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puertos
nº 136 - octubre 2006
Investigación y recomendaciones para la construcción de
CAJONES PORTUARIOS
de hormigón armado
Artículo preparado por Mª Pilar Alaejos Gutiérrez,
Jefa del Sector de Ciencias Materiales, y Miguel
Ángel Bermúdez Odriozola jefe de la Dirección de
Durabilidad, del Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) y Juan Ignacio Grau Albert Subdirector de Infraestructuras de
Puertos del Estado.
Dentro del Convenio Marco entre el organismo público Puertos del Estado y el CEDEX
para la “Realización de actividades de investigación aplicada, asistencia técnica y desarrollo tecnológico de interés para el sistema
portuario español de titularidad estatal”, se
han inspeccionado1,2 seis muelles y un dique
construidos con cajones flotantes, y pertenecientes a diferentes Puertos españoles
distribuidos en las distintas costas. El objeto
de estas inspecciones era evaluar el comportamiento del hormigón utilizado para fabricar
los cajones portuarios.
El principal proceso de degradación del hormigón armado en contacto con agua de mar
es la corrosión de las armaduras por la acción
de los cloruros del agua salina, ya que en todos los casos es obligatoria la utilización de
cementos resistentes a sulfatos o al agua de
mar, por lo que este tipo de ataque no origina
problemas en la práctica. Evaluar la protección que diferentes tipos de hormigones ofrecen a las armaduras en estos cajones ha sido
el objetivo principal del Trabajo.
Entre las variables del Estudio llevado a cabo,
destacan la distinción entre el ambiente sumergido (para analizarlo se han seleccionado
dos muelles del Mar Mediterráneo) y el de
carrera de mareas (se han estudiado cuatro
muelles del Mar Cantábrico y del Océano
Atlántico, y un dique del Mediterráneo), el
tiempo que llevaban en servicio (hormigones
entre 2 y 31 años de edad) y, consecuentemente, la Instrucción de hormigón que se utilizó para proyectar la obra (lo que supone la
adopción de una dosificación del hormigón
más exigente con el tiempo).
Para realizar el Estudio, inicialmente se ha
analizado la información disponible correspondiente a la fabricación del hormigón y
datos del diseño de los cajones, extraída de
los Documentos del Proyecto y de la documentación del control de calidad durante la
ejecución. En aquellos cajones donde existía
una franja visible de anchura suficiente, se
ha realizado a continuación una inspección
visual del estado del hormigón. En todos los
casos, se ha procedido a la extracción de
testigos, en sentido horizontal o bien como
sondeo vertical desde la coronación del cajón (Fotografía 1), según cada caso. Sobre
los testigos, en laboratorio se ha inspeccionado el aspecto del hormigón y de las armaduras, para a continuación someterlos a
una serie de ensayos de caracterización del
material: resistencia a compresión, velocidad
de propagación de ultrasonidos (Fotografía
2), contenido de cloruros, penetración de
agua, porosidad abierta, absorción de agua
por inmersión y absorción de agua por capilaridad, además de la estimación del módulo
de elasticidad y de la permeabilidad al agua
a partir de los resultados de algunos de los
anteriores ensayos.
Fotografía 1 - Sondeo vertical
desde coronación del cajón.
Fotografía 2 - Equipo de
medida de velocidad de
transmisión de
ultrasonidos.
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A partir de todos los resultados obtenidos, se
ha valorado el comportamiento del hormigón
de los cajones y se han establecido unas recomendaciones para aumentar su vida útil,
entendida ésta como el período de tiempo
durante el que los cajones deben mantener
los requisitos de seguridad y funcionalidad de
proyecto con una mínima conservación, y que
debe alcanzar al menos los 50 años. Estas
recomendaciones, que son específicas para
los cajones de hormigón armado utilizados en
muelles portuarios, son más restrictivas en algunos aspectos que las prescripciones actuales de la Instrucción EHE3. En este artículo se
resumen las consideraciones más importantes
recogidas en dichas recomendaciones.
Gráfico 3 - Sección tipo de un cajón portuario.
Seguidamente se detallan aquellos aspectos
que deben cuidarse en las distintas fases de
la obra (Proyecto, Ejecución y Control de Calidad) para prolongar la vida útil de los cajones portuarios.
RECOMENDACIONES EN LA
FASE DE PROYECTO
Diseño de los cajones
Los cajones flotantes son estructuras de hormigón armado de planta habitualmente rectangular, aligeradas mediante celdas verticales de diferentes formas geométricas, aunque
en general son circulares o cuadrangulares
(Gráficos 1 a 3).
Las esquinas rectas de los cajones son susceptibles de sufrir un mayor deterioro por la erosión
del agua de mar, y además es frecuente que
resulten dañadas al chocar unos cajones con
otros cuando son fondeados (Fotografías 3 y
4). Por ello, es recomendable que los cajones
portuarios tengan una geometría sencilla, con
superficies redondeadas y lisas. En particular,
en la zona de carrera de mareas se deberían
evitar las esquinas angulosas y los detalles de
armado complejos, siendo recomendables los
chaflanes amplios en las esquinas. Estos aspectos quedan recogidos en varias normas y
recomendaciones internacionales específicas
para obras en ambiente marino desarrolladas
por Instituciones y Asociaciones de gran relevancia (el U.S. Army Coastal Engineering
Research Center4; las Recomendaciones FIP5;
las Recomendaciones RILEM6).
Fotografía 3 - Esquina deteriorada y
erosionada.
Gráfico 1 - Perspectiva - sección de un cajón portuario.
Fotografía 4 - Esquina recta
deteriorada por golpes previos al
fondeo definitivo.
Gráfico 2 - Planta tipo de un cajón portuario.
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Asimismo, en las esquinas interiores de las
celdas de los cajones es conveniente proporcionar también chaflanes amplios para evitar
fisuraciones locales.
Definición del ambiente
El deterioro que sufre el hormigón es función
de la agresividad del ambiente, siendo necesaria la utilización de hormigones de mayor
calidad en los ambientes más nocivos. Es
fundamental, por tanto, clasificar con precisión el ambiente al que va a estar sometido el
hormigón de la estructura.
rápida penetración de cloruros. A cambio, la
propagación de la corrosión es muy lenta debido al limitado acceso del oxígeno hasta las
armaduras, al encontrarse los poros del hormigón continuamente llenos de agua; es por
esto que se considera el menos agresivo de
los tres tipos de ambientes marinos, tal como
se aprecia en el Gráfico 4. Esta reducida agresividad ha sido confirmada con los resultados
de testigos extraídos de cajones en este ambiente, los cuales han demostrado que valores
muy superiores al límite admisible de cloruros
según la EHE (fijado en el 0,4% en peso de
cemento) no han ocasionado la corrosión de
las armaduras (Gráfico 5 y Fotografías 5 y 6).
Para el caso concreto del ambiente marino,
en la Instrucción Española de Hormigón Estructural (EHE), éste se denomina Clase III, y
se divide a su vez en tres subclases (IIIa, IIIb
y IIIc) en función del tipo de exposición al que
esté sometido el elemento estructural. Cada
una de estas subclases representa una agresividad diferente de cara al riesgo de corrosión, y por lo tanto exige emplear un hormigón de calidad creciente (Gráfico 4).
Gráfico 5 - Perfil de penetración de cloruros en hormigón sumergido.
La línea roja es el contenido máximo admisible de cloruros (0,4% en
peso de cemento) y la verde la posición de la armadura.
Gráfico 4 - División del ambiente marino y riesgo de corrosión
asociado7.
En el caso concreto de los cajones portuarios
de hormigón estructural, éstos pueden estar
sometidos a las siguientes subclases generales de exposición:
- IIIb: exposición marina sumergida. De forma
estricta, es la que corresponde a elementos
o zonas de estructuras marinas sumergidas
permanentemente, por debajo del nivel de
B.M.V.E., aunque puede considerarse en este
ambiente la parte de los cajones que, una vez
fondeados, queda como máximo a 20 cm por
encima del nivel de B.M.V.E. En estas condiciones, el hormigón se encuentra siempre saturado por el agua de mar, lo cual favorece una
Fotografía 5 - Armadura sin corrosión tras 6 años en servicio,
situada en el hormigón con el perfil de cloruros del Gráfico 5.
Recubrimiento de 4 cm.
Parámetro en contacto
con el agua de mar.
En el Gráfico,
Profundidad=0 cm.
Armadura
0
5
10
15
20
25
Profundidad (cm)
Fotografía 6 - Foto del testigo, explicativo
de los Gráficos 5 y 6.
- IIIc: exposición marina en zona de carrera de
mareas. Es la que corresponde a elementos
de estructuras marinas situadas en la zona
de carrera de mareas. Debe considerarse en
este ambiente la parte de los cajones que,
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una vez fondeados, queda por encima del
nivel de B.M.V.E. (con una tolerancia de 20
cm). En este ambiente, la penetración de
cloruros es más lenta que en el caso del IIIb,
pero por el contrario existe una mayor disponibilidad de oxígeno, por lo que la corrosión
se desarrolla más rápidamente y el riesgo es
máximo, como se aprecia en el Gráfico 4. En
estas condiciones se precisa un hormigón
de mayor calidad para asegurar la vida útil
de la estructura (Gráfico 6 y Fotografía 7).
Fotografía 8 - Cajón en zona sumergida (Ambiente IIIb).
Gráfico 6 - Perfil de penetración de cloruros en hormigón en carrera
de mareas. La línea roja es el contenido máximo admisible de
cloruros (0,4% en peso de cemento) y la verde la posición de la
armadura.
Fotografía 9 - Cajón en carrera de mareas (Ambiente IIIc).
Fotografía 7 - Armadura con
corrosión tras 7,5 años en servicio,
situada en el hormigón con el perfil
de cloruros del Gráfico 6.
Recubrimiento de 3 cm.
Por otra parte, adicionalmente al ambiente
marino III, todo el hormigón del cajón en contacto con el agua de mar está sometido a una
exposición química agresiva media (Qb).
En algunos muelles situados en el Mar Mediterráneo la coronación del cajón sí se sitúa
aproximadamente a la cota de bajamar (con
lo que todo el hormigón del cajón estaría situado en ambiente IIIb), pero lo habitual es
que una pequeña franja (de 20 a 80 cm) de la
parte superior del cajón portuario esté situado en zona de carrera de mareas (IIIc). Por el
contrario, esta franja mide varios metros de
altura (hasta 5 m) en los muelles localizados
en el Mar Cantábrico o en el Océano Atlántico (Fotografías 8 y 9). Por razones prácticas,
suele utilizarse una única calidad de hormigón en toda la altura del cajón, y para asegurar la vida útil proyectada debe corresponder
al más exigente de los requeridos en ambos
tipos de ambiente, esto es, el IIIc, incluso
aunque la franja afectada por éste sea de pequeño espesor.
Calidad del hormigón
Una vez determinado el ambiente en que se
encuentra el cajón, se pueden establecer la
dosificación y calidad exigibles al hormigón.
La Instrucción EHE contiene los requisitos
para cada ambiente. Sin embargo, el estudio
experimental realizado ha concluido que algunos de estos requisitos deberían ser más
estrictos para garantizar una vida útil mínima
de 50 años en estas estructuras. Las dosificaciones y requisitos recomendables se detallan a continuación para cada uno de los
dos ambientes posibles:
a) Hormigón situado en ambiente IIIb + Qb
• La relación agua/cemento será inferior o
igual a 0,50.
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• El contenido mínimo de cemento será de
350 kg/m3.
• La resistencia mínima del hormigón será de
30 N/mm2.
• El recubrimiento nominal será de 60 mm.
• La profundidad máxima de penetración de
agua será menor o igual a 50 mm y la profundidad media de penetración de agua
será menor o igual a 30 mm, según el ensayo UNE-EN 12390-8:20018. Este ensayo
será un requisito obligatorio para la aprobación de la dosificación a utilizar en las obras
de cajones portuarios. Si se cumpliera simultáneamente que la profundidad máxima
de penetración de agua fuera menor o igual
a 30 mm y la profundidad media de penetración de agua menor o igual a 20 mm, se
podría bajar hasta un recubrimiento nominal
de 45 mm.
b) Hormigón situado en ambiente IIIc + Qb
• La relación agua/cemento será inferior o
igual a 0,45.
• El contenido mínimo de cemento será de
350 kg/m3.
• La resistencia mínima del hormigón será de
35 N/mm2.
• El recubrimiento nominal será de 60 mm.
• La profundidad máxima de penetración de
agua será menor o igual a 25 mm y la profundidad media de penetración de agua
será menor o igual a 15 mm, según el ensayo UNE-EN 12390-8:2001. Este ensayo
será un requisito obligatorio para la aprobación de la dosificación a utilizar en las obras
de cajones portuarios.
• El coeficiente de permeabilidad al oxígeno
(medido sobre probeta de 28 días de edad,
según el método CEMBUREAU9) será menor o igual a 3 x 10-16 m2.
Se vuelve a insistir en que en los cajones con
zonas en los dos ambientes, si se desea utilizar
un único tipo de hormigón para la ejecución
de la totalidad del cajón, debe seleccionarse
el correspondiente al IIIc + Qb (más restrictivo).
En caso contrario, la degradación puede originarse en la pequeña zona del cajón sometida
al ambiente de carrera de mareas.
En los requisitos anteriores hay que puntualizar que, al igual que se indica en la Instrucción EHE, la resistencia mínima exigida
al hormigón tiene un carácter orientativo, a
tenor del contenido de cemento y de la relación agua/cemento que deben utilizarse en
su fabricación, pero no es en sí misma una
garantía de la durabilidad del hormigón. En
las inspecciones realizadas, los resultados
experimentales de la resistencia a compresión de los testigos de los cajones han sido
altamente satisfactorios. En casi todos los
cajones estudiados, la resistencia a compresión de los testigos extraídos se situaba
por encima de los 30 N/mm2, y en algún
caso era incluso superior a los 50 N/mm2.
Sin embargo, a pesar de estos buenos valores de resistencia, los ensayos realizados
para evaluar la impermeabilidad del hormigón denotan en general una calidad media o
incluso mala del mismo, y lo mismo ocurre
cuando se analizan los perfiles de penetración de cloruros obtenidos, que muestran
contenidos elevados de cloruros a grandes
profundidades.
Los resultados experimentales obtenidos
indican que se pueden fabricar hormigones
de similar resistencia y durabilidad muy diferente (Gráfico 7 y Tabla 1). Como conclusión,
por lo tanto, el parámetro fundamental para
conseguir hormigones de baja permeabilidad
es la relación agua/cemento empleada en la
dosificación del hormigón, y la forma de controlarla es el ensayo de penetración de agua.
Gráfico 7.- Comparación entre los resultados de los
ensayos de resistencia a compresión y de profundidad de
penetración de agua bajo presión en todos los testigos
extraídos de los siete muelles estudiados.
Selección del tipo de cemento
El cemento utilizado en la fabricación del hormigón para los cajones portuarios siempre
deberá tener la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR) de acuerdo con
UNE 80303-2:200111 o a los sulfatos (SR) de
acuerdo con UNE 80303-1:200112. En estos
dos tipos de cemento se exige un contenido
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máximo de C3A (aluminato tricálcico), que es
el componente del cemento susceptible de
ser atacado por los sulfatos presentes en el
agua de mar; al limitar su cantidad, se controla la agresividad del agua de mar hacia el
hormigón. Sin embargo, para el caso del hormigón armado, es recomendable además seleccionar cementos también con contenidos
Muelle
R.
compresión
A
44,3 a 48,7
B
42,8 a 44,5
C
38,3 a 40,0
D
24,0 a 36,4
E
31,8 a 54,5
F
G
mínimos de C3A, mayores o iguales al 4%, ya
que este componente del cemento contribuye
a fijar los cloruros del agua de mar y así retrasa
el inicio de la corrosión de las armaduras. Este
aspecto, no recogido en la Instrucción EHE,
sí se encuentra en otras normativas específicas de estructuras marinas, tales como el ACI
357R13 o la British Standard BS634914.
Ultrasonidos
Porosidad
Buenaexcelente
Buenaexcelente
Buenaexcelente
Buenaaceptable
Malamedia
Malamedia
Permeabilidad
Media
Media
Absorción
Mediamala
Mediamala
Capilaridad
Media
Media-mala
Buena
Media-buena
Media
Media-mala
Malamedia
Media
Media
Mala
Excelente
Mala
Media-buena
Mediabuena
Media-buena
29,3 a 50,5
Excelente
Malamedia
Media-buena
Media
Media-buena
28,1 a 31,9
Buenaexcelente
Mala
Media
Mediamala
Media-mala
Tabla 1.- Interpretación cualitativa de los resultados de los ensayos de durabilidad realizados sobre los testigos de los muelles,
según los criterios del CEB10. Se adjuntan igualmente los resultados de los ensayos de resistencia a compresión, en N/mm2.
Por otra parte, la utilización de cementos con
alto contenido de adición es también altamente aconsejable, ya que permite conseguir
hormigones muy impermeables incluso con
dosificaciones menos estrictas que utilizando
cementos pórtland, por lo que se recomienda
especialmente la utilización de cementos tipo
III, IV o V (Fotografía 10 y Gráfico 8). La uti-
Fotografía 10.- Hormigón de un cajón fabricado con cemento con escorias (tipo IIIB), tras 2 años en servicio.
Se observa el característico tono azulado.
lización de estos cementos permite pedir al
hormigón unos requisitos menos exigentes a
los reseñados en el apartado anterior:
- contenido de cemento ≥ 300 kg/m3 ;
a/c ≤0,50 en ambiente IIIb
- contenido de cemento ≥ 350 kg/m3 ;
a/c ≤0,50 en ambiente IIIc
Gráfico 8.- Relación entre la profundidad de penetración de
agua y el contenido de cloruros (% en peso de cemento) a
4 cm de profundidad y tras 1 año de exposición. Hormigones de los muelles inspeccionados.
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El cumplimiento de los requisitos de penetración de agua podría exigirse a la edad de
90 días, para permitir contabilizar el efecto
de la adición, cuya reacción es lenta en el
tiempo.
RECOMENDACIONES EN LA
FASE DE EJECUCIÓN
Una vez adoptado un hormigón de calidad
suficiente para garantizar la vida útil de los
cajones portuarios, es necesario realizar una
correcta ejecución de los mismos, para evitar
que defectos o deterioros locales aceleren la
corrosión de las armaduras.
Fotografía 13.- Agarres debidas a la velocidad
de izado del encofrado.
Velocidad de izado
Entre las precauciones en esta fase, es conveniente cuidar la velocidad de izado del encofrado deslizante para que no se produzcan rebabas ni agarres del hormigón, que
pueden suponer una reducción del recubrimiento efectivo de hormigón o una merma
de su calidad que facilite el acceso de los
cloruros hasta las armaduras. Para ello, se
considera absolutamente recomendable la
realización de ensayos característicos antes del inicio de la obra que permitan fijar
la velocidad adecuada, teniendo en cuenta
los distintos factores que influyen en ella:
velocidad de fraguado y endurecimiento del
cemento, utilización de aditivos de cualquier
naturaleza, temperatura ambiente, etc.
(Fotografías 11 a 13).
Fotografía 11.Paramento bien
acabado, sin rebabas
ni agarres
del encofrado.
Además hay que estudiar la etapa final del
izado, para que no se produzca el mal acabado habitual de la arista superior del cajón
detectada en los cajones modernos y que
paradójicamente no se ha encontrado en cajones con más de 30 años de servicio. Las
fisuras que se ocasionan en la fase final de
hormigonado en ocasiones llegan incluso a
atravesar todo el recubrimiento de hormigón
y ponen en contacto directo las armaduras
con el agua de mar (Fotografías 14 a 17).
Fotografía 14.- Arista superior fisurada. Cajón recién
terminado.
Fotografía 12.Rebabas debidas a
la velocidad de
izado del encofrado.
Fotografía 15.- Arista superior fisurada. Cajón
tras 7 años en servicio.
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Fotografía 20.Desperfectos sin
reparar en esquina en
cajón recién terminado.
Fotografía 16.- Arista superior y esquinas de la
junta con buen acabado. Cajones tras 31 años
en servicio.
Fotografía 17.- Arista superior y esquinas de la
junta con buen acabado. Cajones tras 31 años
en servicio.
Fotografía 21.- Desperfectos sin reparar en arista superior
en cajón recién terminado.
Fondeo de los cajones
Otro aspecto que debe cuidarse es evitar golpes que dañen las esquinas durante el fondeo del cajón, así como la falta de alineación
de los cajones (Fotografías 18 y 19).
Recubrimientos
La protección del hormigón sobre las armaduras para evitar su corrosión está basada en el espesor del
recubrimiento, por lo
que durante la ejecución de los cajones hay
que tener un máximo
cuidado para garantizar
los recubrimientos de
hormigón indicados en
pro­yecto, lo cual obliga
a la disposición de separadores.
Curado del hormigón
La técnica de ejecución
de los cajones con encofrado deslizante soFotografía 19.- Cajones bien alienados.
Fotografía 18.- Cajones mal alienados.
bre plataforma en el mar
implica que el curado
del hormigón se realiza en contacto con
En todos los casos citados, cualquier fisura o
el agua de mar. Los resultados de ensayos
desperfecto que pudiera aparecer durante la
ejecución o fondeo del cajón deberá ser re- realizados en laboratorio a lo largo de este
Estudio indican que el curado directo con
parada antes de ser expuesto el hormigón al
agua de mar no tiene una influencia deagua de mar (Fotografías 20 y 21).
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cisiva en el comportamiento final del hormigón en cuanto a la penetración de los
cloruros en hormigones de buena calidad.
A esta misma conclusión han llegado otras
investigaciones extranjeras consultadas15.
En el caso más favorable, se han observado ligeras mejoras de comportamiento
utilizando períodos previos de curado con
agua dulce excesivamente elevados para
ser llevados a la práctica en obras de forma sistemática (28 días de duración), y
aunque aún está por confirmar, a la espera
de resultados de ensayos a largas edades,
esta mejora es previsible que pueda irse
atenuando a largo plazo. A cambio, se ha
constatado en obras reales que el comportamiento de hormigones de muy reducida
permeabilidad está siendo satisfactorio,
sin detrimento por haber sido curados con
el agua de mar.
En consecuencia, siempre que se consigan
los requisitos del hormigón antes indicados,
y en especial los de penetración de agua, el
proceso de ejecución con encofrado deslizante sobre plataforma en el mar, que obliga
a poner en contacto el hormigón con agua
de mar sin un curado previo con agua dulce, no se considera que tenga una influencia
decisiva en el riesgo de corrosión de las armaduras.
RECOMENDACIONES EN EL
CONTROL DE CALIDAD
Como se ha indicado anteriormente, el control de la durabilidad del hormigón debe realizarse mediante ensayos específicos, sirviendo el control de resistencia meramente con
carácter orientativo para este fin.
El trabajo experimental realizado ha comparado la sensibilidad de diferentes métodos de ensayo de durabilidad para predecir
el comportamiento del hormigón frente al
avance de cloruros. De todos ellos, el ensayo de penetración de agua, recogido ya en
la Instrucción EHE es el que ha proporcionado los resultados más satisfactorios. Por
ello, se considera imprescindible realizar el
control de la adecuada impermeabilidad al
agua del hormigón mediante el ensayo de
penetración de agua bajo presión, según la
norma UNE-EN 12390-8:20018 (Fotografías
22 y 23).
Fotografía 22.- Profundidad de penetración de agua bajo
presión. Equipo de ensayo.
Fotografía 23.- Resultado del ensayo de profundidad de
penetración de agua.
Adicionalmente, y para asegurar una lenta
propagación de la corrosión, se considera
aconsejable en los cajones situados en ambiente de carrera de mareas (IIIc) controlar
también la permeabilidad al oxígeno del hormigón, mediante el método del Cembureau9,
consistente en medir el flujo de oxígeno que
atraviesa una rodaja de hormigón de 5 cm
de espesor, que ha sido previamente acondicionada (almacenamiento durante 28 días
en atmósfera de laboratorio a 20 ± 2 ºC y
65 ± 5% de humedad relativa) (Fotografías
24 y 25).
En cuanto a la valoración de los resultados
de estos ensayos en cajones con zona de carrera de mareas o con zona de salpicaduras
(ambiente IIIc), para disminuir la velocidad de
penetración de cloruros se recomienda utilizar un hormigón que cumpla una profundidad
de penetración de agua máxima de 25 mm y
media de 15 mm, y para asegurar una lenta propagación de la corrosión, es necesario
Tecnología • 55
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− En la medida de lo posible, el árido fino a
emplear en la elaboración del hormigón
será de cuarzo u otro material con una dureza superior o igual a éste.
− El árido grueso deberá tener un coeficiente
de Los Ángeles inferior a 30.
− El contenido de cemento máximo estará limitado en función del tamaño máximo del
árido de acuerdo con:
• Para dmáx=10 mm, C≤400 kg/m3
• Para dmáx=20 mm, C≤375 kg/m3
• Para dmáx=40 mm, C=350 kg/m3 (salvo que
esto sea incompatible con la resistencia mínima exigida al hormigón).
Fotografía 24.- Permeabilidad al oxígeno.
Equipo de ensayo.
Además, durante la ejecución y fondeo de
los cajones es necesario asegurar una perfecta alineación del paramento del dique
y cobra especial importancia el acabado
achaflanado de las esquinas de los cajones,
ya que de lo contrario se producirá una erosión acelerada del hormigón expuesto. También es necesaria una sujeción adecuada de
la losa superior, pues corre el peligro de ser
arrancada durante los temporales (Fotografías 26 y 27).
Fotografía 25.- Permeabilidad al oxígeno. Probeta de
hormigón de 5 cm de espesor en la célula de ensayo.
que presente un coeficiente de permeabilidad
al oxígeno (medido sobre probeta de 28 días de
edad) máximo de 3 x 10-16 m2. Estas exigencias, más restrictivas que las recogidas en la
Instrucción EHE, pueden alcanzarse con mayor
facilidad utilizando cementos con adiciones.
Fotografía 26.- Esquinas
deterioradas por
la erosión.
En el caso de cajones permanentemente sumergidos (ambiente IIIb), para disminuir la velocidad
de penetración de cloruros se debe utilizar un
hormigón que cumpla una profundidad de penetración de agua máxima de 50 mm y media de
30 mm, tal como recoge la Instrucción EHE.
CASO ESPECIAL DE
MUELLES-DIQUE
En caso de utilizar la técnica de los cajones
flotantes para la construcción de diques, hay
que tener en cuenta, adicionalmente a todo lo
anterior, que el hormigón estará sometido simultáneamente a un proceso de erosión (ambiente Clase E de la Instrucción EHE). Por lo
tanto, para garantizar una calidad del hormigón
adecuada frente a la erosión, será necesario
tomar las siguientes medidas adicionales:
Fotografía 27.- Losa
superior arrancada
por los temporales.
56 • Tecnología
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CONSIDERACIONES FINALES
En definitiva, las directrices fundamentales
que hay que tener en cuenta para mejorar la
calidad del hormigón de los cajones de muelles portuarios, de modo que se pueda alcanzar una vida útil de los mismos de 50 años,
son las siguientes:
- El diseño de los cajones debe buscar una
geometría sencilla, con superficies lisas,
siendo recomendables los chaflanes amplios en las esquinas.
- El hormigón de los cajones estará sometido
a una ambiente IIIb + Qb o a un ambiente
IIIc + Qc, siendo este segundo caso el más
exigente y el que requiere una calidad del
hormigón superior.
- El cemento será en todo caso resistente a
los sulfatos o al agua de mar, y con limitación
mínima y máxima del contenido de AC3. Es
aconsejable la utilización de cementos con
alto contenido de adición.
- Durante la ejecución de los cajones, es necesario adecuar la velocidad de izado del
encofrado deslizante para evitar deterioros
superficiales y han de evitarse los golpes en
las esquinas y las faltas de alineación durante el fondeo. Cualquier desperfecto que
pudiera producirse debe ser reparado antes
de la puesta en servicio del cajón. También
hay que garantizar que los recubrimientos
de proyecto se cumplen.
- La utilización de encofrados deslizantes
sobre plataformas flotantes, que implica el
contacto directo del hormigón con el agua
de mar sin curado previo, no tiene una influencia negativa sobre el hormigón armado
siempre que el hormigón sea de muy reducida permeabilidad.
- Para controlar la durabilidad del hormigón
es necesario realizar el ensayo de determinación de la profundidad de agua bajo presión, ya que la resistencia a compresión no
es un parámetro válido para caracterizar la
impermeabilidad del hormigón. Se han proporcionado los límites que deben cumplir
los resultados de este ensayo para el caso
de los cajones portuarios.
En el caso del hormigón de los cajones utilizados para la construcción de diques, además de las anteriores consideraciones hay
que tener en cuenta las siguientes:
- El hormigón estará sometido también a una
ambiente Clase E (erosión), lo que exige
unos requisitos adicionales a la calidad de
los áridos y al contenido de cemento.
- Hay que cuidar especialmente la alineación
de los cajones en el dique y el achaflanado
de las esquinas, así como la correcta sujeción de la losa superior.
REFERENCIAS
− ALAEJOS, P.; BERMÚDEZ, M.A. (2003). Estudio del
comportamiento del hormigón de los cajones utilizados en
diques portuarios. Informe para Puertos del Estado. Madrid:
Laboratorio Central de Estructuras y Materiales. CEDEX.
−K
OLLEK, J.J. (1989). “La determinación de la permeabilidad del hormigón al oxígeno mediante el método del
CEMBUREAU – una recomendación”. Materials and Structures, Vol. 22.
−A
LAEJOS, P.; BERMÚDEZ, M.A. (2005). Estudio del
comportamiento del hormigón de los cajones utilizados
en muelles portuarios del atlántico. Informe para Puertos
del Estado. Madrid: Laboratorio Central de Estructuras y
Materiales. CEDEX.
−C
EB. (1998). Strategies for testing and assessment of
concrete structures. Guidance Report. Boletín CEB nº 243.
Lausanne.
− MINISTERIO DE FOMENTO (1998). Instrucción de Hormigón Estructural: EHE. Madrid: Ed. Centro de Publicaciones.
−U
.S. ARMY COASTAL ENGINEERING RESEARCH
CENTER (1984). Shore Protection Manual.
− FIP RECOMMENDATIONS (1985). Design and Construction
of Concrete Sea Structures. Londres: Thomas Telford Ltd.
−R
ILEM TECHNICAL COMMITTEE 32-RCA. SUBCOMMITEE “LONG-TIME STUDIES” (1985). “Seawater
Attack on Concrete and Precautionary Measures”. Materials and Structures, Vol. 18, Nº 105, 223-226.
−L
ÓPEZ SÁNCHEZ, P (1998). Durabilidad del hormigón
en ambiente marino. Cuadernos INTEMAC, Nº 31 – 3er trimestre.
−A
ENOR (2001). Cementos con características adicionales. Parte 2: cementos resistentes al agua de mar. NORMA
UNE 80303-2:2001. Madrid: Ed. AENOR.
−A
ENOR (2001). Cementos con características adicionales. Parte 1: cementos resistentes a los sulfatos. NORMA
UNE 80303-1:2001. Madrid: Ed. AENOR.
−A
CI (2002). Fixed Offshore Concrete Structures. ACI
357R. En ACI Manual of Concrete Practice 2002 Part 5.
Design and Construction Practices. Detroit: Ed. American
Concrete Institute
−B
S (1984). British Standard Code of Practice for Maritime
Structures. BS 6349. British Standards Institution.
−M
ANGAT, P.S.; LIMBACHIYA, M.C. (1999). “Effect of
initial curing on chloride diffusion in concrete repair materials”. Cement and Concrete Research, Vol. 29, Nº 9, September, 1475-1485.
−A
ENOR (2001). Ensayos de hormigón endurecido. Parte
8: Profundidad de penetración de agua bajo presión. NORMA UNE-EN 12390-8. Madrid: Ed. AENOR.
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