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Reparación y protección de las estructuras de hormigón en las obras hidráulicas El hormigón es el material por excelencia en la construcción. Es el que se utiliza con mayor frecuencia tanto en obra civil como en edificación. En este artículo, el autor nos enumera las causas que pueden deteriorar el hormigón en las obras hidráulicas y nos describe los distintos tipos de protección que se pueden adoptar en cada caso. Por: Manuel Cañabate Santos, Ingeniero Técnico de Obras Públicas

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l hormigón está compuesto por agua, áridos (finos y gruesos), cemento -cuya misión es mantener la cohesión del material al mezclarse con agua y formar la pasta-, y aditivos que dan propiedades al hormigón durante o después de su colocación.

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El hormigón tiene una excelente resistencia a compresión, pero su gran importancia se debe a la combinación entre éste y el acero formando el hormigón armado con el cual se pueden realizar multitud de obras con una variedad muy importante de formas y sistemas,

al conseguir que el acero absorba los esfuerzos de tracción y el hormigón los esfuerzos a compresión. A pesar de la resistencia del hormigón, de un cálculo adecuado y de una cuidada puesta en obra existen una serie de factores que

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OBRAS HIDRÁULICAS pueden contribuir a variar las características del hormigón y contribuir a su deterioro.

cuencia en una desprotección de las armaduras dejándolas expuestas a la corrosión.

La masa de cemento que mantiene su cohesión está compuesta por hidratos alcalinos, existiendo muchos procesos y ataques químicos que alteran a estos hidratos con facilidad. La buena puesta en obra del hormigón y su adecuado vibrado no evitan totalmente que el hormigón sea un material poroso con pequeños intersticios por donde el agua u otras sustancias pueden penetrar y atacar la mezcla. Igualmente el acero se puede corroer en presencia de humedad, oxigeno e iones tales como los cloruros.

Degradación por ataques de ácidos

DEGRADACIÓN DEL HORMIGÓN Podemos clasificar en diversas categorías las causas que originar el deterioro del hormigón. Degradación del hormigón por causas químicas Esta degradación se produce cuanto entran en contacto sustancias químicas ambientales con la mezcla del cemento, generando una reacción química que afecta a la cohesión del hormigón. Estas sustancias pueden ser ácidos, álcalis, gases aceites, grasas, y la conse-

Estos ataques pueden ser debidos a sustancias naturales o a productos fabricados tales como ácidos sulfúrico, clorhídrico, nítrico. En depuración y saneamiento también es posible la formación de ácido sulfúrico. Se produce una reacción química tipo ácido-base, disolviendo el cemento en una primera etapa y debilitando el hormigón al reaccionar los ácidos líquidos con el hidróxido de calcio de la mezcla del cemento. A continuación se genera la eliminación de los álcalis por lixiviación al arrastrar los compuestos líquidos a los sólidos.

calcio. También se hallan en procesos industriales de elaboración de productos químicos y petroquímicos y en la industria petrolífera, del papel y de la minería. Igualmente se encuentran disueltos en aguas residuales urbanas. Los sulfatos al penetrar en el hormigón, reaccionan con la mezcla del cemento formando compuestos químicos que ocupan un volumen mayor, originando expansiones que hacen que el hormigón se fisure y se rompa. Degradación del hormigón por ataques de Cloruros

Degradación por ataques de Sulfatos

El hormigón al estar expuesto a fuentes exteriores de cloruros (sales) puede deteriorarse por corrosión de las armaduras. En la fabricación del hormigón armado, la película inicial de la corrosión de la armadura, corrosión positiva, se detiene siempre que la película no cambie ayudado por el ambiente de pH alto creado por los álcalis presentes en la mezcla del cemento.

Los sulfatos, al igual que los ácidos, se producen debido a sustancias naturales o a productos fabricados. En la naturaleza de encuentran sulfatos de varios metales como el sodio, el magnesio, el potasio o el

Cuando la humedad y los iones de cloruro penetran en el hormigón por porosidad o fisuración, llegan al acero, lo corroen, aumenta de volumen las armaduras produciendo una expansión, el aumentar

Ello origina una desaparición de los áridos finos, quedando expuestos los áridos gruesos y posibilitando la corrosión de las armaduras.

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éste, que rompe el hormigón apareciendo fisuras que permiten que penetre más humedad, cloruros, oxígeno, aumentando la corrosión de las armaduras. El indicio principal de la corrosión de las armaduras por cloruros es el sangrado de los productos de la corrosión y el cuarteamiento del mismo. Degradación del hormigón por ataques microbiológicos Son producidos por microorganismos tales como las bacterias y otros organismos marinos minúsculos que causan la degradación del hormigón al reaccionar estas bacterias con productos químicos a los que está expuesto el hormigón. El ataque más frecuente se produce en sistemas de depuración de aguas residuales por el sulfúrico producido en la reacción entre las bacterias y los compuestos químicos presentes en las aguas residuales, originando la disolución de la lechada superficial y los áridos finos, dejando expuesto el árido grueso. Igualmente los moluscos marinos producen daños en el hormigón, abriendo poros y fisuras dentro del mismo permitiendo penetrar el agua y los cloruros hasta las armaduras y corroerlas.

Degradación del hormigón por causas físicas

Degradación por Ciclos de Hielo-Deshielo.

Son debidos a daños físicos por objetos externos o equipos, como por ejemplo daños por abrasión, por erosión por arrastres de sólidos disueltos en agua y daños causados por ciclos hielo deshielo.

Estos ciclos provocan deterioros en el hormigón. El hormigón sufre mas daño en la fase de congelación del ciclo, el agua atrapada en los poros del hormigón se expande por congelación produciendo grietas y roturas en el mismo en forma de escamas o lajas al producirse el ciclo de deshielo y derretir el agua. La siguiente fase de congelación producirá una solidificación del agua y el hielo formado abrirá más las fisuras haciendo palanca

Degradación del hormigón por abrasión Se origina por desgastes en el hormigón producidos por causas mecánicas debidos a golpes, arrastres, tráfico de vehículos, originando un desgaste de la lechada superficial y los áridos finos, dejando expuesto el árido grueso que se disgrega por la abrasión constante a la que está sometido. Degradación del hormigón por erosión Son daños producidos en el hormigón por el desgaste que originan los líquidos con materias sólidas en suspensión, desgastando la lechada superficial y el árido fino, siendo su degradación muy intensa al cabo del tiempo. Otro tipo de erosión es la producida por cavitación y se origina por la turbulencia de los líquidos al contactar con el hormigón, que contienen burbujas de aire que pegan contra el hormigón desgastándolo.

Materiales de protección superficial

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Degradación del hormigón por causas térmicas El hormigón se expande o se contrae al aumentar o disminuir la temperatura pudiendo causar fisuración y agrietamiento en el hormigón. El otro efecto de la temperatura sobre el hormigón es por las diferencias de conductividad térmica entre la armadura y el hormigón que la rodea. Al conducir el calor mucho más rápido el acero que el hormigón, la diferencia de expansión entre ambos materiales será distinta causando un agrietamiento y fisuración en el hormigón. TIPOS DE PROTECCIÓN DEL HORMIGÓN En este artículo vamos a tratar solamente aquellos aspectos refe-

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rente a la protección del hormigón relacionados con obras hidráulicas en general aquellas que transportan, almacenan o depuran aguas para abastecimiento o saneamiento, (canales, depósitos, presas, estaciones de tratamiento)

• Rotura de la estructura de hormigón por gritas y fisuras.

En el hormigón podemos realizar protecciones de MANTENIMIENTOS CORRECTIVOS, que son aquellos que tienen por objeto el restituir la función de uno o más elementos de una estructura de hormigón que las ha perdido.

Causas que pueden provocar esta consecuencia. Erosión de las superficies de hormigón en contacto con el agua.

También podemos realizar MANTENIMIENTOS PREVENTIVOS, que son aquellos que se ejecutan para impedir la acción de agentes agresivos sobre una estructura de hormigón existente y mejorar el funcionamiento de la misma. MANTENIMIENTOS CORRECTIVOS Se realizan para restituir la función de la estructura que ha perdido y que provoca las siguientes consecuencias.

• Zonas muy coquerosas y porosas. Pérdidas de la capacidad de transporte

Formación de concreciones en las superficies de hormigón en contacto con el agua. Pérdidas de la capacidad resistente de la estructura Causas que pueden provocar esta consecuencia. • Movimientos que pueden originar grietas y fisuras. • Ataque del agua a materiales férricos.

Para ello se llevarán a cabo mantenimientos que conserven el volumen contenido, generalmente realizando impermeabilizaciones de superficies; mantenimientos que conserven la capacidad de transporte, haciendo tratamientos antierosión de las superficies de hormigón, y mantenimientos que conserven la capacidad resistente de la estructura, estableciendo tratamientos impermeabilizantes en hormigones armados y pretensazos. También se pueden realizar mantenimientos que mejoren significativamente las estructuras de hormigón y sus instalaciones correspondientes, aunque no tengan una pérdida de funcionalidad significativa en alguno de sus elementos, puedan ser susceptibles mejoras tendentes al aumento de sus capacidades, de su seguridad y en una disminución de los gastos conservación. MATERIALES PARA LA PROTECCION DEL HORMIGÓN

• Ataques del vapor de agua.

RECUPERACIÓN DE SECCIONES

Pérdidas de volumen contenido • Ataques de vapores de gases. Causas que pueden provocar esta consecuencia. • Rotura de las juntas de Impermeabilización o inexistencia de éstas. • Retracción entre bloques de hormigón en las distintas fases de ejecución.

MANTENIMIENTOS PREVENTIVOS Como hemos definido anteriormente, estos mantenimientos se realizarían para impedir el deterioro de las estructuras de hormigón por la acción de agentes agresivos externos.

Se puede emplear HORMIGÓN en el caso de que la recuperación de secciones sea de grandes espesores, para lo cual es conveniente para el funcionamiento homogéneo final de la estructura que las propiedades finales del hormigón sean la más similares posibles al del hormigón existente

Recuperación de Secciones

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En el caso de que las secciones y espesores a recuperar sean pequeñas y no permitan la utilización de hormigón, se utilizarán MORTEROS CON BAJO VALOR DE RETRACCION, cuyo módulo de elasticidad sea próximo al del hormigón a reparar y que los coeficientes de dilatación sean lo más similares posibles en el caso de que la estructura de hormigón se encuentre sometida a diferencias térmicas considerables.

MATERIALES DE PROTECCIÓN SUPERFICIAL Se pueden emplear Polímeros Sintéticos y Morteros. Polímeros Sintéticos Son adecuados para estar en contacto con agua los polímeros sintéticos líquidos, más conocidos como resinas bien de naturaleza epoxi o de poliuretano dado que su comportamiento en inmersión de agua, en ambiente húmedo y resistencias a los ácidos y los álcalis es muy bueno, también los acrílicos son adecuados para reparación de estructuras no sumergidas. También son aplicables en algunos tratamientos los polímeros sintético sólidos (plásticos), siempre con un cuidado exquisito en su puesta en obra para evitar que poros o puntos falsos de unión puedan puentear la protección.

Morteros El mortero más adecuado para la protección superficial de estructuras de hormigón es el mortero hidráulico polimérico (MHP), predosificado y armado ya que su proceso de fabricación ofrece la seguridad de que sus propiedades finales sean siempre las mismas. REQUISITOS DE LOS MATERIALES DE PROTECCIÓN Aunque es idea del autor es definir con detalle los posibles tratamientos a realizar en la protección del hormigón, en artículos futuros, vamos a definir aquellos requisitos que deben cumplir aquellos materiales que empleemos para la protección y reparación de las estructuras de hormigón hidráulicas.

ADHERENCIA La adherencia real al soporte depende de la cohesión del mismo, y en algunos casos la cohesión del substrato de hormigón es muy débil. Lo ideal es que su valor fuera igual a la resistencia a tracción del material del soporte. Es normal una adherencia del material al soporte del orden de 15 Kg/m2

cualquiera de sus poros es inferior a la molécula de agua, o al atravesar el agua el espesor del tratamiento, las fuerzas de rozamiento anulan su velocidad de movimiento, luego el espesor del tratamiento tiene que ser suficiente y adecuado.

BAJA ABSORCIÓN DE AGUA El volumen de poros existentes en el material, abiertos en la zona de contacto con el agua debe de ser lo menor posible para evitar su destrucción por los ciclos hielo-deshielo, evitar la creación de microorganismos y logra una mayor resistencia a agentes agresivos externos.

RESISTENCIA A LA ABRASIóN Los materiales mediante ensayos adecuados tienen que soportar una pérdida de peso muy poco significativa para evitar el efecto destructivo de la velocidad del agua y las partículas sólidas que lleva en suspensión, al igual que todos aquellos efectos físicos que puedan afectar a las estructuras de hormigón.

RESISTENCIA AL ENVEJECIMIENTO Capacidad pare resistir el efecto de la radiación solar producida por los rayos ultravioletas.

IMPERMEABILIDAD AL AGUA La impermeabilidad de un material es debida a que el tamaño de

RESISTENCIA A LA AGRESIVIDAD DEL LÍQUIDO CON LA QUE SE MANTIENE EN CONTACTO

Mantenimiento por pérdidas de la capacidad de transporte

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El material no debe tener degradación significativa ante sustancias agresivas como puede ser la misma agua dependiendo del pH. que posea u otras sustancias agresivas, cloro, ácido sulfhídrico o agentes químicos. RESISTENCIA A LA AGRESIVIDAD DEL MEDIO AMBIENTE Resistencia a la difusión de gases que se mide por el valor u que indica para un mismo espesor cuantas veces es más grande la difusión a los gases en relación con el aire. Cada material tiene su valor u y va desde el valor 64 de los morteros de cemento al valor 21x 10 6 de las resinas de poliuretano de dos componentes.

MÓDULOS DE ELASTICIDAD Y COEFICIENTE DE DILATACION PRÓXIMO AL DEL SOPORTE Si se emplean hormigones y morteros en la reparación de estructuras es conveniente que su modulo de elasticidad sea próximo al existente para que al poner en carga la estructura, las deformaciones sean similares, al igual que si la estructura de hormigón va a sufrir cambios térmicos significativos, es importante que los coeficientes de dilatación de los morteros de reparación y de la estructura de hormigón existente sean lo más

iguales posible para evitar tensiones en la zona de unión de ambos materiales.

BAJO VALOR DE RETRACCIÓN Cuanto menor sea la retracción del mortero de reparación menor peligro de fisuración existirá y las tensiones que pueden originar despegues en la zona de unión serán menores.

RESISTENCIA CICLOS HIELO DESHIELO Es la resistencia del mortero a los distintos ciclos de hielo deshielo, depende de su porosidad y de su resistencia, dosificación y selección de áridos en su formulación.

certificado de un laboratorio del Ministerio de Sanidad y Consumo o equivalente de que los materiales cumplen el Límite de Migración Específica fijado en el R.D. 2204/1994 y con las modificaciones de él señaladas en el R.D. 510/1996 y también certificado del fabricante, de que las materias primas empleadas en la fabricación del material están incluidos en la lista de monómeros y otras sustancias de partida destinados a estar en contacto con alimentos fijados en el R.D. 1042/1997. Bibliografía: • Corrosion Probe por Randy Nixon • Reparación de Estructuras Hidráulicas por Vicente Gaitan

CAPACIDAD DE PUENTEO DE FISURAS Es la propiedad por la que un tratamiento impermeable no deje de serlo por la aparición de fisuras en el soporte de hormigón que provoquen la rotura, y su capacidad de soportar sin romperse la aparición de las mismas CALIDAD ALIMENTARIA DE LOS MATERIALES Para estar en contacto con agua potable los plásticos, resinas y derivados, morteros hidráulicos poliméricos, deben poseer un

Mantenimiento por pérdidas de la capacidad resistente de la estructura

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