Durabilidad
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IECA Málaga, 24 de septiembre de 2009 IECA Durabilidad IECA Capí Capítulo 7 Artí Artículo 37º 37º Es la capacidad para soportar durante la vida útil las condiciones fí físicas y quí químicas a las que está está expuesta, y que podrí podrían llegar a provocar su Durabilidad degradació degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas Rafael Rueda Arriete Ingeniero de Caminos Director de IECA Zona Levante 1 IECA IECA Durabilidad IECA IECA Respuesta histó histórica a las demandas de la Sociedad • sentido comú común: esperanza de vida • estructuras de hormigó hormigón: sosté sostén de infraestructuras o edificios seguridad (añ (años 60) • elevado valor patrimonial (pú (público o privado) control de calidad (añ (años 70) • elevado perjuicio social Tecnologí Tecnología (pretensado) (añ (años 80) estructuras durables: elevada vida útil • durabilidad (añ (años 90) estrategia de durabilidad: durabilidad: proyecto, materiales, ejecució ejecución sostenibilidad (siglo XXI) • Catedral de Málaga S XVI al XVIII IECA ¿Qué sería de nuestro patrimonio cultural si en la Edad Media las catedrales y las construcciones emblemáticas no se hubieran realizado con el objetivo de que se perpetuaran a lo largo de la historia? Panteón de Adriano (120 d.c.) IECA 1.888 años IECA Vida útil Capí Capítulo 1 Artí Artículo 5º 5º. Requisitos Vida útil: perí período de tiempo desde que finaliza la ejecució ejecución, durante el que deben mantenerse las exigencias, con una conservació conservación Para garantizar la seguridad de las personas, personas, el bienestar de la sociedad y normal, que no implique operaciones de rehabilitació rehabilitación. la protecció protección del medio ambiente, ambiente, las estructuras de hormigó hormigón deberá deberán ser idó idóneas para su uso, durante la totalidad del perí período de vida útil Seguridad y funcionalidad estructural: construcció construcción y uso Seguridad en caso de incendio: minimizar riesgo usuario Higiene, salud y protecció protección al medioambiente IECA Vida útil Vida útil = Periodo de servicio CTE Estructura constituida por diferentes partes, partes, podrá podrá adoptarse diferentes valores de vida útil, segú según de su tipologí tipología y caracterí características. La Propiedad: fijará fijará previo al inicio del proyecto la vida útil nominal que no será será inferior a la de reglamentaciones especí específicas o a la tabla 5 IECA Vida útil Tipo de estructura Estrategia de durabilidad Vida útil nominal Estructuras de carácter temporal (2) Entre 3 y 10 años Elementos reemplazables que no forman parte de la estructura principal (por ejemplo, barandillas, apoyos de tuberías) Entre 10 y 25 años Edificios (o instalaciones) agrícolas o industriales y obras marítimas Entre 15 y 50 años Edificios de viviendas u oficinas, puentes u obras de paso de longitud total inferior a 10 metros 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 de longitud total igual o superior a 10 metros y otras estructuras de ingeniería civil de repercusión económica alta 100 años Edificios públicos, hospitales, colegios, recomienda 75 años IECA El Autor del proyecto define ESTRATEGIA DE DURABILIDAD que considere todos los factores de degradació degradación Deberá Deberá actuar en fase de proyecto, ejecució ejecución y uso Incorpora la vida útil a la estrategia de durabilidad Anejo 9: Consideraciones adicionales sobre durabilidad ¾ E.L.Durabilidad procesos de corrosió corrosión. Estimació Estimación vida útil IECA Consideraciones en fase de proyecto 1. Decisión sobre el valor nominal de la vida útil 2. Método simplificado IECA Propiedad Identificar el ambiente MÉTODO SIMPLIFICADO COMPROBACIÓN ESTADO LÍMITE DE DURABILIDAD 3. Estrategia de durabilidad 3. Identificar mecanismos preferentes de degradación 4. Definición, en su caso de medidas 4. Identificación del estado límite de durabilidad 5. Selección del método de comprobación especiales de mantenimiento 6. Selección de los modelos de comportamiento 7. Comprobación del estado límite 8. Establecimiento de las prescripciones de proyecto 9. Definición, en su caso, de medidas especiales de mantenimiento Consideraciones en fase de proyecto IECA Consideraciones en fase de proyecto Memoria: justificar las clases de exposició exposición Planos: tipificació tipificación del hormigó hormigón y recubrimientos HAHA-25/B/20/IIa 25/B/20/IIa Pliego: materiales, dosificaciones y procedimientos de puesta en obra Formas estructurales que faciliten evacuació evacuación del agua Apoyos, juntas, drenajes: medidas para su mantenimiento y sustitució sustitución IECA En una misma estructura diferentes tipos de ambiente o microclimas Pilares interiores, muros de contenció contención, depó depósitos, piscinas, etc. Selecció Selección formas estructurales adecuadas IECA Selecció Selección formas estructurales adecuadas IECA Evitar diseñ diseños especialmente sensibles al agua Evitar superficies sometidas a salpicaduras o encharcamientos Reducir al mí mínimo el contacto del agua - hormigó hormigón Evitar paso de agua sobre juntas y sellados Facilitar rá rápida evacuació evacuación del agua: imbornales, drenajes… drenajes… Prever acceso a todos los elementos para inspecció inspección y mantenimiento Selecció Selección formas estructurales adecuadas IECA IECA Agua: “enemiga” enemiga” relacionada con la mayorí mayoría de ataques. AISLAR IECA Consideraciones en fase de ejecución Clasificación de ambientes: clases de exposición Buena calidad de la ejecució ejecución Proceso de Curado: influencia decisiva en durabilidad Cumplir especificaciones de durabilidad en fase de ejecució ejecución No se permite compensar salvo comprobació comprobación ANEJO 9 IECA Clases generales de exposición Durabilidad de la armadura: Durabilidad: porosidad permeable Protecció Protección fí física (recubrimiento) ¾ Protecció Protección quí química (capa pasiva cará carácter alcalino hormigó hormigón) ¾ Degradació Degradación fí física (E, H y F) 9 Se puede perder por: Pérdida de alcalinidad del hormigó ón) (IIa hormigón (carbonataci (carbonatació (IIa y IIb) IIb) Ca(OH) Ca(OH)2 (PORTLANDITA) + CO2 pH < 9 9 ¾ IECA Clases específicas de exposición Durabilidad del hormigó hormigón: ¾ 9 IECA CO3Ca + H2O pé pérdida capa pasiva Difusió Difusión de cloruros de agua de mar o sales (IIIa (IIIa,, IIIb, IIIb, IIIc y IV) Corrosió Corrosión: oxí oxígeno y agua hacen el resto. Reducció Reducción secció sección y expansividad ¾ Erosió Erosión: abrasió abrasión o cavitació cavitación (E) 9 Ataque por heladas (H y F) 9 Fisuració Fisuración: retracció retracción plá plástica Degradació Degradación quí química (Qa (Qa,, Qb y Qc) Qc) 9 Acció Acción de aguas puras: disuelve la portlandita 9 Acció Acción ió ión sulfato: AC3 + sulfatos 9 Acció Acción del agua de mar: ataque ió ión sulfato e ió ión cloro ettringita secundaria (expansiva) IECA Clasificación de ambientes: clases de exposición IECA Tabla 8.2.2 Clases generales de exposición relativas a la corrosión de las armaduras CLASE GENERAL DE EXPOSICIÓN DESCRIPCIÓN Clases generales de exposició exposición: ataque a la armadura Clase Subclase Tipo de proceso I Ninguno - interiores de edificios, no sometidos a condensaciones - elementos de hormigón en masa - interiores de edificios, protegidos de la intemperie 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. - sótanos no ventilados - cimentaciones - tableros y pilas de puentes en zonas con precipitación media anual superior a 600 mm - elementos de hormigón en cubiertas de edificios 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 - construcciones exteriores protegidas de la lluvia - tableros y pilas de puentes, en zonas de precipitación media anual inferior a 600 mm 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) - edificaciones en las proximidades de la costa - puentes en las proximidades de la costa - zonas aéreas de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral - instalaciones portuarias IIIb Corrosión por cloruros - elementos de estructuras marinas sumergidas permanentemente, por debajo del nivel mínimo de bajamar en zona de mareas y salpicaduras IIIc Corrosión por cloruros - elementos de estructuras marinas situadas en la zona de carrera de mareas - zonas situadas en el recorrido de marea de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral - zonas de pilas de puentes sobre el mar, situadas en el recorrido de marea 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. - piscinas - pilas de pasos superiores o pasarelas en zonas de nieve - estaciones de tratamiento de agua. No agresiva I interiores interiores II corrosión corrosión por por carbonatación carbonatación III corrosión corrosión por por cloruros cloruros marinos marinos IV corrosión corrosión por por cloruros cloruros no no marinos marinos Normal aérea Clases especí específicas de exposició exposición: ataque al hormigó hormigón Marina Q químico químico H heladas heladas Clases generales de exposición F heladas heladas con con fundentes fundentes E erosión erosión IECA Se admite modificar la clase IIIa cuando la distancia es mayor de sumergida 500 m Clases generales de exposición La clase IIIc incluye la zona de salpicaduras 500m y hay datos O2 500m EJEMPLOS Designación Cl H 20 - zonas sumergidas de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral - cimentaciones y zonas sumergidas de pilas de puentes en el mar IECA Tabla 8.2.3a Clases específicas de exposición relativas a otros procesos de deterioro distintos de la corrosión IECA Clases específicas de exposición IECA CLASE ESPECÍFICA DE EXPOSICIÓN DESCRIPCIÓN Clase Química agresiva EJEMPLOS Subclase Designación Tipo de proceso débil Qa ataque químico - elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad lenta (ver Tabla 8.2.3.b) - instalaciones industriales, con sustancias débilmente agresivas según tabla 8.2.3.b. - construcciones en proximidades de áreas industriales, con agresividad débil según tabla 8.2.3.b. ataque químico - elementos en contacto con agua de mar - elementos situados en ambientes con contenidos de sustancias químicas capaces de provocar la alteración del hormigón con velocidad media (ver Tabla 8.2.3.b) - dolos, bloques y otros elementos para diques - estructuras marinas, en general - instalaciones industriales con sustancias de agresividad media según tabla 8.2.3.b. - construcciones en proximidades de áreas industriales, con agresividad media según tabla 8.2.3b. - instalaciones de conducción y tratamiento de aguas residuales con sustancias de agresividad media según tabla 8.2.3.b. 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) - instalaciones industriales, con sustancias de agresividad alta de acuerdo con tabla 8.2.3.b. - instalaciones de conducción y tratamiento de aguas residuales, con sustancias de agresividad alta de acuerdo con tabla 8.2.3.b. - construcciones en zonas de alta montaña - estaciones invernales media fuerte Qb Qc Sin sales fundentes H ataque hielodeshielo - 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 E abrasión cavitación Con heladas Erosión - elementos sometidos a desgaste superficial - elementos de estructuras hidráulicas en los que la cota piezométrica pueda descender por debajo de la presión de vapor del agua Elección del tipo de cemento - tableros de puentes o pasarelas en zonas de alta montaña - pilas de puente en cauces muy torrenciales - elementos de diques, pantalanes y otras obras de defensa litoral que se encuentren sometidos a fuertes oleajes - pavimentos de hormigón - tuberías de alta presión IECA Calidad del hormigó hormigón IECA EHEEHE-08 art. 37.3.6 ¾ “Una forma de garantizar la durabilidad del hormigó hormigón, así así como su Ataque por agua de mar: elemento de - HM sumergido o en carrera de mareas (I + Qb) Qb) Cemento MR - HA o HP sometido a ambiente tipo IIIb ó IIIc ¾ hormigó hormigón con una permeabilidad reducida. Para obtenerla son decisivas la elecció elección de una relació relación agua/cemento suficientemente baja, la En presencia de sulfatos: (clase especí específica Qb y Qc) Qc) - SO42-≥ 600 mg/l en aguas - SO42-≥ 3.000 mg/kg en el caso de suelos. colaboració colaboración a la protecció protección de las armaduras consiste en obtener un Cemento SR Sulfatos en suelos: Cimentaciones El ataque por sulfatos únicamente es má más nocivo que el de agua de mar: ClCl- y sulfatos compactació compactación idó idónea del hormigó hormigón, un contenido adecuado de cemento y la hidratació hidratación suficiente de éste, conseguida por un cuidadoso curado” curado” IECA Calidad del hormigó hormigón Selecció Selección de materias primas: cemento ANEJO 4 Dosificació Dosificación adecuada Parámetro de dosificación Máxima Relación a/c Mínimo contenido de cemento (kg/m3) ¾ Máxima relació relación A/C ¾ Mínimo contenido de cemento Dos o má más clases especí específicas de exposició exposición: el má más restrictivo Tabla 37.3.2.a Tabla 37.3.2.b Resistencias mí mínimas recomendadas CLASE DE EXPOSICION Tipo de hormigón I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E En masa 0,65 - - - - - - 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Armado 0,65 0,60 0,55 0,50 0,50 0,45 0,50 0,50 0,50 0,45 0,55 0,50 0,50 Pretensado 0,60 0,60 0,55 0,45 0,45 0,45 0,45 0,50 0,45 0,45 0,55 0,50 0,50 En masa 200 - - - - - - 275 300 325 275 300 275 Armado 250 275 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300 Pretensado 275 300 300 300 325 350 325 325 350 350 300 325 300 Calidad del hormigó hormigón IECA Calidad del hormigó hormigón IECA Impermeabilidad del hormigó hormigón: ¾ ¾ ¾ comprobació comprobación experimental determinació determinación de la profundidad de penetració penetración de agua bajo presió presión UNEUNE-EN 1239012390-8 clases generales III ó IV y cualquier clase especí específica CLASE DE EXPOSICION Parámetro de dosificación Tipo de hormigón Resistencia mínima (N/mm²) Masa 20 -- -- -- -- Armado 25 25 30 30 30 Pretensado 25 25 30 30 35 35 I IIa IIb IIIa IIIb IIIc IV Qa Qb Qc H F E -- -- 30 30 35 30 30 30 35 30 30 30 35 30 30 30 35 30 35 35 30 30 30 HA-25/B/20/IIIA ? Ensayo de penetració penetración al agua bajo presió presión IECA IECA Calidad del hormigó hormigón Calidad del hormigó hormigón: Mínimo contenido aire ocluido IECA Aireantes: Aireantes: red de capilares en el hormigó hormigón Dosificació Dosificación adecuada: Sin aire ocluido ¾ Mínimo contenido aire ocluido 4,5 % (F) ¾ Utilizació Utilización cemento SR (obligatorio Qb y Qc) Qc) ¾ Utilizació Utilización cemento MR (obligatorio IIIb y IIIc) IIIc) ¾ Resistencia a la erosió erosión fck ≥ 30 MPa ¾ Resistencia reacciones áridorido-álcali Calidad del hormigó hormigón IECA Aireantes: Aireantes: aire ocluido 4,5 a 6% Pavimentos de hormigó hormigón afectados por la helada Con aire ocluido Calidad del hormigó hormigón: Utilizació Utilización cemento SR y MR IECA Ataque por sulfatos: formació formación de ettringita Compuestos expansivos Utilizació Utilización cemento SR (obligatorio Qb y Qc) Qc) Sulfatos en suelos: Cimentaciones El ataque por sulfatos únicamente es má más nocivo que el de agua de mar: Cl- y sulfatos Calidad del hormigó hormigón: Resistencia a la erosió erosión Por abrasió abrasión (desgaste superficial) o cavitació cavitación (succió (succión) Resistencia mí mínima fck ≥ 30 MPa Árido fino cuarzo o de similar dureza LA < 30 Contenidos de cemento máximos segú según TM del árido Curado prolongado Pavimentos, presas, pilas de puente, tuberí tuberías a presió presión, diques Erosió Erosión por cavitació cavitación. Cuenco amortiguador IECA IECA Erosió Erosión por cavitació cavitación Calidad del hormigó hormigón IECA IECA Puesta en obra correcta Art.71º Art.71º Curado del hormigó hormigón Resistencia acorde con comportamiento estructural cumpliendo durabilidad IECA Recubrimientos IECA Separadores El recubrimiento es la distancia entre la superficie exterior de la armadura (incluyendo cercos y estribos) y la superficie del hormigó hormigón má más cercana. Planos. Define separadores En cualquier punto. Control Separadores IECA IECA Recubrimientos En las armaduras pasivas o activas pretesas, pretesas, los recubrimientos mí mínimos deberá deberán cumplir las siguientes condiciones: • armaduras principales: • rmin ≥ ø barra (o ø equivalente grupo de barras) • rmin ≥ 0,80 TM, TM, salvo disposició disposición de armaduras dificulte el paso del hormigó hormigón, en cuyo caso se tomará tomará 1,25 TM IECA Recubrimientos IECA Recubrimientos EHEEHE-08 Cualquier armadura pasiva (incluso estribos) o activa pretesa el rmin no será será inferior, en ningú ningún punto, a los valores recogidos en las tablas 37.2.4.1.a, b y c Tabla EHEEHE-98: ESTADO LÍ LÍMITE DURABILIDAD IECA ANEJO 9 ESTADO LÍ LÍMITE DURABILIDAD ANEJO 9 IECA EL de durabilidad: cuantificar vida útil Fallo producido al no alcanzarse la vida útil de proyecto de la estructura, debido a que los procesos de degradació degradación del hormigó hormigón o armaduras alcancen el grado corrosió corrosión de las armaduras por carbonatació carbonatación corrosió corrosión de las armaduras por cloruros ataque quí químico al hormigó hormigón ataque por ciclos hielohielo-deshielo en el hormigó hormigón ataque por sales fundentes en el hormigó hormigón abrasió abrasión o cavitació cavitación Modelos ANEJO 9 suficiente para impedir que la estructura cumpla requisitos bá básicos t L > t d = γt ⋅ t g tL valor estimado de la vida útil γt coeficiente de seguridad (1,10) td valor de cálculo de la vida útil tg vida útil de proyecto Bibliografía espacializada ESTADO LÍ LÍMITE DURABILIDAD ANEJO 9 ESTADO LÍ LÍMITE DURABILIDAD corrosió corrosión de las armaduras por carbonatació carbonatación ⎛ d t L = ti + t p = ⎜⎜ ⎝ KC IECA 2 ⎞ 80 d ⎟⎟ + ⋅ ⎠ Φ Vcorr corrosió corrosión de las armaduras por cloruros ⎛ d t L = ti + t p = ⎜⎜ ⎝ K Cl 2 ⎞ 80 d ⎟⎟ + ⋅ ⎠ Φ Vcorr IECA Recubrimientos Trecubrimiento ANEJO 9 Elecció Elección del valor nominal de la vida útil o vida útil de proyecto tg Elecció Elección coeficiente de seguridad de vida útil γt Identificar clases exposició exposición y proceso predominante de degradació degradación Selecció Selección del modelo de durabilidad de cada proceso de degradació degradación Aplicar modelo y estimar vida útil de servicio de la estructura tL Comprobació Comprobación del EL para cada proceso de degradació degradación tL > γt * tg Medidas especiales de protecció protección IECA IECA Casos de especial agresividad, cuando las medidas normales de protecció protección no se consideren suficientes, se podrá podrá recurrir a sistemas especiales de protecció protección: Tiempo en que el hormigó hormigón del recubrimiento protege a la armadura Trecubrimiento = ƒ (rmin2) ¾ revestimientos superficiales: productos especí específicos segú según serie UNEUNE-EN 150 ¾ protecció protección armaduras mediante revestimientos (armaduras galvanizadas) ¾ protecció protección cató catódica de las armaduras, ¾ armaduras de acero inoxidable, segú según UNE 36067 ¾ aditivos inhibidores de la corrosió corrosión Las protecciones pueden tener una vida útil menor que estructura: mantenimiento Valores má máximos abertura de fisura IECA Valores má máximos abertura de fisura IECA Limitar abertura de fisura: ¾ consideraciones funcionales ¾ de aspecto y ¾ durabilidad Influencia corrosió corrosión de armaduras: abertura y orientació orientación Valores má máximos funció función de la clase de exposició exposición ambiental (tabla 5.1.1.2) Conclusiones Durabilidad: continuidad planteamiento EHEEHE-98 Métodos simplificados “recetas” recetas” IECA Conclusiones IECA Debe estar presente en fases de: ¾ Proyecto: ambientes, buen diseñ diseño… ¾ Hormigó Hormigón: contenido de cemento, relació relación a/c ¾ Ejecució Ejecución: puesta en obra y curado ¾ Uso Cuantificar la Vida Útil Nuevo Estado Lí Límite de Durabilidad El control de la dosificació dosificación se hace indirectamente mediante el ensayo de penetració penetración de agua bajo presió presión (certificado dosif.) dosif.) IECA Resistencia ≠ Buen hormigó hormigón Conclusiones 1º: Una dosificación adecuada: • Compacidad • Baja porosidad permeable 2º: Puesta en obra adecuada: • Compactación • Curado IECA Málaga, 24 de septiembre de 2009 IECA Gracias por su atención Rafael Rueda Arriete Ingeniero de Caminos Director de IECA Zona Levante IECA
