Patologia del Concreto "Causas de daños en el concreto"

Causas de daños en Causas de daños en el concretoel concreto

Causas de daños en Causas de daños en el concretoel concreto

IntroducciónIntroducción

“Ningun material es durable o no durable por si mismo ; es su interaccion con el medio ambiente que lo rodea durante su vida de servicio la que determina su durabilidad”

Larry Masters

DurabilidadDurabilidad

Durabilidad : la capacidad de mantener la utilidad de un producto, componente, ensamble o construcción, durante un período de tiempo.La capacidad de servicio de una estructura para realizar las funciones para las que fue diseñada y construida y estar al mismo tiempo expuesta a un entorno específico.

Observar daños

Formular hipótesis

Prueba de hipótesis

Determinar las causas más probables

La identificación de los daños o su evaluación implica a menudo un análisis forense por el método científico

Evaluacion del deterioro del Evaluacion del deterioro del concretoconcreto

Examen Visual Ensayos no destructivos Extraccion de nucleos Ensayos de laboratorio

Síntomas de deterioro del Síntomas de deterioro del concretoconcreto

Agrietamiento Escamado desintegración Erosión

Filtracion Distorcion Delaminacion Pop outs Eflorescencia

Sintomas del deterioro del Sintomas del deterioro del concretoconcreto

Agrietamiento

• Una separación completa o incompleta, ya sea de hormigón o mampostería, en dos o más partes.

Patrón de agrietamientoPatrón de agrietamiento

Fisuracion irregularFisuracion irregular

Contraccion restringidaContraccion restringida

Medida del agrietamientoMedida del agrietamiento

Sintomas de deterioro del Sintomas de deterioro del concretoconcreto

Scaling: Pérdida de escamas o laminillas de la

porción próxima a la superficie del hormigón o mortero endurecido

Un fragmento usualmente en forma de laminilla que se desprende de la masa de concreto por expansion, arrastre por agua , explosion.

Sintomas de deterioro del concretoSintomas de deterioro del concretoScaling: Un escamado leve no expone el agregado

grueso del hormigón; un escamado medio implica pérdida de mortero superficial hasta una profundidad de 5 a 10 mm y exposición del agregado grueso; un escamado severo implica pérdida de mortero superficial hasta una profundidad de 5 a 10 mm con alguna pérdida de partículas de agregado del área circundante hasta una profundidad de 10 a 20 mm; un escamado muy severo implica la pérdida de partículas de agregado grueso y mortero generalmente hasta una profundidad mayor que 20 mm.

Perdidas de escamas Perdidas de escamas moderada moderada

Perdida de escamas severaPerdida de escamas severa

Sintomas de deterioro del Sintomas de deterioro del concretoconcreto

disintegration

Reducción a fragmentos pequeños y posteriormente a partículas, del hormigón endurecido

DisintegracionDisintegracion

Sintomas de deterioro del concretoSintomas de deterioro del concreto

Spalling: spall - fragmento generalmente en forma de astilla que se desprende de una masa mayor por la acción de un golpe, los agentes climáticos o la presión, o bien por

expansión dentro de la masa mayor; una descantilladura pequeña implica una depresión aproximadamente circular de no más de 20 mm de diámetro y 150 mm en cualquier dimensión; una descantilladura grande puede ser aproximadamente circular, ovalada o alargada, tiene más de 20 mm de profundidad y su mayor dimensión es superior a 150 mm.

Descantilladura (Descantilladura (Spall)Spall)


Erosion – erosión :

Desintegración progresiva de un sólido por la acción abrasiva o cavitatoria de los gases, fluidos o sólidos en movimiento.


daño por abrasión: Abrasion damage - desgaste de una

superficie por frotación y fricción.


daño por cavitación: Cavitation damage - picaduras en el

hormigón provocadas por implosión, es decir, colapso de las burbujas de vapor en un flujo de agua; estas burbujas se forman en áreas de baja presión y colapsan a medida que ingresan en áreas de mayor presión.

Daño por abrasiónDaño por abrasión

Daño por abrasiónDaño por abrasión

Daño por cavitaciónDaño por cavitación




Filtracion: Seepage – Movimiento de agua

u otro fluido atreves de poros o intersticios

FiltraciónFiltración

Dispositivo de estancamiento – waterstop -delgada lámina de metal, goma, plástico u otro material que se inserta a través de una junta para impedir la filtración de agua a través de la misma.

Juntas de construcción estancaJuntas de construcción estanca

Presion de agua

Filtracion de agua

hormiguero

Junta de estanqueidad

gotera


Distorsión• Cambio de alineamiento no

deseado en una estructura

DistorsiónDistorsión


- delaminación - delamination– separación a lo largo de un plano paralelo a una superficie, tal como la separación de un revestimiento del sustrato o la separación de las diferentes capas de un recubrimiento; o, en el caso de una losa de hormigón, un agrietamiento horizontal, fisuración o separación de una losa en un plano paralelo y generalmente próximo a la superficie superior

Síntomas de deterioro del Síntomas de deterioro del concreto (cont)concreto (cont)

- delaminación – delamination–

Ocurre con mayor frecuencia en los tableros de puentes y es provocada por la corrosión del acero de las armaduras o por los ciclos de congelamiento y deshielo; es similar al descantillado, descascaramiento o descamado, excepto que la deslaminación afecta grandes superficies y a menudo sólo se puede detectar golpeando ligeramente la superficie.

DelaminacionDelaminacion


Popout El desprendimiento de pequeñas

porciones de una superficie de hormigón debido a la presión interna localizada, que deja un cráter poco profundo, generalmente cónico.

PopoutPopout


Eflorescencia

Depósito de sales que se forma sobre una superficie, generalmente de color blanco; la sustancia emerge en solución del interior del hormigón o mortero y luego precipita por evaporación.

Principales causas de deterioroPrincipales causas de deterioro

Retracción Esfuerzos térmicos Congelamiento y deshielo Reactividad de los agregados Erosión Corrosión Errores de diseño Errores de construcción Cargas accidentales excesivas


Retracción

• Retracción plástica• Retracción hidráulica

Retracción PlásticaRetracción Plástica

Retraccion PlasticaRetraccion Plastica

Retracción PlásticaRetracción Plástica

Perdida rápida de humedad por:• Temperatura• Humedad ambiental• Velocidad del viento

Cambios diferenciales de volumen entre capas de concreto

humedad

Concreto seco Tensiones de contracción

Retraccion plasticaRetraccion plastica

Prevención

• Erigir pantallas corta viento• Enfriar el concreto• Humedecer el concreto luego de su

colocación• Iniciar el curado tan pronto como sea

posible• Re vibrar y re acabar la superficie

Retracción hidráulica y térmicaRetracción hidráulica y térmica

Retraccion HidraulicaRetraccion Hidraulica

La contracción Hidráulica trae como

consecuencia grietas debidas al

cambio de volumen es decir

encogimiento por perdida de humedad

en combinación con restricciones del

suelo u otra estructura

Factores que incrementan la Factores que incrementan la retracción Hidráulicaretracción Hidráulica

Cemento• Modulo de finura• Composición química• Contenido

Agregados• Compresibilidad • Capacidad de Absorción • Adherencia• Tamaño máximo• Contenido de finos

Factores que afectan el agrietamiento Factores que afectan el agrietamiento debido a retracción hidráulicadebido a retracción hidráulica

Modulo de Elasticidad• A menor modulo de elasticidad, menores tenciones

de tracción por unidad de deformación en tracción

Flujo plástico• Relajación del concreto bajo carga

o A mayor flujo plástico corresponden menores tensiones de tracción

Extensibilidad

Si el concreto se mantiene permanentemente húmedo, se produce una ligera expansión. Sin embargo, el secado que por lo general se lleva a cabo, provoca la contracción. Además el humedecimiento y secado causa ciclos alternados de hinchamiento y contracción

Esquema de los movimientos debidos a la humedad en el hormigón

Retracción química y retracción autógena cambios de volumen en la pasta fresca

El ensayo para retracción química del cemento muestra un frasco para pasta de cemento y una pipeta para medir el agua absorbida

Relaciones volumétricas entre subsidencia, agua de sangrado, retracción química, and retracción autógena. Solamente se muestra la retracción autógena después del fraguado inicial

Retracción Hidráulica

Retracción Hidráulica

Métodos para reducir la retracciónMétodos para reducir la retracción

•Menos agua•Mas agregado grueso•Reducir las restricciones de movimiento en la parte inferior y los extremos•Refuerzo adecuado•Cemento con compensadores de retracción•Juntas espaciadas adecuadamente

Acerrar juntas para que no se produzcan Acerrar juntas para que no se produzcan grietas por retracción hidráulicagrietas por retracción hidráulica

Acerrar juntas para que no se produzcan Acerrar juntas para que no se produzcan grietas por retracción hidráulicagrietas por retracción hidráulica


Tensiones por temperatura• Internamente se generan tensiones• Externamente se generan tensiones

Acción de la Variación Térmica

Tensiones por temperatura

Contracción

Temperatura mas alta

Superficie que se enfríagrieta

suelo

Tensiones por temperaturaTensiones por temperatura



Alabeo de un panel plano de concreto debido a la variación de temperatura entre la parte interna y la externa.

Expansión térmica

Grietas Grietas termicastermicas

Exposición al fuegoExposición al fuego

Los Agregados se expanden

El agua se vaporiza

Se producen cambios químicos

Exposición al fuegoExposición al fuego

Gradiente de temperatura

Desportillado

Desintegración de la matriz

Daño del acero de refuerzo


Congelamiento y deshielo

Daño por Congelamiento y deshieloDaño por Congelamiento y deshielo



Prevención• Minimizar la exposición a la humedad• Baja relación agua/cemento• Utilizar incorporador de aire• Agregados adecuados• Curado adecuado antes del congelamiento


Reacciones químicas• Ataque de ácidos• Ataque de aguas agresivas• Reacción álcali carbonatos de los agregados• Reacción álcali sílice de los agregados• Ataques químicos diferentes• Ataque de sulfatos

Exposición a agresión químicaExposición a agresión química

Ataque de ácidosAtaque de ácidos

Prevención• Concretos densos con baja relación

agua/cemento• Recubrimientos de superficie(ACI 515)

Ataque de sulfatosAtaque de sulfatos

Sulfato + hidróxido de calcio= yeso yeso + Aluminato de calcio = ettringita Crecimiento de cristales de las sales de

sulfatos



Prevención• Concreto denso con baja relación

agua/cemento• Cemento tipo ll o tipo V• Utilizar puzolanas

Agregados reactivosAgregados reactivos

Reacción álcali – sílice Reacción álcali - carbonato

Reacción Álcali - SíliceReacción Álcali - Sílice

Reacción entre los álcalis del cemento y ciertos agregados silíceos

Reación álcali-agregadoReación álcali-agregado

Reacción álcali - síliceReacción álcali - sílice

Alkali-Aggregate ReactionAlkali-Aggregate Reaction


Prevención• Evaluar potencial de

reactividad(ASTM C 1260 and C 1293)

• Utilizar aditivos apropiados(litio)


Mitigar• Puzolanas• Cemento bajo en álcalis• Escoria• Litio• Arcilla calcinada

Alkali-Carbonate Reaction Alkali-Carbonate Reaction

Reaction between alkali from cement and certain carbonate rocks

Reacción álcali - carbonatoReacción álcali - carbonato


Erosion• Abrasion• Cavitation

AbrasiónAbrasión

La pasta de cemento tiene poca resistencia a la abrasión; la dureza de los agregados es importante.

Altas resistencias, baja relación A/C implica mayor resistencia a la abrasión.

El acabado con llana de acero proporciona una superficie mas densa y dura la cual tiene mayor resistencia a la abrasión

CavitationCavitation Ocurre cuando un flujo de agua a gran

velocidad sufre un cambio abrupto en dirección o velocidad causando una zona de baja presión se forman bolsillos de vapor que luego colapsan cuando ellos salen de la zona de baja presión.

El colapso impactos localizados de alta energía en la superficie de concreto.

Cavitation (Con’t.)Cavitation (Con’t.)

El impacto o implosión de vapor en las cavidades de la superficie de concreto causa presiones tan altas como 1000psi.

Para evitar la cavitación es necesario eliminar las irregularidades en el flujo, tales como los cambios súbitos en la sección transversal o reducir la velocidad del flujo a menos de 4º pies por segundo lo cual minimizará el daño.


Corrosión

Tipos de CorrosiónTipos de Corrosión

Ataque químico Corrientes parasitas Corrosión electroquímica

Corrosión electroquímicaCorrosión electroquímica

Similar a la reaccion que ocurre en una pila de linterna

Las partes principales de una celda de corrosión galvánica que causa corrosión electroquímica son• Ánodo – El lugar donde ocurre la oxidación• Cátodo – donde ocurre la reducción electroquímica• Un conductor eléctrico- como seria la barrita de

grafito en una pila • Un medio acuoso

ConcreteConcrete

ElectrolitoElectrolito

ee-- ee-- ee-- ee-- Anodo AceroAnodo Acero

FeFe++++ FeFe++++

OHOH--

OHOH--

OHOH--HH++

HH++

HH++

HH++

i co

rrie

nte

Formación de iones de hierroFormación de iones de hierro

ConcretoConcreto


ee-- ee-- ee-- ee-- Acero catodoAcero catodo

OHOH--

OHOH--

OHOH--HH++

HH++

HH++

HH++

HH22HH22HH22

OHOH--

HH++

Formación de átomos de Formación de átomos de hidrogeno en el cátodohidrogeno en el cátodo

ConcretoConcreto

ElectrolitoElectrolito oxigenadooxigenado

ee-- ee-- ee-- ee-- AceroAcero catodocatodo

OHOH--OHOH-- HH++

HH++ HH++HH++

HH22HH22HH22

OHOH--HH++

HH22

HH22HH22

OO22 OO22

OO22

OO22

OO22

HH++

Despolarización de la superficie catódica Despolarización de la superficie catódica debida al oxigenodebida al oxigeno

ConcretoConcreto


Steel AnodeSteel Anode

Fe(OH)Fe(OH)22

AnodoAnodo

Fe(OH)Fe(OH)33

Fe + HFe + H22O(OH)O(OH)22 + + 1/21/2 O O2 2 Fe(OH) Fe(OH)22

Fe(OH)Fe(OH)2 2 + + 1/21/2 H H22O + O + 1/41/4 O O22 Fe(OH) Fe(OH)33

Formacion de productos de la oxidacion

Manchas debidas a CorrosiónManchas debidas a Corrosión

Delaninación de una vigaDelaninación de una viga

Corrosión de anclajes en postensadoCorrosión de anclajes en postensado

Valores de pH Valores de pH

pH

10 to 14

4 to 10

0 to 4

Significado

El acero es pasivado;La corrosion provablemente no ocurra

Corrosion en el acero independientemente del Ph, la corrosion se da si exite Oxigeno

presenteCorrosion activa en el acero sin

importar la presencia de oxigeno

Cloruros Cloruros

Cuando los cloruros alcanzan el refuerzo la corrosion se inicia

sal

salt

Humedad y oxigeno

Los cloruros penetran en el concreto con ayuda de la humedad.

Delaminacion y desportillamiento

Penetracion adicional de cloruros resultan en mayor corrosion y delaminacion

ClorurosCloruros

sal

sal

sal

Grieta o junta de construccion

Los cloruros ingresan desde la superficie

Corrosion del refuerzo

DesportilladoDesportillado profundo

CarbonatacionCarbonatacionEn el concreto de buena calidad En el concreto de buena calidad (pH=12-13) el acero se encuentra (pH=12-13) el acero se encuentra pasivadopasivado

Entra el dioxido de carbono, Entra el dioxido de carbono, el pH empieza a disminuir el pH empieza a disminuir aunque el acero no se afecta aunque el acero no se afecta aunaun

el pH alrededor del acero el pH alrededor del acero alcanza el valor de 9.5, alcanza el valor de 9.5, Y se inicia la corrosion.Y se inicia la corrosion.

El deposito de herrumbre se El deposito de herrumbre se expande y se produce expande y se produce agrietamiento delaminacion y agrietamiento delaminacion y desportillamientodesportillamiento

concretoconcreto

concretoconcreto

concretoconcreto

concretoconcretoAceroAcero

AceroAcero

AceroAcero

AceroAcero

Carbonatación CorrosiónCarbonatación Corrosión

CO2

CO2

H2OCO2

CO2

H2OGases acidos

Frente de carbonatacion

El pH disminuye debido a la reaccion

CO2 + H2O + Ca(OH)2 --> CaCO3 + H2O

Delaminacion

La Corrosion tiene lugar mas rapido que el desenso del pH

Grieta

La carbonatacion ocurre al interior de la grieta

Ensayo de fenolftaleína para medir la carbonatación del concreto

Ensayo de fenolftaleína para medir la carbonatación del concreto

Corrosión Corrosión

Medidas preventivas• Utilizar concreto de baja permeabilidad• Usar recubrimientos adecuados para

proteger el refuerzo• Establecer drenajes adecuados y suficientes• Limitar el contenido de cloruro s en las

mezclas• Poner especial atención a las protuberancias

metálicas


Errores de diseño

Errores de conocimientoErrores de conocimiento

137

Pocos o pobres detalles de diseñoPocos o pobres detalles de diseño Cambios abruptos en la sección Refuerzo insuficiente en las esquinas

reentrantes Previsiones inadecuadas para deflexiones Provisión inadecuada de drenajes Juntas de expansión con previsiones de

diseño inadecuadas Incompatibilidad de materiales Desconocer o no prever los efectos del flujo

plástico

Localización incorrecta del Localización incorrecta del refuerzo en escaleras refuerzo en escaleras

Incorrecto

Localización correcta del Localización correcta del refuerzo en escaleras refuerzo en escaleras

Correcto

Localización incorrecta del Localización incorrecta del refuerzo en esquinas de murosrefuerzo en esquinas de muros

Incompatibilidad de MaterialesIncompatibilidad de Materiales

Coeficiente de expansión térmico

Modulo de elasticidad

Metales incompatibles

Conexiones rígidas en paneles del edificioConexiones rígidas en paneles del edificio

Soporte inadecuado de elementos Soporte inadecuado de elementos prefabricadosprefabricados



Refuerzo inadecuadoRefuerzo inadecuado

Refuerzo Refuerzo insuficiente en insuficiente en las esquinas las esquinas reentrantesreentrantes


Errores de construccion

Instalaciones empotradas? Error de construcciónInstalaciones empotradas? Error de construcción

150

Errores de construcciónErrores de construcción Añadir agua al concreto Mal alineamiento de las formaletas Mal vibrado Curado deficiente Mal colocado el refuerzo Movimiento de la obra falsa Remover el apuntalamiento en forma temprana Asentamiento del concreto Asentamiento del soporte de los puntales por el

terreno Movimiento del encofrado estando el concreto

aun fresco o vibración del terreno

Mal colocado el refuerzo

Formaleta deficiente

Formaleta deficienteFormaleta deficiente



Mal vibradoMal vibrado

Vibración del terreno con el Vibración del terreno con el concreto frescoconcreto fresco

Tiempo transcurrido en horas posterior al vibrado del concreto

Velocidad Pico de las vibraciones del piso en segundos.

Mas de 3 4.0

3 a 11 1.5

11 a 24 2.0

24 a 48 4.0

SegregaciónSegregación

Alineamiento pobreAlineamiento pobre

Refuerzo mal colocadoRefuerzo mal colocado

Refuerzo mal colocadoRefuerzo mal colocado

Asentamiento plástico del Asentamiento plástico del concretoconcreto

La expulsión del agua de sangrado hace que el concreto se segregue

Factores:-A/C relación-Vibrado-Dimensión del refuerzo-Recubrimiento

Se forman vacios bajo las varillas

Marcas de vibradorMarcas de vibrador

Mal acabadoMal acabado

Mantenimiento pobre a las juntasMantenimiento pobre a las juntas


Cargas excesivas o accidentales

SobrecargaSobrecarga

Flexión en losa

Cargas excesivas Cargas excesivas




Cargas sísmicasCargas sísmicas

Cargas sísmicasCargas sísmicas

Evaluación

IntroducciónIntroducción

La mayor dificultad al evaluar una patología, esta en escoger una estrategia de reparación, puesto que siempre hay barias causas simultaneas al producirse un daño, por lo cual la investigación, hasta conocer la causa fundamental que propicio el daño, se hace muy importante

Condiciones de EvaluacionCondiciones de Evaluacion

ACI 201.1 es una excelente referencia para condiciones de evaluación

La evaluación puede ser desde una evaluación visual hasta un proceso complejo de mapeo de daños , ensayos no destructivos(NDE),Ensayos de muestras tomadas de la estructura, cálculos, y ensayos de carga.

La mayor parte de las evaluaciones están entre estos dos extremos

Recolección de Información existente Recolección de Información existente

Especificaciones Planos de construcción y planos récor de

ser posible y planos de ventas. Bitácora y registros de Construcción Fotos / videos Ensayos y reportes Historia de reparaciones anteriores (fechas,

materiales, etc.)

Establecer condiciones de servicioEstablecer condiciones de servicio

• Localización de áreas:o Tensiones altaso Vibracióno Abrasióno Congelamiento y deshieloo Exposición a ácidoso Variaciones de Temperatura y humedad

Visita Inicial al SitioVisita Inicial al Sitio

Observaciones Visuales Fotografías y videos Observar áreas de daños Observar localización de grietas

significativas Localizar áreas para futuras pruebas no

destructivas (NDE) y muestras para ensayos de laboratorio

Evaluación y Medidas detalladasEvaluación y Medidas detalladas Mapa de grietas (localizacion y

dimensiones) Llevar a cabo ensayos no destructivos NDE Tomar nucleos Tomar medidas (estructura, localización de

daños, otras áreas of interés) Tomar niveles Tomar otras muestras para ensayar en el

laboratorio

Examen Visual Examen Visual

ACI 201.1 proporciona imajenes de defectos en el concreto

Evaluación no DestructivaEvaluación no Destructiva

Existe muchas tecnicas para evaluar el concreto

La Tabla 6.3 del ACI 364.1 Guia para Evaluacion de estructuras de concreto antes de su reparacion proporciona un buen resumen

Sonido apagado (coco)

Localización de delaminaciones Localización de delaminaciones en el concreto en el concreto

Arrastre de CadenasArrastre de Cadenas

medida de potenciales por método de semicélula medida de potenciales por método de semicélula ASTM C876ASTM C876

medida de potenciales por método de medida de potenciales por método de semicélulasemicélula

Significado de la Significado de la medida de potenciales medida de potenciales por método de semicélulapor método de semicélula

>-200 mv indica 90% probabilidad de no corrosión

Entre –200 y -350 mv, no se pueden sacar conclusiones

<-350 mv indica 90% probabilidad de corrosión

Impact EchoImpact Echo

Velocidad de pulso Velocidad de pulso ULTRASONIDOULTRASONIDO

PacómetroPacómetroLocalizador electrónico de barras metálicas en Hormigón armado. Determina la profundidad y el tamaño (diámetro) de armazones de acero localizadas dentro de estructuras de Hormigón

Localización del refuerzoLocalización del refuerzo

Monitoreo de grietasMonitoreo de grietas

Monitoreo de grietasMonitoreo de grietas

Monitoreo de Monitoreo de MovimientosMovimientos

Medida de cloruros – Profundidad Medida de cloruros – Profundidad y porcentaje %y porcentaje %

Muestra de polvo Extracción de núcleos

Significado de los niveles de Ion cloruroSignificado de los niveles de Ion cloruro

Alta probabilidad de corrosión cuando son excedidos estos niveles(a nivel del refuerzo)

o 300 partes por millón oo 1.2 lbs./Y3.

Extracción de núcleosExtracción de núcleos

Analisis Analisis petrograficopetrografico

Análisis de la InformaciónAnálisis de la Información

Matriz de análisis Lectura de grietas

Matriz de AnálisisMatriz de Análisis

Lectura de grietasLectura de grietas

Orientación Localización Longitud Ancho Profundidad Forma Frecuencia Edad

Tracción puraTracción pura

T T

Tracción indirectaTracción indirecta

Cortante puroCortante puro

Tracción axial y cortanteTracción axial y cortante

2

Circulo de Mohr

x, )

1

x

1

Cortante en un muroCortante en un muro

Observación/Ensayo

Evaporation rate X

Floor levels

Crack orientation X X

Structural analysis X

Retracc

ión plástica

Ase

ntamiento

Carg

as latera

les

Posibles Causas

Matriz de evaluaciónMatriz de evaluación

Example: wall supporting slabExample: wall supporting slab

Se vacian Zapata y muro

Varias semanas después se funde la losa amarrada a los muros

Algunas semanas después aparecen las grietas

Muro

Extremo del muro

Zapata

Losa

Causa probable: Retracción en Causa probable: Retracción en la losala losa

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Patologia del Concreto "Causas de daños en el concreto"