Hormigón expuesto al agua de mar – beneficios y prevención

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prólogo

Las estructuras de hormigón construidas en ambientes marinos están constantemente expuestas al agua de mar, ya sea directa o indirectamente. Las estructuras costeras y offshore están en constante contacto con el agua de mar y sufren numerosos procesos de degradación física y química. Por ello, se debe prestar especial atención a las estructuras de hormigón que se ven afectadas por el agua de mar.

Composición del agua de mar

El 71% de la superficie terrestre está cubierta por agua, de la cual alrededor del 96,5% está cubierta únicamente por agua de mar. Como tal, muchas estructuras de hormigón se ven afectadas directamente por el contacto con el hormigón o indirectamente por el viento que transporta agua de mar.

Figura 1: Un puente sobre el mar

El agua de mar contiene normalmente un 3,5 % de listones solubles en peso. Las concentraciones de iones de Na+ y Cl- son más altas en el agua de mar, normalmente 11 000 mg/litro y 20 000 mg/litro, respectivamente.El agua de mar también contiene Mg²⁺ Semejante_cuatro^2- Alrededor de 1400 y 2700 mg/li respectivamente. El pH del agua de mar varía entre 7,5 y 8,4. El pH medio es de aproximadamente 8,2.El agua de mar también contiene algo de CO₂Cuando la concentración de CO es alta₂ Cuando se disuelve en agua de mar, el pH puede caer por debajo de 7,5. La siguiente tabla muestra las concentraciones de los principales iones en los mares más famosos del mundo.

Tabla 1: Concentraciones de los principales iones en los mares más famosos del mundo

Efectos del agua de mar en las estructuras de hormigón

Los componentes del agua de mar reaccionan químicamente con los componentes de cemento y hormigón, dañando las estructuras de hormigón de varias formas. El sulfato de magnesio en el agua de mar reacciona con el hidróxido de calcio en el cemento para formar un precipitado de sulfato de calcio e hidróxido de magnesio. El sulfato de magnesio también reacciona con el aluminato de calcio hidratado para formar sulfoaluminato de calcio. Estas formaciones finales son la razón principal del ataque químico a las estructuras de hormigón. La degradación de las estructuras de hormigón por el agua de mar se debe a la lixiviación más que a la expansión del hormigón. La lixiviación afecta a las estructuras de hormigón más pequeñas que a la expansión, mientras que las estructuras de hormigón más grandes se ven afectadas no solo por la expansión sino también por la lixiviación. Los sulfatos atacan el concreto y hacen que se expanda, pero la presencia de cloruros en el agua de mar retarda la expansión del concreto. Por lo tanto, la erosión y la pérdida de hormigón se producen sin una expansión significativa.

Figura 2: Degradación del hormigón en agua de mar

La cal contenida en el hormigón también se pierde por lixiviación. Tanto el hidróxido de calcio como el sulfato de calcio son solubles en agua de mar, lo que aumenta la lixiviación. La temperatura también es un factor en el ataque químico, siendo las temperaturas más altas las más agresivas. El hormigón no es 100% impermeable. La corrosión se produce cuando el agua de mar entra en los poros del hormigón y llega al acero de refuerzo. Afecta la durabilidad del edificio.

Figura 3: Corrosión de barras de refuerzo por agua salada

Otro caso es cuando el hormigón se daña por abrasión. El agua de mar puede transportar arena y limo, especialmente en aguas poco profundas. El contacto fuerte con la superficie de concreto causará desgaste. El desgaste también ocurre debido a la acción de las olas debido a la fuerza mecánica.

aspecto teórico

Cuando se construye una estructura de concreto en agua de mar, el área más afectada de la estructura está muy por encima de la marca de agua alta. Las áreas entre los niveles de agua bajos y altos se ven menos afectadas, y las áreas continuamente sumergidas por el agua del mar se ven menos afectadas. La razón de esto es que cuando el agua de mar entra en contacto con el área por encima de la marca de agua alta por la acción de las olas, deposita agua salada en los poros del hormigón. Cuando esta área se seca, el agua se cristaliza en partículas de sal, lo que hace que el concreto se derrumbe. De manera similar, cuando el agua en los poros del concreto se congela en climas fríos, el concreto se expande y pierde su durabilidad.

Figura 4: Esquema de concreto expuesto al agua de mar

¿Cómo mejorar la durabilidad del hormigón en agua de mar?

Para mejorar la durabilidad de las estructuras de hormigón expuestas al medio marino,

1. cemento bajo en carbono₃El contenido debe ser apto para la fabricación de hormigón.
2. Preparar un hormigón rico con una baja relación agua-cemento que impermeabilice el hormigón. Los poros del hormigón son tan pequeños que no pueden contener agua de mar, y el agua se congela y cristaliza la sal en los poros, evitando la expansión.
3. El hormigón tiene una baja relación agua-cemento. Los reductores de agua recomendados por ACI 318 y ACI 357 se pueden agregar al concreto para que sea aceptable para la construcción.
4. Las mezclas no deben contener cloruro en ninguna forma. De lo contrario, se producirá la corrosión del refuerzo.
5. Deben proporcionarse cubiertas adecuadas para el refuerzo de las estructuras de hormigón para aumentar su durabilidad. Las cubiertas de barras de refuerzo recomendadas por ACI 357 se muestran en la siguiente tabla.
   

   zona	Cubierta de barra de refuerzo, pulgadas	Cubierta de conducto de post tensión, pulgadas
   Atmósfera sin spray de lamas	2	3
   Atmósfera de niebla salina	2.5	3.5
   zona sumergida	2	3
   cubierta de estribo	0,5 pulgadas más pequeño que el caso anterior	0,5 pulgadas más pequeño que el caso anterior

   Tabla 2: Cubiertas recomendadas por ACI 357 para barras de refuerzo

6. Una buena compresión y juntas estructurales bien hechas dentro de la estructura ayudan a que las estructuras de concreto resistan la expansión del agua de mar.
7. El uso de materiales puzolánicos en la preparación del concreto es excelente contra el agua salada.
8. Para una mayor durabilidad, los elementos de hormigón curado con vapor a alta presión se pueden utilizar en la construcción de estructuras en condiciones marinas.
9. Tanto ACI 318 como ACI 357 recomiendan utilizar un agente incorporador de aire adecuado para evitar el impacto del agua de mar sobre el hormigón.
10. Los agregados utilizados para hacer concreto deben lavarse a fondo con agua dulce para reducir la concentración de iones de cloruro en ellos.

Figura 5: Olas del mar golpeando una estructura de hormigón