva en el hormigón. Si no hay transporte, no hay reacción.

La degradación del hormigón depende, por tanto, de que sea posible o no el transporte por su interior de gases y de agua con sustancias agresivas. El aumento de la humedad ambiente produce un llenado de agua de los poros mayores, lo que reduce el espacio disponible para la difusión de gases. Por consiguiente, ambos factores (difusión de agua y difusión de gases) contraponen entre sí, hasta tal punto que en hormigones saturados de agua, la difusión de gas (oxígeno, dióxido de carbono, etc.) se reduce a valores despreciables.

Por lo dicho, cuando se moja la superficie del hormigón a causa de la lluvia o de salpicaduras, las sustancias disueltas en agua son transportadas por el agua y la difusión de gases está prácticamente impedida. Pero al cesar el transporte de agua, la difusión de gases comienza a jugar ‘a vez un papel dominante. Por ello, las zonas de hormigón sometidas a ciclos humedades edad (canales, depósitos, carrera de mareas en muelles, etc.) son muy vulnerables des. desde el punto de vista de la durabilidad.

Durabilidad del Hormigón.

Para cumplir su cometido como material de construcción, el hormigón debe ser no sólo resistente, sino también durable. Dada la importancia de la materia y su complejidad, abordaremos su estudio como sigue:

a) En este apartado expondremos los distintos procesos que pueden degradar el hormigón como material;

b) en el apartado 9.8 haremos lo propio con respecto al acero como material embebido en el hormigón y definiremos el concepto de vida útil de una estructura;

c) finalmente, en el apartado 11.1 1 trataremos de la durabilidad de la estructura como un todo y ofreceremos algunas recomendaciones sobre diseño estructural y estrategias de proyecto frente a la durabilidad.

Todos estos conocimientos son necesarios no sólo para el proyectista sino también para el constructor y el fabricante de materiales, ya que la durabilidad de una estructura depende de las decisiones que se tomen en cada una de las fases del proceso constructivo (ver figura 5.14). El objetivo que se busca es alargar lo ms posible la vida útil de la estructura.

Figura 5.14 Factores que influyen en la Durabilidad de una Estructura.

1º Consideraciones Basicas sobre la Durabilidad del Hormigón.

2º Agentes Agresivos al Hormigón.

3º Ataques Químicos al Hormigón.

4º Resistencia al Desgaste del Hormigón Fresco.

En ciertos casos, corno sucede en los pavimentos de carretera o interiores de construcciones industriales, interesa que el hormigón presente una gran resistencia al desgaste. Para conseguirlo, la primera codician es emplear un hormigón seco, ya que la lechada superficial es un elemento debil, fácilmente desgastable y productor de polvo.

Es también imprescindible emplear arena silícea y no caliza, al menos en una proporción no inferior al 30 por 100 de la arena total.

Mayores garantías se obtienen aplicando un revestimiento delgado de alta resistencia al desgastes que puede ser un mortero de cemento con árido fino especial (carborundo, corindón, sílice molida, granalla de hierro inoxidable, etc.) o un mortero especial de materias plásticas, resima, epoxi, etc.

Pueden aplicarse también tratamientos superficiales endurecedores, como impregnación por fluosilicatos, silicatación, ocratación o carbonatación.

3º Permeabilidad del Hormigón Endurecido.

Las dos formas en que el agua puede penetrar en el hormigón: por presión y por capilaridad. Los factores que influyen en la permeabilidad son los mismos que hacen variar su red capilar.

El más influyente es, sin duda, la relación agua/cemento. Al disminuir ésta, disminuye la permeabilidad: mientras que para una relación agua/cemento igual a 0,5 el factor de permeabilidad es aproximadamente 15, para 0,8 es alrededor de 450, o sea, treinta veces mayor.

Medir la permeabilidad de un hormigón es un problema difícil, que no se encuentra resuelto sat1sfactoriamente. Existen diversos métodos, unos dedicados a la permeabilidad bajo presión (UNE 83.309:90) y otros a la permeabilidad por succión (absorción). Las medidas se efectúan por diferencia de pesada, o por el tiempo requerido para que el agua atraviese de una cara a otra, o por medición de superficie de mancha en una sección obtenida por corte, etc. Pero ningún método proporciona garantía completa, siendo incierta la concordancia entre medidas realizadas según distintos métodos sobre un mismo hormigón.

Por otra parte, los ensayos sólo pueden efectuarse sobre probetas obtenidas in situ del hormigón endurecido, no sirviendo de nada utilizar probetas enmoldadas, que nunca son representativas desde el punto de vista de la permeabilidad.

Existen distintos procedimientos para aumentar ¡a impermeabilidad de un hormigón. En todos ellos es imprescindible partir de un hormigón muy compacto. Aparte del empleo de impermeabilizantes de masa o de superficie, cabe aplicar recubrimientos a base de chapas metálicas, fieltro asfaltado, etc., o simplemente, enlucir la superficie con un buen mortero de cemento, de 10 a 20 mm de espesor..°. -

Todo lo dicho, que se refiere a la permeabilidad al agua, puede aplicarse igualmente a la permeabilidad al aire, característica que interesa en hormigones para protección contra radiaciones nucleares.

2º Compacidad del Hormigón Endurecido.

La compacidad, íntimamente ligada a la densidad, depende de los mismos factores que ésta, sobre todo del método de consolidación empleado. Estos métodos de consolidación (apartado 4•430) tienen por objeto introducir, en un volumen determinado, la mayor cantidad posible de áridos y, al mismo tiempo, que los huecos dejados por éstos se rellenen con la pasta de cemento, eliminando por completo las burbujas de aire.

Es evidente la relación directa que existe entre la compacidad de un hormigón y sus resistencias mecánicas, por cuanto dicha compacidad aumenta con el volumen de materias sólidas que componen el hormigón, en relación con los volúmenes ocupados por el agua y el aire.

Una buena compacidad no solo proporciona una mayor resistencia mecánica (frente a esfuerzos, impactos, desgaste, vibraciones, etc.), sino también una mayor resistencia física (efecto de la helada) y química frente a las acciones agresivas, ya que, al contener una cantidad mínima de huecos o porosidades, las vías de penetración de los agentes exteriores son también mínimas.

1º Densidad (Norma UNE 83.317) del Hormigón Endurecido.

La densidad o masa específica del hormigón endurecido depende de muchos factores, principalmente de la naturaleza de los áridos, de su granulometría y del método de compactación empleado. Será tanto mayor cuanto mayor sea la de los áridos utilizados y mayor cantidad de árido grueso contenga, bien clasificado; y tanto mayor cuanto mejor compactado esté.

De todas formas, las variaciones de densidad del hormigón son pequeñas, pudiendo tomarse en los cálculos el valor 2.300 kg/m3 para los hormigones en masa y 2.500 kg/m3 para los armados.

Los valores indicados corresponden a hormigones normales. Los hormigones pesados fabricados con áridos de barita o metálicos, tienen densidades de 3.000 a 3.500 kglm3 y aún mayores, empleándose en protecciones contra radiaciones. Los hormigones ligeros, fabricados con piedra pómez, anua u otros áridos de pequeña masa específica, tienen densidades del orden de 1.300 kg/m3 e incluso inferiores a mil.

Mención aparte merece el hormigón estructural ligero, fabricado con áridos a base de arcillas o escorias expandidas, cuya densidad es del orden de 1800 kg/m3. Este tipo de hormigón se emplea profusamente en Norteamérica para placas macizas de forjados, consiguiéndose un ahorro de peso propio de hasta un 30% y resistencias del orden de 28 N/mm2. 

Propiedades del Hormigón Endurecido.

Estudiaremos en este apartado la densidad, la compacidad, la permeabilidad y la resistencia al  desgaste.

1º Densidad (Norma UNE 83.317) del Hormigón Endurecido.

2º Compacidad del Hormigón Endurecido.

3º Permeabilidad del Hormigón Endurecido.

4º Resistencia al Desgaste del Hormigón Fresco.

Masa Específica del Hormigón Fresco.

Un dato de gran interés como índice de la uniformidad del hormigón en el transcurso de una obra, es la masa específica (densidad) del hormigón fresco, sea sin compactar, sea compactado. La variación de cualquiera de ambos valores, que repercute en la consistencia, indica una alteración de la granulometría de los áridos, del contenido en cemento o del agua de amasado, por lo que debe dar origen a las correcciones oportunas. Unos valores medios de la masa específica en función del tamaño máximo del árido.

Homogeneidad del Hormigón Fresco.

Es la cualidad por la cual los diferentes componentes del hormigón aparecen regularmente distribuidos en toda la masa, de manera tal que dos muestras tomadas de distintos lugares de la misma resulten prácticamente iguales. La homogeneidad se consigue con un buen amasado y, para mantenerse, requiere un transporte cuidadoso y una colocación adecuada.

La homogeneidad puede perderse por segregación (separación de los gruesos por una parte  y los finos por otra) O por decantación (los granos gruesos caen al fondo y el mortero queda en  la superficie, cuando la mezcla es muy líquida). Ambos fenómenos aumentan con el contenido  de agua, con el tamaño máximo del árido, con las vibraciones o sacudidas durante el transporte  y con la puesta en obra en caída libre.

Docilidad del Hormigón Fresco.

La docilidad, concepto de difícil definición, puede considerarse como la aptitud de un hormigón para ser puesto en obra con los medios de compactación de que se dispone. Esta trabajabilidad del hormigón está relacionada con su deformabilidad (consistencia), con su homogeneidad, con la trabazón de sus distintos componentes y con la mayor o menor facilidad que la masa presente para eliminar los huecos de la misma (aire ocluido), alcanzando una compacidad máxima.

La docilidad depende, entre otros factores, de los siguientes:

a) De la cantidad de agua de amasado. Cuanto mayor sea ésta, mayor será la docilidad.
b) De la granulometría de los áridos, siendo más dóciles los hormigones cuyo contenido en arena es mayor. Pero por otra parte, a más cantidad de árido fino corresponde más agua de amasado necesaria y, por tanto, menor resistencia. Por ello las relaciones que indicamos no pueden extrapolarse más allá de ciertos límites.
c) La docilidad es mayor con áridos redondeados que con áridos procedentes de machaqueo.
d) La docilidad aumenta con el contenido en cemento y con la finura de éste.

e) El empleo de un plastificante aumenta la docilidad del hormigón, a igualdad de las restantes caracteristicas.

La docilidad del hormigón se valora determinando su consistencia con el cono de Abrams (UNE 83.313:90). Para el caso de hormigones de edificación, la Instrucción española recomienda que el asiento de cono no sea inferior a 6 centimetros (en el supuesto de que no se empleen superfluidificantes)

Consistencia del Hormigón Fresco.

Es la menor o mayor facilidad que tiene el hormigón fresco para deformarse. Varía con multitud de factores: cantidad de agua de amasado, tamafio máximo, granulometría y forma de los áridos, etc.; el que más influye es la cantidad de agua de amasado.

Existen varios procedimientos para determinar la consistencia, siendo los más empleados el cono de Abrams, la mesa de sacudidas y el consistómetro Vebe.

El cono de Abrams es un molde troncocónico de 30 cm de altura (fig. 5.1) que se rellena con el hormigón objeto de ensayo. La pérdida de altura que experimenta la masa fresca del hormigón una vez desmoldada, expresada en centímetros, da una medida de su consistencia.

La mesa de sacudidas sirve para someter a una masa de hormigón fresco, de forma determinada, a una serie de sacudidas normalizadas, midiéndose el escurrimiento experimentado. Es un método más preciso que el anterior y, por tanto, preferible cuando se trata de instalaciones fijas.

El consistómetro Vebe es una variante del cono de Abrams que se emplea para hormigones muy secos (que darían asiento nulo). La consistencia se mide por el número de segundos necesarios para que el tronco de cono formado por el hormigón con el molde de Abrams experimente, sometido a vibración en mesa, un asiento determinado.

Los procedimientos indicados y los métodos operatorios correspondientes. Ninguno de ellos debe usarse con tamaños de árido superiores a 40 mm, en cuyo caso es necesario cribar previamente por el cedazo de dicha abertura y prescindir del material retenido.

Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos, fluidos y líquidos, como se indica en la tabla 5.1. La consistencia líquida no es admisible para hormigón armado.

Figura 5.1 Cono de Abrams

TABLA 5.1
CONSISTENCIA DE LOS HORMIGONES 

Propiedades del Hormigón Fresco.

El hormigón fresco es un material esencialmente heterogéneo, puesto que en él coexisten tres fases: la sólida (áridos y cemento), la líquida (agua) y la gaseosa (aire ocluido). A su vez, la fase sólida es heterogénea entre sí, ya que sus granos son de naturaleza y dimensión variables.

Entre las propiedades del hormigón fresco podemos citar, como más importantes, la consistencia, la docilidad, la homogeneidad y la masa específica o densidad.

Consistencia del Hormigón Fresco.

Docilidad del Hormigón Fresco.

Homogeneidad del Hormigón Fresco.

Masa Específica del Hormigón Fresco.

 

Consistencia del Hormigón y Cantidades de Agua y Cemento.

En función del tipo de elemento y sus características (tamaño de la sección, distancia entre barras, etc.) y teniendo en cuenta la forma de compactación prevista, se fija la consistencia que ha de tener el hormigón. A tal efecto, pueden ser útiles las indicaciones de la tabla 3.6.

TABLA 3.6
CONSISTENCIAS Y FORMAS DE COMPACTACIÓN
(HORMIGÓN SIN ADITIVOS)

Conviene, además, tener en cuenta las dos observaciones siguientes:

1.’ La consistencia a pie de tajo de colocación puede ser bastante diferente de la de salida de hormigonera, especialmente si el transporte interior es apreciable y las condiciones ambientales son rigurosas.

2.’   Si la densidad de armaduras es grande, resultan muy preferibles Las masas de mayor asiento bien compactadas, ya que las de menor asiento provocan el riesgo de coqueras.

Fijada la consistencia, se determina la cantidad de agua por metro cúbico de hormigón, según los valores de la tabla 3.7.

TABLA 3.7
LITROS DE AGUA POR METRO CUBICO

* Hormigones sin aditivos

Es interesante tener en cuenta, al fijar la cantidad de agua, la influencia, en términos relativos, que ésta tiene en la resistencia del hormigón. En condiciones medias y a título de orientación, puede servir la relación establecida por Abrams, que se muestra en la figura 3.2.

 

Figura 3.2 Influencia de la cantidad de agua en la resistencia del hormigón.

Una vez fijada la cantidad de agua, y conocida la relación agua/cemento según el apartado 32, se determina la cantidad de cemento por metro cúbico de hormigón. Dicho contenido no debe ser inferior a los valores indicados en la tabla 3.3, de acuerdo con las condiciones ambientales a que vaya a estar sometida la estructura, ni superior a 400 kg salvo casos especiales. Esta última limitación es orientativa y tiene por objeto evitar valores altos del calor de fraguado y la retracción en las primeras edades, factores que dependen de la temperatura ambiente, clase y finura del cemento, proceso de curado, etc.

2° DURABILIDAD DEL HORMIGÓN

Aunque la durabilidad del hormigón es tanto mayor cuanto mayor es su resistencia, la resistencia a compresión, por si sola, no puede considerarse como una medida de la durabilidad, ya que ésta depende de otros muchos factores y, en particular, de las propiedades de las capas exteriores de recubrimiento de la pieza de hormigón.

La durabilidad del hormigón, que se estudia con detalle más adelante (ver apartados 5.7, 9.8 y 11.9), está ligada a su compacidad, o dicho de otra manera, a su impermeabilidad. Pero los ensayos de impermeabilidad existentes hoy día no son unánimemente aceptados por los distintos laboratorios y especialistas, ni existen especificaciones para clasificar los hormigones en función del ambiente al que vaya a estar sometida la obra.

Por estas razones, el Código Modelo CEB-FIP, la Norma europea ENV-206 y la instrucción española, recomiendan limitar la relación agua/cemento y el contenido en cemento a los valores indicados en la tabla 3.3, con objeto de proteger - al hormigón frente a las acciones físicas y al ataque químico, así como para evitar la corrosión de las armaduras.

TABLA 3.3
MÁXIMA RELACIÓN AGUAJCEMENTO Y MÍNIMO CONTENIDO DE CEMENTO
EN kg/m3, EN FUNCIÓN DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES 

(*)Con fudentes(sales de deshielo), el hormigón debe contener un minimo de 4,5 % de aire ocluido.

No obstante lo indicado anteriormente, las mencionadas normas preconizan también, para los hormigones sometidos a los ambientes III y IV, que debe comprobarse la impermeabilidad del hormigón mediante el ensayo de penetración de agua (Normas UNE 83.309 e ISO 9690). El hormigón puede considerarse suficientemente impermeable si la profundidad media de penetración no supera los 30 mm, y la profundidad máxima, los 50 mm.

1° RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN

A pesar de que la relación agua/cemento es el factor que más influye en la resistencia del hormigón no pueden darse valores fijos que relacionen ambas magnitudes por depender, además, de otros muchos factores. En la tabla 3.1 se incluyen unos valores orientativos de la relación agua/cemento que no deben superarse, en función de la resistencia del hormigón, del tipo de árido y de la clase de cemento, para unas condiciones de ejecución suficientemente buenas.

TABLA 3.1
VALORES ORIENTATIVOS MÁXIMOS DE LA RELACIÓN AGUA/CEMENTO EN
FUNCIÓN DE LA RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN A 28 DÍAS

(*) Hormigones sin aditivos

La relación agua/cemento debe ser tan baja como sea posible, pero teniendo en cuenta que debe permitir una adecuada trabajabilidad y compactación del hormigón y que debe evitarse, además1 el fenómeno de segregación de los áridos gruesos. A veces, para conseguir estas características, es necesario utilizar mayor cantidad de cemento de la estrictamente necesaria, o emplear aditivos adecuados.

Conviene recordar que la resistencia característica, fck, que se consigue en obra es obviamente menor que la resistencia media, fcm, obtenida en los ensayos de laboratorio. En la tabla 3.2 se dan unos valores, meramente indicativos, de la relación entre ambas resistencias, según el Código Modelo CEB-FIP-90 y según el Código ACI-316-84, para unas condiciones de ejecución suficientemente buenas. 

TABLA 3.4

VALORES ORIENTATIVOS DE LA RESISTENCIA 

MEDIA EN FUNCIÓN DE LA RESTENCIA CARACTERISTICA

Resistencia del Hormigón y Relación Agua/Cemento.

Tanto las resistencias mecánicas como la durabilidad del hormigón dependen de muchos factores: tipo, clase y cantidad de cemento, características, granulometría y tamaño máximo del árido, vertido, compactación y curado del hormigón y. sobre todo, de la relación agua/cemento de la masa. 

1° RESISTENCIA DEL HORMIGÓN A COMPRESIÓN

2° DURABILIDAD DEL HORMIGÓN