Uno de los elementos más utilizados en las obras civiles, es el hormigón. Este se presenta en una gran variedad, dependiendo de los requerimientos de la estructura en proyección. Dentro de esta variedad se encuentra el hormigón marino, el cual se caracteriza por ser utilizado para estructuras que deben estar en continuo contacto con el agua o no. Para cumplir con este requisito, es que este tipo de hormigón debe constar con características especiales en sus constituyentes, como los son el tipo de agregado, el agua de amasado, el cemento y aditivos.
El hormigón marino propiamente tal, es un hormigón el cual debe mantenerse inerte a las características del ambiente en el cual se encuentra, esto significa que el cemento y agregados no deben reaccionar con elementos presentes en el agua. Además este debe ser impermeable, para que así las armaduras utilizadas no sufran de corrosión. Esas características anteriormente enunciadas deben acompañar a las de resistencia requerida por la estructura.
Dentro de las utilizaciones que se le da a este tipo de hormigón, se encuentra la construcción de estructuras marítimas (puertos, muelles, embarcaderos, amarraderos), cimentaciones de puentes, estanques, lastres para emisarios y todo tipo de estructura que esté en constante contacto con el agua. En este estudio se hará especial énfasis en las estructuras marinas y el ambiente marítimo.
Ambientes marinos
El principal proceso de degradación del hormigón armado en ambiente marino es la corrosión de las armaduras por la acción de los cloruros del agua del mar, ya que la utilización de cementos resistentes a sulfatos o agua del mar evita el problema de que se presente este tipo de ataque.El cálculo de la vida útil de una estructura de hormigón armado en ambiente marino debe contabilizar el periodo de iniciación (tiempo que tardan los cloruros en alcanzar el nivel de las armaduras y despasivarlas) y el periodo de propagación (tiempo que tarda en producirse la fisuración del recubrimiento) de la corrosión.
El periodo de iniciación depende de la velocidad de penetración de los cloruros en el hormigón, función de su calidad. El periodo de propagación depende de la disponibilidad de oxigeno en el interior del hormigón, controlado por el tipo de ambiente en el que se encuentra, así como por la propia calidad del hormigón, en términos de permeabilidad al oxigeno y resistividad.
En las construcciones de hormigón armado expuestas al ambiente marino, la duración tanto del periodo de iniciación como del de propagación, y consecuentemente el riesgo de corrosión, esta condicionado por el tipo de ambiente marino en el que se encuentra la estructura:
El ambiente marino presenta diversos grados de agresividad para las estructuras de hormigón armado, que se subdividen en tres zonas:
- Zona sumergida: la situada por debajo del nivel mínimo de bajamar.
- Zonas de marea: es la zona de carrera de mareas
- Zona aérea: situada por encima del nivel de pleamar y con influencia hasta 5 Km. de la línea costera
División del ambiente marino y riesgo de corrosión
En zona sumergida el hormigón siempre esta saturado y el agua se introduce bajo presión cuando esta a cierta profundidad y por absorción cuando se trata de hormigón por debajo del nivel de Bajamar, los cloruros pueden avanzar rápidamente y profundizar mucho en el hormigón por que el mecanismo de transporte es la permeabilidad. Sin embargo, no hay oxigeno y por tanto lo único que se puede producir es una corrosión negra o verde, con productos poco expansivos, sin consecuencias. Se considera ambiente pobre en oxigeno al situado a mas de 1 m por debajo del nivel del mar.
En zona de carrera de mareas el hormigón no llega a secarse, por lo que siempre esta saturado. En esta zona los cloruros avanzan lentamente por difusión, pero con el tiempo pueden alcanzar el nivel de armaduras. Sin embargo, en esta zona tampoco hay oxigeno para generar la corrosión.
La zona aérea inmediatamente superior al nivel alto de carrera de mareas, llamada zona de salpicaduras se humedece y seca alternativamente. Los cloruros pueden avanzar rápidamente por succión capilar, alcanzando así una determinada profundidad, a partir de la cual continúan profundizando por difusión. En esta zona si hay acceso de oxigeno y elevada humedad, por lo que el riesgo de corrosión es alto.
Si se da la circunstancia de que en la estructura marina, la armadura que se encuentre en zona de carrera de mareas, esta conectada con la armadura situada en zona de salpicadura se pueden establecer macro pilas con la zona anódica (que sufre la corrosión) en la parte mas alta en la zona de carrera de mareas y la zona catódica en la zona de salpicaduras.
En la zona aérea, los cloruros acceden por la niebla salina, depositada en superficie por el viento, condensación, etc. Puede haber algún transporte por succión capilar, pero fundamentalmente lo hay por difusión. El avance es más lento que en el resto de las zonas, y tarda mucho tiempo en alcanzar las armaduras. Cuando esto sucede, se produce corrosión porque hay oxigeno y humedad accesibles. Pero antes se habrá originado la corrosión en las zonas de mayor riesgo.
Si adicionalmente el hormigón situado en las zonas de mayor riesgo antes mencionados, esta fisurado con anchura de fisura por encima de 0.4 mm, a través del las fisuras, los cloruros avanzan muy rápidamente por absorción, alcanzando puntualmente las armaduras, y originando ánodos de corrosión localizada. Sin embargo, incluso en estas circunstancias puede no aparecer corrosión, si el hormigón del recubrimiento es de muy elevada calidad, y no permite el acceso de oxigeno y humedad para generar las zonas catódicas.
La mayoría de las aguas de mar presentan una composición química uniforme, caracterizada por la presencia de un 3.5% de sales solubles en peso. Las mayores concentraciones iónicas son las del Na+ y del Cl-, que son de 11000 y 20000 mg/litro, respectivamente. También hay cantidades significativa de Mg2+ y SO42-, normalmente 1400 y 2700 mg/litro respectivamente. El pH varía ente 7.5 y 8.4.
El hormigón expuesto a un ambiente marino puede deteriorarse debido a los efectos combinados de la acción química de los constituyentes del agua de mar sobre los productos de hidratación del cemento, de la reacción álcali-árido (cuando hay áridos reactivos), de la presión de cristalización de sales en el hormigón si una cara de la estructura esta sometida a condiciones de humedad y la otra a condiciones de secado, a la acción del hielo en climas fríos, a la corrosión de las armaduras y a la erosión física debida a la acción de las olas y las partículas en suspensión. Cada una de estas acciones provoca un aumento de la permeabilidad del hormigón, lo que constituye que progrese el ataque de la causa inicial y el de los demás tipos de acción.
El deterioro de las estructuras de hormigón en ambiente marino se debe a:
· La permeabilidad es la llave de la durabilidad: el origen de esta insuficiente impermeabilidad puede estar en mezclas de hormigón mal dosificadas, ausencia de aire incluido si la estructura se encuentra en climas fríos, compactación y curado inadecuado, falta de recubrimiento de las armaduras, juntas mal diseñadas o construidas, y microfisuración del hormigón debido a las cargas, a la retracción térmica o de secado, y a la expansión por la reacción álcali-árido. En argentina se permite una penetración de agua que no deberá exceder los 30mm.
· El tipo y la severidad del daño pueden no ser uniformes a lo largo de la estructura: La sección situada en la atmósfera marina nunca esta en contacto con el mar, pero recibe sal procedente de la brisa marina y niebla salina, por lo que será mas susceptible a la acción de la helada y la corrosión de las armaduras. Entre la zona de atmósfera marina y el nivel de marea alta se encuentra la zona de salpicadura, sujeta a la humectación directa con agua de mar procedente de las olas y la espuma; pude entonces sufrir daño por heladas, abrasión debida a la acción del oleaje y corrosión de las armaduras activadas por los cloruros. El mayor riesgo de corrosión ocurre en la zona atmosférica, y sobre todo, en la de salpicaduras. La sección situada en la zona de oscilación de la marea sufrirá además el efecto de los ciclos de humedad-sequedad, los ataques químicos debido a la reacción álcali-árido y a la interacción de la pasta de cemento y el agua de mar. El hormigón así debilitado puede desintegrarse debido a la acción de las olas y el impacto de arena, grava y hielo. Esta es por tanto la zona de máximo deterioro. Por ultimo la zona siempre sumergida solo estará sometida al ataque químico del agua de mar (debido a la ausencia de oxigeno apenas habrá corrosión, ya que la concentración de oxigeno disuelto en agua de mar es mínimo).
El progresivo deterioro químico del hormigón, desde la superficie hacia el interior del hormigón sigue el siguiente esquema: en la superficie se forma aragonito y bicarbonato debido al ataque por el CO2; por debajo de la superficie del hormigón, se forma brucita debido al ataque por iones de magnesio; la formación de etringita en el interior demuestra que los iones sulfatos pueden penetrar a mayor profundidad. Salvo que el hormigón sea muy permeable, la acción química del agua de mar no produce daño, debido a que estos productos son insolubles, con lo que reducen la permeabilidad e impiden el progreso de la reacción hacia el interior del hormigón.
Etringita rellenando un poro. Etringita rompiendo un árido.
· La corrosión de las armaduras suele ser la principal causa de deterioro del hormigón en estructuras de hormigón armado o pretensado expuestas al agua de mar: en hormigones de baja permeabilidad no puede ser esta la primera causa de fisuración. Otros procesos de deterioro provocan el desarrollo de microfisuración, lo que permite el acceso del oxigeno a las superficies de las armaduras. Entonces puede producirse la corrosión, con lo que aparecen más fisuras.
· El daño real del hormigón debido al crecimiento de organismos marinos no es un problema habitual: No obstante, se ha constatado que las algas pueden aumentar la velocidad de degradación del hormigón, debido posiblemente a la acción de los ácidos orgánicos y sulfatos producidos en la descomposición de la vegetación. También se ha observado que en los trópicos algunos tipos de moluscos pueden erosionar al hormigón a una velocidad de 1 cm por año. Las algas en las zonas sumergidas pueden mejorar la durabilidad sellando la superficie del hormigón.
Las medidas que se pueden tomar para evitar el deterioro de un hormigón sometido a un ambiente marino son:
· Si se utiliza un cemento Pórtland deberá limitarse el contenido en C3A del cemento. El cemento con escorias de alto horno tiene una elevada resistencia. La estabilidad de cementos con un 20 % de puzolanas depende de la composición mineralógica y de la reactividad de la puzolana.
· La relación a/c se deberá conservar lo mas baja posible (a/c< 0.5) y se deberá asegurar la trabajabilidad (utilizando plastificantes)
· El recubrimiento mínimo deberá aumentarse donde pueda producirse abrasión. En las zonas sumergidas se pueden utilizar recubrimientos menores.
Recomendaciones:
· Hormigón según el reglamento cirsoc 201 establece para ambientes marinos (estructuras expuestas al viento marino, sumergidas y en la zona de alternancia de mareas) (21 MPa, 30 MPa , 38 Mpa y 47MPa)
· Relación a/c< 0.45
· El contenido mínimo de cemento, para un hormigón compactado, será de 380 Kg./m3 de hormigón (A.R.S o Puzolanico A.R.S.)
· Penetración de agua < 30mm
· Asentamiento 8 cm. sin aditivo y 15 cm. con aditivo
Tipos de corrosión en la armadura
La corrosión puede adoptar diversas formas, según la localización de las zonas anódicas y catódicas, y la posible existencia de tensiones mecánicas importantes
Tipos de corrosión de armadura en el hormigón
- Corrosión generalizada: cuando el ataque afecta a toda la superficie del metal (puede ser uniforme o irregular). Se produce por un descenso de la alcalinidad del hormigón que puede ser debido a una lixiviación por circulación de aguas puras o ligeramente acidas o por reacción del los compuestos de carácter básico del hormigón y los componentes acido de la atmósfera para dar carbonatos sulfatos y agua.
- Corrosión localizada: debido a la heterogeneidad del hormigón y su micro ambiente, es normal que los procesos anódicos y catódicos no se encuentren uniformemente distribuidos, sino que en algunos puntos es más fuerte el proceso catódico y en otros el anódico. En el caso específico de concentración de un número reducido de puntos, con una reducida relación entre las zonas anódicas y catódicas, el ataque en las anódicas se intensifica fuertemente dando lugar a la corrosión por picaduras. La situación más agresiva es la presencia de cloruros. Los iones sulfuro y sulfato son también despasivantes pero menos frecuentes y peligrosos que los cloruros.
- Corrosión bajo tensión, con generación de fisuras: cuando, además del proceso de corrosión existe una tensión mecánica elevada, y un metal susceptible a este fenómeno.
- Corrosión-fatiga: cuando coexiste un proceso de corrosión y una solicitación cíclica importante.
Factores que influyen en la corrosión
El hormigón está sujeto a: ataque químico, disrupción por acción del hielo-deshielo y ataque de corrosión electroquímica; abrasión por el movimiento sedimentario o del hielo; cavitación por golpes de viento y ataque de los organismos marinos. Todo lo cual contribuye al deterioro del hormigón marítimo.- Acción de los cloruros:
Los iones cloruros forman complejos solubles con los iones hierro, lo que favorece la disolución del oxido de hierro.
El ambiente marino constituye la más severa prueba a la durabilidad del hormigón. Una estructura construida inapropiadamente puede sufrir un rápido y serio deterioro.
· Abrasión
En las zonas de vientos y a profundidades menores de 18 m, la arena y la grava pueden encontrarse en continuo movimiento, lo que producirá abrasión en las estructuras de hormigón; también las corrientes de fondo son causantes del movimiento de materiales.
Los ángulos, aristas y resaltes de las estructuras, están particularmente sujetos al rompimiento, desgaste y caída, por causa de la abrasión, hechos que se deben tener muy presentes en el diseño. Para hacer un hormigón resistente a la abrasión, se deberá incrementar su solidez y densidad por medio del uso de un buen compactado, con un diseño de mezcla de máxima compacidad y baja razón agua-cemento. Se deberá seleccionar agregados duros y resistentes a la abrasión.
Las terminaciones deberán ser muy buenas (lisas) por lo que es preferible el uso de máquinas de terminaciones, cuando sea posible. Un curado apropiado producirá superficies antiabrasivas. El uso de moldajes metálicos vibratorios es una práctica muy recomendable.
· Organismos marinos
Los organismos que atacan al hormigón son los moluscos, ya que ejercen una alta presión sobre la superficie de éste, desde su etapa embrionaria hasta su madurez. Esta presión puede erosionar o desgastar radialmente el hormigón que se haya usado, además de depositar ácidos, que pueden disolver el cemento y son más agresivos en un hormigón poroso.
Este tipo de ataques es más peligroso y serio, en aguas tropicales y sub-tropicales que en aguas frías. Las estructuras se cubren de pelillo y lama, además de los organismos sésiles mencionados, las grietas pequeñas son usadas como moradas por jaivas, cangrejos, y las más grandes, los peces.
Un hormigón de superficie densa y dura, proveerá generalmente una protección adecuada.
· Hielo - deshielo
Este ataque, en un hormigón fisurado o poroso, es la más destructiva de todas las fuerzas, debido al aumento de volumen del agua, al pasar de líquido a sólido. Se ha comprobado la absoluta necesidad de aire incorporado, para este tipo de exposición.
Con aire incorporado y con baja razón agua-cemento, se puede obtener muy buena durabilidad.
Sintomatología
En el proceso de la corrosión, inicialmente se produce hidróxido ferroso de color verdoso, y con mayor grado de oxidación, oxido ferroso-férrico, de color negro, e hidróxido férrico, rojizo.En los casos de suficiente disponibilidad de oxigeno, el deterioro del hormigón debido a la corrosión de las armaduras se manifiesta en forma de expansión, fisuración y perdida del recubrimiento. Además el elemento de hormigón armado puede sufrir un daño estructural debido a la perdida de adherencia entre le hormigón y el acero, y a la perdida de sección de la barra.
La armadura al oxidarse, aumenta de volumen hasta mas de 6 veces, en función de la disponibilidad de oxigeno. Esto provoca fuerzas expansivas que pueden causar fisuración y desprendimiento en el hormigón, lo que puede llevar a roturas frágiles si las fisuras longitudinales a lo largo de las armaduras se producen en la zona de anclaje de las mismas.
La corrosión provoca además la reducción de la sección transversal de la armadura. La capacidad mecánica del acero se reduce siguiendo aproximadamente una relación lineal con la reducción de sección, mientras que las propiedades de elongación y resistencia a la fatiga pueden reducirse sustancialmente con pequeñas disminuciones en la sección transversal.
En la corrosión que se desarrolla en ambientes con baja disponibilidad de oxigeno (corrosión verde o negra), el volumen de los productos de corrosión puede ser solamente dos veces mayor que el volumen del acero. Tal proceso de corrosión se desarrolla a baja velocidad y, en circunstancias especiales, los productos de la corrosión pueden difundirse dentro de los huecos y poros del hormigón sin causar fisuración y desprendimiento. En estos casos singulares la corrosión de la armadura puede dar lugar a un fallo inesperado sin una manifestación exterior previa. Si hay circulación de agua, pueden aparecer en superficies las manchas de oxido en donde emerge la humedad, por lo que incluso a veces no coinciden con la situación de las armaduras.
Para un proceso de corrosión generalizada, las fisuras generadas en el hormigón por la expansión de los productos de corrosión se desarrollan mas rápidamente (en anchura y longitud) que en aquellas generadas por corrosión localizada.
La corrosión provoca dos efectos:
- la sección de armadura disminuye.
- los productos de corrosión ocupan un volumen mayor que el del acero del que se han formado. Esto conduce a tensiones expansivas que pueden provocar la rotura del recubrimiento y se ve afectada la adherencia entre la armadura y el hormigón, aumentan las deformaciones y se ve afectada la resistencia.
Espigón Oeste, Monte Hermoso. Zonas de diferentes corrosiones
Técnicas de detección
Un poderoso arsenal de ensayos sirve de inapreciable ayuda al investigador, para determinar los deterioros, ya sean visibles o no, y para determinar si la corrosión se activa o si las grietas han sido iniciadas por otra causa.Lo más importante es la inspección visual, la medición y análisis de las grietas. Algunos indicios de deterioro e indicadores que se pueden detectar son: fisuración, descamación de la superficie de hormigón, desprendimiento de fragmentos del recubrimiento de hormigón, manchas de cal en la superficie del hormigón, eflorescencias: depósitos de sales blancas, manchas de oxido (de color marrón u oxido), deterioros: cambios en propiedades (como color textura o resistencia), nidos de grava (evidencias de huecos o espacios entre áridos gruesos), filtraciones por las juntas, abrasión; luego con muestras tomadas de la estructura, pueden ser ensayadas para medir el contenido de ion cloruro, gravedad específica, porcentaje de vacíos, absorción y resistencia a la compresión. Los resultados de estos ensayos nos ayudan a: medir el grado de susceptibilidad de la estructura, determinar los aditivos y la ulterior corrosión.
Además, el ensayo de los agregados reactivos puede ser hecho para determinar si los agregados son causantes o contribuyentes del agrietamiento.
El ensayo de ultrasonido, puede ser realizado en el hormigón en obra, para estimar la severidad y extensión del deterioro por agrietamiento o los vacíos del hormigón, aún cuando estos no pueden ser vistos.
Otras áreas dañadas por corrosión a causa de un insuficiente recubrimiento de las armaduras, pueden ser detectadas por el Pacómetro, un aparato magnético que mide la profundidad de las armaduras, si el tamaño de las barras es conocido.
La existencia de corrosión activa, puede ser detectada por la medición directa de un flujo de corriente. Se hace una conexión eléctrica de un borne de un voltímetro a una barra de la armadura expuesta. El otro borne del voltímetro es conectado a un elemento de pila de sulfato de cobre, que es entonces puesto en contacto con la superficie de hormigón en varios puntos. La magnitud y signo del voltaje resultante es un indicador de la actividad de la corrosión en el hormigón. Un potencial de alrededor de 0.30 Volts, es generalmente considerado un valor de inicio, y que sobre el cual, el daño por corrosión ocurrirá sobre seguro. Muchas observaciones indican que un potencial igual o mayor a 0.20 Volts es indicador de avería por corrosión en miembros verticales de hormigón. Resumiendo, si se obtienen bajas lecturas en una región agrietada, el agrietamiento puede ser considerado como estructural y no a causa de la corrosión.
Prevención de la corrosión
Para prevenir la corrosión es fundamental que:- que el hormigón tenga una estructura de poros adecuada
- que el recubrimiento tenga el espesor suficiente
- que el hormigón este libre de cloruros
Es el parámetro más importante de cara a la corrosión. Una buena calidad implica impermeabilidad y espesor adecuados. Se emplean espesores de 25 a 40 mm.
El espesor de recubrimiento influye sobre el valor de tolerancia de cloruros para anchuras de fisuras hasta 0.4 mm. Si las fisuras son mayores, aumentar el espesor de recubrimiento no sirve para nada.
La anchura de fisuras no influye sobre la velocidad de corrosión, por lo que si el recubrimiento es de alta calidad, el daño por corrosión es pequeño incluso para fisuras de 0.3 mm.
Permeabilidad del recubrimiento:
Influyen la relación a/c (cuando la relación a/c excede del valor 0.6, la permeabilidad aumenta considerablemente debido al incremento de la porosidad capilar), el curado y la compactación.
El efecto de la relación a/c en el contenido de cloruros se limita fundamentalmente a la capa superficial del hormigón y para duraciones de exposiciones pequeñas a cloruros. Para mayores duraciones de exposición y mayores profundidades de penetración (20mm. o mas), el tipo de cemento tiene una mayor influencia sobre la profundidad de penetración de los cloruros que la relación a/c.
Cubrimientos protectores
A diferencia de lo dicho hasta aquí, que es hacer a un hormigón impermeable por sí mismo y que es indudablemente lo mejor; existen otros métodos de impermeabilizarlo y son: el cubrimiento protector o la pintura de hormigón; estos cubrimientos se aplican particularmente en la zona de amplitud de mareas y a salpicaduras, que es donde se producen los mayores daños de corrosión de armaduras.
Además los cubrimientos pueden servir para prevenir daños por abrasión. Se distinguen los siguientes tipos.
Cubrimientos hechos de hormigón:
Con este método se trata de cubrir con un hormigón denso, toda la estructura de hormigón convencional, cuando se trata de cubrir pilotes, toma el nombre genérico de “pantalones de concreto” o “polainas de concreto” o “calzoncillos de concreto”, ya sea, si se cubre el pilote completo o parcialmente en su tramo inferior o tramo superior, respectivamente.
Este cubrimiento protector es generalmente de gunita y su armadura es malla de alambre galvanizado. La gunita hace que se tenga una capa de cubrimiento muy denso y rica, de por sí, impermeable. Existe siempre el peligro del agrietamiento por retracción, por lo que se debe tomar todas las medidas de prevención.
Otra forma de aplicar el cubrimiento, es reemplazar la gunita por una inyección submarina y usar moldajes flexibles.
Funda metálica:
Otro tipo de cubrimiento, es de la funda metálica y consiste en usar planchas metálicas para aislar e impermeabilizar la estructura. Se han usado planchas de acero para impermeabilizar tuberías y tanques submarinos. El metal Monel y fundas de hierro forjado, se han empleado en ocasiones en la zona de amplitud de mareas.
Macizos elásticos:
El empleo de aglomerados bituminosos puede permitir la constitución de macizos elásticos en el mar, o como protección de escolleras.
Pinturas bituminosas
Son soluciones de asfalto con un disolvente volátil apropiado. En impermeabilización, se emplean como pinturas sobre el cemento, para lograr una protección química (0.5 L/m2).
Se ha desarrollado en gran número de pinturas, que se han usado con gran éxito en los hormigones sumergidos.
La desventaja de las pinturas bituminosas es que no resisten los efectos de la abrasión, ni la ruptura causada por la intensa presión localizada, de los organismos sésiles.
Pinturas y enlucidos protectores
Con estas pinturas plásticas, se trata de aislar la estructura a la difusión del aire dentro de ella; hay pinturas de fondo reactivo “wash primer”, que contienen ácido fosfórico y un aglomerante de resina, butiralpolivinilo y el pigmento antioxidante, tetraoxicromato de zinc. Así se consigue, en una sola operación, una defensa contra el óxido y una capa de fondo adherente.
También se recomiendan las pinturas “antifouling”, para evitar la adherencia de algas y moluscos; la más empleada por su economía y efectividad, son las que tienen como tóxico las sales de cobre.
Su vida útil, es muy breve, de 6 a 8 meses.
También se puede impermeabilizar, por medio de una capa o película de pintura de caucho colorado, para el enlucido de hormigones sumergidos.
Otros enlucidos son: fluosilicatos o fluoruros, mezcla de neopreno con parafina.
Resina epóxi:
Con esta resina, se logra protección contra la corrosión y abrasión y puede ser aplicada en áreas secas, mojadas (ya sea bajo el agua y en la zona de amplitud de mareas) y en aguas de temperatura de 2ºC.
Ciertas formulaciones de resinas, pueden curar en la zona de rompientes de oleaje.
Los cubrimientos epóxicos, tienen una adherencia extremadamente buena, y pueden ser aplicados por un buzo, en una faena simple y lograr una superficie impermeable y densa, resistente a la abrasión.
La técnica de aplicación del cubrimiento epóxico es la siguiente:
Los ayudantes colocan una lona-soporte sobre una mesa y allí, le aplican la resina en una capa densa y uniforme, quedando el soporte totalmente impregnado y sin ninguna burbuja.
Se baja la lona al buzo, quien la aplica y amarra firmemente a la obra.
Con un rodillo se diluyen todas las burbujas que pudieren haber quedado atrapadas.
Para el buen éxito del cubrimiento, es esencial que la superficie a tratar esté totalmente limpia y libre de materias extrañas, incluyendo organismos marinos, pelillo, musgo, aceite, grasa, sal, moluscos y orín con el fin de asegurar la buena adherencia. Los equipos arenadores de uso submarino y el “jet” de agua, son especialmente efectivos.
Las resinas epóxicas, son termoestables, químicamente inerte, resistentes al calor, no se encogen, presentan extraordinaria adherencia y buenas propiedades eléctricas. Además, se puede combinar con otros plásticos para obtener compuestos con nuevas características.
Sus principales objetivos son:
Cargas Minerales: abarata el costo, mejora las características mecánicas (resistencia a la abrasión), además da la consistencia necesaria para su aplicación, el aditivo más usado es la brea de hulla.
Pigmentos Minerales y Orgánicos: tienen la función de mejorar el aspecto de los acabados dándoles el color.
Diluyentes:Mejoran la facilidad de aplicación y permiten el aumento de carga. Los diluyentes convencionales, sólo se usan en casos de protección de superficies libres.
Para obtener hormigones de la calidad que uno desea, es necesario establecer, mediante el uso de dosificaciones adecuadas, la combinación adecuada de los agregados. Además se tienen como objetivos específicos el detallar las dosificaciones y tipos de hormigones necesarios para realizar obras de calidad en ambiente sumergido, esto quiere decir el establecer las cantidades de: agregados pétreos, de agua de amasado, de aire incorporado, la cuantía de armadura, de aditivos y de cemento.
Características de los agregados
Agregados pétreos:Constituyen la porción mayor de la dosificación y no ha de contener materias orgánicas, sustancias solubles, películas adheridas, ni elementos blandos, deleznables o susceptibles de descomposición. Ha de ser químicamente inerte respecto del cemento y mecánicamente tenaz y adhesivo con la pasta de cemento. Estará constituido por trozos duros, no absorbentes ni permeables, estables e indivisibles. Su granulometría será aquella que dé el mínimo de huecos, o sea, la máxima compacidad.
En cuanto a su forma, el ideal para los agregados redondeados es la esférica y para los agregados angulosos, es la cúbica. Los que tienen formas laminadas, aplanadas y largas, cilíndricas o formas torcidas, dan mezclas poco trabajables y con tendencia a causar sedimentación o exudación.
Fundamentalmente, los agregados deberán estar limpios y libres de suciedad o depósitos de sal, por que lo es deseable, en caso de duda el lavado de los áridos.
Agua de amasado:
Generalmente, deberá tener la calidad de ser potable y estar libre de turbidez excesiva y materiales orgánicos. Para una mayor durabilidad, y particularmente en exposiciones en climas semi-tropicales, se deberá imponer estrictas limitaciones con respecto al porcentaje aceptable de cloruro de magnesio (1%).
Con respecto al uso del agua de mar, algunos lo aceptan, pero con severas limitaciones y recomiendan un alto contenido de cemento con el fin de incrementar la alcalinidad e inhibir la corrosión. Toda esta propensión a la corrosión de las armaduras, limita el uso del agua marina en el hormigón armado y prohíbe su uso en el hormigón pretensado
Según la norma CIRSOC 201 deberá cumplir las exigencias sobre total de sólidos disueltos y máximos contenidos de cloruro, y sulfatos. El contenido de cloruros incluye también el que aportan los agregados y aditivos.
Estructura de hormigón armado convencional
Cloruro Máx. 1000ppm
Sulfatos Máx. 1300ppm
Estructuras de hormigón pretensado
Total de sólidos disueltos Máx. 500ppm
Cloruro Máx. 150ppm
Sulfatos Máx. 1300ppm
Aire incorporado:
Es esencial para un hormigón marítimo, ya que permite lograr mayor plasticidad, por la distribución uniforme del aire en la mezcla, estos esferoides de aire, obran a la vez como un árido fino y como un sistema de “rodamiento de bolas” que facilitan la movilidad y acomodamiento del agregado grueso.
Los beneficios que se pueden obtener con el uso del aire incorporado, son:
a.- Disminución del contenido de arena en un volumen absoluto igual al del aire incorporado.
b.- Disminución del agua de amasado, sin pérdida de asentamiento.
c.- Mejoría de la trabajabilidad y disminución de la razón agua cemento.
d.- Los glóbulos, se constituyen en una defensa contra la segregación y exudación, lo que facilita el transporte, vaciado y da un mejor acabado superficial. Su porcentaje varía de un 5 a 7%(dependiendo del tamaño máx. del agregado). Actúan también como válvulas de absorción de presiones internas y como freno a la penetración salina.
Aditivos:
Son los ingredientes que se agregan al hormigón, antes o durante el amasado, con el fin de conferirles alguna cualidad determinada.
En los hormigones marítimos son frecuentemente usados los reductores de agua, para mejorar la trabajabilidad y reducir la segregación durante la manipulación. Retardadores y Plastificantes son muy usados en los hormigones sumergidos. A continuación se muestra una tabla con algunos aditivos utilizados en hormigones bajo agua.
| ADITIVO | CARACTERÍSTICA |
| Sikament FF-86 | Es un producto sintético que produce en el hormigón una consistencia superfluida o permite trabaja con una fuerte reducción de agua de amasado. No contiene cloruros, no es tóxico, cáustico ni inflamable. Este aditivo es absorbido por las partículas de cemento confiriéndoles una carga eléctrica negativa produciendo su separación, permitiendo con esto una hidratación completa de los granos de cemento, sin efectos secundarios. |
| Sikament NF | Es un aditivo superfluidificante y reductor de agua de alta capacidad que produce en el hormigón una consistencia superfluida o permite trabajar con una fuerte reducción de agua de amasado. |
| Sika Ferrogard 901 | Es un aditivo inhibidor de la corrosión de las armaduras de acero insertas en el hormigón armado. Mediante su acción se aumenta considerablemente la vida útil de los elementos de construcción de hormigón armado. Es una combinación de inhibidores orgánicos e inorgánicos. Este aditivo forma una película protectora sobre la superficie del acero e impide la disolución del metal, protegiendo especialmente sobre la acción de cloruros. |
| Sikacrete W | Es un aditivo en polvo compuesto por microsílice (Silica Fume) de alta calidad y aditivos especiales que, adicionado a la mezcla de hormigón o mortero, disminuye el lavado del cemento en el vaciado de la mezcla bajo agua. No contiene cloruros y puede utilizarse en hormigones y morteros en conjunto con un superplastificante para obtener la fluidez necesaria para la colocación del hormigón. |
| Sikacrete 950 | Es un aditivo basado en microsílice de alta pureza que, combinado con un superplastificante, produce máxima resistencia mecánica, alta impermeabilidad y alta durabilidad del hormigón. En la mezcla fresca se produce una lata cohesión, una reducción de exudación y una mejor trabajabilidad. |
| Fro Be | Es un aditivo el elaborado a base de agente tensoactivo, ligeramente más viscoso que el agua, que adicionado al hormigón, genera microburbujas que se reparten uniformemente. Además permite un aumento en la trabajabilidad y/o disminución del agua de amasado, reduce la segregación, reduce la exudación e incrementa la cohesión interna de la masa del hormigón. |
Armaduras:
Deberán estar bien distribuidas para reducir el tamaño de cualquier fisura o grieta que pueda ser causada por la retracción u otras causas. Un adecuado recubrimiento de hormigón sobre las armaduras, deberá ser previsto. Asimismo se verificará que alguna pieza o trozo de armadura, no quede topando el moldaje. Muchas autoridades recomiendan un espesor de recubrimiento de 3 a 4cm, y se deberá prever que el hormigón sea muy denso e impermeable, sobre todo en la zona de amplitud de mareas y expuesta a salpicaduras.
Contenido de cemento:
Al incrementar el contenido de cemento, la capacidad de fijación del hormigón frente al CO2 y Cl- aumenta, aunque influye menos que los factores anteriores
Normalmente un contenido de cemento de 380 kg/m3 es suficiente para conseguir una permeabilidad suficientemente baja.
La razón agua/cemento, deberá ser lo más baja posible, en orden a reducir la permeabilidad se recomienda un 0,45.
En cuanto a la calidad del cemento, este deberá tener un moderado contenido de Ca3Al (alrededor de un 8%) para prevenir una reacción química entre el hormigón y el agua marina. Además, deberá tener un bajo contenido alcalino (de 0,6% de Na2O y K2O) para prevenir una reacción con ciertos agregado, que pueda ser acelerada en ambiente marino.
Tipos de cemento:
De preferencia pueden aceptarse los cementos con adiciones activas como puzolana y escorias.
El cemento, como principal adherente entre los agregados pétreos que conforman el hormigón, se puede encontrar en diferentes tipos, algunos de ellos se describen a continuación:
· Cemento Pórtland A.R.S.:
Es el cemento Portland que posee una alta resistencia a los sulfatos cumple los requisitos de resistencia de la categoría 40, es decir, se asegura la obtención de más de 40 MPa (408 Kg./cm2) La elaboración de una mezcla de características técnicas adecuadas, con cemento Portland ARS y suficiente CUC (contenido unitario de cemento > 350 Kg./m3), baja relación a/c (agua/cemento) y sometido a condiciones de curado suficientes contribuyen a obtener hormigones con una menor permeabilidad, mayor resistencia mecánica y de gran durabilidad ante el ataque externo de sulfatos.
· Cemento con escoria de alto horno:
Es el producto que se obtiene de la mezcla conjunta de clínquer, escoria básica granulada de alto horno y yeso. La escoria básica granulada, es el producto que se obtiene por enfriamiento brusco de la masa fundida no metálica, que resulta en el tratamiento de mineral de hierro, en un alto horno. Si tiene menos de 30% de escoria básica, se denomina Cemento Portland Siderúrgico.
· Cemento puzolanico:
Es el producto que se obtiene de la molienda conjunta del clínquer, puzolana y yeso.
La Puzolana es el material sílico-aluminoso que, aunque no posee propiedades aglomerantes por si solo, las desarrolla cuando está finamente dividido y en presencia de agua, por reacción química con el hidróxido de calcio, a la temperatura ambiente.
Si tiene menos de 30% de puzolana, se denomina Cemento Portland Puzolánico, en contrario se llama Cemento Puzolánico.
· Cemento puzolanico A.R.S.
Conglomerante hidráulico que contiene al clinker portland como constituyente necesario, pequeñas cantidades de sulfato de calcio, con la adición entre 20% y 50% de puzolana. Es un material inorgánico que, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. Cumple los requerimientos de resistencia de la categoría 30, es decir, se asegura la obtención de más de 30 MPa (306Kg./cm2)
DOSIFICACIÓN Y CURADO
Al diseñar un hormigón, se debe tener especial cuidado que las propiedades específicas que se están dando al hormigón, sean las necesarias, pues los requerimientos de exposición son generalmente mucho más exigentes, con las dosificaciones; que los requerimientos de resistencia.
En todo caso, al diseñar una dosificación, se deberá tener presente lo siguiente:
· Ocupar un método de dosificación
· Que, la trabajabilidad del hormigón, determinada por el Asentamiento de Cono sea alto, de 15 a 18cm., a causa de que los hormigones sumergidos, no se pueden vibrar ni compactar, porque se desintegran y con un asentamiento alto, al momento del vaciado en los moldajes, se compacta solo, ocupando y llenando perfectamente todo los moldes.
· La razón agua-cemento máxima que se podrá adoptar será de 0.45; siempre se tratará de usar la mínima posible. Todo esto es debido a que el cemento para su hidratación, necesita alrededor de ¼ de su peso en agua. Todo el exceso de agua sobre lo indispensable, producirá poro y por consiguiente aumentará su permeabilidad, dejándolo vulnerable al ataque del agua marina (penetración por capilaridad).
· Cantidad de Agua; como el exceso de agua es perjudicial a los hormigones, ésta debe ser la mínima posible de acuerdo a la estructura, medios de colocación y trabajabilidad; la cantidad de agua, está determinada por dos variables, el Asentamiento de Cono y el tamaño máximo de los agregados, y oscila alrededor de los 200 (L/m3), es recomendable el uso de aditivos humectantes.
· Cantidad de cemento; cuando se imponga el uso de cemento corriente, es necesario adoptar para el hormigón una dosificación rica, de 400 a 500 (Kg./m3); se puede mejorar su impermeabilidad por medio de la adición de otro aglomerante que lo complemente, como puede ser, puzolana bien cribada y finamente triturada en una porción del 20 al 30% del peso del cemento o todavía mejor, recurrir al empleo de cemento puzolánico.
· Cantidad de Aire; se recomienda el uso de aditivos incorporadotes de aire, ya que se forman glóbulos microscópicos de aire, uniformemente repartidos en toda la masa del hormigón, que mejoran su durabilidad e impermeabilidad, ya que sellan cualquier canal capilar que se pueda producir durante el fraguado.
· Cantidad de áridos finos y gruesos; como es sabido, los áridos finos deben ir llenando los huecos que dejan los áridos de tamaño superior, para obtener en el total el mínimo de huecos. El exceso de fino sobre la cantidad justa para llenar los vacíos de los gruesos, acarrea inconvenientes que hacen perder cualidades a los hormigones, pues el exceso de mortero, hace que se requiera una mayor cantidad de agua para una misma trabajabilidad, por consiguiente, se baja la resistencia mecánica y las defensas contra los ataques de agua marina.
· Consolidación y Curado; los hormigones sumergidos no podrán apisonarse y menos vibrarse, porque con ello se desintegrarían, por lo tanto, lo que más se acepta, es que durante el hormigonado, se golpeen suavemente los moldajes con un combo de madera, con el fin de ayudar a la eliminación de las burbujas de aire y así, obtener una mejor compactación, mayor apretado y por ende, mayor densidad.
Técnicas de hormigonado
Muchas estructuras marítimas pueden ser construidas a base de elementos prefabricados de hormigón, con cada elemento fabricado de un modo convencional, por lo que la faena marítima se reduce al montaje; otras estructuras, mediante el uso de elementos de servicio, pueden ser construidas en el aire, sobre agua. El hormigonado sumergido es requerido en ciertas estructuras que deben ser construidas en el lugar, bajo la superficie del agua; técnicas especializadas han sido desarrolladas, para asegurar que el hormigón sea puesto en obra en forma apropiada y eficiente, ya que éste debe ser capaz de desarrollar la resistencia y características asignadas en el diseño.Lo que se presenta a continuación, tiene como objetivo general establecer la diferencia que existe entre un hormigonado fuera del agua y uno sumergido. También se tiene como objetivo específico el explicar las diferentes formas que existen para hormigonar bajo el agua, esto incluye las técnicas de hormigonado (hormigón tremie, hormigón ensacado, hormigón por talud, hormigón en cubas y cementos hidráulicos), los tipos de hormigones usados, la inyección de morteros, los moldajes utilizados.
· HORMIGÓN TREMIE (TUBO-TOLVA)
Esta técnica es empleada en diversos propósitos, incluyendo hormigones sumergidos, estructuras submarinas, reparaciones de hormigones sumergidos, construcción y juntas de secciones de túneles submarinos, pilas para fundaciones de estructuras tales como: puentes y plataformas de costa adentro. Este proceso puede ser usado en casos que se quiera lograr una muy alta calidad estructural, y se han logrado exitosas operaciones de hormigonado en profundidades de hasta 50 m, como el hormigonado de machones de puentes.
Este proceso o técnica, consiste en colocar el hormigón en obra, por medio de un tubo, cuyo extremo inferior queda siempre embebido en el hormigón fresco, de modo que el lavado y segregación son substancialmente prevenidos.
Se puede sugerir (para uso comparativo) la siguiente dosificación, para obtener un hormigón apropiado para esta técnica:
Dosificación para hormigón bombeado:
| Agregado Grueso | Tamaño máximo de 2cm. para propósitos generales, 3.8cm., para grandes masas y gravilla, para juntas y reparaciones, se evita el uso de áridos de partículas alongadas y de aristas vivas. |
| Agregado Fino | 42 a 45% de arena. |
| Cemento | Mezcla rica de 425 a 600 (Kg./m3) |
| Asentamiento de Cono | 15 a 20 cm. |
| Aditivos | Aditivos plastificantes e incorporadotes de aire, con el objeto de reducir la segregación, formación de exudación y punto de hidratación. |
El tubo termina en su parte superior en una tolva o un embudo para el vertido del hormigón. Se usa tolva cuando se está operando con aportaciones intermitentes de hormigón, Ej. Transporte por cubas. Se usa embudo cuando se está operando con aportación continua, Ej. Hormigón bombeado.
La operación de hormigonado comprende tres fases: Cebado del tubo; formación del Bulbo y Vertido.
Cebado del tubo: se debe llenar completamente el tubo con hormigón, sin contacto con el agua que contiene.
Para esto pueden imaginarse varios artificios (hasta el empleo de aire comprimido), pero el más sencillo parece ser, hacer bajar por el tubo un tapón perdido, que actúe como sello estanco, de modo que la columna de hormigón baje lentamente, sin contacto con el agua y evitar segregación por caída libre; o bien, reemplazar el tapón por una cámara de pelota inflado que se recupera luego de cada cebada.
Formación del bulbo: bajo el empuje del peso de la columna de hormigón fresco, este, por efecto de la tensión superficial se extiende progresivamente alrededor del tubo, cuyo extremo inferior no debe estar levantado más de 30cm. del fondo, con el fin de evitar la segregación y lavado.
Luego, bajo el efecto de la resistencia sobre el fondo, así como por la resistencia en la masa, la superficie toma la forma de una cúpula, en la que, con el tubo hundido a la profundidad deseada, se forma el bulbo en la base.
Vertido: en tales condiciones puede realizarse el vertido, desplazando el tubo, mediante el cabestrante y el puente grúa.
El tubo debe estar permanentemente lleno, realizándose la carga del hormigón regular y continuamente, con el fin de asegurar que no se descebe, dando lugar a la entrada del agua.
El peso del hormigón contenido en el tubo, debe ser en todo momento, superior al efecto de la presión del agua en su base.
Siempre, se debe contar con la ayuda de buzos especializados para supervisar la buena ejecución del proceso. Además, esta faena se debe programar de modo que coincida con la alta marea, para tener la seguridad de trabajar con mar tranquilo.
Un hormigón tremie bien hecho, puede dar resistencias de 282 (Kg./cm2) si su curado es bueno, no tiene problemas de contracción; el factor que el hormigón sea puesto en obra baja presión, hace que se logre una alta densidad. Su adherencia es buena con el acero, roca, madera y otros hormigones, cuando es puesto bajo agua. Una satisfactoria adherencia mecánica ha sido lograda con bentonita usada como una especie de soporte o moldaje.
Grandes masas de hormigón y altos rangos de volumen puesto en obra han dado los mejores resultados, incluso a temperatura ambiente de 3 °C.
A continuación se muestra una dosificación (uso comparativo) para el Grout Tremie.
Dosificación para hormigón Tremie:
| Agregados | Arena gruesa o gravilla, de un tamaño máximo de 1cm., mezclada con arena en un volumen de 810 (L/m3), la gravilla debe ser de cantos redondeados y la arena 675 (L/m3). |
| Cemento | Mezcla rica de 510 (Kg./m3). |
| Aditivos | Aditivos plastificantes y fluidificantes. |
| Agua | Potable, suficiente para dar la consistencia |
Modelo de equipo para hormigón Tremie
Esquema de hormigonado por Tubo - Tolva
· HORMIGÓN ENSACADO
Este método se usa para construir muretes o plataformas bajo el agua o para formar la base de una cimentación, ej. Muros de muelles o malecones, siempre la arista más cargada descansa sobre un murete de hormigón en sacos, que transmite los esfuerzos a un fondo de cimentación satisfactorio, descansando el resto, sobre un macizo de escollera. Similar método, se ha usado para sellar juntas, soportar o proteger del oleaje y corriente a elementos prefabricados o tuberías submarinas, en orden de prevenir movimientos dando soporte y protección. Dos métodos son usados para ensacar el hormigón:
En el primero, la mezcla de hormigón seco es ensacada; se llena hasta la mitad y se cierra, luego es sumergido por medio de pallets y es colocado en obra por un buzo. El cemento se va hidratando, según el agua va penetrando. Este método tiene la ventaja de que el tiempo de manipulación y colocación no es crítico, pero la hidratación es baja y el saco puede ser dislocado por las olas y/o corrientes, antes que haya fraguado. La adherencia entre sacos adyacentes puede no ser buena y el cemento puede no ser distribuido uniformemente en la mezcla.
En el otro método, se usa un hormigón con un asentamiento de cono bajo, y de estado plástico; los sacos a usar pueden ser de arpillera o yute, deben ser flexibles para que formen un cuerpo entre sí y no deben llenarse completamente (hasta 2/3 de su capacidad), la arpillera deberá estar escardada, y la tela empapada con una lechada muy clara antes de recibir el hormigón. El saco una vez cerrado, puede envolverse en una malla galvanizada de 2 mm y trama 5 cm.
Muro de muelles, en base a hormigón en sacos
Los sacos se sumergen en pallets y envueltos en una funda (manga de polietileno, del doble de diámetro que los sacos y con sus dos extremos abiertos). Luego un buzo sostiene el saco en posición y el otro extrae la funda. Una pareja de buzos puede colocar en obra de 250 a 300 sacos en un día (con un promedio de profundidad de 10 m.).
Con este método, se puede lograr una muy buena adherencia con el fin de obtener una obra monolítica, se asegura una total hidratación y la calidad general del hormigón puede ser controlada.
Cuando se trata de sellar juntas en que no se requiera adherencia, el hormigón puede ser colocado en bolsas de polietileno de alta densidad, para prevenir cualquier lavado de éste. A veces, para el mejoramiento de fondos, se han sumergido mediante grúas, grandes bolsas que contenían varios metros cúbicos de hormigón.
Una variante de este método, son los “salchichones de fondo”, que se emplean como asientos de malecones y rompeolas, son de hasta 25 m de largo y 1,5 m de diámetro; se preparan en cajones flotantes o pontones que los llevan de la obra al punto de inmersión, en donde se sumergen abriendo el fondo de aquellos. Los salchichones se rellenan de hormigón y se cosen al borde del pontón.
Como el hormigón de relleno es plástico, los salchichones se amoldan a las desigualdades del fondo, lo que se ayuda por medio de la labor de buzos.
Con dosis suficientes de cemento, las capas de salchichones sueldan entre sí, formando una obra monolítica.
Este método es muy adecuado, cuando la furia del mar impide ocupar otro sistema de fundación.
· HORMIGÓN POR TALUD QUE AVANZA
Este procedimiento o técnica, sólo aplicable bajo pequeños espesores de agua (inferiores a 80 cm.).
El hormigón se deposita en A, se incorpora por peso a la masa B en fluencia que avanza con un talud C, que es el único en contacto con el agua y sometido al deslavado.
Esquema para hormigonado por talud que avanza
Es necesario actuar continuamente para evitar los movimientos del agua sobre este talud, en el que efectivamente se forman lechadas (mezcla de cemento y arena muy fina), que no fraguan y que crearían en el macizo planos de deslizamiento y ruptura.
Después de cada interrupción, se limpia el talud con escobillas de acero para descarnar la superficie, eliminar los excesos de lechada, que después se bombearán sin agitación.
La dosificación a ocupar, es la misma del hormigón tremie estructural, el macizo en avance no puede apisonarse ni vibrarse. La faena se debe programar para hacerla en marea alta, si el mar se agita, hay que interrumpir el trabajo.
· HORMIGÓN EN CUBAS
Esta técnica se aplica en profundidades de agua superiores a 80cm. El hormigón atraviesa la capa de agua en una cuba perfectamente estanca, que se hace bajar lentamente, mediante cabestrante o grúa hasta llegar al macizo a hormigonar. La cuba se deposita sobre el macizo y un buzo la abre, elevándose después suavemente para que el hormigón fluya en agua tranquila.
Cuba para hormigonado
Esquema hormigonado por cuba
Este método se debe proscribir, cuando se debe verter en un encofrado de dimensiones reducidas, pues el ascenso y descenso de la cuba, produce un efecto pistón que agita el agua, produciéndose remolinos en el agua que rodea al hormigón fresco, con resultados desastrosos.
Es especialmente apropiado, cuando se trata de hormigón en masa, hormigones ciclópeos, en que capas de rocas son alternadas con capa de hormigón, cubrimientos y protección de tuberías submarinas. En aguas poco profundas, en donde las olas y la acción del viento pueden tender a lavar al hormigón tremie, puesto por medio de una tubo; el hormigón en cuba, puede ser más estable y puede ser puesto con un asentamiento de cono bajo, se pueden usar agregados de hasta 20 mm.
Las cubas son recipientes perfectamente estancos, con paredes inclinadas para facilitar la salida del hormigón, se abren por el fondo por sistemas hidráulicos y/o neumáticos, además llevan un sistema de pata que le permiten posarse con seguridad, quedando la cuba a cierta altura, de modo que las portezuelas pivotean libremente. La capacidad de las cubas varía de 200 a 1000 L.
Durante la operación, las cubas vacían su carga primero en el fondo y luego, sobre las capas anteriormente vertidas aún frescas, por tanto, el hormigón no entra en contacto con el agua, sino al extenderse, de modo que se logra una buena trabazón. Cuando el área a hormigonar sea grande, se subdivide en secciones pequeñas, no mayores a 6x6m., ya que el hormigón tiene un radio de extensión de 30 cm. y las cubas no se abrirán a mas de 30 cm., de altura.
Una variante del sistema, que se emplea en obras de poco volumen de hormigón, consiste en ocupar bolsas de lona impermeabilizadas, que se bajan boca a bajo, amarradas por el fondo y cerradas en la boca por medio de un nudo de maniobra, que permite abrirlas manualmente. Su capacidad no sobrepasa de los 100 L.
La labor de los buzos, se limita a ubicar el capacho sobre el punto a hormigonar y abrirlo, luego enviarlo a la superficie para repetir el ciclo.
El método de la inmersión en cubas, tiene las ventajas de tener una operatoria sin complicaciones y rapidez de hormigonado, se logran hormigones de buena calidad, con excelente trabazón y no exige más aparatos especiales, que el depósito para sumergir el hormigón.
· INYECCIONES SUBMARINAS DE MORTERO ACTIVADO
Por este proceso, se construye directamente dentro del moldaje, el hormigón, in situ, con grandes ventajas cuando es necesario una buena adherencia y alta resistencia. Se ocupa cuando se trata de construir un hormigón en masa sumergido, reparaciones de estructuras submarinas, relleno de pilas, sellado y unión de estructuras submarinas, recubrimiento y protección de tuberías submarinas, plataformas submarinas de faros y petrolíferas y anclajes submarinos.
El hormigón in situ, que es el obtenido por medio de una inyección de mortero, se define como una mezcla de granulometría discontinua, obtenida partiendo de un esqueleto de áridos gruesos colocados en obra previamente, cuyos huecos se rellenan después, mediante la inyección de mortero activado.
El porcentaje de huecos es, en general, del orden del 45 a 50% para permitir la penetración del mortero, y el tamaño máximo de los áridos, alcanza de 8 a 10 veces, la de los granos más gruesos de la arena del mortero. Los áridos gruesos colocados previamente, deben estar rigurosamente limpios para obtener una adherencia conveniente, en la superficie de contacto árido-mortero.
Si se fluidificara un mortero común, por adición de agua para poder inyectarlo, el exceso de agua daría lugar a porosidad y a una gran retracción, o por otra parte, se producirían segregaciones separándose la arena del cemento. Se evitan estos defectos utilizando morteros coloidales y tixotrópicos.
Cuando el mortero coloidal deja de moverse, pierde progresivamente su electrización granular y se gelifica según un mecanismo, llamado fraguado trixotrópico. Este fraguado, permite evitar segregación de la arena y del cemento, antes de que comience a actuar el fraguado químico de hidratación.
Técnicas de inyección
El equipo utilizado se compone de; una amasadora para preparar el mortero activado; de una bomba impulsora del mortero, generalmente de doble pistón; de un juego de mangueras de goma, cada tira lleva en sus extremos una unión americana y un juego de lanzas de inyección (10 o 12), que en forma y cometido son iguales a una aguja hipodérmica, salvo en el largo, 1.5m. Para la instalación del equipo, se deberá preparar una tarima aproximadamente de 1m., de altura para situar la amasadora; a un costado se acopiarán las bolsas de cemento y aditivos y al otro costado se colocará un plano inclinado, para la llegada de la arena, la que estará acopiada a una distancia conveniente; el suministro de agua, también deberá estar previsto. Junto a la tarima y debajo de la amasadora, deberá instalarse la bomba, esta instalación deberá estar equidistante de todas las lanzas a inyectar.
Siguiendo este proceso, previamente el agregado grueso es colocado bajo el agua, bien compactado, preferiblemente llenando todos los confines de un elemento estructural, en moldaje o una cavidad a reparar. El agregado deberá estar rigurosamente limpio y saturado con agua potable y se cuidará especialmente que quede bien apretado dentro del moldaje.
Luego son insertadas las lanzas de inyección, generalmente, se ponen antes de la colocación del agregado o también, son fijadas al moldaje o a un refuerzo especial. En el caso de colocar las lanzas horizontales se ponen a través de perforaciones o troneras, hechas previamente en el moldaje, para lo que se deberá contar con tapones de madera para sellar la tronera, luego de la inyección.
Enseguida, el mortero activado es bombeado a través de las mangueras y lanzas y rellena todos los intersticios, y huecos del esqueleto de áridos gruesos, colocado previamente.
Siempre la inyección, es comenzada por las lanzas del fondo, en el caso de obras verticales y por la lanza del centro, en obras horizontales.
La inyección no deberá detenerse y se continuará hasta que el mortero aparezca por la lanza siguiente (verticales) o hasta que el mortero “reviente” o borbotee en la superficie de los áridos en el caso de las obras horizontales.
Luego, la lanza deberá ser extraída, la tronera sellada con el tapón y la inyección continuada en la lanza siguiente. El proceso es continuado hasta que la grieta o moldaje, esté completamente lleno.
Distribución de las lanzas
La distribución entre las lanzas deberá ser levemente mayor que el espesor o profundidad del miembro a inyectar, para asegurar que la cara superior de la masa del mortero, alcance la cara opuesta o fondo del miembro, antes que alcance o desborde la siguiente lanza. Es decir, si el espesor o profundidad, tiene un valor “D” la distancia entre lanzas deberá ser un poco mayor a “D” (1,1 a 1,2D).
En caso de inyectar cavernas, se deberá sondear el área con un martillo para obtener una estimación de su tamaño. Luego, se perforará la primera tronera de inyección, a una distancia conveniente del borde y las troneras adicionales a una distancia levemente mayor, que la distancia de la primera lanza al borde de la caverna, con el fin de asegurar que la cara superior del mortero en inyección, alcance y llene el borde, antes de que alcance la siguiente lanza.
La más importante precaución, es la de evitar la presencia de agregados finos en los gruesos, ya que al perderse la granulometría discontinua; se crea la tendencia a impedir una buena penetración del mortero; estos finos se originan de la abrasión del agregado grueso durante su manipulación y se depositan en el fondo de los recipientes de transporte.
Es igualmente importante que el lugar de acopio de los agregados, esté limpio y libre de mugre, sal, aceite u otros contaminantes.
El mortero deberá ser bombeado inmediatamente después de la colocación y el agregado deberá ser protegido en lo posible, contra cualquier contaminante, entre el tiempo de colocación y de inyección, que deberá ser lo más breve posible.
· CEMENTOS HIDRÁULICOS
Se da este nombre genérico a un cierto grupo de cementos especiales o aditivos, que pueden ser dosificados como si fueran un mortero submarino; que se sumergen, para su aplicación, en cubas especiales (estancas y con una capacidad de 4 a 5 (L.)) y son puestos en obra, por un buzo como parches, sellos y otros pequeños requerimientos, como ser tapones de cavidades de insertos, etc.
Estos cementos hidráulicos son de fraguado rápido, lo que permite su uso en muchas aplicaciones submarinas, son muy efectivos como juntas submarinas de elementos prefabricados.
Uno de los más recientes y promisorios productos desarrollados no contiene cloruros, por lo que es apto para ser usado en condiciones muy corrosivas o donde el efecto de la corrosión puede ser muy serio, como el hormigón pretensado.
Además del agua potable, el agua marina, también puede ser usada como agua de amasado; pero el agua marina, en general es rica en ión cloruro, por lo que produce la tendencia a promover la corrosión.
El cemento puede fraguar en 4 a 5 minutos, muestra excelentes características de adherencia y resistencia, no presenta contradicciones de fraguado y es químicamente muy resistente. Ha sido usado como parches de perforaciones, en emergencias, a profundidades tan grandes como 40m.
También en el mercado existen aditivos, que pueden ser adicionados a un cemento corriente para producir características de fraguado rápido (aceleradores de fraguado); lo que los hace muy aptos para su uso submarino; pero, muchos de estos aditivos contienen cloruros por lo que siempre, se deberá considerar el posible daño por corrosión.
Aplicaciones de cementos hidráulicos
El mayor empleo de este tipo de cementos, es en obras en las que se desea muy rápidamente una gran dureza sin gran resistencia, aproximadamente 80 Kg. a los 28 días, como ser, la obturación de fugas de vías de agua y el sellado de mampostería, ejecutadas en la carrera de mares como ser rampas de atraque.
Para evitar el deslavado de los macizos de mampostería o rampas de atraque, ejecutados en la marea baja se obturan en las juntas al final del trabajo, antes de que la obra sea cubierta por la marea, mediante mortero de cemento de fraguado rápido, por lo que constituye el sellado.
Al reanudar el trabajo, este mortero se quita cuidadosamente con martillo picador, para que no quede ninguna traza de él.
También se puede sellar la superficie superior de los macizos de hormigón, si las caras laterales están protegidas por moldajes estancos.
A la marea siguiente, se quita la capa de mortero y se descarna la superficie para continuar el hormigonado.
Encofrados para hormigones sumergidos
Los encofrados, deberán estar montados y ajustados antes de comenzar el hormigonado; esto es, que deberán estar sólidamente apernados o fijados, para evitar su destrucción o desarme debido a la furia del mar. Además, deberán estar impregnados de humedad (agua dulce) de modo que no absorban el agua de amasado del hormigón o agua de mar.Los moldes serán macizos con un adecuado sistema de fijaciones, que deberá ser sólido y sencillo de montar y descimbrar, por las dificultades que presentan estas maniobras, que sólo se pueden hacer desde arriba con ayuda de grúa, lo que implica un rudo manipuleo.
La madera en combinación con el acero, se usa ampliamente en las vigas de coronamiento de los tablestacados; en este caso, el encofrado se monta sobre una viga de acero (longuerina), la que a su vez, descansa sobre unas consolas metálicas apernadas al tablestacado.
Las secciones de encofrados son entonces puestas en servicio, primero, las partes horizontales o tableros de fondo, en secciones pequeñas con traslapos a media madera, para la estanquidad y luego los tableros verticales, en secciones de dimensiones mayores, las juntas se sellan con empaquetaduras de goma blanda.
El acero ha sido extensamente usado en grandes unidades de encofrados prefabricados, con todos los refuerzos puestos en su lugar. Las tablestacas de acero, son también efectivamente usadas como encofrados.
El hormigón prefabricado es, en general, el mejor material para encofrados, ya que combina con éxito, peso, robustez, adherencia, forma, permanencia y economía. Tiene la ventaja, de que su adherencia con el hormigón de la obra, será tal, que pasará a formar parte de la estructura.
Los encofrados deberán ser sellados, para prevenir la fuga de la lechada de cemento. Pesadas lonas, han sido usadas con mucho éxito para taponar “vías de fuga” o bien, para sellar un fondo demasiado irregular, sacos de arena pueden ser similarmente empleados. Las perforaciones de pernos, juntas de secciones de moldajes, etc., deben ser selladas por medio de “calafateo” que consiste fundamentalmente en introducir a presión, trozos de lona o de driza enrollados para detener la fuga.
También se puede usar para el calafateo, una pasta de cebo animal con carbón vegetal, revuelto en caliente, hasta formar una pasta espesa y homogénea, que el buzo aplica a mano o espátula también en caliente, por lo que se debe bajar cantidad suficiente, que se pueda aplicar antes del endurecimiento.
Algunas veces, el encofrado se deja en el sitio para proveer una protección adicional al hormigón y eliminar el costo de la faena submarina de descimbre.
Cuando se trata de hormigonar elementos cilíndricos, se puede usar un encofrado de madera prensada. La técnica a ocupar es la siguiente:
Se corta el manto del cilindro, se deja 24 horas sumergido en agua dulce, después se le aplica el desmoldante.
Se le colocarán listones de refuerzo al manto del cilindro, en el sentido vertical, para rigidizarlo.
En la colocación del encofrado, se ajusta y se amarra con alambre. Debe quedar firmemente colocado, sin ninguna posibilidad de movimiento.
La unión encofrado-fondo, se tapona con sacos de arena.
En la parte superior, se puede poner un poncho de polietileno de alta densidad.
Encofrado tipo Faye
Encofrado viga directriz. Esquema de avance vertical
Conclusiones
Teniendo en cuenta que la corrosión es el mayor, y más dañino, de los efectos que produce el ambiente marino en los hormigones sumergidos, ésta se debe controlar de todas las maneras posibles. El control se puede lograr sabiendo a cabalidad las condiciones a las cuales será sometido el hormigón, en estado fresco y, una vez terminado su fraguado.En al etapa de diseño de un hormigón, la dosificación de sus constituyentes es de gran importancia, ya que de ella dependen cualidades fundamentales en el hormigón fresco y fraguado.
· Si se desea obtener un hormigón trabajable: Se necesita controlar la forma del árido a utilizar. Si es parecida a una esfera o a un cubo, dependiendo del tipo (canto redondeado o piedra partida), se mejora la trabajabilidad. También se puede aumentar la cantidad de agua, acarreando porosidad y lavado en la colocación, por lo que se recomienda el uso de aditivos incorporadores de aire, lo que hace un hormigón más trabajable y más denso, manteniendo una cantidad de agua razonable (sin consecuencias dañinas).
· Si se desea impermeabilidad: Lo recomendable es aumentar la cantidad de cemento en la mezcla y agregar aditivo incorporador de aire. El agregar cemento hace que la mezcla no se deslave en la colocación, lo que evita poros y por tanto capilaridad. El aditivo incorporador de aire ayuda a que las partículas de cemento se mezclen con el agua, así aprovechando toda el agua incorporada y por ende una disminución de los poros.
En el caso del hormigonado submarino, se debe tener en cuenta:
· El estado del mar: Esto quiere decir que se debe tener la paciencia para esperar que las condiciones marinas sean las apropiadas, tales que la corriente marina no destruya los moldes ni deslave el hormigón colocado. También se debe tener en cuenta la seguridad de los buzos que ejecutan la faena de hormigonado.
· Técnica a utilizar: Esto tiene que ver con la técnica que no permita el lavado y un hormigón monolítico y bien terminado. Entre la variedad de técnicas mostradas, se destacan el tubo-tolva y la inyección de mortero.
· Moldaje: El tipo de moldaje a utilizar influye en las terminaciones y en la calidad de la superficie del hormigón fraguado. En el caso de los moldajes de madera, se deben impermeabilizar de forma tal que no se hinchen mientras el hormigón este fresco. Para moldes de acero, el cuidado radica mas en el tiempo de permanencia bajo el agua antes del hormigonado, ya que el surgimiento de óxido dañaría la superficie del hormigón, además se debe tener en cuenta el peso de las partes por la seguridad de los buzos.
Autores:
María Virginia Heumann
Fabiana Moares
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL BAHIA BLANCA
