La difusión de cloruros en el hormigón ha sido estudiada desde hace varias décadas (1, 2, 3, 4, 5) debido a que la llegada hasta la armadura de una cierta concentración llamada “límite” produce la corrosión del acero y por tanto afecta a la seguridad de la estructura (7, 8). Todos los estudios han llevado a que tanto en la Instrucción española, EHE 08 (9) como en el Código Modelo (10) se hayan incorporado modelos de cálculo para establecer el tiempo de “vida útil” (sin corrosión) de una determinada estructura. Estos modelos son todavía bastante genéricos e imprecisos (11) ya que no se conoce todavía como modelar el ambiente exterior y por ello no es posible establecer con exactitud los tiempos hasta corrosión de la armadura. Así, el tiempo hasta corrosión depende de la concentración de cloruros exterior y de un fenómeno llamado “envejecimiento”, “aging” en inglés (6), que produce que el coeficiente de difusión de los cloruros disminuya con el paso del tiempo y sin que se sepa bien cuáles son las leyes que lo rigen (11). Estas incertidumbres no han impedido, sin embargo, que los modelos de difusión basados en la resolución de la segunda ley de Fick, se empiecen a emplear, precisamente porque es necesario establecer sus límites de aplicación y conocer mejor como se adaptan a casos reales (12, 13).

Los modelos disponibles hasta el momento siempre se han ensayado sobre estructuras o probetas no fisuradas y son muy escasos, debido a las dificultades experimentales, los trabajos en elementos fisurados. En una estructura real habrá elementos fisurados y otros no, sin que hasta ahora se haya detectado que las zonas fisuradas se corroan antes o más rápidamente que las no fisuradas, tal vez porque las zonas que se corroen antes dependen también de la concentración exterior y los espesores de recubrimiento que pueden ser diferentes en los diferentes elementos. En todo caso es muy útil conocer si existe alguna relación constante entre el ancho de fisura y el coeficiente de difusión de los cloruros a nivel de laboratorio y tratar de comprobar después su validez en estructuras reales.

De forma conceptual, la aparición de fisuras en el hormigón reduce la barrera que supone la presencia de un recubrimiento y cabe esperar que modifique la vida útil de la estructura, tanto el periodo de iniciación como el de propagación (1, 2, 3, 4, 5). Pocos autores, como se ha mencionado han abordado este problema y los que lo han hecho han adoptado técnicas experimentales diversas y variados objetivos (14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21). Unos han medido la influencia del ancho de fisura observando casos reales (14, 15) pero sin cuantificar el proceso, y otros han tratado de simular las fisuras mediante elementos finitos (16) o han medido como se distribuyen los cloruros aportando los perfiles en profundidad y laterales (17). Unos pocos han tratado de acelerar el proceso mediante ensayos de migración iónica y han establecido relaciones entre el ancho de fisura y los coeficientes de difusión medidos (18, 19, 20, 21). En este trabajo se determina precisamente el coeficiente de difusión en probetas con anchos de fisuras controladas siguiendo el método propuesto por Baroghel-Bouny et al. (19), siempre simulando fisuras que llegan hasta la armadura de refuerzo, que son las más dañinas desde un punto de vista de la vida útil.A los resultados obtenidos se han aplicado con intención ilustrativa los modelos sugeridos en la EHE-08, con los que se ha obtenido la variación del periodo de iniciación con el ancho de fisura.

Para estudiar el efecto de las fisuras en el transporte de cloruros, se fabricaron probetas de hormigón de tres composiciones diferentes que se fisuraron a tracción indirecta y se sometieron a ensayos acelerados de cloruros. Estos ensayos acelerados utilizan corriente eléctrica (22).

A modo de ejemplo, se muestra uno de los resultados del ensayo multirégimen para las muestras fisuradas y no fisurada de la amasada de 360 kg de cemento por m³ de hormigón, Figura 3. Como se observa, hay dos fases en el ensayo de la probeta de referencia sin fisuras, una primera en la que no se detecta la llegada del cloruro al depósito inicialmente sin cloruros. Esto es debido a que el cloruro está atravesando el grosor de la probeta y reaccionando con las fases hidratadas del cemento. Luego se detecta una fase (la estacionaria) en la que el cloruro ya aparece en el depósito de recogida, aumentando su concentración paulatinamente de forma regular (al menos las primeras horas). Este aumento, si es lineal, indica un régimen estacionario. En la fase inicial de no detección de cloruros, la fase no estacionaria es casi inexistente en las muestras fisuradas frente a la no fisurada, indicando que el cloruro pasa casi libremente sin impedimentos al depósito de recogida.

Los valores de los coeficientes de las dos fases para los tres hormigones y los anchos de fisura ensayados se dan en la Figura 4 donde se precia como aumenta el coeficiente (relación entre el coeficiente fisurado Df, y el coeficiente no fisurado Do) con el ancho de fisura, También se deduce que el contenido en cemento no es relevante ya que los valores de los coeficientes de difusión son globalmente similares entre los hormigones, tal vez porque la relación a/c es la misma en los tres hormigones.

En la Figura 5 se representan los dos coeficientes frente al ancho de fisura ensayado por separado. Los coeficientes de difusión estacionarios aumentan linealmente con el ancho de fisura independientemente del contenido en cemento y, por lo tanto, se pueden tratar todos los datos como si proviniesen de la misma población, mientras que los no estacionarios indican la existencia de una fisura crítica, entre 0,2 y 0,3 mm, a partir de la cual los D _ns aumentan dramáticamente.

Este comportamiento permite deducir que para tamaños menores a la fisura crítica, el comportamiento de la difusión no estacionaria depende del tamaño, mientras que cuando la fisura es mayor que la crítica, los coeficientes no dependen del ancho y penetran los cloruros libremente. Para ambos coeficientes, estacionario y no estacionario, se han encontrado relaciones con el ancho de fisura. Así, el ajuste de la línea de tendencia a estas representaciones da como resultado las siguientes ecuaciones [5 y 6]:

Coeficiente estacionario:

Los resultados obtenidos permiten diversas consideraciones, de las que en el presente trabajo se abordaran solo algunas, las más relacionadas con el uso de los valores para el cálculo de la vida útil según indican los modelos disponibles. También, a título de ejemplo, se abordará una comparación con los resultados obtenidos por Baroghel-Bouny et al (19).

Las principales conclusiones obtenidas en este estudio se resumen a continuación: