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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

CONSTRUCCIONES II

DOCENTE: Ing. Alex Rivera

HORMIGÓN SUMERGIDO

NOMBRE: César Silva

SEMESTRE: Séptimo

PARALELO: Primero

2016-2017

1 Contenido 1.

INTRODUCCIÓN................................................................................................ 3

2.

OBJETIVOS ....................................................................................................... 5 Objetivos Generales .............................................................................................. 5 Objetivos específicos ............................................................................................ 5

3.

MARCO TEÓRICO............................................................................................. 6 Hormigón Armado Sumergido .............................................................................. 6 Usos del Hormigón Armado Sumergido .............................................................. 6 Composición del agua de mar .............................................................................. 6 Organismos Marinos ............................................................................................. 7 Temperatura ........................................................................................................... 7 Características del Hormigón Sumergible........................................................... 8  Áridos:............................................................................................................ 8  Agua: .............................................................................................................. 8  Aire: ................................................................................................................ 8  Aditivos: ......................................................................................................... 9  Cemento:........................................................................................................ 9 Dosificación del hormigón sumergido................................................................. 9 Tipos de Hormigón Marítimo .............................................................................. 11

2 Soluciones ante los problemas de hormigón sumergido ................................ 12 4.

CONCLUSIONES............................................................................................. 15

5.

RECOMENDACIONES .................................................................................... 17

6.

BIBLIOGRAFÍA................................................................................................ 18

3 1. INTRODUCCIÓN El mar contiene muchas sales disueltas, las cuales pueden afectar la durabilidad del hormigón, sales como el cloruro de sodio, sulfato magnésico, cloruro potásico, las mismas que pueden recudir la alcalinidad y resistencia del hormigón e incrementan la corrosión electroquímica del acero. El hormigón se considera como la mejor solución en cuanto a economía y durabilidad en lo que trata a estructuras marinas La construcción de cimentaciones bajo el agua no es un tema nuevo, este procedimiento se lo utiliza para la cimentación de obras marítimas, pero el procedimiento no es admisible sino se aplica de manera correcta. Éste tipo de hormigón debe estar más ricamente dosificado que los demás, ya que se añaden puzolanas muy finas o tierra de infusorios, siendo los mejores los cementos puzolánicos, estos cementos tienen un poder aglutinante que les permite tener una buena compacidad bajo el agua. El hormigón sumergido es utilizado para obras como: Instalaciones de puertos y bahías, pilas de puentes sobre ríos, estructuras para instalaciones acueductos, etc, obras que pueden ser afectadas debido a las sales que contiene el agua de mar ya que pueden provocar saturación y cristalización en el hormigón. Este tipo de hormigón debe cumplir con ciertos requerimientos, como tener una pérdida mínima de agregado fino, ésta pérdida es debido al lavado producido por el agua y la alta resistencia a los ataques del ambiente en que se encuentra, otro requerimiento

4 de este tipo de hormigón es que el mismo sea impermeable, para que así las armaduras utilizadas no sufran de corrosión.

5 2. OBJETIVOS Objetivos Generales 

Señalar las diferentes dosificaciones que requiere el hormigón armado sumergido ante diferentes ambientes.



Plantear diferentes soluciones ante los problemas del hormigón armado sumergido.

Objetivos específicos 

Identificar los diferentes factores que influyen en las cualidades del hormigón sumergido.



Establecer las diferentes características que posee el hormigón armado sumergido.

6 3. MARCO TEÓRICO Hormigón Armado Sumergido Se trata de un hormigón que debe mantenerse inerte ante las características del ambiente en el cual se encuentra, es decir que tanto el cemento como los aditivos que lo componen no deban reaccionan con ningún elemento presente en el agua de mar, también debe ser impermeable para que las armaduras no sufran corrosión. (IECA, 2013) Usos del Hormigón Armado Sumergido El hormigón Armado sumergido es utilizado para obras como: 

Puertos



Torres Fortificadas



Plataformas Flotantes



Bahías



Pilas de puentes sobre ríos



Estructuras para instalaciones de acueductos



Sistemas subterráneos

Composición del agua de mar El mar contiene sales disueltas, las cuales pueden afectar al Hormigón armado, entre las cuales están: Cloruro Sódico (NaCl), Cloruro Magnésico (MgCl2), Sulfato Magnésico (CaSO4) y Sulfato Potásico (K2SO4).

7 Las mismas que atacan al hormigón por disolución, en ocasiones atacan al cemento convirtiéndolo en sales solubles, que se disuelven y el ataque debido al aluminato tricálcico que da como resultado ettringita. (Pérez, 2017) Organismos Marinos Las algas, moluscos, erizos de mar, percebes y bacterias son algunos organismos marinos que pueden representar un problema cuando la superficie del hormigón es porosa, lo cual puede generar la pérdida de la alcalinidad. La rugosidad en la superficie del hormigón se debe al crecimiento de las algas, lo que influye de manera negativa a la estabilidad estructural. Las bacterias aeróbicas pueden transformar el sulfuro de hidrógeno (H2S) en ácido sulfúrico, la misma que es muy perjudicial para el hormigón y el acero ya que es muy corrosivo. Temperatura Uno de los factores más importantes a tomar en cuenta es la temperatura del mar, pues una temperatura cálida puede provocar el deterioro del hormigón y temperaturas bajas pueden ayudar a roturas frágiles del acero por impacto. Es necesario tomar en cuenta los estados de congelación y descongelación ya que esto perjudica a la durabilidad de las estructuras de hormigón. Por lo general la temperatura en la superficie del mar varía entre -2°C – 30°C. (IECA, 2013) El agua al helarse sufre un aumento del 9% de su volumen, si esta se encuentra ocupando parcialmente los poros del hormigón y el espacio libre ocupado por el aire es

8 igual o superior a ese porcentaje al producirse la helada habrá espacio libre suficiente para absorber la expansión, generando tensiones en el hormigón que pueden dañarlo.

Características del Hormigón Sumergible Composición 

Áridos:

Uso de un árido adecuado para mezclas bombeadas. Debe ser inerte, mecánicamente tenaz y adhesivo con la pasta de cemento, estará constituido de trozos duros y su granulometría será aquella que de un mínimo número de huecos. Finos incluyendo cemento >400Kg/m3. El diámetro puede variar entre 10mm – 40mm. 

Agua:

Debe ser potable, el agua de mar se puede aceptar pero solamente bajo limitaciones, se requiere un alto contenido de cemento para aumentar la alcalinidad y de esta manera inhibir la corrosión. 

Aire:

La inclusión de aire mediante aditivos ayuda al mejoramiento de la manejabilidad, permitiendo trabajar con relaciones agua-cemento bajas lo que aumenta la permeabilidad.

9 

Aditivos:

Los reductores de aire son lo más implementados para obras marítimas, ya que esta permite mejorar la trabajabilidad y reducir la segregación durante la manipulación, otros aditivos muy utilizados son los retardantes y plastificantes. 

Cemento:

Se recomienda un mínimo contenido de cemento entre 350 - 425kg/m3, ya que de esta manera se permite reducir la permeabilidad, para evitar reacción químicas se debe colocar aluminato tricálcico. (IECA, 2013) Se puede utilizar diferentes tipos de cemento: 

Cemento Portland



Cemento con agregado A



Cemento Siderúrgicos



Cementos Puzolánicos

Dosificación del hormigón sumergido Se debe tomar en cuenta las zonas de exposición marina, la Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 recomienda: 

Hormigón en masa en ambiente marino pero sin contacto con el agua de mar: Relación agua cemento ≤ 0.65 Mínimo contenido de cemento ≥ 200Kg/m3

10 

Hormigón en masa en contacto con agua de mar incluso solo por salpicaduras: Relación agua cemento ≤ 0.50 Mínimo contenido de cemento ≥ 300Kg/m3



Hormigón armado en ambiente marino sin contacto con agua de mar: Relación agua cemento ≤ 0.50 Mínimo contenido de cemento ≥ 300Kg/m3



Hormigón armado en ambiente marino con contacto con agua de mar: Relación agua cemento ≤ 0.50 Mínimo contenido de cemento ≥ 350Kg/m3



Hormigón pretensado en ambiente marino pero sin contacto con agua de mar Relación agua cemento ≤ 0.45 Mínimo contenido de cemento ≥ 300Kg/m3



Hormigón pretensado en ambiente marino pero con contacto con agua de mar Relación agua cemento ≤ 0.45 Mínimo contenido de cemento ≥ 350Kg/m3

En términos de dosificación se tienen diferentes factores, las cuales son: Trabajabilidad: Tomando en cuenta que se trata de un hormigón sumergido, éste debe ser autocompactante, el asentamiento en el cono de Abrams debe ser entre 15 – 18cm, por lo que se debe tomar en cuenta el tipo de árido a implementarse.

11 Relación Agua-Cemento: Es aconsejable que no sea superior a 0,4 ya que para la hidratación del cemento, éste necesita un cuarto de su peso en agua y el resto forma poros en el hormigón, perjudicando la impermeabilidad. Provocando que el agua de mar penetre por capilaridad. (Bermúdez, 2007) Si el concreto va a estar expuesto al agua dulce, la relación agua-cemento debe ser máximo 0.50. Si el concreto va a estar expuesto al agua salada la relación agua-cemento debe ser máximo 0.45. Áridos gruesos y finos: Si utilizan muchos finos, puede aumentar la cantidad de agua en la dosificación, lo que provoca una disminución de resistencias mecánicas y en la impermeabilidad del hormigón.

Tipos de Hormigón Marítimo 

Hormigón Pesado

Tiene un peso específico mayor a 3,7 ton/m 3, es muy usado para las obras de anclaje y de profundidades. Hace uso de materiales pesados como la magnetita, barita, etc. Pero limita el uso de sulfatos para prevenir la corrosión. 

Homrigón liviano

Tiene un peso específico menor a 2 ton/m3, es implementada en obras submarinas que requiere de boyantes, existen dos tipos:

12 1. Hormigón Liviano Estructural (espuma o suprimiendo los áridos finos) 2. Hormigón Liviano Celular (burbujas por aditivos aireantes expansivos)



Hormigón Ciclópeo

Formado a base de rocas unidas entre sí por medio de hormigón Tremier, de esta manera se crea una gran masa submarina de gravedad. Usualmente se utilizan rocas de 0,6 toneladas con diámetro menor a 40cm, El resultado es 40% hormigón y 60% roca. Soluciones ante los problemas de hormigón sumergido Las sales del mar producen un cambio de color, fisuras entrecruzadas, abombamiento de la superficie y corrosión. Algunas de las soluciones ante los distintos problemas generados por las sales del mar son: 

Homrigones muy compactados



Cementos con AC3 < 7



Recubrimientos adecuados



Permeabilidad baja del hormigón



Espesor suficiente



Hormigón libre de cloruros



Humo de sílice



Encofrados de permeabilidad controlada



Recubrimiento de armaduras (5mm – 10mm)

13 La permeabilidad es la clave para el control de corrosión, en el cual se debe prestar atención en la relación agua/cemento que debe ser 0.4, el tipo de cemento, control del tamaño de árido y la granulometría. (Bermúdez, 2007) El humo de sílice mejora la resistencia a la corrosión de las armaduras del hormigón, esto se debe al descenso de absorción de agua. La manera más favorable para evitar la corrosión es prever de un buen espesor de recubrimiento, en atmósferas agresivas se debe disponer de por lo menos 5cm de espesor. Las algas, moluscos y organismos vivos existentes en el agua del mar, pueden aumentar la velocidad de degradación del hormigón, debido a la acción de los ácidos orgánicos y sulfatos producidos en la descomposición vegetal. 

Para evitar la adherencia de algas y moluscos en el hormigón se recomienda la utilización de pinturas antifouling, la cual es muy utilizada debido a su baja economía y efectividad. (Manuel, 2005)



La impermeabilización por medio de una capa o película de pintura de caucho colorado es muy efectiva para evitar la degradación de hormigón ante los pacidos orgánicos.

Las temperaturas extremas pueden acelerar el deterioro del hormigón, e incluso con grande temporales de olas son capaces de destruir/romper fuertes estructuras. Algunas recomendaciones para evitar los daños producidos por el hielo y deshielo son:

14 

Empleo de materiales resistentes a la helada



Relaciones agua-cemento bajas



Diseñar la estructura de manera que no queden expuestas a la acción directa del agua, recurriendo al empleo de pendientes adecuadas que eviten su acumulación y la saturación del hormigón.



Compactación y curado adecuados que reduzcan la porosidad del hormigón

15 4. CONCLUSIONES Se logró establecer las diferentes características que debe poseer el hormigón armado sumergido, tomando en cuenta que este tipo de hormigón debe tener gran trabajabilidad, es necesario controlar los agregados a utilizarse, es decir tomar en cuenta la forma del mismo (esférica o cubo), otra de las características a tomar en cuenta es el agua de amasado, la misma debe ser potable o el agua del mar pero con grandes limitaciones, es recomendable el uso de aditivos de aire para mayor trabajabilidad y mayor densidad. El cemento se lo debe emplear en grandes cantidades, para que el hormigón se vuelva impermeable, es decir que no se origine una gran cantidad de poros, lo que puede fomentar la corrosión. Se logró identificar diferentes soluciones ante los problemas que se generan en el hormigón sumergido, entre aquellas son tomar en cuenta la relación agua-cemento, la cual debe ser de 0.4 para que de esta manera evitar que el agua penetre por capilaridad al hormigón y produzca la corrosión de las armaduras, otra solución es la utilización de humo de sílice, la cual mejora la resistencia a la corrosión de las armaduras del hormigón, como también considerar un espesor adecuado, la que se recomienda que sea mínimo 5cm. Dependiendo del medio en el que se requiera la realización de una obra de hormigón sumergido, se debe tomar en cuenta algunos factores en cuanto a la dosificación de este hormigón, pues se recomienda que la relación agua-cemento debe ser entre 0,4-0,5 cuando el hormigón se encuentre en contacto con el agua de mar, también es aconsejable que el asentamiento en el cono de Abrams se encuentre entre 15-18cm y

16 finalmente se requiere de agregados finos para la obtención de un hormigón impermeable. Se pudo identificar los diferentes factores que afectan al hormigón sumergido, siendo las sales el mayor problema de estas, ya que fomentan la corrosión del hormigón y del acero, otros factores como las algas, bacterias y moluscos pueden generar alcalinidad y afectar a la estabilidad de la estructura. Los ciclos de hielo y deshielo pueden generar deterioro del hormigón y rotura del acero de refuerzo.

17 5. RECOMENDACIONES 

Para la obtención de un hormigón mucho más trabajable e impermeable se debería trabajar con agregados que tengan una gran adherencia y trabazón mecánica, la utilización de áridos con diámetros diferentes es una práctica muy usada en este tipo de obras.



El recubrimiento que debe tener el hormigón armado sumergido debe ser de 5 a 6cm, ya que si no se tiene un adecuado espesor el acero puede llegar a corroerse que implica problemas al concreto que lo llevan a su destrucción, en la zona en donde el hormigón se encuentre expuesta a salpicaduras se debe prevenir que el hormigón sea impermeable y muy denso.



Se recomienda diseñar la estructura para que tenga una geometría que permita reducir al mínimo la captación de agua y que disponga de un buen drenaje.



Para una dosificación adecuada de un hormigón sumergido se requiere un asentamiento en el cono de Abrams entre 15-18cm, para que de esta manera se tenga como resultado un hormigón autocompactante y resistente.



Se puede utilizar cementos hidráulicos, los cuales tienen un rápido fraguado entre 4- 5 minutos y también muestra excelentes características de adherencia y alta resistencia química.

18 6. BIBLIOGRAFÍA

Bermúdez, M. (2007). Corrosión de las armaduras del Hormigón Armado en el Ambiente Marino. Madrid: UPM. Galabru, P. (2004). Obras de Fábrica y metálicas. México: Reverté S.A. Galabru, P. (2004). Obras de Fábrica y metálicas. España: Reverte.S.A. IECA. (2013). Hormig[on en Ambiente Marino. Madrid: IECA. J, R. (S.f). Problemas y Soluciones en el Hormigón. Murcia: UCAM. Manuel, J. (2005). Patologías en las estructuras de Hormigón Armado. Pérez, J. (15 de 04 de 2017). Patología de Estructuras de Hormig[on Armado. Obtenido de Patologías de Estructuras: http://www.udc.es/dep/dtcon/estructuras/ETSAC/Publicaciones/pubval/Patologia/trasparencias%20patologia.pdf Rosado, R. (15 de 04 de 2017). Corrosión del Acero en el Concreto. Obtenido de http://www.fceia.unr.edu.ar/materialescivil/Publicaciones/C-H.pdf Trub, U. (1977). Superficies de Hormigón Visto. España: ETA.S.A.