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 TREBALL FINAL DE GRAU Análisis de la influencia de la corrosión de las barras en la adherencia acero - hormigón reciclado (HR) AGRADECIMIENTOS 3 | P á g i n a 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. RESUMEN 4 | P á g i n a RESUMEN Título: Análisis de la influencia de la corrosión de las barras en la adherencia acero hormigón reciclado (HR) Autor: Sònia Garrido Ballart Tutor: 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. ABSTRACT 5 | P á g i n a ABSTRACT Title: Analysis of the influence of corroded reinforcing steel bars in the bond behavior of recycled aggregate concrete (HR) Author: Sònia Garrido Ballart Tutor: 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. ÍNDICE 6 | P á g i n a ÍNDICE AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................................................... 3 RESUMEN .................................................................................................................................................................... 4 ABSTRACT ................................................................................................................................................................... 5 ÍNDICE DE TABLAS ..................................................................................................................................................... 8 TABLA DE FIGURAS .................................................................................................................................................... 9 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................ 11 1.2 OBJETIVOS ..................................................................................................................................................... 11 2. ESTADO DEL ARTE .......................................................................................................................................... 13 2.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 13 2.2 PROPIEDADES DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS ..................................................................................... 13 2.2.1 GRANULOMETRÍA ............................................................................................................................ 14 2.2.2 DENSIDAD ......................................................................................................................................... 14 2.2.3 ABSORCIÓN ....................................................................................................................................... 15 2.2.4 MORTERO ADHERIDO ...................................................................................................................... 16 2.2.5 FORMA ............................................................................................................................................... 16 2.2.6 IMPUREZAS ....................................................................................................................................... 17 2.2.7 COMPOSICIÓN QUÍMICA .................................................................................................................. 17 2.3 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN RECICLADO ...................................................................................... 18 2.3.1 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO ....................................................................................... 18 2.3.2 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ENDURECIDO ............................................................................ 19 2.3.3 DURABILIDAD ................................................................................................................................... 21 2.4 CORROSIÓN DE LAS ARMADURAS EN HORMIGÓN ARMADO ............................................................ 23 2.4.1 EFECTOS DE LA CORROSIÓN ........................................................................................................... 25 2.4.2 CORROSIÓN ACELERADA ................................................................................................................. 28 2.5 TENSIÓN DE ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO ................................................................................ 30 2.5.1 FACTORES QUE INTERVIENEN EN LA ADHERENCIA HORMIGÓN-ACERO .................................. 31 2.6 ENSAYO DE PULL - OUT ....................................................................................................................... 34 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL ......................................................................................................... 37 3.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 37 3.2 MATERIALES ......................................................................................................................................... 38 3.2.1 CEMENTO .......................................................................................................................................... 38 3.2.2 ÁRIDOS .............................................................................................................................................. 39 3.3 DOSIFICACIONES ................................................................................................................................... 43 3.4 GEOMETRÍA PROBETAS........................................................................................................................ 44 ÍNDICE 7 | P á g i n a 3.5 FASE EXPERIMENTAL ........................................................................................................................... 46 3.5.1 ENSAYOS ........................................................................................................................................... 46 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL .................................................................................................. 54 4.1 INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................................... 54 4.2 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN ........................................................................................................... 54 4.3 RESULTADOS ENSAYO PULL OUT. INFLUENCIA DEL TIPO DE HORMIGÓN .................................... 54 4.3.1 FASE 1 .............................................................................................................................................. 54 4.3.2 FASE 2 .............................................................................................................................................. 58 4.4 FISURACIÓN POR CORROSIÓN FORZADA .......................................................................................... 60 4.5 INFLUENCIA DEL NIVEL DE CORROSIÓN EN LA ADHERENCIA......................................................... 64 4.6 PENETRACIÓN DE CLORUROS ............................................................................................................. 68 5. CONCLUSIONES ................................................................................................................................................ 69 5.1 CONCLUSIONES DE RESULTADOS ....................................................................................................... 69 5.2 CONCLUSIONES DE METODOLOGIA.................................................................................................... 71 5.3 CONCLUSIONES GENERALES ............................................................................................................... 72 5.4 FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................ 72 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................................... 74 ÍNDICE 8 | P á g i n a ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Composición química del cemento .......................................................................................... 38 Tabla 3.2 Componentes principales del cemento .................................................................................. 38 Tabla 3.3 Especificaciones del cemento normalizado ......................................................................... 38 Tabla 3.4 Granulometría del árido natural usado para la fabricación de hormigones. ......... 39 Tabla 3.5 Propiedades físicas del árido natural ..................................................................................... 40 Tabla 3.6 Densidad y absorción de los áridos reciclados. .................................................................. 43 Tabla 3.7 Dosificaciones para los cuatro tipos de hormigones fabricados. ................................ 43 Tabla 3.8 Rango de valores ASTM C1202, penetración de cloruros .............................................. 53 Tabla 4.1 Resistencia a compresión de los cuatro tipos de hormigón fabricados. .................. 54 Tabla 4.2 Resultados del ensayo pull – out para las probetas fabricadas para la FASE1 y resultados obtenidos según tres modelos matemáticos. ................................................................... 55 Tabla 4.3 Resultados del ensayo pull – out para las probetas fabricadas para la FASE1 y la FASE2. ...................................................................................................................................................................... 58 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 ................ 60 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 .................................................................................................................................................................................... 63 Tabla 4.6 Resultados del ensayo pull – out para probetas sin corrosión y probetas sometidas a tres niveles de corrosión, 1%, 2% y 3%. ......................................................................... 64 Tabla 4.7 τ (MPa) – Desplazamiento total (mm) para todos los especímenes corroídos .... 66 Tabla 4.8 Valores de la carga eléctrica para los cuatro tipos de hormigón fabricado. ........... 68 ÍNDICE 9 | P á g i n a TABLA DE FIGURAS Figura 2.1: Evolución de la retracción en el tiempo, para distintas sustituciones de árido reciclado [13] ........................................................................................................................................................ 22 Figura 2.2 Mecanismos de penetración de agentes agresivos ......................................................... 24 Figura 2.3 Proceso de corrosión de armadura pasiva ......................................................................... 25 Figura 2.4 Tipos de corrosión que se dan en las armaduras de hormigón. ................................ 26 Figura 2.5 Proceso de deterioro de armaduras – pila de oxidación .............................................. 29 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. .............................................. 31 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. ................................................................................................................... 32 Figura 2.8 Tipos de fisuración por corrosión de las armaduras ..................................................... 33 Figura 2.9 Curvas bond-slip acero hormigón .......................................................................................... 35 Figura 3.1 Curvas granulométricas del árido natural usado para la fabricación de los hormigones. ........................................................................................................................................................... 40 Figura 3.2 Áridos reciclados usados para la fabricación de hormigón reciclado. .................... 41 Figura 3.3 Curvas granulométricas de árido natural (AN) y árido reciclado (AR). ................ 42 Figura 3.4 Barras ϕ12 con tubo antiadherente. Descripción de los especímenes de la FASE1 ....................................................................................................................................................................... 45 Figura 3.5 Descripción de la configuración de los especímenes de la FASE2. ........................... 46 Figura 3.6 Distribución de tensiones a lo largo de la sección de acero. ....................................... 48 Figura 3.7 Configuración del ensayo pull – out para la FASE1. ....................................................... 48 Figura 3.8 Configuración del ensayo pull – out para la FASE2 . ....................................................... 49 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 Figura 3.10 Realización del ensayo de corrosión forzada con el máximo de probetas conectadas en serie. ........................................................................................................................................... 52 Figura 3.11 Ensayo de difusión de cloruros. ........................................................................................... 53 Figura 4.1 Curvas τ (MPa) – slip para los cuatro tipos de hormigones fabricados en la FASE1 . ...................................................................................................................................................................... 55 2. ESTADO DEL ARTE 16 | P á g i n a 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). 2.2.4 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. 2.2.5 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. 2. ESTADO DEL ARTE 17 | P á g i n a 2.2.6 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 933-11:2009/AC: 2010. Ensayos para determinar las propiedades geométricas de los áridos. Parte 11: Ensayo de clasificación de los constituyentes del árido reciclado grueso. 2.2.7 COMPOSICIÓN QUÍMICA 2.2.7.1 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. 2.2.7.2 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 2. ESTADO DEL ARTE 18 | P á g i n a 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. 2.2.7.3 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 2.3.1 PROPIEDADES DEL HORMIGÓN FRESCO 2.3.1.1 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 2. ESTADO DEL ARTE 19 | P á g i n a 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. 2.3.1.2 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/m3, este valor siendo ligeramente inferior al obtenido por el convencional que es de 2400 kg/m3 (Normativa WRAP ,2007). 2.3.2 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. 2.3.2.1 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 2. ESTADO DEL ARTE 20 | P á g i n a 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. 2.3.2.2 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. 2.3.2.3 MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL HORMIGÓN RECICLADO 2. ESTADO DEL ARTE 21 | P á g i n a 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 25-30 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]. 2.3.3 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. 2.3.3.1 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]. 2.3.3.2 PERMEABILIDAD 2. ESTADO DEL ARTE 22 | P á g i n a 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]. 2.3.3.3 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 2. ESTADO DEL ARTE 23 | P á g i n a 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]. 2.3.3.4 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 0.40. 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]. 2.3.3.5 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 2. ESTADO DEL ARTE 24 | P á g i n a 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 2. ESTADO DEL ARTE 25 | P á g i n a 2.4.1 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. 2.4.1.1 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 2.4.1.2 EFECTOS SOBRE EL ACERO La corrosión en el acero se produce de dos modos diferentes: uniforme o en forma de picaduras. 2. ESTADO DEL ARTE 32 | P á g i n a 2.5.1.2 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. 2.5.1.3 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. 2. ESTADO DEL ARTE 33 | P á g i n a 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. 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. 2.5.1.4 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. Figura 2.8 Tipos de fisuración por corrosión de las armaduras 2. ESTADO DEL ARTE 34 | P á g i n a 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. 2.5.1.5 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. 2.5.1.6 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. 2. ESTADO DEL ARTE 35 | P á g i n a 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. fcm: resistencia del hormigón. fc: resistencia media del hormigón de las probetas ensayadas. El ensayo pull - out en una probeta proporciona la siguiente relación: Donde Δ0 es el deslizamiento medio medido bajo la fuerza de tracción, es decir, la tensión de adherencia es función del deslizamiento. 2. ESTADO DEL ARTE 36 | P á g i n a 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. 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 37 | P á g i n a 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 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 38 | P á g i n a 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 3.2.1 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 % 19.16 3.56 5.04 62.9 1.66 0.75 0.15 3.54 3.25 Los componentes principales descritos en esta ficha son los posibles a utilizar en este tipo de cemento según la norma UNE-EN 1971. 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) 95-100 % Componentes minoritarios 0-5 % Tabla 3.3 Especificaciones del cemento normalizado Especificaciones del cemento normalizado Pérdida al Fuego <=5 % Residuo Insoluble <=5 % Cloruros <=0.10 % Sulfatos <=3.5 % Inicio Fraguado >=60 min. Final Fraguado <=720 min. Expansión <=10 mm 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 39 | P á g i n a Resistencia a 2 días >=20 MPa Resistencia a 28 días 42.5 <=R<=62.5 MPa C3A en Clínker <=3 % 3.2.2 ÁRIDOS 3.2.2.1 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 12,5 100,00 4 99,44 16 82,72 10 96,15 2 75,88 14 62,17 8 67,45 1 38,49 12,5 42,11 5 2,50 0,5 18,38 10 9,73 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 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 40 | P á g i n a 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 1,70 3.2.2.2 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. 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,01 0,1 1 10 100 Arena Natural Gravilla Natural Grava Natural 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 41 | P á g i n a 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 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 48 | P á g i n a 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 8800. 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 FASE1. 3.5.1.2.2 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 LONG SHORT 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 49 | P á g i n a 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 τmax. 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 50 | P á g i n a 3.5.1.3 CORROSIÓ ACELERADA O FORZADA 3.5.1.3.1 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/cm2, 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 510%. 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/cm2 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/cm2 para corroer las probetas. Para conseguir un 1% de corrosión en 10 días se aplica una densidad de corriente de 130 μA/cm2, que esto equivale a una intensidad de corriente de 0.002 A. A partir de este valor se estima el tiempo necesario para conseguir los diferentes niveles de corrosión teórica deseados. Los cuatro tipos de 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 51 | P á g i n a 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. 3.5.1.3.2 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. 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 52 | P á g i n a 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. 3.5.1.4 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 1202-92. 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. 3. MATERIALES Y FASE EXPERIMENTAL 53 | P á g i n a 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 4000-2000 Bajo 2000-1000 Muy Bajo 1000-100 Despreciable <100 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 54 | P á g i n a 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 51.2 0.92 HR 20 48.28 0.66 HR 50 47.8 0.21 HR 100 49.95 3.05 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 4.3.1 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. 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 55 | P á g i n a 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 28.64 13.27 24.37 17.88 HR 20 29.69 13.26 23.31 17.37 HR 50 27.14 13.24 23.19 17.28 HR 100 30.31 13.20 23.92 17.66 Debido a la configuración de las probetas de la FASE 1, y como ya se ha comentado en el apartado 2.5.1.2.1 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 100. 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/τmax 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 0 5 10 15 20 25 30 35 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 τ (MPa) Slip (mm) HC HR 20 HR 50 HR 100 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 56 | P á g i n a 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. 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. 4.3.1.1 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 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 τ/τmax Slip/Slipmax HC HR 20 HR 50 HR 100 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 57 | P á g i n a 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 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 64 | P á g i n a 4.5 INFLUENCIA DEL NIVEL DE CORROSIÓN EN LA ADHERENCIA La ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. presenta los resultados obtenidos en el ensayo pull - out para las probetas sin corroer y las sometidas a corrosión forzada, con un 1%, 2% y 3% de nivel de corrosión estimado. También se describe la desviación estándar que presentan los resultados. Tabla 4.6 Resultados del ensayo pull – out para probetas sin corrosión y probetas sometidas a tres niveles de corrosión, 1%, 2% y 3%. Corrosión – Media (MPa) Tipo de Hormigón 0 días 1% 2% 3% Media Std Media Std Media Std Media Std HC 32.38 1.75 5.36 0.04 4.73 0.90 4.00 0.47 HR 20 34.94 3.13 6.93 0.29 5.65 0.73 4.81 0.69 HR 50 28.77 0.21 6.57 0.47 5.72 0.55 4.29 1.07 HR 100 31.84 3.63 8.03 0.52 6.12 0.57 4.20 0.43 Como se ha comentado anteriormente HC y HR sin corroer alcanzan valores de muy similares. Esto no es así al someter las probetas al ensayo de corrosión forzada, se puede observar que después de tener las probetas sometidas a corriente eléctrica durante 10 días la capacidad de adherencia de los hormigones reciclados es superior a la obtenida para los especímenes de hormigón convencional, esta diferencia además aumenta al aumentar la cantidad de árido reciclado en el hormigón. Por lo tanto los hormigones producidos con más cantidad de árido reciclado tienen mejor capacidad adherente para niveles de corrosión bajos. Esta tendencia se sigue para los tres niveles de corrosión estimados, aunque la mejora del comportamiento adherente decrece a mediad que aumenta la corrosión en las barras, así para el nivel de corrosión estimado de 3% se consiguen valores muy similares de para los diferente especímenes independientemente del tipo de árido usado para la fabricación de estos. La Figura 4.8 describe la reducción, en %, de de cada hormigón con los diferentes grados de corrosión en relación con los valores de para cada tipo de hormigón sin corroer. Se puede afirmar que es mejor para los hormigones reciclados que para HC, independientemente del porcentaje de árido reciclado usado en la mezcla de hormigón y el nivel de corrosión de las barras de acero. 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 65 | P á g i n a Figura 4.8 Reducción, en %, para τmax para cada hormigón con diferentes niveles de corrosión respecto al valor de τmax sin corroer. Se registraron aumentos de hasta 40% de la capacidad de adherencia en hormigones reciclados con niveles de corrosión bajos. Para HR 100 se alcanzan los valores más altos de . Para niveles de corrosión más altos esta mejora está por debajo del 10%, por lo que se podría decir que todos los especímenes tienen un comportamiento similar. Figura 4.9 Ratio de τmax para todos los hormigones, de la FASE2 , respecto a τmax para HC 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 1 2 3 Redicción de τ con corrosión respecto a los valores sin corrosión Nivel de corrosión estimado(%) HC HR 20 HR 50 HR 100 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 0 1 2 3 Ratio, τmax para todos los hormigones respecto a τmax para HC Nivel de corrosión estimado(%) HR 20 HR 50 HR 100 HC 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 66 | P á g i n a La ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. describe el comportamiento adherencia – desplazamiento total para todas las probetas ensayadas con corrosión (de 2 a 4 especímenes para cada tipo de hormigón). Como se ha mencionado anteriormente los desplazamientos corresponden al desplazamiento total que incluye el desplazamiento de las mordazas, la deformación de la parte libre de la barra, etc., así como el desplazamiento entre el hormigón y el acero. Esto es debido a la configuración del ensayo pull - out para las probetas de la FASE2 . Se puede observar el comportamiento general de los especímenes en términos de τ (MPa) – desplazamiento total (mm). Los hormigones fabricados con más cantidad de áridos reciclados sufren una deformación total mayor, de acuerdo con los resultados obtenidos en la FASE1 en el que HR 100 presenta una mayor rigidez que los otros especímenes. Tabla 4.7 τ (MPa) – Desplazamiento total (mm) para todos los especímenes corroídos Nivel de corrosión estimado HC 1% 2% 3% HR 20 HR 50 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamineto total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 67 | P á g i n a HR 100 De acuerdo con los resultados obtenidos, los hormigones reciclados producidos con tres porcentajes diferentes de árido reciclado presentan mayor capacidad de adherencia para niveles bajos de corrosión que los hormigones convencionales. Otras investigaciones [34] afirman que el comportamiento de los hormigones reciclados es peor cuando se considera la fase de difusión de cloruros. En este caso el rendimiento de HR es peor debido a la mayor facilidad de penetración de los cloruros al entorno de las. Sin embargo, debido a la adición de cloruro en las mezclas utilizadas en este trabajo de investigación y la despasivación del refuerzo las barras la difusión de cloruros ha sido objeto del trabajo. Los hormigones reciclados tienen un 40% más de capacidad de adherencia que HC, presentando un mejor comportamiento para niveles bajos de corrosión. Para niveles altos de corrosión los hormigones tienden a tener valores similares de fuerza de adherencia, aunque HR presenta valores un 10% superior a los obtenidos para HC. Probablemente la alta porosidad de los hormigones reciclados hace que estos tengan un mejor comportamiento a la adherencia en probetas sometidas a corrosión forzada, dado que pueden absorber los productos derivados de la corrosión que se producen durante el ensayo. Esto no pasa para altos niveles de corrosión debido a que la capacidad absorbente de las probetas llega a su límite máximo haciendo que no se puedan absorber más productos y se propague el daño. 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 0 2 4 6 8 10 0 0,5 1 1,5 2 τ (MPa) Desplazamiento total 4. RESULTADOS DE LA FASE EXPERIMENTAL 68 | P á g i n a 4.6 PENETRACIÓN DE CLORUROS A continuación se muestran los valores obtenidos en el ensayo de penetración de cloruros a la edad de 28 días siguiendo la normativa ASTM C1202-92, como se ha comentado en el apartado 3.5.1.4 Difusión de cloruros, ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Tabla 4.8 Valores de la carga eléctrica para los cuatro tipos de hormigón fabricado. Tipo de hormigón Total de Carga HC 3295.35 HR 20 11803.5 HR 50 12385.8 HR 100 7501.5 Se puede observar que los hormigones fabricados con árido natural presentan más resistencia al paso de los iones cloruro, siendo más durables que los hormigones reciclados. Se observa que a medida que se aumenta la cantidad de árido reciclado la resistencia al paso de los iones cloruros disminuye, teniendo un riesgo alto para los tres tipos de hormigón reciclado. Este hecho viene dado por la influencia de la porosidad de los áridos reciclados, que como ya se ha comentado es mayor que la que presentan los áridos naturales. Figura 4.10 Penetración del ion cloruro para las distintas dosificaciones y rango de valores ASTM. 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 HC HR-20 HR-50 HR-100 Moderado Bajo Alto 5. CONCLUSIONES 69 | P á g i n a 5. CONCLUSIONES 5.1 CONCLUSIONES DE RESULTADOS Como ya se ha mencionado con anterioridad, el principal objetivo de esta campaña 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. Se plantea como otro objetivo importante del trabajo a realizar, determinar el % de corrosión crítico para el cual se produce fisuración superficial en el hormigón teniendo en cuenta 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. Para ello se fabricaron cuatro tipos de hormigón, definidos anteriormente, HC, HR 20, HR 50 y por último HR 100 y se diseñaron dos fases experimentales ( FASE1 y FASE2 ) que pretenden cubrir los objetivos mencionados de la investigación. Una vez realizados los ensayos pull - out para la FASE1 se puede observar que los valores de son muy similares para los cuatro tipos de hormigón; por lo tanto, el valor de la capacidad adherente no depende de la cantidad de árido reciclado usado en la mezcla, ya que los resultados de para HR solo difieren un 10% de los valores obtenidos para HC. También se observó que para HR 100 se dan mayores deslizamientos para valores de menores. Este comportamiento se puede explicar debido a la alta porosidad que presentan los hormigones con áridos reciclados y a que tienen menor rigidez y la deformabilidad es mayor. Aunque el objetivo principal de la FASE2 es evaluar los efectos de la corrosión sobre la adherencia entre acero – hormigón, se realizaron ensayos a pull – out con probetas sin corrosión para verificar los resultados obtenidos en la FASE1. La configuración de las probetas de la segunda fase no fue exactamente igual, por requerimientos del ensayo de corrosión forzada, por lo tanto, los deslizamientos que se obtuvieron no son directamente el deslizamiento entre el acero y hormigón sino que se incluyen deformaciones y deslizamientos asociados a la maquinaria de ensayo, neopreno, parte libre de la barra, etc. Los resultados del ensayo pull - out están dentro de lo que cabía esperar contrastando con los obtenidos para la FASE1 y las resistencias a compresión de los diferentes hormigones. Es posible encontrar en la literatura unos cuantos modelos matemáticos que estiman la capacidad adherente de los hormigones convencionales pero debido a que el estudio de 5. CONCLUSIONES 70 | P á g i n a áridos reciclados es un campo de investigación más reciente hay menos estudios dedicados a determinar la capacidad adherente de este tipo de hormigón. Los modelos para hormigones convencionales se han aplicado directamente a hormigones reciclados, aún y todo no habiendo sido calibrados para este tipo de materiales, con el objetivo de mostrar cualitativamente su aplicabilidad. Se ha observado que estos modelos no sirven en general para determinar la capacidad adherente de hormigones reciclados. A partir de los ensayos de pull - out de estas dos fases se puede concluir que la cantidad de árido reciclado usado para la fabricación de hormigón no influye significativamente en el comportamiento adherente entre acero y hormigón (siempre y cuando el hormigón de origen presente resistencias similares al hormigón de diseño). Se obtuvieron resultados de para los hormigones reciclados que alcanzaron o superaron los valores de para los hormigones convencionales. Para llevar a cabo la evaluación de los efectos de la corrosión sobre la adherencia entre acero-hormigón, se realizaron ensayos de corrosión acelerada para las probetas de la FASE2 . Uno de los mayores problemas durante el deterioro del hormigón armado son las fisuras producidas por corrosión. Por este motivo se ha querido determinar si la reducción de durabilidad asociada y documentada por diferentes autores para hormigones reciclados asociado a un incremento de porosidad y permeabilidad puede, en algún caso, resultar en un efecto positivo incrementando la capacidad del mismo en términos de fisuración. El proceso de aparición de fisuras no se puede automatizar, se evalúa el momento de la aparición de las primeras fisuras mediante inspecciones visuales diarias. De las inspecciones se puede determinar que los hormigones reciclados necesitan un 30% más de tiempo de exposición para que aparezcan las primeras fisuras que el hormigón convencional. Se concluye que 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 (altamente expansivos) retrasando la aparición de fisuras en la superficie. Mediante el ensayo de corrosión acelerada, se establecieron tres niveles de corrosión. Al finalizar los ensayos de corrosión acelerada se llevó a cabo el ensayo pull – out con el objetivo de determinar el comportamiento adherente entre acero y hormigón con diferentes niveles de corrosión. De estos ensayos se puede concluir que los hormigones reciclados presentan mayor capacidad adherente para niveles bajos de corrosión. Para niveles altos de corrosión, todas las tipologías de hormigones tienen valores similares de . Probablemente, la mayor capacidad observada de absorción y dispersión de los 5. CONCLUSIONES 71 | P á g i n a productos de corrosión de los hormigones reciclados hace que estos tengan un mejor comportamiento a la adherencia en probetas sometidas a corrosión forzada, dado que pueden minimizar las tensiones internas relacionadas con la corrosión del acero. Esto no pasa para altos niveles de corrosión debido a que la capacidad absorbente de las probetas llega a su límite máximo haciendo que no se puedan absorber más productos derivados de la corrosión. A partir de las inspecciones visuales durante el ensayo de corrosión acelerada y los resultados obtenidos en el ensayo pull – out no se ha encontrado ninguna relación entre el número de fisuras y la capacidad adherente de las probetas. De igual manera no se ha visto relación entre el número de fisuras y el nivel de corrosión estimado. Un ejemplo claro son los especímenes de HR 50: para un nivel estimado de corrosión de 3% solo presentan una fisura en la cara superior, mientras que para niveles más bajos aparecen más fisuras y los valores de no son mejores para los especímenes con un nivel estimado de corrosión del 3% que para los otros dos niveles de corrosión. 5.2 CONCLUSIONES DE METODOLOGIA Los ensayos pullout se realizaron con la máquina INSTRON 8800. Inicialmente las probetas de la FASE1 se rompían antes de llegar al post pico, este hecho dificultaba la interpretación de los resultados. Se realizaron ajustes en la velocidad de aplicación de la carga consiguiendo ver el comportamiento del pre y post pico al fallo de las probetas, aunque se rompían al llegar al post pico. Por este motivo se decidió emplear barras de menor diámetro para las probetas de la FASE2 , esta actuación no produjo ningún cambio significativo sobre el ensayo. La principal dificultad de los ensayos de corrosión acelerada fue encontrar un diseño adecuado para reproducir un proceso de corrosión natural generalizada en la zona de adherencia con el hormigón. El diseño de las probetas se basó en campañas experimentales anteriores y en la realización de ensayos previos de corrosión forzada de verificación de diseño sobre alguna de las probetas de la FASE1. Por este motivo, la configuración de los especímenes de la FASE2 es diferente a los de la primera fase, asegurando un mismo recubrimiento de las barras en todas las caras de la probeta. Como se ha visto, otro factor importante para reproducir un proceso de corrosión natural es la densidad de corriente aplicada durante el ensayo, esta tiene que estar por debajo de 200 μA/cm2. El grado de corrosión estimado se determina a partir de otros estudios pero no fue posible determinar el grado de corrosión real debido a que el peso de las barras arrastraba un 5. CONCLUSIONES 72 | P á g i n a error muy grande, considerando el peso de toda la barra y no únicamente el peso de la parte corroída de la barra, los 50 mm embebidos en el hormigón. Aunque no se haya podido determinar la corrosión real se sabe que este es un proceso lineal, por lo que a mayor tiempo de exposición mayor corrosión en las barras. Es decir, para un nivel de corrosión estimado del 1% el ensayo dura 10 días y para conseguir el doble de corrosión se exponen las probetas al ensayo de corrosión el doble de tiempo. 5.3 CONCLUSIONES GENERALES I. La cantidad de árido reciclado usado para la fabricación de hormigón no influye significativamente en el comportamiento adherente entre acero y hormigón siempre y cuando el hormigón de origen presente resistencias similares al hormigón de diseño y no haya corrosión en las barras de acero. II. 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 (altamente expansivos) retrasando la aparición de fisuras en la superficie. III. Los hormigones reciclados presentan mayor capacidad adherente para niveles bajos de corrosión. Para niveles altos de corrosión HR y HC tiene comportamientos similares. IV. No se ha encontrado ninguna relación entre el número de fisuras y la capacidad adherente de las probetas. De igual manera no se ha visto relación entre el número de fisuras y el nivel de corrosión estimado. 5.4 FUTURAS LINEAS DE INVESTIGACIÓN En base a los ensayos y los resultados obtenidos se consideran las siguientes futuras líneas de investigación. Sería interesante ampliar el rango de niveles de corrosión para poder determinar a partir de qué momento los HR no presentan mejor capacidad adherente que los hormigones convencionales. En esta tesina solo se estudian 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. Se cree interesante estudiar la influencia de otros parámetros que se han visto relevantes en diferentes estudios para la determinación de las curvas τ-slip como: la posición de la barra, el diámetro de la barra, etc. Para este 5. CONCLUSIONES 73 | P á g i n a último sería interesante probar un rango más amplio de diámetros para ver la influencia que tienen sobre la capacidad adherente de los hormigones armados. Para verificar la influencia de la calidad del árido de origen se propone repetir la misma campaña experimental con áridos reciclados de distintas calidades y estudiar cómo influyen estos en la adherencia entre hormigón y acero, por lo que además de valorar el porcentaje de substitución de árido grueso también se considera el origen del mismo. Los diferentes grados de corrosión se consiguen mediante ensayos de corrosión forzada, por lo que se considera interesante realizar el análisis de adherencia con corrosión natural. Los procesos de corrosión natural son lentos haciendo que la campaña experimental durase mucho más. Por último, se ha visto que los modelos existentes no sirven para determinar la capacidad adherente de hormigones reciclados, por lo que se propone la modificación o realización de modelos para la inclusión de hormigones reciclados en la predicción de la tensión de adherencia, no solo valorando los porcentajes de substitución de árido grueso, sino también el origen del mismo.