Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas

32 Pages·2013·0.96 MB·Spanish

by  A. M. Aguirre

Materiales de Construcción
Vol. 63, 309, 7-38
enero-marzo 2013
ISSN: 0465-2746
eISSN: 1988-3226
doi: 10.3989/mc.2013.00313
Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas
Durability of reinforced concrete exposed to aggressive conditions
A. M. Aguirre(*), R. Mejía de Gutiérrez(*)
Recepción/Received: 7-I-13
Aceptación/Accepted: 21-I-13
RESUMEN ABSTRACT
El hormigón armado se ha convertido en el material más Reinforced concrete is the most widely used construction
utilizado a nivel mundial en el sector de la construcción. material in the world. The combination of high compres-
La combinación de las altas prestaciones a resistencia a sive strength, afforded by concrete and, and the excel-
la compresión que ofrece el hormigón y las excelentes lent mechanical properties that characterise steel make
propiedades mecánicas del acero lo hacen el material it an ideal composite for all manner of structures. One of
compuesto ideal para aplicaciones estructurales. Sin em- the main weaknesses of this material, however, is that
bargo, uno de los mayores problemas que afecta la vida when the concrete is exposed to aggressive environ-
útil del hormigón es la corrosión del acero de refuerzo, ments, in particular high concentrations of chloride ions
la cual se presenta cuando el hormigón se encuentra or carbon dioxide, reinforcing steel corrodes, shortening
expuesto a ambientes agresivos, en especial frente a la service life. This article reviews the state of the art on
exposición a iones cloruros y/o dióxido de carbono. Este concrete durability, along with the conditions that affect
trabajo revisa el estado del conocimiento con respecto a its useful life by inducing reinforcing steel corrosion. It
la durabilidad del hormigón enfatizando en los fenóme- also discusses the prevention and control methods, in
nos que afectan su durabilidad y generan la corrosión particular electrochemical prevention and rehabilitation
del acero de refuerzo, adicionalmente se incluyen los techniques, that have been developed to mitigate the
métodos de prevención y control que se han desarrollado problem.
para mitigar el problema, en particular los relacionados
con las técnicas electroquímicas de prevención y reha-
bilitación.
Palabras clave: hormigón armado; corrosión del acero; Keywords: reinforced concrete; steel corrosion; mineral
adiciones minerales; técnicas electroquímicas de reha- additions; electrochemical rehabilitation.
bilitación.
(*) Universidad del Valle, (Cali, Colombia).
Persona de contacto/Corresponding author: [email protected]
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A. M. Aguirre y R. Mejía de Gutiérrez
1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCTION
El hormigón ha sido uno de los materiales más utilizados Versatility and low cost have made concrete one of the
en el sector de la construcción a través de la historia world’s most popular construction materials (1, 2). This
por su versatilidad y bajo costo (1, 2). En cuanto a sus ceramic material is characterised by high compressive
características, es un material cerámico que soporta strength, although it is prone to cracking under other
esfuerzos a compresión; sin embargo, es susceptible a types of mechanical stress such as bending and tensile
fisurarse a otros tipos de solicitaciones mecánicas tales forces, torque and shear. That weakness led to the ad-
como flexión, tracción, torsión, cortante, entre otros. De vent of reinforced concrete, a combination of concrete
ahí surgió el material compuesto, el hormigón armado, and structural steel widely used to build bridges, build-
combinación de hormigón y acero estructural, utilizado ings in general and skyscrapers in particular, tunnels and
ampliamente en construcción de puentes, edificios, a host of other structures. One of the most important
rascacielos, túneles, entre otros. Uno de los factores features of concrete, in addition to its mechanical prop-
importantes del hormigón, además de sus propiedades erties, is its durability, which is associated with the in-
mecánicas, es su durabilidad, la cual se puede asociar service life of structures exposed to certain conditions or
con la vida útil en servicio de una estructura una vez es environments (3, 4). More specifically, reinforcing steel
expuesta a determinadas condiciones o ambientes (3, 4). corrosion has been identified as the main weakness of
En particular, la corrosión del acero de refuerzo ha sido reinforced concrete (5). This paper discusses the main
identificada como el principal problema en el hormigón types of concrete deterioration, including the processes
armado (5). Este trabajo presenta los principales proce- that contribute to steel corrosion, and the respective
sos de deterioro del hormigón incluyendo aquellos que prevention and control methods, such as the use of
contribuyen a la corrosión del acero, y los métodos de inhibitors and coatings, inorganic additions and electro-
prevención y control, tales como el uso de inhibidores y chemical techniques to extend its service life.
recubrimientos, la incorporación de adiciones inorgánicas
y las técnicas electroquímicas utilizadas para extender su
vida útil.
2. FENÓMENOS QUE AFECTAN 2. FACTORS THAT AFFECT CONCRETE
LA DURABILIDAD DEL HORMIGÓN DURABILITY
El hormigón al estar expuesto a ambientes agresivos Concrete may deteriorate when exposed to aggressive
puede presentar procesos de deterioro. Estos pueden environments. These may be classified as physical, re-
ser clasificados como: físicos, causados por la exposición sulting from exposure to extreme environmental changes
a cambios ambientales extremos tales como ciclos de such as freeze/thaw or fire; chemical, caused by acid or
hielo/deshielo o cambios artificiales como la exposición sulfate attack, water or the alkali-aggregate reaction;
al fuego; químicos, causados por ataques por ácidos biological, including the presence of bacteria; or struc-
y/o sulfatos, agua, o reacción álcali-árido; biológicas y tural, i.e., live loads or load cycles (6, 7). Reinforcing
estructurales (presencia de bacterias, sobrecargas, ciclos steel corrosion is related to concrete deterioration inas-
de cargas, etc.) (6, 7). La corrosión del acero de refuerzo much as the latter induces cracking and scaling, while
está ligada con los procesos de deterioro del hormigón, also weakening the concrete-steel bond. Some of these
debido a que conduce al agrietamiento y delaminación factors are discussed below.
del material y además reduce su adhesión al refuerzo.
Algunos de los fenómenos mencionados se presentan a
continuación.
2.1. Ciclos de hielo/deshielo 2.1. Freeze-thaw cycles
Cuando la temperatura ambiental disminuye a valores When the outdoor temperature drops to below 0 ºC, the
por debajo de 0 °C, el agua que se encuentra conte- water in the concrete pores freezes, increasing its vol-
nida en los poros del hormigón se congela, causando ume by around 9%. This induces tensile stress, generat-
un incremento en volumen del orden del 9%. Como ing concrete cracking and scaling or, in extreme cases,
consecuencia, se presentan esfuerzos de tensión, que full-fledged disintegration (3).
originan grietas y delaminación del hormigón, o en
casos más graves, una completa desintegración (3).
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Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas
Durability of reinforced concrete exposed to aggressive conditions
La acción del congelamiento ocurre principalmente en Freezing affects the water in capillary pores but not the
el agua que se encuentra en los poros capilares, de he- tiny interstices in C-S-H gel except at temperatures of
cho, no afecta los espacios interlaminares en el gel C-S-H under -35 ºC (7). The presence of entrained air, in turn,
debido a su tamaño reducido, al menos que la tempe- can reduce the effect of ice formation in concrete.
ratura esté por debajo de -35° C (7). Por otra parte, la
presencia de espacios con aire pueden reducir el efecto
causado por la formación de hielo en el hormigón.
Se han considerado los siguientes mecanismos para ex- The mechanisms suggested to explain the stress de-
plicar este fenomeno: presión hidráulica, propuesta por velopment include: hydraulic pressure, proposed by
Powers, que explica que el agua congelada dentro del Powers, according to which the water frozen in capillary
poro capilar genera una resistencia hidráulica al paso del pores resists the flow of water still in the liquid state,
agua que aún se encuentra en estado líquido, generando generating pressure that is only released if neighbouring
una presión, la cual solo se libera si hay poros vecinos pores are empty; osmotic pressure, whereby freezing in
libres; presión osmótica, al ocurrir el congelamiento en capillary pores generates differences in concentration
los poros capilares existe una diferencia de concentra- between the ice and remaining water, inducing the flow
ción entre el hielo y el agua remanente, generando el of water from gel interstices outward into capillary pores
flujo del agua desde los espacios interlaminares del gel and raising the internal pressure; and lastly ice-induced
hacia los poros capilares, incrementando así la presión excess pressure, with water migrating from smaller pores
interna; y por último sobrepresión del hielo, desde poros to frozen pores, raising ice volume and consequently
pequeños el agua se transporta hacia poros ya conge- pressure (7, 8).
lados, generando un incremento del volumen de hielo y
consecuentemente la presión (7, 8).
Los factores que contribuyen a la resistencia del hormi- Factors that contribute to concrete freeze resistance
gón al congelamiento son la relación agua/cemento, el include the water/cement ratio, the degree of concrete
grado de saturación de los poros del hormigón, el cura- pore saturation, curing, the air content, and the ag-
do, la proporción de aire incorporado y los áridos. Así, gregate. Resistance can be enhanced with a low water/
para mejorar la resistencia se debe tener en cuenta cement ratio, extended curing and a certain percentage
una baja relación agua/cemento, un curado prolongado of air. The four exposure classes defined in European
y un porcentaje de aire incorporado. De acuerdo con standard EN 206 (9) (XF1 to XF4) are listed in Table 1,
la Norma Europea EN 206 (9) se definen cuatro clases while the respective requirements for concrete composi-
de severidad del ataque (XF1 hasta XF4), tal como se tion and properties are given in Table 2.
indica en la Tabla 1, y, acorde a estas clases, la misma
norma define los valores límites de la composición y
propiedades del hormigón (Tabla 2).
Tabla 1 / Table 1
Clase de exposición para ataque de hielo/deshielo - Norma EN206 (9).
European standard EN206 (9) freeze-thaw attack exposure classes.
Clase / Class Descripción / Description Ejemplos / Example
Saturación de agua moderada, sin agentes
Superficies verticales de hormigón expuestas a la lluvia y a la helada /
XF1 de deshielo / Moderate water saturation, no
Vertical concrete surfaces exposed to rain and frost
de-icing agents
Saturación de agua moderada, con agentes Superficies verticales de hormigón de estructuras de carreteras expuestas a la
XF2 de deshielo / Moderate water saturation with helada y a al aire que transporta a los agentes de deshielo / Vertical concrete
de-icing agents surfaces of road structures exposed to frost and air-borne de-icing agents
Saturación de agua elevada, sin agentes de
Superficies horizontales de hormigón expuestas a la lluvia y a la helada /
XF3 deshielo / High water saturation, no de-icing
Horizontal concrete surfaces exposed to rain and frost
agents
Carreteras y puentes expuestos a agentes de deshielo y superficies verticales
expuestas directamente a salpicaduras de agentes de deshielo y a la helada.
Saturación de agua elevada, con agentes de
Zonas de estructuras marinas sometidas a salpicaduras y a la helada / Roads
XF4 deshielo / High water saturation with de-icing
and bridges exposed to de-icing agents and vertical surfaces directly exposed to
agents
frost and spray-borne de-icing agents; marine structures exposed to sea spray
and frost
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Tabla 2 / Table 2
Valores límites recomendados para el hormigón según EN206 (9) (hielo-deshielo).
EN206 (9) specifications for concrete exposed to freeze-thaw events.
Máxima relación Contenido mínimo de Contenido mínimo de
Clase de resistencia mínima
a/c / cemento (kg/m3) / Minimum aire (%) / Minimum air
Clase / Class / Minimum strength class
Maximum w/c ratio cement content content (%)
XF1 0.55 C30/37 300 -
XF2 0.55 C25/30 300 4.0*
XF3 0.55 C30/37 320 4.0*
XF4 0.55 C30/37 340 4.0*
Otros requisitos / Áridos conformes con prEN 12620:2000 suficientemente resistentes al hielo/deshielo
Other requisites / prEN 12620:2000-compliant aggregates with sufficient freeze-thaw resistance
* Si el hormigón no contuviese aire incluido, su prestación debería medirse de acuerdo con un método de ensayo apropiado, en comparación con un hormi-
gón de resistencia probada al hielo/deshielo en la clase de exposición correspondiente / If the concrete contains no air, its performance should be measured
with a suitable test method, comparing the results to the findings for a proven freeze-thaw-resistant concrete in the respective exposure class.
Una forma de determinar la resistencia al hielo/deshielo One way to determine freeze/thaw resistance is set out
se describe en la norma ASTM C666 (10), en la cual la in ASTM standard C666 (10), in which concrete durabil-
durabilidad del hormigón se mide a través de la reducción ity is measured in terms of the decline in the dynamic
del módulo de elasticidad dinámico. Esta norma permite modulus of elasticity. This standard recommends two
realizar el ensayo utilizando dos métodos: el Procedimien- methods for running the test: procedure A, freezing and
to A, congelamiento y deshielo en agua; o el Procedimien- thawing with the specimen immersed in water, and pro-
to B, congelamiento en aire y deshielo en agua (11). cedure B, air freezing and underwater thawing (11).
2.2. Ataque por sulfatos 2.2. Sulfate attack
Este fenómeno se genera cuando el hormigón se encuen- This type of attack occurs when concrete is exposed to
tra expuesto a aguas subterráneas, lagos, pozos o suelos sulfate ion-containing groundwater, lakes, wells or soils.
que contienen iones sulfatos. Estos pueden penetrar el These ions can penetrate the concrete and react with
hormigón y reaccionar con los componentes de la matriz the components of the cementitious matrix, inducing
cementicia causando reacciones químicas expansivas. expansive chemical reactions.
El ataque por sulfatos se manifiesta con una pérdida The symptoms of sulfate attack are a gradual loss of
progresiva de la resistencia de la pasta de cemento cement paste strength due to a decline in the cohesion
debido a la pérdida de cohesión entre los productos de among the hydration products. Moreover, expansive
hidratación. Además, los productos expansivos generan products can induce concrete cracking, raising the per-
agrietamientos en el hormigón; cuando esto sucede la meability of the material and favouring the ingress of
permeabilidad del hormigón incrementa, permitiendo other agents that may accelerate decay (6, 7).
así la entrada de otros agentes que pueden acelerar el
deterioro (6, 7).
El hidróxido de calcio y los aluminosilicatos presentes The calcium hydroxide and aluminium silicates present in
en el cemento son los más susceptibles al ataque por cement are the compounds most susceptible to sulfate
sulfatos. Los iones sulfatos pueden reaccionar con el attack. The sulfate ions may react with calcium hydrox-
hidróxido de calcio para formar yeso según [1]: ide to form gypsum, as in [1]:
Ca(OH) + SO 2– + 2.H O g CaSO .2H O + 2OH – [1]
2 4 2 4 2
y con los aluminatos cálcicos para formar etringita, se- and with calcium aluminates to form ettringite as in [2]:
gún [2]:

C3A + 3CaSO4 + 32H2O g 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O [2]
Esta última reacción es más perjudicial, ya que produce The latter reaction is more harmful, for it prompts
los efectos expansivos en el hormigón; sin embargo, el concrete expansion, although no consensus has been
mecanismo por el cual la etringita causa expansión es reached about the mechanism involved in that process
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Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas
Durability of reinforced concrete exposed to aggressive conditions
aún controvertido (6). Debido a esta reacción los cemen- (6). In light of the foregoing, cements with a high CA
3
tos con alto contenido de CA, del orden del 8% o más, content, on the order of 8% or higher, are not recom-
3
no se recomiendan para ser usados en ambientes que mended for sulfate-polluted environments (12). The new
puedan estar contaminados de sulfatos (12). La norma 2011 version of European standard EN 197 (EN 197-
europea EN 197-1:2011 incorpora un nuevo requisito 1:2011) sets CA content ceilings for clinkers intended for
3
que deben cumplir los clínkeres con los que se van a use in sulfate-resistant cements, as follows: for CEM I:
fabricar los cementos resistentes a los sulfatos, se trata 0, 3 or 5%, as appropriate; for CEM IV/A and CEM IV/B:
del límite superior del contenido de CA, así para el CEM 9%. No ceiling is established for CEM III (13).
3
I: 0%, 3% o 5% según corresponda, para el CEM IV/A
y CEM IV/B: 9%; cabe anotar que para el CEM III no se
plantea este requisito (13).
La severidad del ataque depende principalmente de la The severity of the attack depends primarily on the sul-
concentración de los iones sulfatos en el suelo o agua fate ion concentration in the soil or water surrounding
que están contacto con el hormigón. Además las so- the concrete. Solutions such as magnesium sulfate are
luciones de sulfatos, tales como sulfato de magnesio, more aggressive, for the reaction products are gypsum
generan un ataque más agresivo, ya que los productos and magnesium hydroxide, which is insoluble and low-
de la reacción son yeso e hidróxido de magnesio, este ers concrete alkalinity (6); ammonium sulfate, in turn,
último es insoluble y reduce la alcalinidad del hormigón produces ammonia gas (7).
(6); el sulfato de amonio por su parte produce gas amo-
niaco (7).
Bajo condiciones particulares —presencia de CO, alta Under specific conditions (presence of CO, high relative
2 2
humedad relativa (>95%) y bajas temperaturas— los humidity (>95%) and low temperatures), sulfates may
sulfatos pueden reaccionar con el hidróxido de calcio y react with calcium hydroxide and calcium silicate hydrate
el silicato cálcico hidratado (C-S-H) y producir taumasita. (C-S-H) to form thaumasite. This series of events lowers
Este fenómeno genera una pérdida completa de la resis- concrete strength drastically (7). In highly aggressive
tencia del hormigón (7). En ambientes altamente agresi- environments, such as gas wells where pressure and
vos, como en pozos gasíferos a presión y temperaturas temperature are high, the combined aggressive action
elevadas, se observan sobre el cemento acciones agre- of acid gases (CO and HS) and sulfate, chloride and
2 2
sivas combinadas de gases agrios (CO y HS) e iones magnesium ions induces leaching of some cement com-
2 2
sulfatos, cloruros y magnesio, en particular la lixiviación ponents and reduces silicate formation (14).
de algunos de sus componentes y la menor formación
de silicatos (14).
Por lo anterior, uno de los factores que influye para pre- Consequently, concrete quality plays a role in prevent-
venir el ataque a sulfatos es la calidad del hormigón. Una ing sulfate attack. A low water/cement ratio lessens
baja relación agua/cemento reduce la permeabilidad y permeability and hinders sulfate ion ingress; the use of
dificulta el ingreso de los iones sulfato; el uso de adicio- pozzolanic additions (such as fly ash, slag or metakaolin)
nes puzolánicas (cenizas volantes, escorias, metacaolín, raises sulfate resistance, as observed in a number of
entre otras) aumenta la resistencia a sulfatos; al respec- studies (15-20).
to se han realizado diversas investigaciones (15-20).
De acuerdo con la Norma Europea EN 206 (9) se definen European standard EN 206 (9) defines three classes of
tres clases de severidad al ataque químico (XA1, XA2, chemical exposure (XA1, XA2, XA3), listed in Table 3.
XA3), tal como se aprecia en la Tabla 3. Los valores The recommended dosages and concrete properties for
recomendados de la dosificación y propiedades del hor- each case and the maximum allowable sulfate levels in
migón para cada caso y los valores límites de sulfatos en natural soils and groundwater in contact with concrete
suelos naturales y aguas subterráneas en contacto con el are given in Tables 4 and 5.
hormigón son incluidos en las Tablas 4 y 5.
Una de las formas visibles del deterioro por ataque de One of the more visible forms of sulfate-induced deterio-
sulfatos son las expansiones volumétricas, al respecto las ration consists of volumetric expansion. ASTM standards
normas ASTM C1012 (21) y ASTM C1157 (22) especifi- C1012 (21) and C1157 (22) recommend measuring
can los métodos de medición y los límites de expansión methods and expansion ceilings for hydraulic cements,
en cementos hidráulicos, respectivamente. respectively.
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Tabla 3 / Table 3
Clase de exposición para ataque químico de acuerdo a la norma EN206.
EN206 (9) chemical exposure classes.
Clase / Class Descripción / Description
Ambiente químico ligeramente agresivo /
XA1
Slightly aggressive chemical environment
Ambiente químico moderadamente agresivo /
XA2
Moderately aggressive chemical environment
Ambiente químico altamente agresivo /
XA3
Highly aggressive chemical environment
Tabla 4 / Table 4
Valores límites recomendados para el hormigón según EN206 (9) (ataque químico).
EN206 (9) specifications for concretes exposed to chemical attack.
Máxima relación a/c / Resistencia mínima / Contenido mínimo de cemento (kg/m3) /
Clase / Class
Maximum w/c ratio Minimum strength Minimum cement content
XA1 0.55 C30/37 300
XA2 0.5 C30/37 320
XA3 0.45 C35/45 360
Otros requisites / Other requisites Cemento resistente a sulfatos* / Sulfate resistance*
* Es esencial la utilización de cemento resistente a los sulfatos cuando el contenido de SO2- conduzca a clases de exposición XA2 y XA3. En clases de
4
exposición XA2 (y en clase XA1 cuando proceda) deberían utilizarse cementos clasificados como moderada o altamente resistentes, para clasificación XA3
deben ser cementos altamente resistentes a sulfatos. / The use of sulfate-resistant cement is essential for exposure classes XA2 or XA3, as defined by the
SO2- content. In exposure class XA2 (and class XA1 where appropriate), moderately or highly resistant cements are required. In exposure class XA3, only
4
highly sulfate-resistant cements are suitable.
Tabla 5 / Table 5
Valores límites para clases de exposición - Ataque químico de suelos naturales y aguas subterráneas.
Attack by chemicals in natural soil and groundwater - parameter limits by exposure class.
Característica química / Método referencia /
Chemical parameter Reference standard XA1 XA2 XA3
Aguas subterráneas / Groundwater
SO42-, mg/l EN 196-2 ≥200 - ≤600 >600 - ≤3000 >3000 y≤6000
pH ISO 4316 ≤ 6.5 - ≥5.5 <5.5 - ≥4.5 <4.5 - ≥ 4.0
Aggressive CO2, mg/l Pr EN13577 ≥15 - ≤40 >40 - ≤100 >100 (to saturation)
>3000
NH4+, mg/l ISO7150-1 o ISO7150-2 ≥15 - ≤30 >1000 - ≤3000
(to saturation)
Mg2+, mg/l ISO 7980 ≥300 - ≤1000 >30 - ≤60 >60 - ≤100
Suelo / Natural Soil
SO42-, mg/kg EN 196-2 ≥2000 - ≤3000 >3000 - ≤12000 >12000 - ≤ 24000
No se da en la práctica /
Acidez / Acidity DIN 4030-2 >200 Baumann Gully
Of no practical consequence
2.3. Reacción álcali-árido 2.3. Aggregate-alkali reaction
Algunos tipos de áridos pueden reaccionar químicamente Some types of aggregate may react chemically with
con iones hidroxilos y componentes alcalinos de la pasta the hydroxyl ions and alkaline components present
del cemento, generando reacciones expansivas, agrieta- in cement, originating expansive reactions, concrete
mientos del hormigón, pérdida de resistencia y del mó- cracking, strength loss and a decline in the modulus of
dulo elástico (6, 23). Estas reacciones se dan principal- elasticity (6, 23). These reactions are found primarily
mente con áridos que contienen ciertas formas amorfas in aggregates containing certain amorphous forms of
de sílice (reacción álcali-sílice ASR), áridos carbonata- silica (alkali silica reaction, ASR), carbonated aggregates
dos que contienen dolomita y minerales arcillosos (reac- containing dolomite and clay minerals (alkali-carbonate
ción álcali-carbonatado) y áridos que contienen filosilica- reaction) and phyllosilicate-bearing aggregates (alkali-
tos (reacción álcali-silicato). El desarrollo de la reacción silicate reaction). The alkali-silicate reaction proceeds
álcali-sílice es muy lenta y sus efectos solo se producen very slowly and its effects appear in the long term only
a través del tiempo (3). Este tipo de reacción álcali-árido (3). Due to the significant deterioration caused, this type
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Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas
Durability of reinforced concrete exposed to aggressive conditions
representa un problema de deterioro significativo en of alkali-aggregate reaction is an important consideration
varios países alrededor del mundo, tales como, Inglate- in a number of countries, including England, Denmark,
rra, Dinamarca, Noruega, Francia, Bélgica, Holanda, Ca- Norway, France, Belgium, Netherlands, Canada and the
nadá y Estados Unidos, entre otros (7). United States (7).
Las condiciones necesarias para que se dé la reacción The conditions required for the alkali-aggregate reaction
álcali-árido son: la presencia de álcali (NaO y KO) en are: the presence of a sufficient proportion of alkalis
2 2
proporción suficiente en el hormigón para que reaccione (NaO and KO) in the concrete (i.e., the cement, water
2 2
con los áridos, estos álcalis pueden encontrarse en el or exposure medium) to react with the aggregate; a reac-
cemento, agua o medio de exposición; un árido reactivo; tive aggregate; the presence of relative humidity on the
la presencia de humedad en ordenes entre el 80-85% order of 80-85% (structures exposed to constant rain,
(estructuras expuestas a lluvias permanentes, hormigo- concrete in contact with moist soil, dams and similar); and
nes en contacto con terrenos húmedos, presas, etc.); y lastly temperature, particularly in the case of rapid-setting
por último la temperatura, particularmente en el caso cements with high heat of hydration rates (3). The maxi-
de cementos de fraguado rápido que desarrollan calor mum alkali content allowed in concrete is 3 kg/m3 and in
de hidratación elevado (3). Cabe anotar que el límite cement 0.6%, expressed as NaO (3, 7, 24).
2
máximo de álcalis para el hormigón es de 3 kg/m3 y para
cementos es 0,6% expresado como NaO (3, 7, 24).
2
De los tipos de reacción álcali-árido, la más común y The most common and widely studied type of alkali-
ampliamente estudiada es la reacción álcali-sílice. Aquí aggregate reaction is the alkali-silica reaction. Here the
los iones hidroxilo causan la destrucción de los enlaces hydroxyl ions sever the atomic bonds in silicon com-
atómicos de los compuestos de silicio, los iones álcali pounds and the alkaline ions react with Si(OH) to form
4
reaccionan con Si(OH) y forman un gel (Na,K)-Si-OH, a (Na,K)-Si-OH gel in which the Ca is replaced by Na and
4
en el cual se intercambian Na y K por Ca hasta que el K until the gel solidifies. This gel subsequently absorbs
gel se solidifica; posteriormente este absorbe agua hasta water and expands, generating tensile stress inside the
expandirse, lo cual genera esfuerzos de tensión dentro concrete and concomitant cracking (7).
del hormigón y conduce al agrietamiento (7).
Desde que la reacción álcali-sílice fue identificada se In the interim since the alkali-silica reaction was identi-
ha clasificado un gran número de tipos de rocas poten- fied, a substantial number of potentially reactive rock
cialmente reactivas, algunas rocas son similares pero types have been classified. Some are similar but with
varían en su reactividad, esta depende de su localización varying reactivity, depending on their geographic loca-
geográfica y su histórica geológica (25). El primer paso tion and geological history (25). The first step when
para determinar la reactividad del árido es realizar una determining aggregate reactivity is to run a petrographic
caracterización petrográfica (ASTM C295) (26) para iden- characterisation (ASTM C295) (26) to identify the rock
tificar el tipo de roca. En RILEM AAR-1 (27) se encuentra type. The RILEM AAR-1 (27) contains a list of reactive
la lista de los tipos de rocas reactivas y su clasificación rock types by country and their classification, while ASTM
por países. Una de las normas para la prueba química de standard C289 (28) describes a procedure for testing ag-
áridos es la ASTM C289 (28). gregate reactivity.
En general, las adiciones tipo puzolanas ayudan a mitigar While all pozzolanic additions mitigate ASR, the expan-
este ataque, siendo considerada como más eficiente el sion induced is controlled most effectively by silica fume.
humo de sílice para reducir las expansiones de las reac- The recommended proportion of SF ranges from 8 to
ciones álcali-sílice; el porcentaje óptimo de SF recomen- 10% (25).
dado está entre el 8-10% (25).
La reacción álcali-carbonato no es tan frecuente en com- The alkali-carbonate reaction differs very little from the
paración a la reacción álcali-sílice. Aquí ocurre la desdo- alkali-silica reaction. In this case, the aggregates are
lomitización de los áridos, que se refiere fundamental- dedolomitised, with calcium and magnesium carbonate
mente a la reacción del carbonato cálcico y magnésico reacting with the alkaline solution to produce brucite
con la solución alcalina para dar lugar a brucita Mg(OH) (Mg(OH)) and regenerate alkaline hydroxide, as in [3]
2 2
y a la regeneración de hidróxido alcalino, según [3] y and [4], respectively. Brucite is insoluble and weakens
[4], respectivamente. La brucita es un producto insoluble the cement-aggregate bond (3, 29).
y produce debilitamiento de la unión de cemento-árido
(3, 29).
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CaMg(CO ) + 2NaOH g Mg(OH) + CaCO + Na CO [3]
3 2 2 3 2 3

Na CO + Ca(OH) g CaCO + 2NaOH [4]
2 3 2 3
En el caso de las reacciones álcali-sílice, las normas ASTM standards C1293 (30) and C227 (31) describe
ASTM C1293 (30) y ASTM C227 (31) presentan métodos methods for determining ASR-induced expansion in con-
para la determinación del cambio de la longitud del hor- crete specimens.
migón debido a ASR y su consecuente expansión.
3. CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO 3. CORROSION IN CONCRETE-EMBEDDED
EMBEBIDO EN EL HORMIGÓN REINFORCING STEEL
El hormigón es un material altamente alcalino (pH entre Concrete is a highly alkaline material (pH ranging from
12,6 y 13,8), principalmente debido a los hidróxidos de 12.6 to 13.8), due primarily to its calcium, sodium and
calcio, sodio y potasio presentes. Bajo estas condiciones potassium hydroxide content. Under these pH condi-
de pH, el acero que se encuentra embebido dentro del tions, the embedded steel spontaneously forms a passive
hormigón forma espontáneamente una capa pasiva, que layer which, while only a few nanometers thick, affords
aunque de pocos nanómetros de espesor presenta una it protection (7). This film can be destroyed by aggres-
acción protectora (7). Sin embargo, esta película puede sive agents such as chloride ions or CO, however, in a
2
ser destruida por agentes agresivos tales como los iones process known as depassivation.
cloruros y/o el CO, lo que produce una despasivación del
2
acero de refuerzo.
3.1. Iniciación y propagación de la corrosión 3.1. Corrosion initiation and progression
La vida útil de las estructuras de hormigón armado se The service life of reinforced concrete structures is
ha basado en el modelo de Tuutti, el cual considera dos based on the Tuutti model, which defines two stages,
etapas, la primera corresponde a la etapa de iniciación y initiation and progression, as illustrated in Figure 1 (3,
la segunda a la etapa de propagación de la corrosión, tal 7, 32, 33).
como se aprecia en la Figura 1 (3, 7, 32, 33).
n
ó
osi Máximo límite aceptable
orr de la profundidad de penetración
ch
a pt / Maximum allowable penetration
e lde depth
n don
etraciónetrati
ne
ep
a pon
e losi
d dorr
aC
did/
n
u
of
Pr
Iniciación / Initiation Propagación / Propagation Tiempo / Time
Vida útil de la estructura / Structure service life
Figura 1. Modelo de Tuutti. Tomado de Bertolini et al. (7).
Figure 1. Tuutti Model. From Bertolini et al. (7).
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Durabilidad del hormigón armado expuesto a condiciones agresivas
Durability of reinforced concrete exposed to aggressive conditions
Iniciación: en esta etapa los agentes agresivos (CO e Initiation: in this stage the aggressive agents (CO and
2 2
iones cloruros) ingresan a la matriz cementicia. La dura- chloride ions) penetrate the cementitious matrix. The
ción de esta fase depende de la calidad y profundidad del duration of this phase depends on the quality and depth
recubrimiento de hormigón y la velocidad de penetración of the concrete cover and the penetration rate of the ag-
de los agentes agresivos (32). gressive agents (32).
Propagación: en esta etapa se da la destrucción de la Progression: the protective passive layer covering the
capa pasiva del acero, y la corrosión ocurrirá únicamente steel is destroyed in this stage and if water and oxygen
si el agua y oxígeno están presentes en la superficie del are present on the surface of the reinforcement, cor-
refuerzo hasta que se alcanza un nivel inaceptable (7, 32). rosion proceeds until it reaches unacceptable levels (7,
32).
3.2. Proceso básico de la corrosión 3.2. Basic corrosion process
La corrosión del acero de refuerzo embebido en hor- Concrete-embedded reinforcing steel corrosion is an elec-
migón obedece a un proceso electroquímico. Para que trochemical process, which means that for corrosion to
se dé lugar a la corrosión se requiere la presencia de take place, an anode, a cathode and an electrolyte must
zonas anódicas, catódicas y un electrolito para formar be present to form a corrosion cell (5). This is where the
una celda de corrosión (5). En esta se da un proceso de red-ox reaction takes place: the anode governs oxida-
óxido-reducción; la zona anódica corresponde al proceso tion, which involves a loss of electrons [5], while during
de oxidación, donde hay una pérdida de electrones [5]; the cathodic reaction, the electrons generated in the
a su vez la reacción catódica corresponde al proceso de anode combine with certain ions in the electrolyte. This
reducción, donde los electrones producidos en el ánodo electron gain constitutes reduction [6].
se combinan con determinados iones del electrolito, y se
produce una ganancia de electrones [6].
Reacción anódica / Anodic reaction: Fe g Fe2+ + 2e– [5]

1
Reacción catódica / Cathodic reaction: 2e– + H O + –– g O 2OH– [6]
2 2
2

En el hormigón armado, la conexión metálica para el In reinforced concrete, the metal required for the elec-
flujo de electrones del ánodo al cátodo se da en el mis- trons to flow from the anode to the cathode is the struc-
mo acero estructural, mientras que el hormigón toma la tural steel itself, while the concrete, if sufficiently moist,
función de electrolito, el cual debe estar suficientemente serves as the electrolyte. Moreover, the cathodic process
húmedo para permitir la migración de iones, además es is also subject to the presence of a certain threshold level
indispensable suficiente oxígeno para que se lleve a cabo of oxygen (7, 34).
el proceso catódico (7, 34).
Los iones hidroxilo presentes en la reacción catódica The hydroxyl ions present in the cathodic reaction inter-
reaccionan con Fe2+ y producen hidróxido ferroso [7], act with Fe2+ to produce ferrous hydroxide [7], which
el cual a su vez reacciona con el oxígeno y el agua pre- in turn reacts with the oxygen and water present in the
sente en el hormigón produciendo hidróxido férrico [8]; concrete to generate ferric hydroxide [8]. The compo-
el último componente corresponde al óxido de hierro nent ultimately formed is iron oxide hydrate [9].
hidratado [9].
Fe2+ + 2OH– g Fe(OH) [7]
2
4Fe(OH) + O + 2H O g 4Fe(OH) [8]
2 2 2 3

2Fe(OH) g Fe O .H O + 2H O [9]
3 2 3 2 2
Estos productos férricos contribuyen al deterioro del These iron products contribute to concrete deterioration.
hormigón. El hidróxido férrico incrementa el volumen Ferric oxide raises the volume of the embedded reinforc-
del acero del refuerzo embebido (2 veces o más) y, por ing steel (two-fold or more), generating tensile stress
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tanto, genera esfuerzos de tensión que producen agrie- and concrete cracking as a result. The presence of ferric
tamientos en el hormigón. Cuando se produce el óxido oxide hydrate increases the steel volume even more, up
férrico hidratado su volumen aumenta aún más, hasta 10 to 10 times the original size. In this stage, the concrete
veces del volumen original. En esta etapa el hormigón se cracks and spalls, leaving the reinforcing steel exposed,
agrieta hasta que hay delaminación y deja expuesto el as depicted in Figure 2 (35).
acero de refuerzo, ver Figura 2 (35).
O2 H2O Fe2+(OH)– RCeocnucbreritme iCenotvoe rde hormigón /
Cátodo / (OH) Fe2+Anodo /
Cathode Anode
Figura 2. Proceso de corrosión del acero de refuerzo en hormigón. Tomado de El-Reedy (35)
Figure 2. Corrosion in concrete-embedded reinforcing steel. From El-Reedy (35)
3.3. Tipos de corrosión del acero 3.3. Types of steel corrosion
Los tipos de corrosión pueden ser clasificados de acuerdo Steel corrosion can be classified by a number of criteria,
a diferentes criterios, tales como ambiente de exposición including type of environmental exposure, corrosion
que induce a la corrosión, mecanismos de corrosión, daños mechanisms or damage caused. One possible classifica-
causados, etc. Su clasificación puede ser de varios tipos: tion is based on corrosion type: uniform, pitting, bacte-
corrosión uniforme, corrosión por picado, corrosión bacte- rial, galvanic, cracking-induced or hydrogen embrittle-
riana, corrosión galvánica, corrosión por agrietamiento y ment corrosion (36) . The two major types of reinforcing
fragilización de hidrógeno, entre otros (36). A continuación steel corrosion, particularly when exposed to chlorides or
se presentan dos de los tipos más importantes presentes carbonation, are described below.
en la corrosión del acero de refuerzo, particularmente ante
la exposición a cloruros y/o carbonatación.
3.3.1. Corrosión uniforme 3.3.1. Uniform corrosion
En algunos casos las zonas anódicas y catódicas se en- In some cases the anode and cathode zones are at a
cuentran a distancias muy pequeñas y tienden a unirse very close distance and tend to run together along the
en la barra de acero, de esta manera los procesos co- steel bar, which corrodes evenly throughout. This type
rrosivos ocurren uniformemente a través de la barra de of corrosion, known as uniform corrosion, is generally
acero de refuerzo; este tipo de corrosión, denominada observed in structures exposed to carbonation (36).
corrosión uniforme, se observa usualmente en estructu-
ras expuestas a carbonatación (36).
3.3.2. Corrosión por picado 3.3.2. Pitting corrosion
En este caso la zona anódica es más pequeña que la Here the anode region is smaller than the cathode
zona catódica, pero la velocidad de penetración de la co- region, but the corrosion penetration rate is very high
rrosión en el area anódica es muy alta, es decir, la zona in the anode area, i.e., it corrodes very quickly. This
anódica se corroe rápidamente; se afirma entonces que localised type of corrosion is known as pitting due to the
la corrosión es de tipo localizada y, debido a la formación formation of tiny “pits” on the steel surface (36).
de pequeñas “picaduras” en la superficie del acero, se le
denomina corrosión por picado (36).
Este tipo de corrosión se observa principalmente en el It is observed primarily in steel subject to chloride at-
ataque por cloruros. Los iones cloruros alcanzan áreas tack. Chloride ions reach and destroy specific areas of
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