Predicción de la durabilidad del hormigón armado a partir de indicadores de corrosión: aplicación de la resistividad eléctrica

Abstract

El hormigón armado, que surgió de forma industrial a principios del siglo XX, todavía hoy es el material más utilizado en las grandes obras de infraestructura y en la arquitectura contemporánea de edificios, por su capacidad de adaptarse bien tanto a las características geométricas del producto, como a la necesidad de soportar altas solicitaciones de cargas. La calidad de la unión hormigón-acero, se debe principalmente al hormigón, por la estabilidad química de las fases que forman la pasta del cemento por su pH alcalino, y del papel de barrera física protectora que ejerce sobre el acero. No obstante, surge el fenómeno de la corrosión de las armaduras provocado por el ataque de los agresivos (iones cloruros y frente de carbonatación), una de las patologías más frecuentes en las estructuras y uno de los problemas que todavía no están solucionados de manera satisfatoria. Con el objetivo de disminuir la incidencia de estos y otros deterioros en los elementos de hormigón armado durante la vida útil estimada en proyecto, se han definido en las normativas algunos requisitos a ser cumplidos en el diseño de los hormigones para garantizar que la estructura mantenga las prestaciones básicas de servicio (funcionalidad, estética y seguridad). Dichos requisitos se centran en las especificaciones de la dosificación (como contenido mínimo de cemento, máxima relación agua-cemento) y mínimo espesor del recubrimiento función de la clase ambiental de exposición. Aunque se reconoce el importante salto dado por los documentos normativos al tener en cuenta la durabilidad desde la fase de proyecto, no siempre son suficientes los criterios establecidos para abordar los aspectos relativos a la durabilidad. En cuanto a la producción, pueden influir factores externos en la calidad del hormigón concebido, como pueden ser el proceso de dosificación y vibrado, el transporte del material de la planta a la obra, la ejecución de los elementos y el tipo de curado. Además, en el intento Resumen de mejorar las propiedades del hormigón armado, se observa en la industria un crecimiento notable del uso de nuevos componentes en el hormigón, cuyo comportamiento a largo plazo del material una vez endurecido no siempre es lo suficientemente conocido. Para suplir estas lagunas, se propone en el presente trabajo una metodología de diseño y control del hormigón, inspirada en la estrategia de comprobación por niveles adoptada recientemente por la normativa española y basada en el uso de indicadores de corrosión que representan propiedades obtenidas experimentalmente. Se ha comprobado en el estudio la idoniedad de la resistividad eléctrica del hormigón endurecido como indicador, tanto desde el punto de vista de la viabilidad de aplicación de la técnica, cuanto en su correlación satisfactoria frente a propiedades del material. La metodología desarrollada permitirá, en primer lugar, asegurar el diseño de la mezcla del hormigón para que alcance una durabilidad potencial pre-definida en proyecto y reflejada cuantitativamente por la resistividad eléctrica prescrita. La resistividad en proyecto será establecida función del material (tipo de cemento), del elemento estructural (recubrimiento mínimo), del ambiente de exposición, de la vida útil esperada y del estado límite de durabilidad. La posterior comprobación de la conformidad del hormigón diseñado se dará experimentalmente durante su fabricación, y a través del recálculo de la vida útil esperada función del valor experimental obtenido mediante un modelo semi-empírico basado en la resistividad eléctrica del hormigón endurecido. Se trata, por lo tanto, de una importante contribución a las estrategias de durabilidad empleadas en el diseño de las estructuras de hormigón armado, la cual se destaca por estar presente en la fase de proyecto, pero además en la construcción y en su mantenimiento durante la explotación de la estructura. Abstract ABSTRACT The reinforced concrete, which emerged as industrial product at early twentieth century, it is still the best material used in major infrastructure projects and the contemporary architecture of buildings, due their ability to well-adapt to both the geometric characteristics of element such as the need to withstand high solicitations of loads. The quality of the steel-concrete bond is due mainly to concrete, because the chemical stability of the hydrated phases of cement paste by pH alkaline, and the role of protective physical barrier that the concrete exerts on the embedded steel. However, it arises the reinforcement corrosion phenomenon caused by the aggressive attack (chloride ions and carbonation front) which is one of the most common damage in the structures and one of the problems not yet solved in a satisfatoria way. In order to reduce the incidence of these and other damages in reinforced concrete during the service life estimated in project, it has defined in the regulations some requirements to be fulfilled in the design of concrete mix to ensure that the structure maintains the basic performance service (functionality, aesthetics and safety). These requirements are focus on specifications mix (such as minimum cement content, maximum water-cement ratio) and minimum cover depth in according to environmental class of exposure. Although it is recognized the significant jump given by standards documents by take into account the durability aspect in the design stage, they are not always sufficient criteria established to address issues relating to durability. Some external factors to the components may influence on the quality of conceived concrete, as may be the dosing process and vibration practice, the transportation of material to the work, execution of the elements and the curing procedure. Moreover, in an attempt to improve the properties of concrete, it is appreciated in the industry that the use of new components are growing significantly, but there is a lack of information about long-term performance of hardened concrete. In order to fill these gaps, the current study proposes methodology of design and control of concrete, based on the verification strategy by levels which has been recently adopted by Spanish standardization committe and it it based on the use of corrosion indicators that represent properties obtained experimentally. It has been found in the study the suitability of electrical resistivity of hardened concrete as indicator, either from the point of view of the feasibility of implementing technique, as the satisfactory correlation to material properties. The methodology, first of all, can ensures the design of the concrete mix to achieve the pre-defined potential durability which could be reflected in project quantitatively by the prescribed electrical resistivity. The resistivity in the project will be established according to the material (cement type), the structural element (minimum cover depth), environment exposure class, expected service life and limit state of durability. The subsequent verification of conformity of concrete could be done during production control, and through the recalculation of service life expectancy by means of the semi-empirical model based on the resistivity of hardened concrete according to the obtained value experimentally, Therefore, it is an important contribution to sustainability strategies employed in the design of reinforced concrete structures, which highlights because is present at the draft stage, but also in construction and the maintenance during explotation of the structure.