TREBALL FINAL DE GRAU


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1 TREBALL FINAL DE GRAU Análisis de la influencia de la corrosión de las barras en la adherencia acero - hormigón reciclado (HR) Treball realitzat per: Sònia Garrido Ballart Dirigit per: Miren Etxeberria Larrañaga Grau en: Enginyeria de la Construcció Barcelona, febrer de 2015 Departament d Enginyeria de la Construcció

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3 AGRADECIMIENTOS AGRADECIMIENTOS A mi tutora Miren Etxeberria y a Ignasi Fernández por la oportunidad de participar en esta campaña experimental, por transmitir sus conocimientos y por su apoyo y atención a lo largo de este año. Agradecer la colaboración de Anna Galindo, sobre todo con el ensayo de corrosión forzada, por preocuparse y estar dispuesta a ayudar en todo momento. También me gustaría agradecer la ayuda de los técnicos del Laboratorio de Materiales de Construcción y del Laboratorio de Estructuras, en especial la ayuda y atención de Jordi Cabrerizo. A mi familia, a Pau y a todas las personas de mi entorno más cercano por el apoyo incondicional, por el ánimo constante recibido durante el desarrollo de este trabajo y por ser una fuente continúa de motivación. 3 P á g i n a

4 RESUMEN RESUMEN Título: Autor: Tutor: Análisis de la influencia de la corrosión de las barras en la adherencia acero hormigón reciclado (HR) Sònia Garrido Ballart Miren Etxeberria Larrañaga La fabricación de hormigón tiene un gran impacto en el medioambiente, ya que para su producción se requiere un rango amplio de recursos naturales. Por este motivo se considera el reciclaje de los residuos de hormigón derivados de la construcción como una medida para reducir el impacto ambiental que supone la fabricación del mismo. La reutilización de los residuos del hormigón como sustitución del árido natural en la fabricación del hormigón permite la conservación medioambiental y la producción de un producto más ecológico. Hasta ahora, la utilización de los áridos reciclados para la fabricación del hormigón ha sido para hormigones con poca responsabilidad estructural, hormigones en masa y recubrimientos. No obstante, el presente documento pretende determinar la validez de estos áridos reciclados para que puedan ser utilizados en la fabricación de hormigones estructurales. Para potenciar el uso de áridos reciclados para hormigones estructurales esta tesina se centra en la capacidad adherente entre el hormigón y el acero en función de la cantidad de árido reciclado usado para la fabricación de la mezcla de hormigón. Además se ha creído interesante analizar si los áridos reciclados contribuyen a la mejora de la adherencia en caso que se de corrosión en las barras del hormigón armado, puesto que la corrosión es una de las patologías más importantes que sufren los hormigones armados. Para llevar a cabo el análisis de la influencia de los áridos reciclados en la capacidad adherente del hormigón armado se diseñan cuatro dosificaciones con diferentes porcentajes de sustitución de árido grueso natural por árido reciclado. Con estas dosificaciones se realizan ensayos a pull out sin corrosión y ensayos a pull out con tres grados de corrosión. Se obtiene una capacidad adherente (τ) muy similar para los cuatro tipos de hormigón sin corrosión en las barras de acero. Después de someter los especímenes a corrosión forzada se determina que para niveles bajos de corrosión los hormigones reciclados presentan mayor capacidad adherente, al aumentar el nivel de corrosión los cuatro tipos de hormigón presentan niveles similares de capacidad adherente. 4 P á g i n a

5 ABSTRACT ABSTRACT Title: Author: Tutor: Analysis of the influence of corroded reinforcing steel bars in the bond behavior of recycled aggregate concrete (HR) Sònia Garrido Ballart Miren Etxeberria Larrañaga Concrete manufacturing has a great impact on the environment, as for its production is required a wide range of natural resources. For this reason the recycling of waste concrete from construction is considered as a measure to reduce the environmental impact related to concrete manufacture. Concrete waste recycling allows a more sustainable construction development, environment preservation and green products generation. Recycled aggregates for concrete manufacture have been used in concrete with little structural responsibility, mass concretes and coatings. However, this paper aims to determine the validity of these recycled aggregates so it can be used as structural concrete. To enhance the use of recycled aggregate concrete for structural concrete this thesis focuses on the bond capacity between the concrete and the reinforcing steel bars depending on the amount of recycled aggregate used for concrete manufacture. Additionally it was believed interesting to analyze the influence of corroded reinforcing steel bars in the bond behavior of recycled aggregate concrete, since corrosion is one of the most important pathologies suffered by reinforced concrete. To perform the analysis of the influence of recycled aggregates in the bond capacity of reinforced concrete four doses were designed with different percentages of replacement of natural aggregate by recycled coarse aggregate. With these dosages are made pull out test with uncorroded bars and pull out test with three different degrees of corrosion in the reinforcing steel bars. A comparable bond strength ( ) was obtained for all the concretes with none corroded bars, however, RAC with 100% of recycled aggregates suffered a higher split. After subjecting the concrete specimens to induced corrosion, it was determined that for low corroded specimens, recycled aggregate concretes achieved a higher bond strength performance than conventional concrete, however, for high corrosion levels all concretes obtained minimal bond strength with a similar value. 5 P á g i n a

6 ÍNDICE ÍNDICE AGRADECIMIENTOS... 3 RESUMEN... 4 ABSTRACT... 5 ÍNDICE DE TABLAS... 8 TABLA DE FIGURAS INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTADO DEL ARTE INTRODUCCIÓN PROPIEDADES DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS GRANULOMETRÍA DENSIDAD ABSORCIÓN MORTERO ADHERIDO FORMA IMPUREZAS COMPOSICIÓN QUÍMICA PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RECICLADO PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO DURABILIDAD CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS EN HORMIGÓN ARMADO EFECTOS DE LA CORROSIÓN CORROSIÓN ACELERADA TENSIÓN DE ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO ENSAYO DE PULL - OUT MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL INTRODUCCIÓN MATERIALES CEMENTO ÁRIDOS DOSIFICACIONES GEOMETRÍA PROBETAS P á g i n a

7 ÍNDICE 3.5 FASE EXPERIMENTAL ENSAYOS RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL INTRODUCCIÓN PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RESULTADOS ENSAYO PULL OUT. INFLUENCIA DEL TIPO DE HORMIGÓN FASE FASE FISURACIÓN POR CORROSIÓN FORZADA INFLUENCIA DEL NIVEL DE CORROSIÓN EN LA ADHERENCIA PENETRACIÓN DE CLORUROS CONCLUSIONES CONCLUSIONES DE RESULTADOS CONCLUSIONES DE METODOLOGIA CONCLUSIONES GENERALES FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS P á g i n a

8 ÍNDICE ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Composición química del cemento Tabla 3.2 Componentes principales del cemento Tabla 3.3 Especificaciones del cemento normalizado Tabla 3.4 Granulometría del árido natural usado para la fabricación de hormigones Tabla 3.5 Propiedades físicas del árido natural Tabla 3.6 Densidad y absorción de los áridos reciclados Tabla 3.7 Dosificaciones para los cuatro tipos de hormigones fabricados Tabla 3.8 Rango de valores ASTM C1202, penetración de cloruros Tabla 4.1 Resistencia a compresión de los cuatro tipos de hormigón fabricados Tabla 4.2 Resultados del ensayo pull out para las probetas fabricadas para la FASE1 y resultados obtenidos según tres modelos matemáticos Tabla 4.3 Resultados del ensayo pull out para las probetas fabricadas para la FASE1 y la FASE Tabla 4.4 Descripción del tiempo de aparición de a primera fisura para cada uno de los tipos de hormigón fabricados y el ratio de tiempo que necesita HR respecto a HC Tabla 4.5 Descripción de la evolución de las fisuras en los cuatro tipos de hormigón fabricado, que se dan por la corrosión de las barras bajo el ensayo de corrosión acelerada Tabla 4.6 Resultados del ensayo pull out para probetas sin corrosión y probetas sometidas a tres niveles de corrosión, 1%, 2% y 3% Tabla 4.7 τ (MPa) Desplazamiento total (mm) para todos los especímenes corroídos Tabla 4.8 Valores de la carga eléctrica para los cuatro tipos de hormigón fabricado P á g i n a

9 ÍNDICE TABLA DE FIGURAS Figura 2.1: Evolución de la retracción en el tiempo, para distintas sustituciones de árido reciclado [13] Figura 2.2 Mecanismos de penetración de agentes agresivos Figura 2.3 Proceso de corrosión de armadura pasiva Figura 2.4 Tipos de corrosión que se dan en las armaduras de hormigón Figura 2.5 Proceso de deterioro de armaduras pila de oxidación Figura 2.6 Efecto de acuñamiento entre las corrugas del acero y el hormigón que se da cuando se produce algún tipo de movimiento relativo entre estos Figura 2.7 Efecto de la adherencia en relación con la altura (a) y la separación (c ) de las corrugas de las barras de acero Figura 2.8 Tipos de fisuración por corrosión de las armaduras Figura 2.9 Curvas bond-slip acero hormigón Figura 3.1 Curvas granulométricas del árido natural usado para la fabricación de los hormigones Figura 3.2 Áridos reciclados usados para la fabricación de hormigón reciclado Figura 3.3 Curvas granulométricas de árido natural (AN) y árido reciclado (AR) Figura 3.4 Barras ϕ12 con tubo antiadherente. Descripción de los especímenes de la FASE Figura 3.5 Descripción de la configuración de los especímenes de la FASE Figura 3.6 Distribución de tensiones a lo largo de la sección de acero Figura 3.7 Configuración del ensayo pull out para la FASE Figura 3.8 Configuración del ensayo pull out para la FASE Figura 3.9 Configuración del ensayo de corrosión forzada. Esquema de las conexiones en serie para llevar a cabo el ensayo de corrosión forzada Figura 3.10 Realización del ensayo de corrosión forzada con el máximo de probetas conectadas en serie Figura 3.11 Ensayo de difusión de cloruros Figura 4.1 Curvas τ (MPa) slip para los cuatro tipos de hormigones fabricados en la FASE P á g i n a

10 ÍNDICE Figura 4.2 Curvas unitarias de τ/τ max respecto slip/slip max, para los cuatro tipos de hormigones fabricados en la FASE Figura 4.3 Relación entre de la FASE1, de la FASE2 y la resistencia a compresión para HR respecto HC Figura 4.4 Influencia de la resistencia a compresión en los valores de, determinado por la relación max-hr / max-hc respecto a f c-hr /f c-hc Figura 4.5 Fisuras en la cara superior y prolongaciones laterales por someter los especímenes al ensayo de corrosión forzada Figura 4.6 Daños internos para a) HR 20 nivel de corrosión de 1%, b) HC nivel de corrosión 3%, c) HR 100 nivel de corrosión de 3% Figura 4.7 Aspecto de las barras después de someter las probetas al ensayo de corrosión forzada y al ensayo a pull out Figura 4.8 Reducción, en %, para τ max para cada hormigón con diferentes niveles de corrosión respecto al valor de τ max sin corroer Figura 4.9 Ratio de τ max para todos los hormigones, de la FASE2, respecto a τ max para HC 65 Figura 4.10 Penetración del ion cloruro para las distintas dosificaciones y rango de valores ASTM P á g i n a

11 1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCCIÓN El presente documento se ha desarrollado con la finalidad de potenciar el uso del hormigón reciclado como hormigón estructural, haciendo un estudio detallado de sus propiedades, ya que el hormigón es un material ampliamente utilizado en la construcción. Debido a su gran versatilidad como material de la construcción, obteniendo excelentes propiedades mecánicas y de durabilidad, se estima que en el mundo se produce alrededor de 12 billones de toneladas de hormigón al año. La fabricación de hormigón tiene un gran impacto en el medioambiente, ya que para su producción se requiere un rango amplio de recursos naturales. Además en las últimas décadas ha habido un crecimiento de las zonas urbanas y han aparecido nuevas estructuras para cubrir las necesidades de la población, este crecimiento también supone un aumento de demoliciones y por lo tanto, una generación de residuos, principalmente, de hormigón. Por este motivo se considera el reciclaje de los residuos de hormigón derivados de la construcción como una medida para reducir el impacto ambiental que supone la fabricación del mismo. La reutilización de los residuos del hormigón como sustitución del árido natural en la fabricación del hormigón permite la conservación medioambiental y la producción de un producto más ecológico. En la actualidad, el uso de los áridos reciclados es una práctica muy común en las industrias de la construcción en diversos países como Estados Unidos de América y en la Unión Europea como Alemania, Reino Unido y Holanda. Dichos países han introducido medidas legislativas y políticas para incrementar el uso de los áridos reciclados en las obras de ingeniería civil. Numerosos estudios en fase de desarrollo pretenden dar una respuesta a los potenciales usos del hormigón reciclado, determinando sus principales beneficios y las posibles desventajas de su utilización. Hasta ahora, la utilización de los áridos reciclados para la fabricación del hormigón han sido para hormigones con poca responsabilidad estructural, hormigones en masa y recubrimientos. No obstante, el presente documento pretende determinar la validez de estos áridos reciclados para que puedan ser utilizados como hormigones estructurales. 1.2 OBJETIVOS Para potenciar el uso de áridos reciclados para hormigones estructurales esta tesina se centra en la capacidad adherente entre el hormigón y el acero en función de la cantidad de árido reciclado usado para la fabricación de la mezcla de hormigón. Además se ha creído interesante analizar si los áridos reciclados contribuyen a la mejora de la adherencia en 11 P á g i n a

12 1. INTRODUCCIÓN caso que se de corrosión en las barras del hormigón armado, dado que la corrosión es uno de las patologías más importantes que sufren los hormigones armados. En este caso solo se estudia la influencia que tiene los áridos reciclados que provienen de hormigones de demolición. Para realizar el estudio de la capacidad adherente según la cantidad de árido reciclado usado para la fabricación de hormigón se plantean cuatro dosificaciones diferentes: hormigón convencional, con árido únicamente natural (HC), hormigón con sustitución de árido grueso por un 20% de áridos reciclados (HR 20), hormigón con sustitución de árido grueso por un 50% de áridos reciclados (HR 50) y hormigón con un 100% de sustitución de árido grueso (HR 100). Con estas dosificaciones se realizan ensayos a pull out sin corrosión y ensayos a pull out con tres grados de corrosión. En cuanto a la fabricación y el análisis de los resultados se plantean los siguientes objetivos específicos, con el fin de determinar la capacidad adherente del hormigón reciclado. Análisis bibliográfico sobre el comportamiento adherente de los hormigones reciclados y las principales propiedades y diferencias que presentan los áridos reciclados respecto a los áridos naturales. Preparación del árido reciclado, trituración del hormigón de demolición, tamizado y su caracterización. Fabricación de hormigón con 20%, 50% y 100% de árido grueso reciclado en sustitución al árido natural y el hormigón de control. Determinar el % de corrosión crítico para la producir la fisuración en cada uno de los cuatro tipos de hormigones producidos, con el fin de determinar si el incremento de porosidad y permeabilidad asociado a los hormigones con áridos reciclados puede en algún caso incrementar la capacidad del mismo en términos de fisuración. Realización de ensayos de pull - out sin corrosión de las barras y con dos niveles de corrosión, inferiores al % crítico de corrosión, y analizar la influencia del árido reciclado en la tensión de adherencia de los hormigones con respecto al hormigón convencional 12 P á g i n a

13 2. ESTADO DEL ARTE 2. ESTADO DEL ARTE 2.1 INTRODUCCIÓN El presente estudio se ha desarrollado con la finalidad de determinar si el uso de áridos reciclados para hormigones estructurales mejora la capacidad adherente entre el acero y el hormigón. Además se ha considerado interesante estudiar si el uso de áridos reciclados contribuye a la mejora de la adherencia en el caso que se de corrosión, que es una de las patologías más importantes que sufren los hormigones armados, independientemente del origen de sus áridos. Se entiende por árido reciclado el árido obtenido mediante el procesamiento de residuos de la construcción y demolición. La necesidad de la utilización de áridos reciclados en la construcción está fundamentada por motivos medio ambientales, debido a la generación de grandes volúmenes de residuos de difícil gestión, ya que en términos técnicos se puede concluir que los áridos reciclados presentan peor calidad que los áridos naturales. Esta pero calidad está originada por la naturaleza de los áridos reciclados que están compuestos de árido natural y mortero. Se entiende como hormigón reciclado el hormigón fabricado con árido reciclado o una mezcla de árido reciclado y natural. Los numerosos estudios realizados hasta el momento han analizado la influencia que tienen sobre el hormigón la utilización de árido grueso y árido fino reciclado. La mayor parte de los estudios han concluido que la fracción fina empeora sustancialmente las propiedades del hormigón, por lo que para hormigón estructural se aconseja limitar su utilización a fracción gruesa. La tendencia encontrada en los estudios es la sustitución de una parte del árido grueso natural por árido reciclado, estableciendo porcentajes de árido grueso reciclado del 20%, 30%, 50% y 100%. Para evaluar las propiedades y el comportamiento del hormigón reciclado, en la mayoría de los estudios consultados se establece una comparación entre el hormigón reciclado y un hormigón de control. Existen pocos países que dispongan de normativas o recomendaciones para el empleo de este tipo de áridos en hormigón estructural, encontrándose distintas tendencias en cuanto a la calidad exigida al árido reciclado, al contenido máximo permitido en el hormigón o a limitación en las aplicaciones de éste. 2.2 PROPIEDADES DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS 13 P á g i n a

14 2. ESTADO DEL ARTE La calidad de los áridos reciclados depende de muchos factores (tipo de residuo de construcción y demolición, limpieza, métodos de tratamiento para su obtención, etc.). Las propiedades dependen del destino a que se le vaya a dar al árido reciclado, pero existe un grupo de propiedades básicas (granulometría, densidad, absorción, mortero adherido, forma, impurezas o composición química) que afecta a las posibles aplicaciones que se le pueden dar al árido reciclado. Aunque el origen de los áridos reciclados puede ser muy diverso en este estudio nos centraremos exclusivamente en áridos reciclados provenientes de hormigón de demolición, en los siguientes apartados se comentan las propiedades que tienen este tipo de áridos reciclados GRANULOMETRÍA La granulometría del árido reciclado depende fundamentalmente del tipo de trituración realizada en el procesamiento, pudiéndose seleccionar mediante pequeños ajustes en la apertura de las machacadoras. El porcentaje de árido grueso, fracciones superiores a 2,5 mm, que se obtiene suele variar entre 70% y 90% del árido total producido. Este porcentaje depende además del tamaño máximo del árido grueso reciclado producido y de la composición del hormigón original. La fracción gruesa posee una curva granulométrica adecuada, que se puede englobar dentro de los usos granulométricos que recomiendan algunas normas internacionales como ASTM o PREN DENSIDAD La densidad de los áridos reciclados es, en general, inferior a la de los áridos naturales debido a la pasta de cemento que queda adherida a los granos y al contenido de impurezas de menor densidad, como el ladrillo o asfalto. La densidad del árido reciclado suele oscilar entre 2100 y 2400 kg/m 3, mientras que la densidad saturada seca varía entre 2300 y 2500 kg/m 3, pero en todos los casos, estos áridos se pueden considerar de densidad normal (no ligeros) porque presentan una densidad superior a 2000 kg/m 3. En ocasiones, los áridos reciclados procedentes de materiales cerámicos pueden alcanzar valores de la densidad por debajo de los 2000 kg/m 3 (Normativa WRAP, 2007). Los factores que más influyen en la densidad del árido reciclado son los siguientes: El tamaño del árido reciclado: la densidad del árido es ligeramente superior en las fracciones más gruesas. Las fracciones más pequeñas presentan una menor densidad y una mayor absorción que las fracciones más gruesas, debido a que en las primeras se 14 P á g i n a

15 2. ESTADO DEL ARTE concentra un mayor porcentaje de pasta adherida. El factor fundamental en la densidad del árido reciclado lo constituye la densidad del árido con el que fue fabricado el hormigón, que puede ser muy diferente para hormigones de distintas procedencia, esto hace que los resultados recopilados tengan una dispersión muy elevada. Las técnicas de procesamiento utilizadas: la densidad varía también según el tipo de trituradora empleada, hay tres tipos principales: trituradora de mandíbulas que producen una buena distribución del tamaño del árido para la producción de hormigón, trituradora de impacto que son mejores para la trituración de áridos para carreteras y la trituradora de cono. Se obtienen valores ligeramente superiores en los áridos gruesos cuando se emplean trituradoras de impacto dado que estas eliminan mejor el mortero adherido al árido grueso. Mediante sucesivos procesos de trituración se puede mejorar la calidad del árido reciclado, ya que se reduce la cantidad de mortero adherido, que es una de las causas principales de disminución de la densidad media del árido reciclado. Calidad del hormigón original: en aquellos estudios en los que se han caracterizado áridos procedentes de hormigones de muy diferente relación agua/cemento o muy variada resistencia, no se aprecian diferencias importantes ni tendencias claramente marcadas en el valor de la densidad ABSORCIÓN Los áridos reciclados se caracterizan por tener una absorción más elevada que los áridos artificiales y mucho mayor que los naturales. Las repercusiones de esta mayor absorción se centran en la conveniencia de aportar una mayor cantidad de agua en la aplicación de estos materiales, tanto en el proceso de compactación de capas de firme, como en la preparación de las mezclas de hormigón. En este caso, el valor de la absorción es un dato relevante para establecer la fórmula adecuada de la relación agua-cemento. La capacidad de absorber agua es una de las principales características que diferencian a los áridos naturales de los reciclados. Se considera que hay tres factores que condicionan la capacidad de absorción del árido: Tamaño de partícula: las fracciones más finas son las que tienen mayor absorción que las fracciones más gruesas, debido a que en las primeras se concentra un mayor porcentaje del mortero que queda adherido al árido reciclado. La absorción del árido fino es superior 15 P á g i n a

16 2. ESTADO DEL ARTE al 5% permitido por la normativa española, este hecho justifica que no sea recomendable la fabricación de hormigón con árido fino reciclado. Densidad: está condicionada por la cantidad de mortero adherido, así pues a menor densidad (mayor cantidad de mortero adherido) mayor capacidad de absorción por parte del árido reciclado. Proceso de tratamiento: cuando se realizan sucesivos procesos de trituración, la capacidad de absorción desciende, pudiéndose alcanzar valores próximos a la del árido natural (la presencia de varias etapas de trituración origina una mayor calidad del árido reciclado a través de la disminución de la cantidad de mortero adherido) MORTERO ADHERIDO Los áridos reciclados siempre tienen, en mayor o en menor proporción, mortero adherido en su composición. Este componente es el responsable de las principales diferencias entre el árido natural y el árido reciclado, provocando que este último tenga una menor densidad, mayor absorción de agua, menor resistencia y dureza, susceptibilidad a las heladas, reacción álcali-árido y ataque de sulfatos, entre otros. Se podría decir que este mortero adherido define la debilidad del hormigón reciclado frente al hormigón convencional. Los principales factores que influyen en la cantidad de mortero adherido en los áridos (a igual proceso de trituración y gasto energético) son la relación agua/cemento, la resistencia original del hormigón y el tamaño del árido FORMA En los estudios realizados en la forma de las partículas de los áridos reciclados se ha observado que dependen del ensayo realizado. Se han realizado muchos ensayos para determinar el coeficiente de forma, y se ha llegado a la conclusión de que no suele haber grandes diferencias entre árido natural y árido reciclado. En el índice de lajas es donde hay una mayor diferencia entre árido reciclado y árido natural, debido a que el mortero que queda en los ángulos de las partículas tiende a redondear los elementos más angulosos, haciendo disminuir el porcentaje de lajas. Así pues, el índice de lajas es mayor en el árido natural que en el árido reciclado. 16 P á g i n a

17 2. ESTADO DEL ARTE IMPUREZAS La principal diferencia entre los áridos reciclados y los áridos naturales, desde el punto de vista de su composición, es el gran número de impurezas de aquellos. Dichas impurezas son las que provocan una disminución de la calidad en los productos fabricados con los áridos reciclados, por ejemplo el hormigón. Sánchez de Juan [1] comenta la existencia de trabajos donde se estudia que la presencia de cantidades de impurezas puede reducir un 15 % la resistencia a compresión del hormigón. Los problemas que originan las impurezas son muchos, por ejemplo, el yeso puede originar ataque por sulfatos, y la madera y el papel son inestables a los ciclos de humedad-sequedad y hielo-deshielo, produciendo desconchados superficiales. Existen muchas normas a nivel europeo o mundial para clasificar los contenidos máximos de las impurezas en los áridos reciclados, por ejemplo la normativa UNE-EN :2009/AC: Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos. Parte 11: Ensayo de clasificación de los constituyentes del árido reciclado grueso COMPOSICIÓN QUÍMICA CONTENIDO DE CLORUROS El contenido de cloruros en el árido reciclado depende de la procedencia del residuo de hormigón utilizado; por ejemplo, la concentración de cloruros en residuos de hormigones procedentes de obras marítimas, puentes o pavimentos expuestos a sales de deshielo contienen una elevada concentración de cloruros. La presencia de cloruros puede ser dañina según el producto final de los áridos reciclados, por ejemplo, puede atacar armaduras y originar la corrosión de las mismas en el uso de áridos reciclados en hormigón armado CONTENIDO DE SULFATOS El árido reciclado puede contener un elevado contenido de sulfatos debido a que el propio árido natural tiene una cierta cantidad de sulfatos y se le añade los sulfatos que contiene el mortero adherido y la presencia de contaminantes de yeso cuando el hormigón proviene de edificación. Los sulfatos presentes en la pasta de cemento no producen problemas en el hormigón nuevo si se combinan durante la hidratación, el yeso es el elemento más dañino, ya que puede provocar expansiones y hay que realizar diferentes medidas para evitar su presencia en el hormigón, por ejemplo, si se prevé que el árido reciclado pueda contener 17 P á g i n a

18 2. ESTADO DEL ARTE yeso, se aconseja el uso de cementos resistentes a sulfatos. Se debe limitar el contenido de compuestos totales de azufre en vez de sulfatos solubles en ácido. Existe una relación entre el tamaño del árido reciclado y el contenido de sulfatos, ya que a mayor tamaño menor es el contenido de sulfatos porque el contenido de mortero adherido disminuye con el tamaño CONTENIDO DE ALCALINOS Los áridos reciclados poseen elevados contenidos de álcalis y si se utilizan para fabricar hormigón, es necesario empelar cementos prácticamente exentos de álcalis, debido al contenido de álcalis que contiene la pasta de cemento adherida en el árido reciclado y por la dificultad en el control de la reactividad en los áridos reciclados, causada por la heterogeneidad y la diversa procedencia de los materiales de origen. 2.3 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RECICLADO PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO CONSISTENCIA En general, la incorporación de árido reciclado en el hormigón produce un aumento de la consistencia cuando se mantiene la misma relación agua/cemento. Debido a la elevada absorción que presenta el árido reciclado, durante el proceso de amasado una cierta cantidad de agua será retenida por los áridos, produciendo un aumento de consistencia en ocasiones importante y una reducción de la relación agua/cemento efectiva. El aumento de la demanda de agua se debe principalmente a la mayor absorción de los áridos reciclados y al cambio en la granulometría del árido (generación de finos) durante el amasado, aunque también pueden influir otros factores como su forma angular y su textura rugosa. La elevada absorción del árido reciclado produce una rápida ganancia de la consistencia durante aproximadamente los primeros 10 minutos, después de este tiempo las curvas de ambos hormigones discurren prácticamente en paralelo. Para obtener la consistencia deseada se pueden realizar diferentes operaciones: 1. Cuantificar la cantidad de agua adicional que se debe añadir al hormigón durante el amasado mediante ensayos previos. Éste presenta el inconveniente que el árido 18 P á g i n a

19 2. ESTADO DEL ARTE reciclado es muy heterogéneo y es difícil establecer un valor de absorción único para todas las partidas con el que calcular la cantidad de agua que se necesita añadir. 2. Utilizar árido saturado. Para ello es necesario incorporar instalaciones en la planta de fabricación del hormigón que permitan humedecer el árido en los acopios hasta una condición de saturación con superficie seca. La fluidez del hormigón mejora sensiblemente. 3. Añadir superplastificante al hormigón. En general para lograr la consistencia deseada se optara por utilizar los áridos saturados. Para lograr una misma consistencia, la demanda de agua del hormigón con el árido grueso reciclado es del orden del 5-10% superior que para el hormigón convencional. Dado que la demanda de agua es mayor, el contenido de cemento necesario será superior para el caso de hormigones con áridos reciclados que para el caso convencional, de esta forma, se obtendrá una misma resistencia DENSIDAD Como se ha comentado en el apartado Densidad, la densidad de los áridos reciclados es menor que la de los áridos naturales. Esto hará que la densidad del hormigón reciclado sea entre un 5-15% más baja que la del hormigón convencional (formado por áridos naturales) [2]. Los resultados experimentales [3] muestran que el hormigón reciclado tiene una densidad media de 2250 kg/m 3, este valor siendo ligeramente inferior al obtenido por el convencional que es de 2400 kg/m 3 (Normativa WRAP,2007) PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO Las propiedades mecánicas del hormigón reciclado han sido ampliamente estudiadas, dependiendo de los distintos porcentajes de sustitución del árido. Los estudios citados en este apartado, destacan que es de suma importancia la zona de transición entre el mortero y el árido reciclado, debido a que esta zona de transición condicionará a la adherencia e influirá en las propiedades del hormigón reciclado RESISTENCIA A COMPRESIÓN En general, la utilización de árido reciclado para la fabricación de hormigón implica una disminución de la resistencia a compresión en el hormigón reciclado. Hay tres factores que determinan esta disminución de la resistencia. El primer factor es la resistencia mecánica del árido reciclado. A partir de un árido reciclado de baja calidad, que proviene de un hormigón de baja resistencia, se obtiene un 19 P á g i n a

20 2. ESTADO DEL ARTE hormigón reciclado con un valor de resistencia inferior al hormigón original, que no se puede aumentar aunque se disminuya la relación agua/cemento. En cambio, si el árido reciclado es de alta calidad, proviene de un hormigón de origen de buena o alta resistencia, se puede llegar a obtener un hormigón reciclado con un valor de resistencia similar al hormigón original con la misma relación de agua/cemento. Como se ha comentado anteriormente, la absorción del árido reciclado tiene un papel muy importante en la resistencia, dado que hace variar la relación agua/cemento para conseguir un hormigón con áridos reciclados con la misma resistencia que uno convencional. Por último, el aumento de zonas débiles en el hormigón también afecta a la resistencia, ya que además de la unión pasta-árido, que presenta el árido reciclado, aparece otra zona de contacto entre la pasta del árido reciclado y la pasta nueva [4]. Etxeberria et al [5], estudiaron distintos porcentajes de sustitución del árido reciclado (25%, 50% y un 100%). En el caso de una sustitución del 100% del árido, la resistencia obtenida por el hormigón reciclado era un 20-25% menor que el hormigón convencional a los 28 días, con la misma relación agua/cemento efectiva y con la misma cantidad de cemento. Si la resistencia a compresión del hormigón era media (30-45MPa), el hormigón reciclado con 25% de árido reciclado alcanzaba las mismas propiedades mecánicas que en el caso del hormigón convencional. En cambio, para hormigones con la misma resistencia que en el caso anterior, con sustituciones del 50% y del 100% del árido natural por árido reciclado de hormigón, se necesitaba una relación w/c efectiva de un 4-10% más baja y un aumento en el contenido de cemento en un 5-10% más que el hormigón convencional para alcanzar la misma resistencia que el hormigón convencional a los 28 días RESITENCIA A TRACCIÓN Los estudios realizados por Etxeberria et al [6] demuestran que la resistencia a tracción obtenida por los hormigones fabricados con árido reciclado de hormigón tienen una mayor resistencia que los hormigones de control. Esto se debe a la capacidad de absorción del mortero adherido en el árido reciclado y a la eficacia de la nueva zona de transición del hormigón con árido reciclado. Para el caso de una sustitución del 100% del árido (RC100), se puede observar que la resistencia a tracción disminuye respecto al hormigón de control MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN RECICLADO 20 P á g i n a

21 2. ESTADO DEL ARTE El estudio realizado por Padmini et al [7], demuestra que el módulo de elasticidad del hormigón original y del hormigón reciclado están relacionados con la resistencia a compresión. Para una resistencia determinada, el módulo de elasticidad del hormigón reciclado es menor que el del hormigón convencional. Con el aumento del porcentaje del árido reciclado, se produce una reducción del módulo de elasticidad. La reducción del módulo de elasticidad se debe a la porosidad de los áridos y la capacidad del conjunto para limitar la tensión de la matriz. En el hormigón reciclado, la presencia relativa de la porosidad en el mortero adherido del árido reciclado reduce la capacidad de limitar la tensión de la matriz. El módulo de elasticidad del hormigón reciclado es menor que el del hormigón convencional, un alto porcentaje de la reducción del módulo se debe al tamaño de los áridos reciclados, ya que a menor tamaño se obtiene un menor módulo. En el caso de hormigones reciclados de baja resistencia MPa, según Rahal [3], se permite realizar una comparación entre la resistencia a compresión y el módulo de elasticidad, y se encontró que el módulo de elasticidad para el caso del hormigón reciclado tan sólo es un 3 % menor que del hormigón convencional. El módulo de elasticidad del hormigón reciclado se reduce a medida que se va incrementando la cantidad de árido reciclado (RCA) [3]. Esta situación es previsible, debido que el árido reciclado es más propenso a la deformación que el árido natural. Por lo tanto el módulo de elasticidad del hormigón reciclado será menor que en el caso del hormigón convencional, ya que el módulo del hormigón depende de forma significante del módulo de los áridos [8] DURABILIDAD En el presente apartado se estudiaran las propiedades del hormigón reciclado en el caso de la durabilidad. Hasta ahora, ha sido poco estudiado el comportamiento del hormigón frente a estos procesos de deterioro que condicionaran su aplicación en el mundo de la construcción POROSIDAD En el caso del hormigón reciclado, la porosidad accesible comparada con la del hormigón convencional aumenta con la relación agua/cemento y con el grado de sustitución del árido reciclado. Si la sustitución del árido natural por el árido reciclado de hormigón es del 100 %, el incremento de la porosidad en el hormigón reciclado es del 5,9 % a los 7 días, 2,3 % a los 28 días y a los 90 días un valor del 3,8 % [9] PERMEABILIDAD 21 P á g i n a

22 2. ESTADO DEL ARTE La permeabilidad de los hormigones reciclados, aumenta a medida que se incrementa la sustitución del árido reciclado y decrece con el paso del tiempo y la duración del curado [10]. Esta reducción, se debe a la continuación del proceso de la hidratación del cemento. Los estudios realizados por diversos autores, demuestran que el empleo de los áridos reciclados produce en el hormigón un aumento de la permeabilidad con respecto a los hormigones fabricados con árido natural, influyendo en la durabilidad del hormigón reciclado. Sin embargo, el uso de adiciones como es el caso de las cenizas volantes (FA) o humo de sílice (SF) pueden mejorar la durabilidad del hormigón [11] FLUENCIA Y RETRACCIÓN DEL HORMIGÓN RECICLADO La retracción de secado en el hormigón reciclado aumenta después de los 28 días. El hormigón reciclado fabricado con una sustitución del 20 %, muestra una retracción parecida a la obtenida por el hormigón convencional en las primeras edades, ahora bien, para un periodo de 6 meses la retracción en el hormigón reciclado es un 4 % superior. A medida que aumenta la sustitución del árido reciclado, la retracción de secado es mayor respecto a la obtenida por el hormigón convencional. Si se sustituye un 50 % de RCA se obtiene un valor de un 20 % más que en el hormigón convencional. Mientras que en una sustitución del 100 %, la retracción aumenta hasta un 70 % de valor, después de los 180 días [12]. Figura 2.1: Evolución de la retracción en el tiempo, para distintas sustituciones de árido reciclado [13] El mecanismo original de la fluencia puede ser definido de forma simple como la pérdida de agua en la pasta de cemento debido a la acción de la aplicación de cargas, en los 22 P á g i n a

23 2. ESTADO DEL ARTE hormigones con un alto volumen de contenido de áridos reciclados, se obtienen unas tensiones más bajas causadas por la fluencia. La deformación por fluencia del hormigón reciclado con un 20% de sustitución es un 35% superior que en el caso del hormigón convencional. Sin embargo, con una sustitución del 50%, la deformación por fluencia es del 42%, mientras que para una sustitución del 100% la fluencia se incrementaba un 51% respecto al convencional [13] ATAQUE POR CLORUROS EN EL HORMIGÓN RECICLADO Del estudio realizado por Kou et al [14], se obtiene que la resistencia a la penetración del ion cloruro disminuye con el empleo del árido reciclado, para las distintas edades del hormigón estudiadas. Si se compara la carga total que pasa medida en Coulomb para el caso del hormigón reciclado y el hormigón convencional a los 28 días, la disminución que se produce es del orden de un 10-14% más baja que en el caso del hormigón convencional [15]. A medida que transcurre el tiempo del curado, la resistencia a la penetración del ion cloruro mejora, ya que aumenta el período de hidratación. Sin embargo, se observa un pequeño incremento en la penetración del ion cloruro cuando el contenido del árido reciclado aumenta del 0% al 100%, debido a la porosidad del árido reciclado [16]. La mejora de la resistencia a la penetración del ion cloruro, se produce cuando la relación agua/cemento disminuye de 0.55 a Esto significa una disminución del 53% de la carga total que pasa medida a los 28 días, para el caso del hormigón reciclado con una sustitución del 100% del árido. Además si se añaden cenizas volantes, estas producen un bloqueo al paso de los iones cloruros mejorando la resistencia a la penetración. Si se sustituye el 100% del árido natural por árido reciclado, una disminución de la relación agua/cemento del 0.55 a 0.40 y la adición de cenizas volantes (un 25%), la carga total se reduce de 6905 a 1305 Coulombs, que corresponde a una mejora del 81% [16] CARBONATACIÓN La profundidad de la carbonatación en los hormigones reciclados aumenta con el incremento del árido reciclado. Este comportamiento es esperable tal como ocurrió en el caso de la absorción capilar y la resistencia a la penetración de los iones cloruros, ya que muestra el mismo comportamiento. Los resultados obtenidos por Evangelista y de Brito [17], concluyeron que la profundidad de carbonatación del hormigón crece con el aumento del contenido del árido reciclado. 2.4 CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS EN HORMIGÓN ARMADO 23 P á g i n a

24 2. ESTADO DEL ARTE El hormigón confiere al acero una protección de doble naturaleza. En primer lugar, el recubrimiento representa una barrera física que separa el metal del contacto directo con la atmósfera. El espesor del recubrimiento y su permeabilidad son los factores que controlan la eficacia de esta barrera. Por otro lado, en la interfase acero-hormigón se forma una capa pasivante, autorregenerable, de muy pequeño espesor, debida a un proceso de naturaleza esencialmente electroquímica, basado en la elevada alcalinidad del hormigón y en la existencia de un potencial electroquímico apropiado. El acero de este modo, permanecerá indefinidamente pasivo, a menos que se produzca una disminución del valor de ph, necesaria para iniciar la destrucción del estado pasivo. Esta pérdida de pasividad de las armaduras del hormigón se debe, principalmente, a dos factores desencadenantes: la carbonatación del hormigón y la presencia de iones despasivantes, esencialmente cloruros. La carbonatación es la reacción de dióxido de carbono de la atmósfera con las sustancias alcalinas de la solución de los poros y con los componentes hidratados del hormigón, que produce un descenso del ph del hormigón por debajo de un valor crítico, no bien definido, que algunos autores sitúan en 9,5. [18]. La presencia de iones despasivantes en cantidad suficiente rompe localmente la película de óxido submicroscópica y continúas a las que se atribuye la pasivación, desencadenado de esta manera la corrosión localizada en forma de picaduras. Esto se debe principalmente a los cloruros, añadidos al hormigón como aditivos o bien contenidos en el medio ambiente y que penetren en el hormigón por difusión. Figura 2.2 Mecanismos de penetración de agentes agresivos 24 P á g i n a

25 2. ESTADO DEL ARTE EFECTOS DE LA CORROSIÓN Los efectos de la corrosión sobre el comportamiento de las estructuras de hormigón armado se manifiestan en tres vertientes: 1. Sobre el hormigón, cuando se fisura y desprende. 2. Sobre el acero, con una disminución de su capacidad mecánica por pérdida de sección transversal, disminución de su ductilidad y de si resistencia a fatiga. 3. Sobre el sistema hormigón armado, por la pérdida de la adherencia y del anclaje de la armadura embebida en el hormigón EFECTOS SOBRE EL HORMIGÓN La disponibilidad de oxigeno sobre la estructura nos condicionara el volumen de expansión del acero por corrosión, aumentando de dos a seis veces su volumen inicial. Esta expansión hace que aparezcan tensiones radiales que someten a tracción el hormigón que envuelve las barras. La consecuencia de las tracciones en el hormigón es la fisuración del recubrimiento de forma paralela a las armaduras. Si este proceso no se interrumpe el recubrimiento puede llegar a desprenderse, dejando al descubierto las armaduras de la estructura. Figura 2.3 Proceso de corrosión de armadura pasiva EFECTOS SOBRE EL ACERO La corrosión en el acero se produce de dos modos diferentes: uniforme o en forma de picaduras. 25 P á g i n a

26 2. ESTADO DEL ARTE Cuando la corrosión se da de forma uniforme se puede suponer que la capacidad mecánica de la armadura disminuye de forma proporcional a la perdida de sección. Cuando este fenómeno avanza aparecen picaduras que actúan de forma concentradora de tensiones, produciendo un estado de tensiones triaxiales que altera el estado dúctil del material convirtiéndolo en frágil. Las picaduras suelen producirse en ambientes marinos por la presencia de cloruros. Figura 2.4 Tipos de corrosión que se dan en las armaduras de hormigón. Según trabajos experimentales de ensayos a tracción estándar en barras corrugadas de acero se han obtenido las siguientes conclusiones: La influencia de la corrosión en la resistencia del acero caracterizada por los parámetros del límite elástico y resistencia a tracción es poco significativa para perdidas de sección menor al 20%. En cambio, para niveles de deterioro mayores, perdida de sección entre el 30 y 40%, implican reducciones importantes de f sy y f su, 11% y 8% respectivamente. La deformación bajo cargas máximas disminuye del orden del 20% para perdidas de sección del 10% y reducciones del 45% para perdidas de sección del 25 al 30% EFECTOS SOBRE EL SISTEMA HORMIGÓN ARMADO La corrosión de armaduras en el hormigón armado, tiene un gran impacto sobre el comportamiento del mismo en muchos aspectos. A nivel global, se puede observar un incremento de las deformaciones de la estructura. El patrón de fisuración puede cambiar y la abertura de fisura aumentar. La pérdida de sección provoca un aumento de tensiones 26 P á g i n a

27 2. ESTADO DEL ARTE importante en las armaduras, y la redistribución de esfuerzos en estructuras hiperestáticas provoca la variación de las tensiones en las armaduras no corroídas. Esta misma pérdida de sección se traduce en una disminución de la capacidad última de la estructura, por lo que se reduce inevitablemente el nivel de seguridad de la misma. Localmente, el deterioro de la conexión entre el acero y el hormigón provoca la variación de las propiedades adherentes entre ambos materiales. Este efecto más local tiene especial repercusión en las zonas de anclaje de las armaduras, donde se moviliza en gran medida el total de la tensión de adherencia disponible. Así mismo, la variación de las propiedades adherentes también puede provocar un incremento de las deformaciones de la estructura, por producirse mayores deslizamientos relativos entre el hormigón y el acero. Uno de los principales objetivos de este estudio es la evaluación de dicho efecto, ya no sólo sobre el hormigón convencional sino también para el hormigón reciclado. A priori, la mayor presencia de un porcentaje de poros, debida al uso de áridos reciclados, debería permitir una distribución de los productos de corrosión mayor, provocando una disminución de los efectos de fisuración para bajos niveles de corrosión así como el aumento del efecto favorable de la corrosión sobre la adherencia en los niveles bajos por confinamiento de las armaduras. La corrosión de las armaduras afecta al comportamiento adherente a través de cuatro mecanismos: 1. La corrosión del acero provoca una variación de la naturaleza de la interfase entre el acero y el hormigón, la corrosión del acero provoca la aparición de productos de corrosión que son los que están en contacto con el hormigón, provocando una pérdida de adherencia del acero con el hormigón. Los derivados de dicha corrosión, no están mecánicamente caracterizados. Según diferentes estudios, se asume que el comportamiento mecánico de los productos derivados de la corrosión es parecido al de un material granular. Esto provoca inevitablemente una modificación de las propiedades originales de la adherencia. Además, los productos derivados de la corrosión de armaduras, presentan una variación importante de volumen. Estos pueden ser hasta siete veces más voluminosos, por combinarse con otros compuestos como por ejemplo el oxígeno, formando de esta manera elementos más grandes y complejos. La media sobre el incremento de volumen derivado de la corrosión es aproximadamente de tres veces su volumen inicial. 2. La corrosión provoca una mayor pérdida de altura de corruga que pérdida de sección. Con la perdida de corruga, la armadura tiende a comportarse como una barra lisa en la 27 P á g i n a

28 2. ESTADO DEL ARTE que la adherencia se ve muy reducida respecto a la inicial dado que hay una disminución del acuñamiento entre acero y hormigón [19]. 3. Por pequeñas corrosiones en el acero, la adherencia se ve incrementada, pero después de la aparición de grietas en el hormigón, la adherencia disminuye drásticamente [7]. Se estima que para valores de corrosión menores al 7%, el efecto de confinamiento, si no ha habido fisuras, provoca un incremento de la adherencia entre ambos materiales. 4. En caso de existencia de armadura transversal, la corrosión de los cercos modifica las condiciones de confinamiento del hormigón que rodea a las barras, alterando las condiciones de adherencia CORROSIÓN ACELERADA La corrosión del acero es un proceso lento. Debido a la naturaleza protectora del hormigón se necesita un tiempo largo para que empiece el proceso de corrosión de las armaduras, aunque estén sometidas a condiciones de exposición de corrosión severas. Es difícil conseguir un grado significativo de corrosión de las armaduras en un tiempo limitado para llevar a cabo estudios experimentales y evaluar los diferentes factores que influyen en el conjunto de hormigón armado, como podría ser la perdida de adherencia y la pérdida de capacidad de carga del hormigón armado con corrosión, el efecto del recubrimiento, etc. Por esta razón se ha desarrollado métodos para la simulación de dichos procesos de corrosión en plazos mucho más ajustados. Uno de estos métodos es la corrosión forzada o acelerada. La forma de acelerar el proceso de corrosión mediante una corrosión forzada consiste en la aplicación de una corriente eléctrica entre el ánodo, las barras a corroer, y el cátodo, permitiendo que se produzca corrosión. Conceptualmente, lo que se pretende es forzar la formación de la pila de corrosión mediante la aportación de un potencial eléctrico externo. El grado de corrosión logrado durante el ensayo, es fácilmente estimable mediante la Ley de Faraday. Esta ley establece una relación entre los principales factores que intervienen en el proceso de corrosión. Según numerosa bibliografía consultada, existe una relación muy ajustada entre el valor teórico obtenido y el valor de corrosión experimental resultante de aplicar cierta intensidad. Esta formulación básicamente aplica un criterio para relacionar una intensidad circulante por unidad de superficie a corroer, la masa a corroer respecto la masa inicial y el tiempo. Así se puede definir con un error menor al 10% la cantidad de masa a corroer bajo una intensidad constante, durante un tiempo determinado. Para una misma intensidad, cuanto más tiempo de exposición, más grado de corrosión. 28 P á g i n a

29 2. ESTADO DEL ARTE Figura 2.5 Proceso de deterioro de armaduras pila de oxidación Otro factor que interviene en la Ley de Faraday es la densidad de corriente, es un parámetro que no existe como unidad de medida física y se determina a partir de la división de la intensidad aplicada entre la superficie a corroer, generalmente se da en μa/cm 2. Es muy importante tener controlada esta densidad, porque de ella depende el grado de corrosión. Numerosos estudios han revelado que el valor de densidad de corriente no puede ser aleatorio. Si lo que se quiere es simular un proceso de corrosión natural, los valores de dicha densidad de corriente nunca deberían superar los 500 μa/cm 2, el empleo de densidades superiores no asegura que el comportamiento sea asimilable al de la corrosión natural. Sin ir más lejos, el proceso de corrosión es tan rápido, que los productos derivados de la corrosión no pueden distribuirse a lo largo del entorno de la barra provocando tensiones muy elevadas por la expansividad de estos productos y por lo tanto fisuración en las zonas afectadas para niveles de corrosión relativamente bajos. Es importante mantener un valor de densidad de corriente bajo, para ajustar el 29 P á g i n a

30 2. ESTADO DEL ARTE proceso de corrosión lo máximo posible a la realidad. Otro parámetro importante a controlar es la humedad para que se produzca la circulación de electrones. 2.5 TENSIÓN DE ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO Hasta este momento se han descrito las propiedades del hormigón con áridos reciclados y como afecta la corrosión al conjunto acero-hormigón. En este trabajo también nos interesa describir cómo afecta la tensión de adherencia a dicho conjunto. Del mismo modo que para caracterizar el comportamiento mecánico de los materiales como el acero y el hormigón, se emplean diagramas que relacionan la tensión con la deformación, para estudiar la adherencia se aplican diagramas que relacionan la tensión de adherencia con desplazamiento relativo de la barra. Este tipo de diagramas se obtienen a partir de ensayos de experimentales (pull - out o beam test), que dependen de una gran variedad de parámetros. La adherencia entre el hormigón y el acero se caracteriza por tres mecanismos resistentes de adherencia: por contacto, por rozamiento y por interacción mecánica. La adherencia por contacto ocurre de forma natural debido a la adhesión química que hay entre las barras y el hormigón. Así que en una pieza de hormigón armado éste es el primer tipo de adherencia que se produce entre los materiales. La adherencia por rozamiento se da cuando hay un deslizamiento relativo entre dos materiales que genera un rozamiento que se opone a ese movimiento. Este rozamiento aparece de manera natural y se caracteriza por el coeficiente de rozamiento que depende del tipo de acero. Este tipo de adherencia será mayor cuanto mayor sea el confinamiento de las barras de acero. La presencia de las corrugas en el acero ejerce un efecto de acuñamiento entre éstas y el hormigón en cuanto se produce algún tipo de movimiento relativo. Se generan sobre las corrugas una serie de esfuerzos de compresión tracción que se oponen al deslizamiento relativo. A este proceso se llama adherencia por interacción mecánica o acuñamiento, siendo el mecanismo correspondiente presentado en la figura siguiente. 30 P á g i n a

31 2. ESTADO DEL ARTE Figura 2.6 Efecto de acuñamiento entre las corrugas del acero y el hormigón que se da cuando se produce algún tipo de movimiento relativo entre estos. Por lo que en barras lisas la adherencia se debe principalmente a la adhesión química y al rozamiento, pero en el caso de barras corrugadas estos son despreciables y la adherencia en este caso ocurre sobre todo por interacción mecánica FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO El fenómeno de la adherencia entre el hormigón y el acero es muy complejo y son muchos los factores y parámetros que intervienen en ella, tanto de carácter físico como químico. Además de los parámetros relacionados con las características de las barras, se deben considerar otros factores como las propiedades del hormigón, el recubrimiento, el confinamiento, la historia de carga, posición de las barras, ya que influyen en el estado tensional del hormigón que rodea a la barra PROPIEDADES DEL HORMIGÓN Las propiedades mecánicas del hormigón y en especial, la resistencia a tracción, influyen en el comportamiento de la adherencia entre barras de acero y hormigón. El Eurocódigo 2 (UNE-ENV-1992, 1-1) establece que la tensión de adherencia de cálculo, f bd, se da en función de la resistencia característica del hormigón a la compresión, según el tipo de barra en cuestión: barras corrugadas o lisas. Entre las propiedades del hormigón que afectan la adherencia, además de la resistencia, hay que considerar otros factores como la dosificación, ya que la tensión de adherencia aumenta cuando disminuye la relación agua/cemento. La dosificación influye en la retracción plástica y asentamiento plástico, factores a su vez relacionados con la fisuración del recubrimiento. Otro factor a considerar es la ejecución, ya que es decisiva la calidad en términos de homogeneidad y uniformidad del hormigón. Además, la adherencia varía con el sistema de compactación empleado y con la consistencia. 31 P á g i n a

32 2. ESTADO DEL ARTE PROPIEDADES DEL ACERO La tensión de adherencia disminuye al aumentar el diámetro de la armadura. La geometría del refuerzo y concretamente la distribución, la separación, la altura y el tipo de corrugas influyen en la transferencia de tensiones hormigón-acero, ya que evitan el deslizamiento físico de la barra embebida en el hormigón. Además, la separación y altura de corrugas tienen un efecto importante en el tipo de fallo que se produce, como se ve en la Figura 2.7, en la que aparece la influencia de la altura (simbolizado por a), y la separación (simbolizado por c ). En el primer caso, para una relación c /a menor, al aplicar una fuerza de tracción sobre la barra se produce el fallo por rotura del hormigón situado entre dos corrugas y, en el segundo caso, para una relación mayor de c /a, el fallo se produce por la rotura del hormigón situado alrededor de cada corruga en forma de cuña. A medida que aumenta la altura y espesor de corrugas se puede decir que aumenta la adherencia. Figura 2.7 Efecto de la adherencia en relación con la altura (a) y la separación (c ) de las corrugas de las barras de acero. Se ha estudiado por numerosos investigadores cual es el tipo de corrugado que proporciona la mejor capacidad adherente. La tendencia actual en el diseño de corrugas es disminuir la altura y separación entre ellas con el objetivo de evitar tensiones elevadas en el hormigón RECUBRIMIENTO El recubrimiento no sólo es fundamental en aspectos como la durabilidad de las estructuras de hormigón armado por suponer una barrera física ante la entrada de agentes agresivos, sino que también desempeña un papel decisivo en la adherencia hormigón acero, al determinar el tipo de fallo. De ahí la importancia de exigir un cierto espesor de recubrimiento de las armaduras en estructuras de hormigón armado. 32 P á g i n a

33 2. ESTADO DEL ARTE Al aumentar el recubrimiento la capacidad adherente entre la barra y el hormigón es mayor ya que retrasa la aparición de las fisuras en la superficie. La capacidad adherente aumenta con el aumento del recubrimiento hasta un determinado valor, a partir del cual permanece constante. En el caso de producirse las fisuras de splitting por una falta de transferencia de tensiones entre el hormigón y el acero, éstas se iniciarán en una zona determinada del elemento en función de la separación entre barras, el diámetro y el recubrimiento. Figura 2.8 Tipos de fisuración por corrosión de las armaduras En la Figura 2.8 se ve que en elementos donde el recubrimiento inferior es mínimo (o cuando la relación diámetro recubrimiento es pequeña), la fisuración se inicia siguiendo la directriz de la armadura en la zona inferior, para terminar formando un cono de rotura. Sin embargo, si el recubrimiento mínimo de la pieza está en el lateral del elemento, y la separación entre barras es pequeña, la fisura se produce horizontalmente en el plano del refuerzo CONFINAMIENTO El confinamiento es una variable que influye en la tensión de adherencia. Entre los principales mecanismos de confinamiento se enfatizan: el recubrimiento, descrito en el apartado anterior, el refuerzo transversal y la presión transversal de compresión. El refuerzo transversal, confina al hormigón que rodea la armadura longitudinal y su principal efecto es retrasar la aparición de fisuras y en caso que se produzcan mejorar el comportamiento adherente. Su eficacia depende del tipo de armadura que se utilice (barras rectas, estribos), de la posición y separación. 33 P á g i n a

34 2. ESTADO DEL ARTE En la presión transversal hay que destacar el efecto positivo que produce, sobre todo en las zonas de apoyo y en los anclajes de barras sin adherencia adecuada HISTORIA DE CARGA La duración, velocidad y tipo de solicitación a la que se ve sometida la estructura influyen en la adherencia, así como el estado tensional del hormigón que rodea a la barra. Un factor importante es además el sentido de la carga, que puede ser aplicada en una sola dirección comprimiendo o traccionando al elemento, o alternativamente en ciclos de tracción y compresión, típico de acciones sísmicas. Las solicitaciones de carácter repetitivo, disminuyen de manera importante la adherencia por desgaste del hormigón entre corrugas. Por otro lado las solicitaciones en dirección perpendicular a las barras aumentan la adherencia ya que favorecen el confinamiento de las mismas POSICIÓN DE LAS BARRAS La posición de esta barra también tendrá una influencia sobre la adherencia ya que el hormigón armado es un material anisótropo pudiendo generar diferencia entre la adherencia de las barras longitudinales y transversales, e incluso entre partes de una misma barra, por huecos debajo de las mismas en el hormigonado. 2.6 ENSAYO DE PULL - OUT Este método fue desarrollado en Dinamarca en 1975, y ha sido empleado y redefinido en los Estados Unidos y Canadá. Los ensayos pull - out consisten en aplicar una carga de tracción en uno de los extremos de una barra embebida una determinada longitud en el interior de un cubo de hormigón, mientras que el otro extremo permanece sin ningún tipo de tensión. Al tirar de la barra de acero, se mide el desplazamiento relativo entre el acero y el hormigón, y así se puede conocer la relación entre la fuerza de tracción y el deslizamiento producido τ-δ. La fuerza de tracción se incrementa hasta que ocurre un fallo de la adherencia o rotura del acero, dando un carácter semidestructivo al ensayo porque el hormigón se deteriora en algunos puntos irreversiblemente. Las curvas resultantes de este tipo de ensayos son denominadas curvas bond slip, adherencia deslizamiento, y están representadas esquemáticamente a continuación. 34 P á g i n a

35 2. ESTADO DEL ARTE Figura 2.9 Curvas bond-slip acero hormigón Las probetas del ensayo son cubos de hormigón en cuyo centro se dispone de la barra. La longitud de adherencia de la barra de acero será de cinco veces el diámetro de la barra (5ϕ), colocando algún elemento antiadherente en la longitud sobrante. La fuerza de tracción se aplica en el lado de la barra que no está adherida al hormigón y en el extremo adherido se coloca un dispositivo para medir el desplazamiento entre la barra y el hormigón. Para que el ensayo sea válido, las barras de acero utilizadas no pueden superar los 32 mm de diámetro. Los resultados del ensayo se cuantifican evaluando las tensiones de adherencia a partir de las fuerza de tracción que se registran. Esto se consigue mediante la siguiente fórmula: τ: tensión de adherencia. Fa: fuerza de tracción. d: diámetro de la barra de acero. f cm : resistencia del hormigón. f c : resistencia media del hormigón de las probetas ensayadas. El ensayo pull - out en una probeta proporciona la siguiente relación: Donde Δ 0 es el deslizamiento medio medido bajo la fuerza de tracción, es decir, la tensión de adherencia es función del deslizamiento. 35 P á g i n a

36 2. ESTADO DEL ARTE Estudios recientes tratan de determinar la capacidad adherente entre los hormigones con áridos reciclados y el acero respecto al comportamiento que presenta los hormigones convencionales [26]. Estos estudios ponen de manifiesto que la reducción de la capacidad adherente podría estar asociada a la cantidad de árido reciclado usado en la mezcla de hormigón. Varios autores [[26], [37], [38]] registran reducciones de 6-8% hasta el 30% de la capacidad adherente, aunque hay otros trabajos de investigación [36] que observaron diferencias de aproximadamente 1% entre la capacidad adherente de los hormigones con áridos reciclados respecto a los hormigones convencionales. 36 P á g i n a

37 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 3.1 INTRODUCCIÓN El principal objetivo de esta campaña experimental es caracterizar y comparar los diferentes comportamientos adherentes entre hormigón y acero con diferente grado de corrosión en las barras y hormigones fabricados con diferentes cantidades de áridos reciclados. Para ello se fabrican cuatro tipos de hormigón: hormigón convencional, con árido únicamente natural (HC), hormigón con sustitución de árido grueso por un 20% de áridos reciclados (HR 20), hormigón con sustitución de árido grueso por un 50% de áridos reciclados (HR 50) y por último hormigón con un 100% de sustitución de árido grueso (HR 100). Así mismo se plantea como otro objetivo del presente trabajo determinar el % de corrosión crítico para el cual se produce fisuración superficial en el hormigón teniendo en cuanta las diferentes cantidades de árido reciclado empleadas, en otras palabras, determinar si el incremento de porosidad y permeabilidad asociado a los hormigones con áridos reciclados puede en algún caso incrementar la capacidad del mismo en términos de fisuración. La campaña se define en dos bloques en los que se usa el mismo tipo de hormigón de demolición para la obtención de los áridos reciclados y se fabrican los cuatro tipos de hormigón, comentados anteriormente, para cada una de las fases. Se realizan dos fases diferentes, FASE1 y FASE2, y aunque se realizan los mismos ensayos para las dos fases, los objetivos de estas son diferentes, al igual que la configuración de los especímenes y alguno de los ensayos. El objetivo principal de la FASE1 es evaluar cómo influye la cantidad de árido reciclado en la adherencia entre el hormigón y el acero. El estudio de la adherencia se hace mediante el ensayo estandarizado pull - out, que es uno de los ensayos principales de esta campaña. Por otro lado, con el diseño de la FASE2 se pretende evaluar los efectos de la corrosión sobre la adherencia entre los materiales que forman la probeta. Cabe destacar que la configuración de estas difiere de las de la FASE1 con tal de poder realizar con éxito el proceso de corrosión acelerada, asegurando un recubrimiento igual en todas las caras de la probeta. Tanto la geometría de las probetas como la configuración de los ensayos se comentan en los siguientes apartados. Para poder llevar a cabo esta campaña experimental se prepara el árido reciclado, triturando el hormigón de demolición, tamizando y caracterizándolo, ajustando la granulometría a los requisitos definidos por la dosificación inicial (teniendo en cuenta las 37 P á g i n a

38 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL granulometrías obtenidas para los áridos gruesos naturales). En los apartados siguientes se define con más detalle los métodos y procedimientos empleados para determinar los materiales usados para cada fase. 3.2 MATERIALES CEMENTO El cemento utilizado durante la fase de fabricación fue un CEM I 42.5R, las propiedades del cual se detallan en la Error! No se encuentra el origen de la referencia.a continuación: Tabla 3.1 Composición química del cemento Composición SiO₂ Fe₂O₃ Al₂O₃ CaO MgO K₂O Na₂O SO₃ LOI % Los componentes principales descritos en esta ficha son los posibles a utilizar en este tipo de cemento según la norma UNE-EN Los componentes utilizados por el fabricante son los especificados en la designación del cemento, se muestran a continuación en la Tabla 3.12 y la Tabla 3.2. Tabla 3.2 Componentes principales del cemento Componentes principales normalizados Clínker (K) % Componentes minoritarios 0-5 % Tabla 3.3 Especificaciones del cemento normalizado Especificaciones del cemento normalizado Pérdida al Fuego Residuo Insoluble Cloruros Sulfatos Inicio Fraguado Final Fraguado Expansión <=5 % <=5 % <=0.10 % <=3.5 % >=60 min. <=720 min. <=10 mm 38 P á g i n a

39 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Resistencia a 2 días Resistencia a 28 días C3A en Clínker >=20 MPa 42.5 <=R<=62.5 MPa <=3 % ÁRIDOS ÁRIDOS NATURALES Los áridos naturales utilizados en la fabricación de los hormigones se distribuye en tres tamaños diferentes, arena natural (0/4), gravilla (5/10) y grava (10/20). Estos áridos son de origen calizo, suministrados por la empresa Promsa. A continuación, Tabla 3.4 y Figura 3.1, se muestra la curva del árido natural usado como árido de referencia para la determinación del árido reciclado. Tabla 3.4 Granulometría del árido natural usado para la fabricación de hormigones. Grava Natural Gravilla Natural Arena Natural Tamiz % Pasa Tamiz % Pasa Tamiz % Pasa 20 99,21 12,5 100, , , , , , , ,49 12,5 42,11 5 2,50 0,5 18, ,73 4 0,31 0,25 7,64 8 0,00 2 0,00 0,125 2,57 5 0,00 1 0,00 0,063 0,12 4 0,00 0,25 0,00 0 0,00 39 P á g i n a

40 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 100,00 Arena Natural Gravilla Natural Grava Natural 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,01 0, Figura 3.1 Curvas granulométricas del árido natural usado para la fabricación de los hormigones. En la Tabla 3.5 se disponen los resultados obtenidos de las propiedades físicas de estos áridos: Tabla 3.5 Propiedades físicas del árido natural Kg/dm3 GRAVA GRAVILLA Arena Densidad SSS 2,66 2,66 2,63 Densidad seca 2,65 2,64 2,59 Densidad aparente 2,69 2,70 2,70 Absorción (%) 0,67 0,87 1, ÁRIDOS RECICLADOS Como se ha comentado anteriormente se fabrican hormigones empleando tres fracciones distintas de árido reciclado grueso. Según la EHE, el límite impuesto de sustitución de áridos convencionales por áridos reciclados es del 20. En estas condiciones la dosificación resulta en un hormigón que tiene unas características tanto mecánicas como de durabilidad similares al del hormigón convencional. En esta tesina se han fabricado hormigones con áridos reciclados con un porcentaje de substitución del 20%, del 50% y del 100% de árido grueso reciclado. El motivo por el cual se ha decido emplear hormigones con sustituciones mayores a las permitidas por la normativa vigente, EHE-08, ha sido avanzar en el campo del uso de estos hormigones y cuantificar así sus virtudes y deficiencias en situaciones de reemplazos mayores al 20%, por encima del cual no está permitido. 40 P á g i n a

41 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Los áridos reciclados son áridos especiales ya que además del propio árido se tiene una fracción de otros materiales adherido al mismo, como cemento hidratado. La presencia de éste provoca una variación de las propiedades físicas respecto al árido convencional. Así mismo se traduce en una reducción de la resistencia del árido que se produce generalmente en una caída de la resistencia global del hormigón resultante. La selección de un árido reciclado que se ajuste a las necesidades del hormigón a fabricar es importante, para poder minimizar la mencionada caída en la resistencia en sustituciones mayores al 20%. Por ello, antes de escoger el árido reciclado se ha de seleccionar un hormigón, del cual se extraerá el árido, que tenga una resistencia similar o superior a la resistencia esperable para el hormigón de diseño, si se quiere paliar el efecto negativo que este remplazo en cantidades superiores produce. Para la fabricación de los hormigones reciclados de esta campaña experimental los áridos reciclados provienen de un hormigón con una resistencia a compresión de 40 MPa producido por una empresa de prefabricados de hormigón. Este hormigón se machacó en Laboratorio de Materiales de Construcción de la Universidad Politécnica de Cataluña, a continuación se pueden observar los áridos obtenidos una vez pasados por la machacadora, Figura 3.2. Figura 3.2 Áridos reciclados usados para la fabricación de hormigón reciclado. Para garantizar las características del hormigón reciclado es importante utilizar un árido reciclado que se ajuste lo máximo posible a la curva granulométrica original. Para conseguirlo se caracteriza la grava y la gravilla del hormigón de referencia (fracciones gruesas) obteniendo así una curva granulométrica resultante de la mezcla de los dos tipos 41 P á g i n a

42 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL de árido. El árido reciclado empleado para substituir las fracciones de gruesos deberá tener una granulometría lo más parecida a ésta última GRANULOMETRIA Árido Reciclado 100,00 90,00 80,00 70,00 60,00 50,00 40,00 AN AR 30,00 20,00 10, ,1 0,00 0,01 Figura 3.3 Curvas granulométricas de árido natural (AN) y árido reciclado (AR). Se puede determinar que los áridos reciclados presentan una granulometría totalmente adecuada, ya que la granulometría obtenida fue parecida a la curva granulométrica del árido natural usada como curva de referencia DENSIDAD DE LAS PARTICULAS, ABSORCIÓN DE AGUA La substitución de los áridos no se puede hacer en peso directamente. Esto se debe a que los áridos reciclados tienen diferentes propiedades físicas, entre ellas la densidad del mismo que varia respecto a la densidad de los áridos convencionales ya que, como se ha mencionado, además del propio árido hay parte de mortero hidratado, material poroso, adherido en la superficie entre otras substancias, lo que dota al mismo de una porosidad mucho mayor respecto a un árido convencional. Este hecho exige que el árido a emplear, además de cumplir los requisitos granulométricos y mecánicos expresados anteriormente haya de cumplir ciertos criterios en cuanto a propiedades físicas y es que el árido debe ser sustituido por volumen, para así asegurarse de que el volumen de hormigón fabricado es el mismo independientemente de la densidad y del tipo de árido. 42 P á g i n a

43 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Como se ha comentado en apartados anteriores, otro parámetro importante a tener en cuenta durante la fabricación del hormigón es la absorción de los áridos. Los áridos provienen de roca natural, por lo que la capacidad para absorber agua es muy reducida, se puede hablar de un 0.5% de peso del árido en agua absorbida por los mismos. Sin embargo, se ha visto que el árido reciclado es mucho más poroso. Esto tiene implicaciones en cuanto a la densidad, pero también tiene implicaciones en cuanto a la absorción de los áridos. El árido reciclado tiene una absorción muy superior que se puede cuantificar en el 5-6% aproximadamente. Es extremadamente importante tener en cuenta este dato de cara a la fabricación del hormigón. Una parte del agua se empleará directamente en hidratar los áridos, por lo que será necesario añadir una porción extra de agua para compensar dicha absorción o bien mantener hidratados los áridos antes del hormigonado. Por estas razones se han caracterizado tanto la densidad seca como la absorción de los áridos, Tabla 3.6, empleándose dichos valores en el diseño de las dosificaciones de los hormigones reciclados fabricados. Tabla 3.6 Densidad y absorción de los áridos reciclados. Densidad seca (kg/m 3 ) 2,33 Absorción (%) 5, DOSIFICACIONES Para los cuatro tipos de hormigón fabricados en las dos fases se mantiene la relación agua/cemento efectiva de 0,4462, esto permite comparar los resultados entre las distintas tipologías de hormigón reciclado según el porcentaje de sustitución de árido reciclado. En total se realizaron cuatro dosificaciones para cada una de las fases, se puede observar que la única diferencia entre ellas es a/c total (la relación a/c efectiva se mantiene constante), dado que la humedad de los áridos no es siempre la misma, se procura que está este entre el 4-5%. Las dosificaciones se muestran a continuación, Tabla 3.7. Tabla 3.7 Dosificaciones para los cuatro tipos de hormigones fabricados. HC HR 20 HR 50 HR 100 Cemento (kg) Agua (kg) Arena (kg) Gravilla (kg) Grava (kg) Árido Reciclado (kg) Aditivo (%) a/c total P á g i n a

44 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL a/c efectiva NaCl (% peso de cemento) Además se incorpora en la dosificación un 4% de NaCl en peso de cemento con el objetivo de forzar la despasivación de las barras de acero embebidas en el hormigón y creando un medio conductivo para el proceso de corrosión al que se someten las probetas, necesario en la corrosión forzada. El hecho de añadir cloruros reduce el tiempo de fraguado del hormigón por lo que para conseguir una trabajabilidad adecuada durante la puesta de los diferentes hormigones se añade superplastificante. La cantidad empleada en cada caso se ajusta a los criterios de trabajailidad necesarios para verter el material en los moldes necesarios. 3.4 GEOMETRÍA PROBETAS Como se ha comentado se diseñan dos fases con objetivos diferentes. Esto afecta directamente a la configuración que deben tener las probetas para que los ensayos se realicen de forma adecuada. Los principales ensayos a realizar son el ensayo a compresión simple, el ensayo a pull - out y el ensayo de corrosión acelerada o forzada y posteriormente el ensayo pull - out de los especímenes corroídos. Para llevarlos a cabo se usan dos tipos de probetas diferentes. En la realización de los ensayos a compresión simple se usan probetas cilíndricas de 100 mm de diámetro y 200 mm de altura, de las que se fabrican tres probetas para cada tipo de hormigón, esto resulta en 12 probetas cilíndricas para cada una de las fases. Por otro lado para los ensayos de corrosión forzada y pull - out se usan pobretas cubicas de 100 mm de arista, se fabricaron 18 probetas de este tipo para cada uno de los cuatro tipos de hormigón. Aunque el tamaño de la probeta será el mismo para las dos fases, FASE1 y FASE2, la configuración no será exactamente igual ya que los objetivos para cada fase son diferentes. Para la FASE1 se emplean barras de acero de 12 mm de diámetro embebidas en el centro de la probeta cruzando completamente la sección de hormigón. Para conseguir una longitud de adherencia de 50 mm entre hormigón y acero, se colocó un tubo de plástico en los primeros 50 mm de la zona embebida, esto impide la adherencia entre ambos materiales en esta zona, como se muestra en la Figura 3.4. En esta fase interesa que las barras sean pasantes para que la medición del deslizamiento real total de la barra pueda medirse respecto al hormigón. Con esta medición será más fácil evaluar cómo influye la cantidad de árido reciclado en la adherencia entre el hormigón y el acero. 44 P á g i n a

45 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Figura 3.4 Barras ϕ12 con tubo antiadherente. Descripción de los especímenes de la FASE1 Como ya se ha comentado anteriormente, el principal objetivo de la FASE2 es evaluar los efectos de la corrosión sobre la adherencia entre el hormigón y el acero. Por esta razón, y debido a la configuración del ensayo de corrosión forzada, que se lleva a cabo en esta fase, la configuración de las probetas difiere de las de la FASE1 en cuanto al diámetro de las barras de acero y la longitud embebida. Para la FASE2 se usan barras de acero de 10 mm de diámetro embebidas 50 mm con el mismo recubrimiento en todas las caras y asegurando que las barras estén centradas, como se muestra en la Figura 3.5. Para ello se diseñó un sistema mediante unas tablas y unos elementos de madera. Mediante esta configuración se impide que en el ensayo de corrosión acelerada produzca corrosión por picadura o localizada, consiguiendo reproducir al máximo una situación de corrosión generalizada, más frecuente, y siendo éste un objetivo del ensayo. 45 P á g i n a

46 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Figura 3.5 Descripción de la configuración de los especímenes de la FASE FASE EXPERIMENTAL Como se ha comentado en el apartado anterior los ensayos se realizan con dos configuraciones de probetas distintas estas configuraciones responden a los condicionantes de los ensayos a realizar. La fabricación de probetas con barras de diámetro de 12 mm, correspondientes a la FASE1, permite evaluar la capacidad adherente entre el hormigón y el acero mediante ensayos de pull - out. La segunda fase, en la que se usan barras de acero de 10mm de diámetro, pretende evaluar los efectos de la corrosión sobre la adherencia entre el hormigón y el acero. Como se ha comentado en el primer apartado de este trabajo la corrosión se da mediante un proceso acelerado, que se detalla en a continuación ENSAYOS COMPRESIÓN SIMPLE Para evaluar la resistencia a compresión del hormigón fabricado se ensayan las probetas a la edad de 28 días usando una prensa con una capacidad de 3000 kn y siguiendo la norma UNE-EN Se ensayan tres especímenes cilíndricos de cada tipo de hormigón, 100 mm de diámetro y 200 mm de altura, aplicando una carga hasta su rotura PULL OUT El principal ensayo de la campaña es el ensayo tipo pull - out. Mediante este ensayo será posible la determinación de las propiedades adherentes entre el acero y el hormigón bajo diferentes condiciones impuestas, tanto para barras corroídas como no corroídas. 46 P á g i n a

47 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL El estudio experimental se divide en dos fases, como ya se ha ido comentando en apartados anteriores. En la FASE1 el ensayo se realizo siguiendo las recomendaciones que marca la norma UNE-EN 10080:2006 [20]. En la FASE2 las probetas se someten a corrosión forzada, cosa que hace que la configuración de estas sea diferente a la de la FASE1, como ya se ha explicado en el apartado 3.4 Geometría probetas ENSAYO PULLO OUT FASE1 En esta fase la configuración del ensayo se realiza siguiendo las recomendaciones del la norma [20], como se ha comentado anteriormente. Para la ejecución del mismo se usa la maquina INSTRON 8800 del Laboratorio de Tecnología de Estructuras de la Universidad Politécnica de Catalunya. Según lo dicho en el apartado 2.4 en esta fase se usan barras completamente pasantes embebidas en las probetas cubicas de hormigón de 100 mm de canto. Se fija un LVDT a la parte inferior del cubo de hormigón y de esta manera se mide el deslizamiento total de la barra de acero respecto al hormigón. La longitud de adherencia de las barras de acero en esta fase es de 50 mm, que es inferior a cinco veces el diámetro de las barras usadas que son de 12 mm, por esta razón se puede asumir que la distribución de la tensión de adherencia es uniforme a lo largo de la sección adherida acero-hormigón [[21], [22]]. De acuerdo con esta hipótesis la tensión de adherencia se puede estimar directamente mediante la siguiente expresión: En la que: F a es la carga aplicada. Φ diámetro nominal L es la longitud de barra embebida 47 P á g i n a

48 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL LONG SHORT Figura 3.6 Distribución de tensiones a lo largo de la sección de acero. El otro extremo de la barra queda sujetado por las mordazas hidráulicas de la maquina INSTRON La carga se aplica, con una velocidad constante de 0.2 mm/min, directamente a la barra controlando el desplazamiento para poder obtener el comportamiento del pre y post pico al fallo o la capacidad adherente residual. La carga aplicada y la lectura del LVDT se guardan cada medio segundo mediante una tarjeta de adquisición de datos (DAQ). La configuración del ensayo pull - out se muestra en la Figura 3.7. Figura 3.7 Configuración del ensayo pull out para la FASE ENSAYO PULL OUT FASE2 En esta fase varía la configuración de las probetas haciendo que las barras no sean completamente pasantes y de esta manera se facilita en ensayo de corrosión forzada 48 P á g i n a

49 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL dejando todas las caras de la probeta con un cierto recubrimiento. Igual que en la FASE1 la longitud adherente es de 50mm, que es la longitud embebida en la probeta de hormigón. Las probetas se ven sometidas a corrosión forzada antes de realizar el ensayo a pull - out Cada hormigón se someterá a 3 grados de corrosión estimados, definidos posteriormente. De una manera parecida a la de la FASE1 la parte libre de la barra se sujeta por las mordazas de la maquina INSTRON 8800, y se usan para transferir directamente la carga a la probeta a una velocidad constante de 0.2 mm/min. El ensayo se realiza controlando el desplazamiento hasta que se llega al fallo o hasta que se alcanza la capacidad adherente residual. La mordaza que sujeta la barra controla el desplazamiento total del espécimen mediante un sistema de control, de esta manera se puede registrar el desplazamiento total y la carga aplicada sobre la probeta. Figura 3.8 Configuración del ensayo pull out para la FASE2. El hecho que las barras no sean pasantes hace que no sea posible medir directamente el deslizamiento relativo real entre el acero y el hormigón, por lo que los valores de desplazamiento registrados incluyen otros desplazamientos externos como la deformación del hormigón, el neopreno o como la deformación de la zona de barra libre. Esto hace que no se puedan comparar directamente las curvas de resultados de la FASE1 y la FASE2, de manera que solo se puede comparar fiablemente, los valores de τ max. 49 P á g i n a

50 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL CORROSIÓ ACELERADA O FORZADA MÉTODO DE CORROSIÓN El ensayo de corrosión forzada consiste en la aplicación de una corriente eléctrica entre el ánodo, las barras a corroer, y el cátodo, permitiendo que se produzca corrosión. Para realizar el ensayo se sigue la Ley de Faraday, a partir de la cual se puede estimar la pérdida de peso de acero debido a la corrosión siempre que se conozca la intensidad aplicada a lo largo del tiempo (I(t)), la geometría de la barra y el tiempo de exposición. Donde: es el peso átomico V es la valencia del acero (igual a 2) F la constante de Faraday Dado que la intensidad de corriente se fija y se mantiene durante todo el ensayo la ecuación de Faraday queda de la siguiente manera: Como se ha visto en otras investigaciones [[23], [24]] se aconseja usar densidades de corriente por debajo de 200 μa/cm 2, de esta manera el grado de corrosión estimada a partir de la Ley de Faraday y el grado de corrosión registrado con métodos gravimétricos, comparar el peso de la barra corroída con el peso de esta antes del ensayo, difiere un 5-10%. Por lo que si se aplican valores de densidad de corriente por debajo de este umbral es posible estimar con precisión el nivel de corrosión alcanzado. Si se aplican densidades de corriente superiores a 200 μa/cm 2 hará que el proceso de corrosión deje de parecerse al proceso de corrosión natural haciendo que las probetas sufran fisuras antes de lo que toca. La adherencia entre el hormigón y el acero también se ve afectada por el grado de corrosión [25]. Para los ensayos de corrosión acelerada de este trabajo se usan densidades de corriente por debajo de 200 μa/cm 2 para corroer las probetas. Para conseguir un 1% de corrosión en 10 días se aplica una densidad de corriente de 130 μa/cm 2, que esto equivale a una intensidad de corriente de A. A partir de este valor se estima el tiempo necesario para conseguir los diferentes niveles de corrosión teórica deseados. Los cuatro tipos de 50 P á g i n a

51 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL hormigón (HC, HR 20, HR 50, HR 100) se someten a corriente durante 10 días, 20 días y 30 días. Los niveles de corrosión estimados para cada grupo serán 1% para las probetas conectadas a la corriente durante 10 días, un 2% para aquellas que están conectadas 20 días y un 3% de corrosión para las que están 30 días conectadas a la corriente. Para que se dé la corrosión acelerada en las barras de acero es necesario que se despasiven. En este estudio experimental, como se ha mencionado anteriormente, se añade cloruro de sodio en la mezcla de hormigón durante su fabricación con el fin de eliminar la capa pasiva por medio del ataque por cloruros PROCEDIMENTO DE CORROSIÓN Solo los especímenes producidos en la FASE2 se ven sometidos a corrosión acelerada. Para ello se colocan las probetas en recipientes de plástico sumergidas un 90% de su volumen (90 mm) en agua con un 3% de NaCl (electrolito). Se coloca una placa de cobre debajo de las probetas. Esta placa se usa como cátodo durante la corrosión y las barras de acero se usan como ánodos. Se conectan las placas de acero y las barras de las probetas a una unidad de corriente que da la intensidad específica para conseguir la corrosión deseada en cada caso. Las probetas están conectadas en serie garantizando la misma intensidad para todas las probetas. En la Figura 3.9 se muestra un esquema de cómo se conectaron las probetas, en la Figura 3.10 se pueden observar todas las probetas conectadas durante el ensayo de corrosión acelerada. Figura 3.9 Configuración del ensayo de corrosión forzada. Esquema de las conexiones en serie para llevar a cabo el ensayo de corrosión forzada. 51 P á g i n a

52 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Figura 3.10 Realización del ensayo de corrosión forzada con el máximo de probetas conectadas en serie. Se controla la aparición de las primeras fisuras a partir de inspecciones visuales de las probetas. Se miden las fisuras que van apareciendo a lo largo de la superficie de la probeta hasta llegar al final del ensayo. Tres especímenes de cada tipo de hormigón son sometidos a los diferentes periodos de tiempo para conseguir el % de corrosión deseado, 1%, 2% y 3%. Una vez sometidos a la corrosión forzada las probetas se someten al ensayo pull - out, como se ha explicado en el apartado anterior DIFUSIÓN DE CLORUROS El ensayo consiste en medir la resistencia que experimenta el hormigón al paso de los iones cloruro, a través de sus poros. Como más resistencia tenga el hormigón, menor será el paso de los iones y por lo tanto será un hormigón más durable a la acción de estos. Para la realización del ensayo, se ha seguido la normativa ASTM C Para realizar este ensayo es necesario cortar las probetas cilíndricas 100x200 en tres partes iguales. Para evitar que en la superficie lateral haya problemas de porosidad y durante el ensayo no se produzcan valores anómalos se impermeabiliza con pintura. Se ensayaron dos cortes por dosificación para determinar de forma correcta la carga eléctrica de los hormigones ensayados y comprobar que se no se producía dispersión entre las distintas partes de la probeta cilíndrica. 52 P á g i n a

53 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL Antes de poner en funcionamiento el ensayo, las probetas son introducidas en la bomba del vacío durante 24 horas. Una vez que han transcurrido las 24 horas, ya se puede realizar el ensayo. Se usa hidróxido de sodio (NaOH) como medio conductor y cloruro de sodio (NaCl), que será el que registrará la cantidad de cloruros que pasan por el hormigón. La preparación de las disoluciones consiste en disolver 1 litro de agua, donde se necesitan 12 gramos de NaOH y para la otra disolución 30 gramos de NaCl. Una vez se tienen las estructuras montadas y las disoluciones preparadas, se conectan a la fuente de corriente, en el polo positivo se conecta NaOH y en el polo negativo NaCl, a 60 Voltios y se va midiendo la corriente en amperímetros (Imin) que pasan cada 30 minutos durante las 6 horas que es el tiempo que dura el ensayo. En la Figura 3.11 se puede observar como quedan las estructuras montadas para llevar a cabo este ensayo. Figura 3.11 Ensayo de difusión de cloruros. Para determinar la carga eléctrica pasadas las 6 horas, se calcula mediante la fórmula que se muestra a continuación; Los valores que estable la normativa ASTM C1202 para la resistencia al paso de los iones cloruros se muestra en la Error! No se encuentra el origen de la referencia. Tabla 3.8 Rango de valores ASTM C1202, penetración de cloruros Rango de Valor Valor del Voltímetro Alto >4000 Moderado Bajo Muy Bajo Despreciable < P á g i n a

54 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 4.1 INTRODUCCIÓN A continuación se exponen los resultados obtenidos en el laboratorio de la fase experimental para los ensayos realizados en el hormigón endurecido, comentados en el apartado anterior. Del análisis de los hormigones quedaran determinadas la resistencia a compresión del hormigón, la influencia del tipo de hormigón y el porcentaje de corrosión en la adherencia acero-hormigón y como afecta la cantidad de árido reciclado en los diferentes porcentajes de corrosión de las barras. 4.2 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN En la Tabla 4.1 muestra la resistencia a compresión y la desviación estándar de los mismos a 28 días de los diferentes tipos de hormigón fabricados. Tabla 4.1 Resistencia a compresión de los cuatro tipos de hormigón fabricados. Hormigón Resistencia a compresión (MPa) Media σ HC HR HR HR Como se observa en la tabla anterior los valores de resistencia obtenidos para todos los hormigones son similares, registrando ligeras caídas en los hormigones con árido reciclado. Debido a la buena calidad de los áridos de origen, con resistencia a compresión para el hormigón de machaqueo de 40 MPa no se esperaba una caída significativa en términos de resistencia. Es posible encontrar en la literatura existente estudios que certifican dicho comportamiento para este tipo de hormigones donde se describe como se determinar la resistencia a compresión del hormigón reciclado a partir de la resistencia del hormigón de origen y el mortero adherido a él [[26], [27]]. 4.3 RESULTADOS ENSAYO PULL OUT. INFLUENCIA DEL TIPO DE HORMIGÓN FASE 1 Los resultados del ensayo pull - out en términos de capacidad de adherencia máxima,, para las probetas fabricadas en la FASE1 se presentan a continuación, Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Los valores de para los cuatro tipos de hormigón fabricados son muy similares, estos muestran variaciones de menos del 10% respecto a los valores obtenidos en los ensayos del hormigón de control HC. 54 P á g i n a

55 τ (MPa) 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL Tabla 4.2 Resultados del ensayo pull out para las probetas fabricadas para la FASE1 y resultados obtenidos según tres modelos matemáticos. Hormigón FASE 1 Experimental Kim and Yun Yanciner et al Moldel code. 10 HC HR HR HR Debido a la configuración de las probetas de la FASE 1, y como ya se ha comentado en el apartado Ensayo Pull Out FASE1, se puede medir el deslizamiento real entre el hormigón y el acero, el slip. En la Figura 4.1 se muestra una comparación de entre los resultados obtenidos para cada uno de los hormigones, en la que se describe la tensión de adherencia versus el deslizamiento de la barra observado. Así mismo en la figura es posible también observar como el deslizamiento máximo es mayor para los hormigones con áridos reciclados y que además aumenta al usar una mayor cantidad de árido reciclado, obteniendo mayor deslizamiento para los especímenes de HR HC HR 20 HR 50 HR ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Slip (mm) Figura 4.1 Curvas τ (MPa) slip para los cuatro tipos de hormigones fabricados en la FASE1. Para facilitar la comparación entre los resultados obtenidos se presenta la Figura 4.2 que muestra la relación entre τ/τ max para cada tipo de hormigón respecto a la relación del deslizamiento instantáneo y deslizamiento máximo. Los hormigones HC, HR 20 y HR 50 tienen rigideces muy parecidas, con variaciones suaves en las curvas. En el caso de HR 100 los deslizamientos son más elevados para los mismos valores de τ. En este hormigón hay 55 P á g i n a

56 τ/τmax 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL una reducción de más del 30% de la rigidez, este comportamiento ha sido documentado por otros autores [28]. Se sabe que el modulo de elasticidad de los hormigones se reduce con el empleo de áridos reciclados [[29], [30]] esto es coherente con el comportamiento observado en la figura. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 HC HR 20 HR 50 HR ,2 0,4 0,6 0,8 1 Slip/Slipmax Figura 4.2 Curvas unitarias de τ/τmax respecto slip/slipmax, para los cuatro tipos de hormigones fabricados en la FASE1. El comportamiento adherente de los hormigones reciclados depende, principalmente, de la cantidad de árido reciclado utilizado para la fabricación del hormigón, este hecho se debe a la pérdida de propiedades mecánicas de los hormigones reciclados a medida que se aumenta la cantidad de árido reemplazado. Dicho efecto puede reducirse usando áridos reciclados de suficiente calidad y controlando la humedad de estos antes de hormigonar. Otro motivo por el cual es posible justificar el incremento de deslizamientos registrados para hormigones con un 100% de substitución, es la alta porosidad que presentan estos hormigones lo que conlleva a un deterioro más rápido de la interfaz explicando así un aumento de los deslizamientos para valores de τ menores, reduciendo significativamente la rigidez de la curva MODELOS DE ESTIMACIÓN DE Es posible encontrar en la literatura unos cuantos modelos matemáticos que estiman la capacidad adherente de los hormigones convencionales [[31], [32]]. Como era de esperar, al tratarse de un campo de investigación más reciente, hay menos estudios dedicados a 56 P á g i n a

57 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL determinar la capacidad adherente para hormigones con áridos reciclados [[26], [33]]. A continuación se describen los principales modelos y las variables de las que dependen a la hora de definir los valores de para diferentes tipos de hormigón Según el modelo presentado en el Model Code 10 [32] los valores de capacidad adherente para hormigones convencionales dependen únicamente de la resistencia a compresión del hormigón. El modelo definido por Yalciner et al. [31] también para hormigones convencionales además de la resistencia del hormigón, también tiene en cuenta la relación entre el recubrimiento de hormigón y el diámetro de las barras para la configuración del ensayo pull - out. Para hormigones con áridos reciclados Kim & Yum [26] tiene en cuenta la resistencia a compresión del hormigón convencional (sobre el cual se realiza la substitución de árido), la relación entre el recubrimiento de hormigón, el diámetro de las barras para la configuración del ensayo pull - out y la influencia del porcentaje de árido reciclado en el hormigón. Este último al tratarse de un modelo más actual pretende incluir otros parámetros más allá de la resistencia a compresión, que se consideran determinantes a la hora de definir los valores de, y su comportamiento. La Error! No se encuentra el origen de la referencia., presentada anteriormente, muestra los valores estimados de adherencia máxima para los cuatro tipos de hormigón de acuerdo con los tres modelos matemáticos descritos anteriormente, definidos por Kim & Yum [26], Model Code [34], y el modelo definido por Yalciner el al. [31]. Los modelos para hormigones convencionales se han aplicado directamente a hormigones reciclados, aún no habiendo sido calibrados para este tipo de materiales, con el objetivo de mostrar cualitativamente su aplicabilidad. Los valores de fuerza de adherencia predichos por Kim & Yum [26] son menores que los obtenidos experimentalmente para hormigones reciclados, dado que considera que la resistencia a compresión para HR es menor que para HC debido a la presencia de áridos reciclados y consecuentemente también se reduce la capacidad adherente de estos. Esto como se ha visto, no es siempre cierto ya que dicha variación en la resistencia final del hormigón reciclado dependerá en gran medida del hormigón de origen empleado. El modelo definido por Yalciner et al. [31], predice mejor la capacidad adherente para todos los hormigones. Considera que la predicción de cualquier hormigón solo depende de la resistencia a compresión y de la relación entre el recubrimiento y el diámetro de la barra para el ensayo pull - out, pero no considera la influencia de los diferentes porcentajes de áridos reciclados. Los modelos definidos para hormigones convencionales pueden predecir de forma adecuada la capacidad de adherencia para hormigones 57 P á g i n a

58 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL reciclados cuando los áridos utilizados tienen una resistencia a compresión similar al hormigón de origen. Model Code [32] subestima la fuerza de adherencia para hormigones reciclados y hormigones convencionales en general, mostrándose muy conservador para la obtención de dicho parámetro FASE 2 A continuación se muestran los valores de obtenidos para los especímenes de la FASE2 sin someterlos a corrosión forzada, Error! No se encuentra el origen de la referencia.. De nuevo el valor de para hormigones con áridos reciclados es prácticamente igual al obtenido en los especímenes de hormigón convencional, HC. Se puede observar que el valor de la tensión de adherencia máxima para HR 20 y HR 100 es ligeramente superior mientras que HR 50 sufre una reducción inferior al 10% respecto al valor obtenido en el hormigón convencional. Estos resultados están dentro de lo que cabía esperar mirando los obtenidos para la FASE1 y la resistencia a compresión que tienen los cuatro tipos de hormigón. Tabla 4.3 Resultados del ensayo pull out para las probetas fabricadas para la FASE1 y la FASE2. Hormigón FASE 1 FASE 2 Experimental Experimental HC HR HR HR En la Figura 4.3 se compara la relación entre de la FASE1, de la FASE2 y la resistencia a compresión para los tres tipos de hormigón reciclado respecto a los mismos valores obtenidos para los hormigones convencionales. Se puede ver que los resultados obtenidos en el caso de hormigones con áridos reciclados son parecidos a los que se han obtenido para el caso de los hormigones convencionales. Aunque se observan reducciones respecto a los valores de HC estos son menores al 10%. Las resistencias a compresión de los tres tipos de hormigones fabricados con diferentes cantidades de sustitución de árido natural es menor que la obtenida para los hormigones convencionales. Por otro lado se puede observar que los resultados de para los hormigones reciclados alcanza o supera a los valores de para los hormigones convencionales menos para el caso de HR 50, en todos los casos las variaciones registradas se atribuyen a la dispersión inherente a los ensayos de pull - out. 58 P á g i n a

59 Ratio (τmax HR/ τmax HC)/(Comp. HR/Comp. HC) Ratio de valores τ-resistencia a compresión de los cuatro hormigones/ valores de hormigón convencional 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 1,2 HR 100 HR 50 HR 20 1 HC 0,8 0,6 0,4 0,2 0 t (tao) max (FASE1) t (tao) max (FASE2) Resistencia a compresión Figura 4.3 Relación entre de la FASE1, de la FASE2 y la resistencia a compresión para HR respecto HC. En la Figura 4.4 se muestra la influencia de la resistencia a compresión en los valores de, determinado por la relación max-hr/ max-hc respecto a f c-hr /f c-hc. Los valores obtenidos son aproximadamente uno ya que todos los hormigones tienen valores de resistencia a compresión muy similares. 1,2 1 HC FASE1 FASE2 0,8 0,6 0,4 0,2 0 HR 100 HR 50 HR 20 Figura 4.4 Influencia de la resistencia a compresión en los valores de HR/ max-hc respecto a fc-hr/fc-hc, determinado por la relación max- 59 P á g i n a

60 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 4.4 FISURACIÓN POR CORROSIÓN FORZADA Otro de los principales objetivos de este estudio es describir las diferencias de comportamiento de los tipos de hormigón bajo el fenómeno de corrosión. Uno de los mayores problemas durante el deterioro del hormigón son las fisuras producidas a causa de la corrosión, generalmente fisuración longitudinal. Para este caso de estudio se estima la aparición de la primera fisura mediante un parámetro experimental, a pesar de esta estimación es necesario llevara a cabo una inspección visual diaria para determinar el momento exacto en el que aparece la primera fisura durante el ensayo de corrosión acelerada para cada tipo de hormigón. A continuación se muestra un promedio de los resultados obtenidos para los diferentes tipos de hormigón, Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Tabla 4.4 Descripción del tiempo de aparición de a primera fisura para cada uno de los tipos de hormigón fabricados y el ratio de tiempo que necesita HR respecto a HC Tipo de hormigón HC HR 20 HR 50 HR 100 Momento de la primera fisura (en días) Ratio de tiempo necesario (%) Se puede observar que los hormigones reciclados necesitan aproximadamente un 30% más de tiempo de exposición para que aparezcan las primeras fisuras que el hormigón convencional. En otras investigaciones se describe un comportamiento similar para hormigones HC fabricados con diferentes relaciones de a/c. Según Yalciner et al. [35] los hormigones producidos con alta relación agua/cemento necesitan más tiempo para que aparezca la primera fisura que los hormigones con baja relación agua/cemento debido a una menor porosidad. La alta porosidad asociada a los áridos reciclados conlleva una mayor capacidad para absorber las tensiones internas producidas por los productos derivados de la corrosión de las barras, por otro lado, altamente expansivos (hasta 7 veces su volumen inicial). Por este motivo los hormigones reciclados necesitan un mayor grado de corrosión para que se de fisuración en superficie. Se observa que HR 50 necesita un tiempo de exposición mucho más largo para que aparezca la primera fisura que los especímenes de hormigón convencional. Dado que el tiempo de exposición es superior que en los otros casos, los especímenes de HR 50 podrían haber sufrido mayores daños internos, este hecho se ve reflejado en los valores de menores que los obtenidos para los otros tipos de hormigón reciclado. 60 P á g i n a

61 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL Figura 4.5 Fisuras en la cara superior y prolongaciones laterales por someter los especímenes al ensayo de corrosión forzada. En la Error! No se encuentra el origen de la referencia. se muestra una descripción de la evolución de las fisuras que se dan por la corrosión de las barras. En todos los casos las primeras fisuras aparecen en la cara superior del cubo de hormigón, lugar en el que la barra de acero esta embebida. Las fisuras se prolongan a las caras laterales debido a que va aumentando el nivel de corrosión a medida que el ensayo avanza. La tabla describe la cantidad total de fisuras que aparecieron: la numeración de las fisuras de la cara superior describe el orden de aparición, mientras que la numeración de las caras laterales corresponde al número de la prolongación de la fisura de la cara superior. En esta tabla también se muestra el valor de corrosión acelerada. para los especímenes sometidos al ensayo de Al procesar los diferentes resultados obtenidos se puede observar que no hay una relación directa entre los valores obtenidos de la inspección visual de las fisuras y los valores de obtenidos en el ensayo a pull - out de los diferentes especímenes de la FASE2. Yalciner et al. [35] describen un comportamiento similar en el que se observa que la capacidad de adherencia no depende del número de fisuras que aparecen en hormigones convencionales. Este fenómeno podría atribuirse al daño interno de los diferentes especímenes. Durante el desarrollo del ensayo de corrosión forzada no se puede llevar a cabo una inspección del daño interno que sufren las probetas por lo que una vez finalizado el ensayo pull - out se realiza una inspección visual. 61 P á g i n a

62 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL a b c Figura 4.6 Daños internos para a) HR 20 nivel de corrosión de 1%, b) HC nivel de corrosión 3%, c) HR 100 nivel de corrosión de 3% Casi todos los especímenes presentan dos o tres fisuras en la cara superior de la probeta que se prolongan a las caras laterales. Para alguno de los especímenes de HR 50 esto no es así, después de 30 días conectados a la corriente, de 130 μa/cm 2, solo presenta una fisura en la cara superior que se prolonga a una de las caras laterales. A pesar de no presentar gran cantidad de fisuras en las caras externas una vez realizado el ensayo pull - out se observa que la probeta presenta serios daños internos, de acuerdo a la hipótesis presentada anteriormente. Los productos derivados de la corrosión podrían haber llenado los poros del hormigón produciendo tensiones y cambiando el patrón de fisuración forzando más fisuración interna que en los otros casos. Figura 4.7 Aspecto de las barras después de someter las probetas al ensayo de corrosión forzada y al ensayo a pull out. 62 P á g i n a

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