corrosión de las armaduras del hormigón armado en ambiente marino

544 Pages·2007·7.57 MB·Spanish

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS,
CANALES Y PUERTOS

TESIS DOCTORAL

CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS DEL
HORMIGÓN ARMADO EN AMBIENTE MARINO:
ZONA DE CARRERA DE MAREAS Y
ZONA SUMERGIDA

MIGUEL ÁNGEL BERMÚDEZ ODRIOZOLA.
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.

Madrid, octubre de 2007
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS DE CAMINOS,
CANALES Y PUERTOS

TESIS DOCTORAL

CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS DEL
HORMIGÓN ARMADO EN AMBIENTE MARINO:
ZONA DE CARRERA DE MAREAS Y
ZONA SUMERGIDA

Autor: Miguel Ángel Bermúdez Odriozola.
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.

Directora: Mª Pilar Alaejos Gutiérrez.
Doctora Ingeniera de Caminos, Canales y Puertos.

Madrid, octubre de 2007
TESIS DOCTORAL

CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS DEL HORMIGÓN ARMADO EN AMBIENTE
MARINO: ZONA DE CARRERA DE MAREAS Y ZONA SUMERGIDA

Autor:
Miguel Ángel Bermúdez Odriozola

Directora de Tesis:
Mª Pilar Alaejos Gutiérrez

Tribunal nombrado por el Mgfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de
Madrid, el día de de 2007.

PRESIDENTE:

VOCAL:

VOCAL:

VOCAL:

VOCAL SECRETARIO:

Acuerda otorgarle la calificación de:

Madrid, de de 2007
AGRADECIMIENTOS

Quiero expresar mi agradecimiento a Mª Pilar Alaejos Gutiérrez, directora de esta tesis,
por su dedicación, su respaldo, sus acertados consejos, y por creer en el buen fin de este
trabajo.

También quiero dar las gracias a la Dirección General del CEDEX, especialmente al
Laboratorio Central de Estructuras y Materiales, sus iniciativas para fomentar la
formación de postgrado y la realización de tesis doctorales.

Se agradece a Puertos del Estado, y en especial a D. Juan Ignacio Grau, el interés por el
tema planteado y por la financiación del estudio que ha permitido la realización de esta
tesis.

Del mismo modo quiero expresar mi agradecimiento a las Autoridades Portuarias a las
que pertenecen los Muelles inspeccionados, por su inestimable colaboración y las
facilidades otorgadas para poder llevar a cabo el trabajo de campo, en el que se ha basado
el estudio experimental.

Asimismo, se agradece a la Demarcación de Madrid del Colegio de Ingenieros de
Caminos, Canales y Puertos el apoyo ofrecido a través de sus becas para la realización de
tesis doctorales.

Finalmente quiero manifestar mi reconocimiento al personal del Laboratorio Central de
Estructuras y Materiales del CEDEX, por su buena voluntad y el apoyo prestado durante
el desarrollo de este trabajo. Por ello no me puedo olvidar de Víctor, Félix, Pepe, Juan
José, Marta, Javier y Antonio.

IV
RESUMEN

El objetivo de la presente tesis se enmarca dentro de las necesidades fijadas por Puertos
del Estado, que trataba de desarrollar un “Manual para el diseño y la ejecución de cajones
de hormigón estructural”, en el que se incluían apartados específicos relativos a los
materiales que debían utilizarse y a las medidas necesarias que se debían adoptar para
garantizar la durabilidad del hormigón de la estructura.

La tesis que se presenta pretende contribuir al mejor conocimiento del comportamiento
del hormigón armado en ambiente marino con fines normativos, abordando aspectos
relativos tanto a la calidad exigible al hormigón situado en este ambiente, como a la
selección del método de ensayo adecuado para evaluar la durabilidad del hormigón
armado, de modo que pueda utilizarse como ensayo de control de calidad.

A partir del Estudio Bibliográfico realizado se han detectado diversas lagunas en el
tratamiento de la corrosión por cloruros en ambiente marino, para cuya resolución se ha
planeado un estudio experimental, consistente en el análisis del hormigón de siete
Muelles españoles construidos con cajones flotantes. Sobre los testigos extraídos de estos
cajones se han realizado una serie de ensayos (resistencia a compresión, velocidad de
transmisión de ultrasonidos, penetración de agua bajo presión, porosidad abierta,
absorción de agua, capilaridad, permeabilidad al oxígeno, determinación química del
contenido de cloruros y profundidad de carbonatación) que han permitido seleccionar un
método de ensayo para controlar la calidad del hormigón.

Además, se ha generado una base de datos de velocidades de penetración de cloruros a
partir de los datos experimentales y de la revisión bibliográfica realizada, que ha
permitido desarrollar un modelo de difusión de cloruros, válido para hormigones
fabricados con cemento pórtland normal o con adiciones minerales; el modelo se ha
utilizado para determinar la calidad necesaria del hormigón en ambiente marino
sumergido y de carrera de mareas.

Por último, se ha estudiado el efecto que tiene curar el hormigón con agua de mar sobre
sus características físicas y mecánicas, así como sobre la penetración de cloruros.
V
ABSTRACT

The objective of this Thesis fits into the interests fixed by Ports of Spain, who was trying
to develop a “Handbook for design and construction of reinforced concrete caissons”,
which included specific sections related to materials to be used and measures to
guarantee the durability of concrete.

This Thesis aims to contribute to a better understanding of reinforced concrete’s
behaviour in marine environment, for regulation purposes, considering aspects related
both to the concrete quality required in this environment and to the selection of a suitable
test method to assess reinforced concrete’s durability, which could be used as quality
control test method.

From the State-of-the-Art developed, several gaps have been detected in the knowledge
of chloride’s corrosion of concrete, so an experimental programme has been designed to
solve these gaps, consisting on studying the concrete of seven Spanish Wharves made of
caissons. Several tests (compressive strength, ultrasonic pulse velocity, water penetration
under pressure depth, water porosity, water absorption, capillarity, oxygen permeability,
acid-soluble chloride content and carbonation depth) have been carried out on concrete
cores from these caissons, leading to the selection of a test method to assess concrete
quality.

Also a chloride diffusion rate model (for OPC and blended cement concretes) has been
developed from data obtained from the State-of-the-Art review and from this
experimental programme; the model has been used to set up the concrete quality required
in submerged and tidal zone marine environments.

Finally, it has been studied the effect of curing concrete with seawater on its mechanical
and physical properties, as well as on chloride penetration rate.

VI
ÍNDICE DE CONTENIDOS

ÍNDICE

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO 2: OBJETIVOS 4
CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA 8
1. ESTUDIO BIBLIOGRÁFICO PARA CONOCER EL ESTADO
8
ACTUAL DEL CONOCIMIENTO
2. DEFINICIÓN DE LOS PRINCIPALES OBJETIVOS A DETERMINAR 9
3. PLANIFICACIÓN DEL TRABAJO EXPERIMENTAL 10
3.1. Recopilación de información sobre los hormigones utilizados en
10
los cajones portuarios.
3.2. Inspección de la obra y extracción de testigos. 10
3.3. Planificación de ensayos sobre los testigos. 11
3.4. Análisis de los resultados. 12
CAPÍTULO 4: ESTADO DEL ARTE. CORROSIÓN DE LAS

ARMADURAS EN EL HORMIGÓN SITUADO EN
14
AMBIENTE MARINO
1. INTRODUCCIÓN 14
2. ASPECTOS GENERALES 17
2.1. Definición de corrosión. 17
2.2. Formas de corrosión. 17
VII
ÍNDICE DE CONTENIDOS

2.3. La corrosión del acero en el hormigón. 19
2.3.1. Pasivación del acero en el hormigón: el diagrama de
Pourbaix. 20
2.3.2. Proceso de la corrosión. 24
2.3.3. Tipos de corrosión en las armaduras. 27
2.3.4. Causas de desprotección. 28
3. EL AMBIENTE MARINO: LA CORROSIÓN DEL ACERO EN EL
HORMIGÓN POR LA ACCIÓN DE LOS CLORUROS. 32
3.1. Acción de los cloruros. 32
3.2. Tipos de cloruros. 34
3.3. Procedencia de los cloruros. 36
3.4. Penetración de cloruros en el hormigón 37
3.4.1. Mecanismos de penetración de cloruros. 37
3.4.2. Velocidad de penetración de cloruros. 39
3.4.3. Factores que influyen en la velocidad de penetración de
cloruros. 46
3.4.4. Concentración de cloruros en superficie. 54
3.5. Contenido crítico de cloruros. 55
3.5.1. Cálculo teórico del contenido crítico de cloruros. 56
3.5.2. Valores experimentales del contenido crítico de cloruros. 59
4. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSIÓN 62
4.1. Recubrimiento de hormigón. 63
VIII
ÍNDICE DE CONTENIDOS

4.2. Permeabilidad del recubrimiento. 63
4.3. Contenido de cemento. 64
4.4. Tipo de cemento. 64
4.5. Estado superficial del acero. 67
4.6. Condiciones ambientales. 68
4.7. Resistividad eléctrica. 69
4.8. Contenido de cloruros. 70
4.9. Fisuración del hormigón. 70
4.9.1. Anchura de fisura. 72
4.9.2. Profundidad de la fisura. 73
4.9.3. Tipos de fisura. 73
4.10. Estado tensional del hormigón. 77
4.11. Predicción de vida útil. 77
5. SINTOMATOLOGÍA 81
6. TÉCNICAS DE DETECCIÓN 85
6.1. Inspección visual. 85
6.2. Profundidad de carbonatación. 87
6.3. Contenido de cloruros y representación del perfil de
profundidades. 89
6.4. Técnicas para determinar el coeficiente de difusión de cloruros. 93
6.5. Inspección del espesor de recubrimiento. 96
IX
ÍNDICE DE CONTENIDOS

6.6. Inspección del potencial de media pila. (ASTM C 876). 97
6.6.1. Concepto 97
6.6.2. Realización de la medida 97
6.6.3. Limitaciones del ensayo e interpretación de resultados 98
6.7. Medidas de la resistencia a polarización lineal. 103
6.7.1. Concepto 103
6.7.2. Realización de la medida 105
6.7.3. Interpretación de los resultados 109
6.7.4. Limitaciones del ensayo 110
6.8. Medidas de resistividad. 114
6.8.1. Concepto 114
6.8.2. Realización de la medida 114
6.8.3. Interpretación de los resultados 116
6.8.4. Limitaciones del ensayo 119
6.9. Inspecciones con el radar de sub-superficie. 121
6.10. Medida de la corriente galvánica. 122
6.11. Medida de la resistencia eléctrica. 123
6.12. Espectroscopía de la impedancia electroquímica. 123
6.13. Técnicas transitorias. 125
6.14. Ruido electroquímico. 126
6.15. Curvas de polarización 127
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