ITSPP INSTITUTO TECNOLOGICO TECNOLOGICO SUPERIOR DE PUERTO PEÑASCO MATERIA: TECNOLOGIA DEL CONCRETO CARRERA: INGENIERIA CIVIL TURNO: MATUTINO 3ER SEMESTRE NOMBRE: IRIBE MEDINA JOSE TRABAJO: INVESTIGACION: PATOLOGIAS DEL CONCRETO
FECHA: 18-NOV-2010 PUERTO PEÑASCO, SONORA, MEXICO
DEFINICIONES
PATOLOGIA DEL CONCRETO: Es la parte de la durabilidad que se refiere a los signos, causas posibles y diagnostico del deterioro que experimentan las estructuras del concreto. También se le define como el tratamiento sistemático de los defectos del concreto, sus causas, sus consecuencias y sus soluciones. OTRAS DEFINICIONES: DEFECTO: Se le define como una situación en la que uno o mas elementos de una construcción no cumplen la función para la que han sido previstos. FALLO :Es la finalización de la capacidad de un elemento para desempeñar la función requerida. ANOMALIA: Es una indicación de un posible fallo. REHABILITACION o REPARACION: Es la recuperación de la capacidad de los elementos estructurales que tenían antes de producidos los daños. REFUERZO o REFORZAMIENTO:Es el incremento de la capacidad que un elemento no dañado tiene para cumplir su función. RESTAURACION:Es conseguir que la construcción sea utilizable. ORIGEN DE LOS DAÑOS 1. ASIENTO PLASTICO: Se produce como respuesta a la exudación durante las 3 primeras horas de colocado, dependiendo de la temperatura. En general se trata de fisuras amplias y poco profundas de escasa trascendencia estructural. 2. RETRACCION PLASTICA: Se produce entre la 1ra y 6ta hora a partir de la colocacion y sus daños son frecuentes en elementos superficiales como losas, muros, etc. especialmente cuando la evaporación del agua exudada es más rápida que la velocidad de acudida del agua de la masa interna a la superficie, frenada por la acción capilar en los poros del concreto. Generalmente son fisuras amplias y poco profundas de escasa trascendencia estructural. 3. CONTRACCION TERMICA INICIAL: Producida por el calor de hidratación derivado de la reacción de hidratación del cemento. De acuerdo a la calidad del concreto la temperatura del núcleo del elemento estructural, que a las 24 horas será de 4 a 6 veces mayor que la temperatura ambiental, recién se igualaran a los 5 o 6 días. 4. RETRACCION HI DRAULICA: Consiste en la disminución del volumen que experimenta el concreto endurecido, cuando esta expuesto al aire con humedad no saturada. Es debido simultáneamente a reacciones químicas y a la reducción de humedad. Las fisuras suelen ser finas, pero que afectan en profundidad al elemento estructural y por tanto su trascendencia debe ser estudiada en cada caso. 5. FISURACION EN MAPA: Es una fisuración que afecta superficialmente al elemento de concreto y que suele aparecer entre 1 y 15 días a partir del vaciado. La profundidad rara vez llega al centímetro y por tanto tiene poca trascendencia estructural. Su origen está en las tensiones superficiales motivadas por un alto contenido de humedad. 6. DEFORMACIONES IMPUESTAS 6.1 FLUENCIA: Básicamente consiste en la deformación del concreto a tensión constante que se desarrolla a lo largo del tiempo y es adicional a la que produce instantáneamente, o en pocos minutos, cuando se aplican tensiones al concreto. La fluencia bajo tensiones de compresión es función de la
resistencia del concreto, de la tensión aplicada, de la humedad relativa del ambiente y del espesor ficticio del elemento. Sobre las fisuras debido a tensiones de tracción un caso típico es el de fisuras inclinadas de esfuerzo cortante donde se indica la dirección de tensiones que finalmente producen la fisura. 6.2 VARIACIONES TERMICAS: Influidas por la humedad y si el árido es calizo o silíceo, las tensiones generadas pueden llegar a la fisuración de los elementos. Las tensiones se pueden controlar mediante la disposición de juntas de dilatación, apoyos móviles, etc. 6.3 VARIACIONES HIGROMETRICAS: Los cambios de humedad también afectan las dimensiones, si estas están coartadas se producen estados tensiónales en la estructura. 6.4 PRETENSADO: Constituye una deformación impuesta, correlativa a las tensiones impuestas, el valor tensional de pretensado sobre el concreto, variable por la perdida de tensión de armadura, es decreciente con el tiempo, debido a una serie de procesos que variaconsiderablemente según se trate de pretensado con armaduras pretesas o con armaduras postesas. De hacho el pretensado origina variaciones tanto longitudinales como transversales en los elementos. 6.5 ASIENTOS DEL TERRENO:Si una columna se asienta debido al descenso de la cimentación se disminuye su carga, por tanto aumentando esa disminución a las columnas próximas. 7. CAMBIOS DE COLOR:Fuera de algunos casos especiales que veremos después el concreto cambia de color por causas: cambios de color entre partidas de cemento, decoloración debida a la acción de la luz solar, y cambios de color que han requerido la reparación de algún defecto. 8. EROSION:Existen procesos muy variados de erosión del concreto, parte de ellos ligados a usos industriales específicos; otros son de tipo mas general, y aquí se presentan: 8.1 DESGASTE POR ABRASION: Se la define por el desgaste de la superficie por procesos de fricción o rozamiento. La causa mas importante de abrasión de pisos y pavimentos es producida por el paso de personas, circulación de vehículos, o rodadura de objetos o maquinas, mas que las partículas arrastradas por el viento. Siendo producido por acciones mecánicas debido al trafico, cuando el agua lleva agregado grueso. La resistencia la da el árido grueso. 8.2 DESGASTE POR EROSION: Se la define por el deterioro causado por la acción abrasiva de fluidos o sólidos en movimiento. La magnitud de la erosión depende del numero, velocidad, tamaño, perfil, densidad y dureza de las partículas en movimiento por unidad de tiempo. Siendo producido por acciones mecánicas debido al oleaje. La resistencia la da el árido grueso. 8.3 DESGASTE POR CAVITACION: Se la define como la erosión progresiva del concreto originada por el flujo no lineal de aguas limpias a velocidades sobre los 12 m/seg. Donde se forman burbujas de vapor, que cuando ingresan a una región de lata presión colapsan con un gran impacto, pueden desgastar grandes áreas de la superficie de concreto en tiempos comparativamente pequeños.Se da cuando la forma no esta bien estudiada y se producen zonas de baja presión. La resistencia es proporcionada por la pasta de cemento.
9.CONGELACION:
Con temperaturas menores de 0°C los esfuerzos producidos por el cambio de estado liquido a sólido dan lugar a agrietamientos y deterioro de la pasta si no se toman las medidas adecuadas. El aumento de volumen es un 9%. 10. ATAQUE BIOLOGICO 10.1 AGUA DE DESAGÜE:La baja velocidad de flujo, y la alta temperatura de las tuberías de desagüe puede generar hidrogeno sulfurado, el que en presencia de la humedad forma al ácido sulfúrico, que es altamente corrosivo con ataque y destrucción del concreto, produciéndose descascaramiento intermitente que puede producir ablandamiento y desprendimiento del agregado. En las aguas residuales existen habitualmente derivados orgánicos e inorgánicos del azufre, especialmente sulfitos (aguas residuales) y sulfatos (aguas domesticas): la acción bacteriana puede reducir los sulfatos a sulfitos; sin embargo si la concentracion del oxigeno es inferior a 0.1 Mb/l, es decir si las aguas son anaerobicas hay difusión del H2S en el agua y en el aire y puede formarse el ácido sulfúrico. Si la concentración es mayor a 1 gr/ml es decir si las aguas residuales sonaerobicas el riesgo no existe 10. 2 OBRAS EN CONTACTO CON ABONOS NATURALES:En estas obras de concreto abonos como el estiércol, que no es un agente agresivo, pero que sufre reacciones químicas similares a las de las aguas residuales y entraña los mismos riesgos. 10.3 INVERNADEROS E INSTALACIONES ANALOGAS: En bastantes casos se han empleado columnas de concreto cimentados en cimientos de concreto de baja calidad. Como en estas instalaciones es frecuente el abono del terreno y la temperatura media suele ser superior a 20 °C , frecuentemente el nitrito amónico contenido en el abono ataca de forma grave al concreto. 11. AGRESION AMBIENTAL:Fuera de la agresión química al concreto y al acero, que se describen en los ítem 12, 13 y 15, existen formas de agresión medio ambiental que afectan al concreto, especialmente a la superficie, por influencia de los microclimas, a veces a pocos centímetros de la superficie del concreto. Básicamente distinguimos dos mecanismos: depósitos de polvo sobre superficies en lugares con poca lluvia, y depósitos de cultivos biológicos en superficies húmedas del concreto. 12. CONTACTO CON SUELOS AGRESIVOS: Siendo el suelo un medio potencialmente agresivo es fundamental investigar su agresividad en el proyecto de cimentaciones, túneles, muros, etc., tanto como suelo propio como suelo de préstamo. 13. ATAQUES QUIMICOS:Existe diversidad de modalidades pero con algunas características comunes, como la necesaria posibilidad de un mecanismo de transporte de moléculas y de iones de la sustancia agresiva a la agredida, u que la agresión se activa considerablemente al aumentar la temperatura. 13.1 ATAQUES POR ACIDOS: Siendo el concreto químicamente básico, con un pH del orden de 13, pueden ser atacado por medios ácidos con pH menor de 7, los cuales reaccionan con el hidróxido de calcio de la pasta produciéndose compuestos de calcio solubles en agua. Como la pasta de cemento está básicamente constituida por sílice y cal, la pasta es atacable incluso por ácidos débiles. Entre los elementos que atacan al concreto podemos mencionar el ácido sulfúrico, el nítrico, el sulfuroso, clorhídrico, aguas de minas, industrias, o fuentes minerales que puedan contener o formar ácidos, las t urbas que puedan producir ácido sulfúrico, y á cidos orgánicos de origen industrial. Un tipo especial de reacción ácida es la carbonatación producida por la introducción del CO2
de la atmósfera en la estructura porosa del c0oncreto, originando el descenso del pH, el proceso es más intenso cuanto mayor es la permeabilidad y por tanto la durabilidad. 13.2 ATAQUES POR BASES:Las bases como el hidróxido de sodio o soda cáustica y el hidróxido de amonio o amoniaco, si penetran en el concreto y se concentran en una zona determinada producen daño físico por cristalización y expansión a partir de la reacción entre el hidróxido y el bióxido de carbono proveniente del aire. 13.3 ATAQUES POR SALES: Las sales son compuestos químicos derivados de ácidos o bases, formadas de la reacción entre ellos, usualmente solubles en agua. Los cloruros y nitratos de amonio, magnesio, aluminio, y hierro atacan al concreto, siendo el mas peligroso el de amonio. Por su importancia la acción de los sulfatos de calcio, sodio o magnesio deben ser tratados independientemente. 13.4 REACCION CON CATIONES:Podemos reacción álcali- árido (tratado mas adelante como reacción alcali- silice); y amonio, que produce una agresión que puede conducir a través de una reacción con el cemento hidratado, a la desintegración del concreto. 14. DEGRADACION DEL CONCRETO DE CEMENTO ALUMINOSO:Se ha notado en Europa estructuras de este tipo que han perdido resistencia, dependiendo de la relación a/c y de la temperatura de curado, e incremento de porosidad. 15. ATAQUES QUIMICOS A LA ARMA DURA 15.1 CORROSION DEL ACERO DE REFUERZO:El concreto debido a su alta alcalinidad, baja permeabilidad y su relativamente alta resistividad eléctrica tiene entre otras funciones, la de proteger de la corrosión a los elementos metálicos embebidos en él. En condiciones normales al acero no se corroe dentro del concreto, debido a que el oxigeno reacciona con el acero formando una fina capa de oxido sobre la armadura, en un proceso llamado pasivación, que lo protege de cualquier corrosión posterior; y debido a que el recubrimiento denso, de poca porosidad y de espesor suficiente impide la acción de los agentes agresivos al reducir la carbonatación. Esta corrosión se produce por un proceso electroquimico generado internamente o por alguna fuente externa de electricidad, siendo la presencia del ion cloro la causa principal de la corrosión del acero de refuerzo. La sección transversal del acero se reduce pudiendo presentarse en el tiempo además problemas estructurales debido a la perdida de adherencia, por agrietamiento de este o la reducción en la sección transversal de aquel. 15.2 CORROSION BAJO TENSION EN ARMA DURAS DE PRETENSADO:Las armaduras de pretensado experimentan también la forma de corrosión expuesta en 15.1; además de ello, pueden presentar roturas de tipo frágil cuando se emplean determinados tipos de acero y procesos de fabricación. 16. ATAQUES POR ALTAS TEMPERATURAS: Se da cuando al concreto se le somete a temperaturas mayores que las normales, como su utilización para chimeneas conductos de gas caliente, pantallas contra radiación, o fuego accidental por un incendio. Los efectos sobre el material concreto: disminución de resistencia, alargamiento de longitud original, considerable expansión permanente, disminución del modulo de elasticidad y dureza, descomposición del agregado con liberación de cal libre, descascaramiento superficial; todo ello con posible expansión y fisuramiento y desprendimiento de trozos de concreto. Sobre el acero produce también disminución de resistencia, de adherencia, y efectos sobre las deformaciones. Se sabe que el espesor del recubrimiento es esencial para l a resistencia al ataque tratado, además que el concreto va cambiando de color conforme la temperatura a la que se
expone, yendo de gris natural, a rosa cuando alcanza mas de 300 °C, a gris claro cuando alcanza mas de 600 °C, y a blanco o amarillo claro cuando alcanzamas de 900 °C. 17. ESTADOS LIMITES DE SERVICIO 17.1 FISURACION: Existen dos tipos de fisuras en el concreto: Las fisuras no estructurales, que son las producidas en el concreto, en el estado plástico o en el endurecimiento, pero generadas por causas intrínsecas, es decir debidas al comportamiento de sus materiales constituyentes. Las producidas por el estado plástico: asiento plástico y retracción plástica; y las producidas en el estado endurecido: contracción térmica inicial, retracción hidráulica, y fisuración en mapa, todos estos casos ya vistos. Las fisuras estructurales que son debidas al alargamiento de las armaduras o a las excesivas tensiones de traccion o compresión producidas en el concreto por los esfuerzos derivados de la aplicación de las acciones exteriores o de deformaciones impuestas. Básicamente existen 3 orígenes: Debidas al alargamiento de la armadura, debidas a las tensiones de tracción en el concreto, y por compresión excesiva del concreto. Debido a la fisuración existen 3 tipos de riesgo: Riesgo de corrosión de la armadura, riesgo estético y riesgo psicológico. 18. CORROSION 18.1 ATAQUES QUIMICOS A LA ARMADURA 18.2 CORROSION DE MATERIALES EMBEBI DOS:El acero presforzado podría corroerse en idénticas circunstancias que el acero ordinario. El aluminio embebido podría corroerse y agrietar el concreto, y la posibilidad es mayor si ambos metales están en contacto; aun el aluminio con el concreto fresco aumente la posibilidad de corrosión al presentarse el hidrogeno. El plomo con el concreto húmedo puede ser atacado por el hidróxido de calcio y ser destruido al poco tiempo. El cobre es atacado por el concreto y presenta corrosión si esta presente el amoniaco o pequeñas cantidades de nitratos. El zinc reacciona con los materiales alcalinos del concreto pudiéndose producirse corrosión, especialmente si el acero es sin galvanizar. Los aceros inoxidables pueden producir agrietamientos debido a la corrosión, especialmente si la temperatura es mayor a 60 °C. 18.3 CORROSION BIOLOGICA DEL CONCRETO:Las bacterias y hongos, capaces de producir ácidos por mecanismos similares a los de los desagües domésticos. Pueden llegar a disolver la pasta del recubrimiento y afectar seriamente al concreto. Algunos tipos de moluscos pueden horadar rocas y obviamente a concretos, o a morteros de baja calidad utilizados como revestimientos de pilotes o pontones. 19. ATAQUES POR AGUA 19.1 AGUA PURA:Conocidas también como aguas blandas, atacan el concreto por disolución de la pasta al actuar sobre el hidróxido de calcio libre. 19.2 AGUAS CASI PURAS: Las aguas de manantial generalmente libres de sales, pueden volverse ácidas debido a la formación de ácido carbónico, derivado del bióxido de carbono contenido en la altmosfera, transformándose en corrosivo al concreto, especialmente si este es pobre o permeable. Las aguas naturales provenientes de zonas minerales pueden tener un alto contenido de ácido carbónico agresivo para el concreto. 19.3 AGUA DE PANTANO:Pueden contener elementos tales como ácido carbónico, o humico, sulfatos solubles, ácido sulfúrico libre, o combinación de estos. La acción del sulfúrico y carbónico ya se menciono en líneas anteriores. El ácido humico, producido por la descomposición vegetal ataca la superficie del concreto al formarse humato de calcio.
19.4 AGUA DE MAR:Lo trataremos brevemente al estar ampliamente desarrollando el tema, en otros artículos, y ser mas conocido el problema. Las sales contenidas en ella se cristalizan, favoreciendo la corrosión y expansión del acero de refuerzo y del concreto adyacente, se producen también acción destructiva de los organismos marinos, formación expansiva de sulfoaluminatos y su posterior descomposición. Los procesos sucesivos de humedecimiento y secado con renovación del medio agresivo, multiplican los problemas descritos. 19.5 AGUA DE DESAGÜE 20. ATAQUES POR GASES 20.1 ANHIDRIDO CARBONICO:La concentración adecuada de bióxido de carbono o anhídrido carbónico, lograra una superficie blanda y purulenta, no pudiendo ser reparado por un posterior curado o tratamiento. 20.2 ANHIDRIDO SULFUROSO: Producto de la combustión del petróleo o carbón, al combinarse con el agua forma el ácido sulfuroso, el cual reacciona gradualmente con el oxigeno del aire para formar ácido sulfúrico, ambos ácidos corroen el concreto. 20.3 OTROS GASES Los gases industriales disueltos en agua pueden producir ácidos pueden corroer al concreto, dependiendo de la concentración. 21. ATAQUES POR SULFATOS El sulfato de sodio reacciona con el aluminato de calcio hidratado para produciretringita con aumento de volumen, y con el hidróxido de calcio para producir yeso cuyo volumen es el doble de los sólidos iniciales. El sulfato de magnesio es aun más agresivo que el sulfato de sodio o de potasio, que producen al igual que el sulfato de sodio gran aumento de volumen, expansión y agrietamiento del concreto. 22. ATAQUES POR SUSTANCIAS ORGANICAS:El ácido acético (presente en el vinagre), el láctico (en leche agria) y el butirico (en grasas agrias) atacan con una severidad que depende de la concentración y temperatura. El ácido tánico y los fenoles son medianamente corrosivos. Los ácidos palmitico, estearico y oleico, presente en aceites y grasas, tienen acción corrosiva sobre el concreto. Los aceites vegetales, y aceites animales rancios son corrosivos, los de pescado aun más corrosivos. La glicerina, las soluciones azucaradas degradan gradualmente al concreto, al igual que creosota, el creso y el fenol. 23. ATAQUES POR ACCION DEL AGREGADO 23.1 REACCION ALCALI- SILICE:Se produce cuando hay contenidos de óxidos de sodio y potasio mayores de 0.6% en peso del cemento y los agregados contienen alguna forma reactiva de sílice, que al reaccionar con los álcalis del cemento, produciéndose grandes presiones en los poros del concreto, que se traducen en expansiones excesivas en el mismo. Los materiales potencialmente reactivos son el ópalo, la calcedonia, algunos cuarzos, la riolita, la dacita, la latita, vidrios andesiticos y otros; algunos que podrían tener estas características son el hornsteno, las calizas y dolomitas silicosas, riolitas, dacitas, andesitas, esquistos y pizarras silicosas, y las filitas. 23.2 REACCION CEMENTO- AGREGADO:Se producen expansiones excesivas, acompañadas de agrietamientos importantes en concretos preparados con agregados gruesos de pequeño tamaño y altamente silicosos, a los que se conoce como arenosos- gravosos y que presentan feldespatos y granitos de grano grueso como constituyentes importantes. Los concretos afectados por esta reacción suelen contener partículas reactivas con los álcalis, presentándose gel similar al hallado en la reacción álcali- sílice, aun cuando no hay correlación entre la extensión del agrietamiento y el contenido de álcalis del cemento.
23.3 REACCION ALCALI- AGREGA DOS CARBONATADOS:Se manifiesta como una expansión excesiva y fisuramiento en concretos recién colocados en los que se había empleado agregado grueso proveniente de rocas dolomiticas carbonatadas, apreciándose que la expansión se incrementa con el contenido de álcalis del cemento. En general estas rocas están en el grupo de las calizas dolomiticas en las que el 50% al 90% de los carbonatos es calcita mineral, y contiene arcilla, y la matriz es de grano extremadamente fino. 23.4 AGREGADOS CONTAMINADOS: El carbón presente en el agregado puede contener compuestos de azufre que por oxidación pueden dar ataques por sulfatos. La alúmina mineral por contener productos de oxidación puede dar lugar a expansión, agrietamiento y alabeo del concreto, efecto similar puede darse en agregados con sulfatos solubles. La cal y dolomita anhidras presentes en el agregado reaccionan con el agua en el concreto no endurecido y con el bióxido de carbono de aire, formando hidróxidos y carbonatos, con expansión que origina petardeo de la superficie del concreto. 24.ATAQUE POR RADIACIONES: Se emplea en estos casos pantallas de concreto de alta densidad, mediante el uso de agregados pesados, sin embargo su desventaja es su baja conductividad térmica que impide la eliminación de calor generado por el bombardeo. Se produce perdida de agua, al igual que otros procesos producidos por el calentamiento, lo que da lugar a cambios en las propiedades mecánicas del concreto, con la perdida significativa de la resistencia, modulo de elasticidad, peso, resistencia por adherencia y coeficiente de expansión térmica del concreto; además se produce perdida en las propiedades mecánicas de la armadura.
