Transporte de cloruros y corrosión de armaduras en hormigones expuestos a una atmósfera marina mediterránea. Estudios de laboratorio e in situ

Abstract

El problema de la corrosión de las armaduras, especialmente en estructuras ubicadas en ambiente marino, viene siendo estudiado desde hace décadas, dadas las implicaciones que comporta. Este trabajo, pretende aportar información a este respecto desde tres puntos de vista. En primer lugar, mediante un estudio del comportamiento frente a la corrosión de un cemento comercial con adiciones. Por otro lado, a partir del estudio de la viabilidad del empleo de una técnica no destructiva, diferente a las tradicionales, para la detección temprana de fisuras originadas por la corrosión de armaduras. Por último, se ha llevado a cabo una campaña de toma de datos de una estructura portuaria que permite realizar un análisis, a 13, 20 y 30 años, de la evolución del hormigón empleado para su construcción. Los datos recopilados de estas tres campañas se han empleado para realizar una estimación de la vida en servicio de dicha estructura a partir de un modelo probabilístico de cálculo de vida útil. La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) pone de manifiesto la necesidad de contribuir a la sostenibilidad. Una manera de hacerlo, desde el punto de vista de la construcción, es mediante el empleo de cementos con adiciones. La producción de una tonelada de cemento genera de entre 600 y 700 kilos de CO2. Los cementos con adiciones, poseen menos cantidad de clínker, contribuyendo así a reducir las emisiones de dióxido de carbono. En este trabajo, los cementos empleados contienen adición de cenizas volantes, las cuales son un residuo pulverulento de las centrales de combustión de carbón. En este sentido, se ha estudiado la viabilidad del empleo de un cemento con alto porcentaje de sustitución de clínker por ceniza volante en una zona ubicada en ambiente marino. El problema particular de las estructuras de hormigón armado expuestas al ambiente marino es la corrosión de las armaduras producida por la llegada de los cloruros provenientes del agua de mar hasta las barras de acero. Las características que los cementos con cenizas volantes confieren al hormigón ha venido estudiándose durante años, sin embargo, algunos aspectos relacionados con su exposición marina están menos explorados. El parámetro por excelencia, empleado para el estudio del transporte de dichos iones, es el coeficiente de difusión. El uso de este coeficiente al hablar del transporte en ambiente marino implica suponer que la difusión es el mecanismo predominante de entre todos los que se pueden dar. La mayor parte de los trabajos dedicados a la realización de ensayos para la obtención del coeficiente de difusión, parten de un curado mínimo de 28 días para el material estudiado. Sin embargo, es muy común que las estructuras ubicadas en ambiente marino se hormigonen in situ, entrando en contacto con el agente agresivo desde el inicio, sin poder disponer de un curado previo. Además, la mayoría de estudios emplean dicha adición pero sin superar el 30% de sustitución del clínker por ceniza volante. En este estudio, se han empleado dos cementos comerciales con dos grados de sustitución de clínker por cenizas volantes, CEM II (25%) y VEM IV(45%). Se ha estudiado su comportamiento en difusión desde edades tempranas a partir de ensayos de migración forzada, así como los posibles cambios microestructurales que tienen lugar desde el fraguado hasta los 75 días de edad. En vista del buen comportamiento en difusión del cemento tipo IV a partir de los 75 días, y del refinamiento de la microestructura que supone el uso de esta adición, se han complementado estos resultados con un estudio del transporte de cloruros del cemento con mayor contenido en ceniza volante (CEM IV) frente a uno portland ordinario (CEM I) pero tras un curado de 90 días. En este caso, el transporte por difusión se dio en combinación con el transporte por capilaridad. Los resultados muestran que, respetando este tiempo de curado, la difusividad del cemento tipo IV es menor que la del cemento tipo I, sin embargo el avance de cloruros por capilaridad es más rápido en el cemento tipo IV. Por último, se ha realizado un estudio comparativo del comportamiento en corrosión de dos hormigones, uno elaborado con cemento tipo IV y otro con cemento tipo I y poniendo el material en contacto con el agresivo a muy temprana edad (7 días de curado). Se ha observado que el cemento con adiciones presenta valores de intensidad de corrosión iguales o ligeramente menores que el portland ordinario incluso a edades iniciales. En todos los casos, la contaminación por cloruros se hizo sumergiendo las probetas parcialmente en una disolución de NaCl al 3% simulando el contacto con agua de mar. Los resultados revelan la viabilidad del empleo de un cemento con alto contenido de ceniza volantes para estructuras en ambiente marino, desde edades tempranas. Dada la importancia de la corrosión de las armaduras que presentan las estructuras ubicadas en ambiente marino, se ha planteado la posibilidad del empleo de ultrasonidos como técnica no destructiva capaz de detectar la microfisuración inical debida a la corrosión de las armaduras. Para poder detectar fisuras de dimensiones tan pequeñas, en lugar de llevar a cabo un análisis de la Velocidad del Pulso Ultrasónico, se ha realizado un estudio de la evolución de los fenómenos de segundo orden frente a la corrosión. La relación entre los subarmónicos parece ser un buen indicativo de la aparición de fisuras por corrosión. Por último, se ha llevado a cabo una campaña de toma de muestras en el muelle 17 del Puerto de Alicante (año 2014), complementando así las dos campañas previas realizadas en los años 1997 y 2004. Los resultados indican que existe una relación entre la cantidad de cloruros que han penetrado en el hormigón y la orientación de las distintas partes de la estructura. En concreto, existe una relación entre la cantidad de cloruros y los vientos predominantes, así como el oleaje más significativo de la zona. El coeficiente e difusión por el contrario, no parece presentar una relación clara con la orientación. El valor de vida útil estimado a partir del modelo probabilístico empleado en este trabajo está comprendido entre 5 y 13 años.