Caracterización físico-mecánica y microestructural de hormigones del patrimonio histórico expuestos a ambiente marino

Abstract

La penetración de cloruros en el hormigón es un proceso clave que afecta la durabilidad de las infraestructuras expuestas a ambientes agresivos, como las zonas marinas e industriales. Este fenómeno provoca la corrosión de las armaduras de acero, lo que compromete la estabilidad estructural y reduce la vida útil de las estructuras. Los mecanismos que facilitan la penetración de cloruros incluyen la difusión, la absorción capilar y la migración inducida por un campo eléctrico, siendo la difusión el mecanismo más importante, en el que los cloruros se desplazan hacia el interior del hormigón debido a un gradiente de concentración. La absorción capilar facilita el transporte de cloruros a través de los poros del hormigón, especialmente en condiciones de alta humedad. La migración inducida por un campo eléctrico también puede acelerar el proceso cuando se aplica una corriente externa. La relación agua/cemento y el diseño de la mezcla son factores clave que afectan la permeabilidad del hormigón. Con una baja relación agua/cemento, el hormigón es más denso y resistente a la penetración de cloruros. Además, la porosidad, el tipo de agregados y el uso de aditivos como la ceniza volante mejoran la durabilidad al reducir los caminos por donde los cloruros pueden penetrar. Para mitigar la penetración de cloruros, se utilizan diversas estrategias de protección como los recubrimientos superficiales, que actúan como barreras contra los agentes agresivos. Los recubrimientos de poliuretano y otros tratamientos han demostrado ser eficaces para reducir la penetración de cloruros y la carbonatación del hormigón. Además, los sistemas de protección catódica son aplicados para reducir la corrosión de las armaduras, especialmente en estructuras expuestas a ambientes marinos o con altas concentraciones de cloruros. El mantenimiento preventivo y el monitoreo continuo son esenciales para garantizar la durabilidad del hormigón. Medir la resistividad eléctrica del hormigón es una herramienta útil para detectar la penetración de cloruros sin necesidad de perforar el material, lo que permite realizar intervenciones tempranas y optimizar los costos de mantenimiento. La integración de tecnologías avanzadas, como el Internet de las Cosas (IoT) y los modelos predictivos. basados en algoritmos de aprendizaje automático, permite un monitoreo en tiempo real y facilita una intervención proactiva que mejora la vida útil de las infraestructuras. En resumen, la protección contra la penetración de cloruros y la corrosión inducida es crucial para la sostenibilidad de las infraestructuras de hormigón. Las técnicas experimentales, como las pruebas de difusión de cloruros y las mediciones de resistividad eléctrica, junto con estrategias de protección como los recubrimientos superficiales y la protección catódica, son esenciales para garantizar la durabilidad a largo plazo. Además, el uso de tecnologías avanzadas para el monitoreo continuo y el mantenimiento preventivo permite la gestión eficiente de las infraestructuras, reduciendo los costos de reparación y mejorando la seguridad estructural. Finalmente, en este Trabajo de Fin de Grado se han analizado testigos de hormigón procedentes de un edificio histórico costero mediante ensayos físicos, mecánicos y microestructurales, con el objetivo de evaluar su durabilidad frente a la penetración de cloruros en un entorno marino. La metodología incluyó la determinación de porosidad, absorción de agua, resistencia a compresión y análisis mediante microscopía electrónica de barrido, permitiendo caracterizar la calidad del material y el grado de afectación por agentes agresivos. Los resultados revelaron una red porosa moderadamente conectada, una resistencia mecánica aún significativa y una distribución superficial de cloruros limitada a los primeros milímetros de profundidad, indicando un estado de conservación razonable del hormigón a pesar de su antigüedad y exposición prolongada. Este enfoque experimental proporciona una base sólida para futuras estrategias de diagnóstico y rehabilitación en construcciones de valor patrimonial sometidas a condiciones ambientales severas.

Chloride penetration in concrete is a key process that affects the durability of infrastructures exposed to aggressive environments, such as marine and industrial zones. This phenomenon causes the corrosion of steel reinforcements, compromising structural stability and reducing the lifespan of the structures. The mechanisms that facilitate chloride penetration include diffusion, capillary absorption, and migration induced by an electric field, with diffusion being the most important mechanism, where chlorides move into the concrete due to a concentration gradient. Capillary absorption facilitates the transport of chlorides through the concrete pores, especially in high humidity conditions. Migration induced by an electric field can also accelerate the process when an external current is applied. The water-to-cement ratio and mix design are key factors that affect the permeability of concrete. With a low water-to-cement ratio, concrete is denser and more resistant to chloride penetration. Additionally, porosity, aggregate type, and the use of additives such as fly ash improve durability by reducing the pathways through which chlorides can penetrate. To mitigate chloride penetration, various protection strategies are used, such as surface coatings, which act as barriers against aggressive agents. Polyurethane coatings and other treatments have proven effective in reducing chloride penetration and carbonation in concrete. Additionally, cathodic protection systems are applied to reduce the corrosion of reinforcements, especially in structures exposed to marine environments or with high chloride concentrations. Preventive maintenance and continuous monitoring are essential for ensuring the durability of concrete. Measuring the electrical resistivity of concrete is a useful tool for detecting chloride penetration without the need to drill the material, allowing for early intervention and optimizing maintenance costs. The integration of advanced technologies, such as the Internet of Things (IoT) and predictive models based on machine learning algorithms, allows for real-time monitoring and facilitates proactive intervention that improves the lifespan of infrastructures. In summary, protection against chloride penetration and induced corrosion is crucial for the sustainability of concrete infrastructures. Experimental techniques, such as chloride diffusion tests and electrical resistivity measurements, along with protection strategies like surface coatings and cathodic protection, are essential for ensuring long-term durability. Furthermore, the use of advanced technologies for continuous monitoring and preventive maintenance enables the efficient management of infrastructures, reducing repair costs and enhancing structural safety. Finally, this Final Degree Project involved the analysis of concrete cores extracted from a historic coastal building through physical, mechanical, and microstructural testing, with the aim of evaluating their durability against chloride penetration in a marine environment. The methodology encompassed the assessment of porosity, water absorption, compressive strength, and scanning electron microscopy, enabling a comprehensive characterization of the material’s quality and the extent of deterioration caused by aggressive agents. The results revealed a moderately connected pore network, still significant mechanical strength, and a surface-level chloride concentration mostly confined to the first few millimeters in depth, indicating a reasonably well-preserved state of the concrete despite its age and long-term exposure. This experimental approach provides a solid foundation for future diagnostic and rehabilitation strategies in heritage structures exposed to harsh environmental conditions.