Tipos y Causas Del Deterioro en Estructuras de Concreto

8/17/2019 Tipos y Causas Del Deterioro en Estructuras de Concreto

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Tipos y causas del deterioro en estructuras de concreto

Al observar un concreto defectuoso no solo debemos concentrarnos en el efecto en símismo sino que además debemos tratar de lograr recabar la mayor cantidad de datos

que nos den una pista sobre la verdadera causa del defecto. Una fisura puede múltiplesorígenes, en algunos casos una rápida mirada será suficiente para determinar el origende la misma, pero en la mayoría de los casos no es así.

Grieta: Abertura incontrolada que afecta todo el espesor.

Fisura: Abertura que afecta la abertura del elemento o su acabado superficial(revoque).

Los orígenes de las mismas son

• !eficiencia de e"ecuci#n y$o materiales.• Acciones mecánicas e%ternas (cargas o asentamientos del terreno). Los

esfuer&os son de tracci#n, corte o rasantes.• Acciones 'igrotermicas.• !eficiencias del proyecto.• isuras en revoques. i bien no son patologías estructurales directas, pueden

ser la manifestaci#n de una patología estructural o ser origen de una patología.

Lo que se causa en una estructura de concreto es

Carbonatación

*n la 'idrataci#n del cemento (reacci#n entre el cemento y el agua) se forman, entreotros, cantidades importantes de +al (-), llamado tambi/n portlandita, que otorga alcon"unto un carácter eminentemente básico y que oscila entre 0 y 01 en valores de2- (2rotector de la Armadura).


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+on el tiempo, el + de la atmosfera pasa a trav/s de los poros del 'ormig#n, secombina con los compuestos químicos de este, principalmente con el 'idr#%ido cálcico,y llega a formar carbonatos cálcicos, siguiendo la conocida reacci#n de adormecimientode cal a/rea. La transformaci#n progresiva de los 'idr#%idos cálcicos en carbonatoscálcicos provoca el descenso del carácter básico 'asta valores de 2- de 3 a 4, incluso

inferiores, que 'acen desaparecer la protecci#n química que supone el p- básico (0506) de cara a la corrosi#n de las armaduras.

La corrosi#n se produce a lo largo de toda la superficie de la armadura y esto implica elconsiguiente aumento de volumen del acero y, posteriormente, la aparici#n de grietasen el elemento constructivo.

2ara diagnosticar elementos de 'ormig#n sospec'osos de presentar carbonataci#n, sesuelen emplear diversos m/todos desde una simple inspecci#n ocular, a la utili&aci#nde análisis químicos y microsc#picos.

2ara detectar, a primera vista, las patologías causadas por la carbonataci#n seránecesario buscar en principio manc'as e o%ido y grietas longitudinales que sigan ladirecci#n probable de la armadura.

La manera más clara de detectar esta patología es mediante un procedimiento químico,basado en la reacci#n de la fenolftaleína con el 'idr#%ido de calcio.

Aluminosis

e trata de transformaciones

de determinados aluminatos cálcicos 'idratados, cristali&ados de forma 'e%agonal y deestructura metaestable, en otros aluminatos cálcicos 'idratados cristali&ados en formacubica.

*ste fen#meno comporta una p/rdida de la resistencia del 'ormig#n y un aumento dela porosidad. *stas patologías serán más o menos graves en funci#n del contenido decemento por m1 utili&ado, de relaci#n agua5cemento inicial, del proceso de fabricaci#n ydel proceso del curado,


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Los elementos constructivos afectados por esta patología son los for"ados formados por viguetas auto resistente o pretensado y sin c'apa de compresi#n.

La gravedad del problema se concentra en todos aquellos locales susceptibles derecibir 'umedades, como pueden ser los tec'os ba"o cubierta, los for"ados sanitarios y

todos aquellos locales que se llaman locales 'úmedos.Las lesiones aparentes en las viguetas con fisuras y grietas y manc'as de #%ido. 2aradetectar un problema de aluminosis se deberá someter a un análisis químico una ovarias muestras, que determinen la e%istencia o no de cemento luminoso, además deotros ensayos como la difracci#n de rayos % que sirve para detectar el grado detransformaci#n de porosidad.

• Pilitas

La utili&aci#n de áridos contaminados son piritas para la confecci#n de 'ormigones,provoca una patología en los elementos de 'ormig#n reali&ados insitu, consistente enla total desintegraci#n de los elementos que se encuentran en contacto con el e%terior.

• Fisuras


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2or fisuras reconocemos como la separaci#n incompleta entre dos o más partes con osin espacios entre ellas. us profundidades varían al igual que la direcci#n que toman.7ambi/n las reconocemos como grietas. us causas pueden ser numerosas y de"amossaber si 'ay fallas estructurales.

2ara poder reparar una fisura o grita necesitamos saber cuáles son sus causas, yseleccionar el procedimiento adecuado. i no elegimos bien el procedimiento a aplicar,entonces la reparaci#n va durar poco. La fisuras pueden suceder cuando el concretoestá en su estado plástico o cuando el concreto esta endurecido.

A trav/s del tama8o la grieta o fisura y la forma como se presenta podemospreestablecer un posible origen.

9uc'as veces se entiende que puede estar comprometida la estabilidad del edificio,conviene apuntalar el muro para prevenir un posible colapso o para tener un me"or estudio del muro. Luego de tener la seguridad de que el muro está asegurado, seprosigue con el estudio de las causas.

+onviene que el estudio se desarrolle de un lapso de tiempo y se estudie el progresode la grieta, para ver si esta es activa o pasiva. :a que eso determinara el tipo desoluci#n de reparaci#n.

i la grieta es pasiva, significa que la acci#n produ"o una patología, esta se manifest#pero se estabili&o su crecimiento o propagaci#n.

i es activa, quiere decir que la grieta sigue avan&ando y puede provocar mayoresda8os, por lo tanto la reparaci#n debe 'acerse cuanto antes.


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*ntre los agentes químicos que deterioran el concreto se encuentran el ataque deácidos, la corrosi#n, el ataque de sulfatos y la carbonataci#n.

a# Ataque de ácidos

*l concreto es un material silicio5calcáreo, con un fuerte carácter básico, cuyo p-alcan&a fácilmente valores de 01, por consiguiente es un material susceptible alcontacto con cualquier fluido ácido.*l deterioro que sufren los elementos de concreto en contacto con ácidos, es ladisoluci#n o p/rdida de la pasta del cemento por las reacciones que se producen entrelos ácidos y los compuestos cálcicos del cemento 'idratado ('idr#%ido, silicato yaluminato de calcio).

Es$uema de deterioro del concreto causado por los %cidos

;cidos y sustancias comunes per"udiciales para el concreto


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La velocidad de degradaci#n delconcreto, depende de la concentraci#n del ácido y de la solubilidad del producto de lareacci#n. Los ácidos inorgánicos más agresivos a temperatura ambiente son

clor'ídrico, fluor'ídrico, nítrico y sulfúrico< mientras que los orgánicos son ac/tico,f#lico y láctico.

Algunas de las sustancias del medio ambiente que se encuentran en contacto con lasestructuras y que se convierten en ácidos, son las siguientes

5 Los gases producto de la combusti#n que se combinan con la 'umedad y formanácido sulfúrico (lluvia ácida).

5 *l agua de minas, aguas industriales y residuales. *stas forman ácido sulfúrico (lluviaácida).

5 *l agua de minas, aguas industriales y residuales. *stas forman ácido sulfúrico ysulfuroso< al igual que los vapores volcánicos con alto contenido de a&ufre.

5 Los suelos tipo turbas pueden tener sulfuro de 'ierro que generan ácido sulfúrico.

5 Las aguas monta8osas de carácter ácido poseen ácidos orgánicos y bi#%ido decarbono libre.

5 Las industrias agrícolas y agro alimenticias producen grandes cantidades de ácidosorgánicos, tales como fermentadoras, lec'erías, destiladoras, productoras de "ugos

cítricos y de pulpa de frutas, carnicerías, procesadoras de ca8a de a&úcar y de algunosproductos de madera.

b# +orrosi#n del acero de refuer&o

*l concreto le ofrece protecci#n contra la corrosi#n al acero de refuer&o, ya que elo%ígeno presente dentro del concreto forma una película de #%ido en las barras, queconstituye una capa pasiva que impide una corrosi#n profunda. Además, el carácter


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básico y la resistencia el/ctrica del concreto que recubre el acero evitan la penetraci#nde agentes agresivos.

La principal causa de la corrosi#n del acero de refuer&o es la disminuci#n de laalcalinidad del concreto que se encuentra e%puesto a sustancias agresivas del

medioambiente como los cloruros y los ácidos.La corrosi#n en estructuras de concreto estructural depende de los siguientes factores

5 La permeabilidad del recubrimiento los procesos de corrosi#n se dan por el fen#menode difusi#n en los poros del concreto, de sustancias como el o%ígeno, di#%ido de o losiones cloruro, que combinados con la 'umedad ambiental aceleran el deterioro delacero. Un concreto fabricado con una alta relaci#n A$+, una mala compactaci#n,segregaci#n de la me&cla, un deficiente curado y un secado prematuro por efectos delviento o la radiaci#n solar< se convierte en un concreto con alta porosidad ypermeabilidad en la &ona del recubrimiento, que facilita el ingreso de sustancias

agresivas que corroen las armaduras y deterioran el elemento estructural.5 *l espesor del recubrimiento según la egunda Ley de ic=, la velocidad depenetraci#n del carbonato es proporcional a la raí& cuadrada del tiempo de e%posici#n(ánc'e& de >u&mán,??)< por lo que se estima que si el recubrimiento de unelemento es la mitad que el de otro elemento, el primero sufre o%idaci#n de su refuer&oen una cuarta parte del tiempo que el segundo, estando ambos e%puestos a lasmismas condiciones ambientales y construidos con el mismo concreto. (@er ecuaci#n).

5 2enetraci#n de cloruros los cloruros provienen del agua de mar, sales de des'ielo yotros iones con un p- cercano a 4< estos producen picaduras locales que disminuyen lasecci#n de las barras de acero. La penetraci#n de cloruros se favorece en los ciclos de'umedecimiento y secado.

La corrosi#n electroquímica es la que se da dentro del concreto, ya que se trata de unareacci#n química en donde se produce transferencia de iones y electrones en un medioacuoso. La corrosi#n ocurre dentro de una celda electroquímica, que está formada porun ánodo donde ocurre la o%idaci#n, un cátodo donde ocurre la reducci#n, unconductor que ponga en contacto al cátodo con el ánodo y el electrolito para cerrar elcircuito.


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Es$uema de deterioro pro&ocado por la corrosión

c# Ataque de sulfatos*l ataque que genera el i#n sulfato en el concreto, se origina por dos reaccionesquímicas

5 La combinaci#n de los sulfatos con el 'idr#%ido de calcio de la pasta (cal libre),produce sulfato de calcio soluble (yeso).

5 *l yeso se combina con el aluminato tricálcico 'idratado del cemento (+1A), paraformar sulfoaluminato de calcio (etringita).

*stas reacciones dentro de la pasta del cemento, tienen como resultado un aumento enel volumen del s#lido, por lo que el concreto se e%pande, se fractura y se ablanda<produci/ndose una p/rdida de ad'erencia entre la pasta, los agregados y el acero derefuer&o, lo cual conlleva a una disminuci#n en la capacidad estructural del elemento.

Además, la porosidad de un concreto agrietado, propicia la entrada de diversassustancias agresivas que se encuentran en el entorno.


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Es$uema de deterioro en concreto causado por el

ata$ue de sulfatos

d# +arbonataci#n

La carbonataci#n, se debe a la penetraci#n del di#%ido de carbono (+) de laatm#sfera o del suelo, dentro de los poros del concreto endurecido.

*l + se disuelve en lo poros, reaccionando con los componentes alcalinos de la faseacuosa del concreto y produciendo ácido carb#nico. !ic'o ácido convierte el 'idr#%idode calcio (cal libre del cemento) en carbonato de calcio (+a+1) y agua.

*sta reacci#n trae consigo dos efectos negativos en el concreto

5 !esciende el p- superficial del concreto de 01, 'asta valores iguales o inferiores a 4.

*l concreto al perder su basicidad, disminuye su capacidad protectora de la corrosi#ndel acero de refuer&o< o sea al aumentar la penetraci#n de la carbonataci#n (frente decarbonataci#n), se pierde el efecto de la capa pasivadora del recubrimiento delconcreto.

5 e da una contracci#n adicional en la superficie del concreto, por la disminuci#n delvolumen de la pasta de cemento, induciendo el agrietamiento y facilitando el ingreso desustancias agresivas.


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La reacci#n es más intensa, si los cambios de 'umedad, presi#n y temperaturaambiental son más significativos y si la permeabilidad y porosidad del concreto esconsiderable. *l fen#meno es más común en lugares con 'umedades relativas entre unBC y 43C. *n estructuras que se encuentran permanentemente saturadas no e%iste

la posibilidad de carbonataci#n, ya que la difusi#n del di#%ido de carbono es posiblesolamente en poros llenos de aire.

Es$uema de deterioro causado por la carbonatación

La profundidad del frente de carbonataci#n, es proporcional a la raí& cuadrada deltiempo de e%posici#n, esto según la egunda Ley de difusi#n de ic=

% D = t 'Ecuación (#!ondex D profundidad del frente de carbonataci#n (mm)) D coeficiente de carbonataci#nt D tiempo transcurrido (a8os)

*l coeficiente de carbonataci#n ), depende de las condiciones ambientales y de lascaracterísticas del concreto. *ntre las características ambientales, se encuentrancantidad de + en la atm#sfera, 'umedad relativa, temperatura y la presi#n del medioambiente. Las características del concreto que toma en cuenta ) son las relacionadascon la permeabilidad del recubrimiento, tales como porosidad, difusi#n y absorci#n.>eneralmente, el coeficiente de carbonataci#n se determina e%perimentalmente paradeterminadas condiciones ambientales, e%presándolo en funci#n de algunacaracterística del concreto como la absorci#n capilar.


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(! *ec%nicos

Las acciones mecánicas se deben principalmente a sobrecargas, deformaciones,impactos o vibraciones, que no fueron contempladas en su dise8o. Algunas de estassolicitaciones imprevistas, tienen su origen en un cambio de uso en la obra, un

accidente o desastre natural.e debe tener en cuenta, que el concreto ofrece una alta resistencia a la compresi#n,pero una pobre resistencia a la tensi#n, por lo que los elementos estructurales serefuer&an con barras de acero, que toman los esfuer&os de tensi#n provocados por elcortante, la fle%i#n y la torsi#n. *n los últimos a8os, se 'an fabricado concretos microrefor&ados con fibras de polipropileno o metálicas, para evitar las grietas en las &onasde esfuer&os de tensi#n en concreto plástico y endurecido

a# obrecargas

Al superarse la capacidad resistente del material que constituye el elemento estructural,

por la acci#n de sobrecargas provocadas por eventos imprevistos en el dise8o(cambios en las solicitaciones, sismos, vientos, inundaciones, desli&amientos ye%plosiones)< se produce deficiencia estructural que se manifiesta por grietas ydefle%iones e%cesivas.

5 >rietas estructuralesLas grietas estructurales pueden presentar anc'os superiores a los ?,B mm y seoriginan por errores de cálculo, el desprecio de 'ip#tesis de carga, por la inadecuadaespecificaci#n de resistencia de materiales y por la construcci#n de secciones sinrespetar los planos.


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Es$uema de grietas estructurales y características

5 !efle%iones e%cesivas


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*ntre las deformaciones e%cesivas provocadas por movimientos imprevistos, se tienelas que son producto de asentamientos del terreno y las impuestas por eventosfortuitos como los desastres (sismo, viento, inundaciones, desli&amientos ye%plosiones).

i se presentan movimientos diferenciales en la estructura y /sta no es capa& deredistribuir las cargas rápidamente, sufre fallas y fracturas en los elementos másesbeltos y rígidos, tales como las paredes, muros y en los acabados (cielos, ventanas ypisos). !urante eventos intensos como los desastres naturales mencionados, lasdeformaciones de la estructura la pueden llevar fácilmente al colapso.

b# Empactos y vibraci#n

Los impactos y vibraciones pueden propagar grietas, que se desarrollan conforme pasael tiempo.

*l dise8o estructural toma en cuenta el impacto, empleando parámetrosconservadores, por e"emplo el dise8o de una estructura que soporta maquinariapesada, puede considerar factores de amplificaci#n de la carga temporal entre un BCy 11C.

*l dise8o por vibraci#n debe considerar el efecto de las cargas dinámicas, evitando laresonancia, que se produce cuando la frecuencia natural de la estructura de apoyo essimilar a la frecuencia de la fuente vibrante. La relaci#n entre frecuencia de laestructura y la frecuencia perturbadora, debe estar fuera de los valores comprendidosentre ?,B y 0,B.

c# Abrasi#n

La resistencia del concreto a resistir la abrasi#n, se define como la capacidad para quela superficie pueda soportar el desgaste producido por fricci#n, erosi#n y cavitaci#nprovocada por un agente e%terno.La fricci#n es el desgaste de la superficie de pisos y pavimentos de concreto, por laacci#n del tránsito de camiones, ve'ículos y montacargas, que generan raspaduras ypatina&os.La erosi#n es propia de obras 'idráulicas (presas, túneles, conducciones, pilas depuentes y canales), en donde el flu"o de agua transporta partículas s#lidas quedesgastan la superficie. La magnitud de la erosi#n, depende de las características tantomecánicas del flu"o (velocidad), como de las características de las partículas s#lidas(cantidad, tama8o, forma y dure&a).


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+! Físicos

Las acciones físicas que e%perimenta el concreto, específicamente los cambios de'umedad y temperatura, presentan como principal manifestaci#n los cambiosvolum/tricos que provocan fisuras o agrietamientos. *stas fisuras afectan la masa, el

peso unitario, la porosidad, la permeabilidad y por consiguiente la resistencia delelemento estructural.

a# isuras por cambios de 'umedad

Las fisuras que se producen por la presencia alterna de 'umedad del entorno, tienen lacaracterística que atraviesan la pasta de cemento y no al agregado.

*n estructuras que se encuentren en contacto con agua, principalmente obras'idráulicas, como pilotes o fundaciones de puentes, embalses, presas y conducciones<pueden e%istir tres &onas de deterioro

0. *l área del elemento que nunca se encuentra en contacto con el agua, puede sufrir cualquier tipo de patología por la acci#n de sustancias ambientales agresivas(ácidos, sales, microorganismos) o por cambios de temperatura.

. *l área de la estructura que sufre un mayor deterioro, es la que se encuentra dondese producen los cambios de nivel del agua< ya que se combinan los efectos de laacciones de la primera &ona y el microfisuramiento producto de los ciclos de'umedecimiento y secado, complicados por la acci#n erosiva de las corrientes deagua y la aspersi#n.

1. La &ona que se encuentra permanentemente sumergida en el agua puede padecer

patologías dependiendo de la permeabilidad y porosidad del elemento de concreto yde las características químicas del agua que lo rodea.

Es$uema de deterioro causado por la ,umedad

b) isuras por cambios de temperatura


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Las fisuras producidas por los cambios de temperatura, generalmente afectan tanto lapasta de cemento como los agregados. *ntre los mecanismos de da8o producidos por cambios bruscos de temperatura (mayores a ?F+), se pueden considerar lossiguientes

5 !ilataci#n y contracci#n por cambios diarios de temperatura

*l concreto al igual que la mayoría de materiales, se e%pande cuando la temperaturaaumenta y se contrae cuando disminuye. *l gradiente de temperatura que produceestos efectos, se presenta en regiones donde la radiaci#n solar es intensa por lama8ana y en la noc'e o tarde se presentan vientos o lluvia que ba"an las temperaturasambientales.

5 +iclos de 'ielo y des'ielo

e presentan tanto en lugares en donde 'ay una estaci#n de invierno con 'eladas,como dentro de cámaras de congelaci#n (cuartos fríos de supermercados o industrias).Los da8os en la matri& de concreto se agravan conforme el cambio de temperatura seamayor y la saturaci#n del material supere el 3BC< esto al tomar en cuenta que elmecanismo de falla, se presenta cuando el agua que está dentro de los poros secongela y aumenta su volumen apro%imadamente en un 4C, provocando esfuer&os detracci#n entre la pasta y el agregado, los cuales producen el agrietamiento a lo largo dela profundidad del elemento y la de laminaci#n superficial.

Es$uema de deterioro causado por ciclos de des,ielo


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5 Ataque por fuego

La resistencia mecánica del concreto se puede ver seriamente afectada por la acci#ndel fuego, al da8ar la estructura por la descarbonataci#n y el aumento de porosidad por microfisuramiento.

*n cualquier incendio que se alcancen temperaturas superiores a los 1??F+, seproducen en los elementos de concreto un descenso en la resistencia y en el m#dulode elasticidad y un aumento en las deformaciones. Además, el agua aplicadarápidamente por los bomberos, produce 'umedad e%cesiva que acelera el proceso deagrietamiento y los descascaramientos superficiales.

Es$uema temperatura- color y da.o en el concreto por incendio!

/! 0iológicos

La presencia de organismos y microorganismos de origen vegetal o animal en lasuperficie de una estructura de concreto, no solo afecta la est/tica de la obra, sino quepuede producir da8os y deterioros físicos, mecánicos, químicos y biol#gicos.

2or e"emplo, la vegetaci#n y los microorganismos asociados a la misma, puedenretener y generar 'umedad (ciclos de 'umedecimiento y secado), además las raíces

pueden penetrar y crecer dentro de los poros del concreto causando grietas por lasfuer&as de e%pansi#n internas. *n el desarrollo de la vida de las plantas ymicroorganismos, se generan sustancias que pueden causar ataques químicos, comolos ácidos 'úmicos y sales producto de la descomposici#n vegetal.


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Las condiciones que favorecen el establecimiento y desarrollo de microorganisos deorigen vegetal y animal, son las siguientes

5 La presencia de agua cualquier tipo de vida necesita la presencia de agua paradesarrollarse. *l agua puede provenir tanto del medio ambiente, como de los poros del

concreto.5 La disponibilidad de nutrientes algunos gases contaminantes producto de procesosde combusti#n se constituyen en alimento para bacterias y 'ongos. Además, la cal yalgunos minerales del concreto, son fuente de nutrientes para ciertos microorganismos.

5 +ondiciones ambientales las bacterias aer#bicas requieren concentraciones deo%ígeno superiores a 0 g$l, mientras que las anaer#bicas requieren apenas ?,0 g$l deo%ígeno. La temperatura ambiental entre ? y 1BF+ y la 'umedad relativa superior al3?C, favorece el desarrollo de bacterias.

5 uperficie de coloni&aci#n se facilita la creaci#n de colonias de microorganismos ensuperficies rugosas o ásperas, que ofrecen la posibilidad de ancla"e.

*l principal mecanismo de meteori&aci#n y deterioro de origen biol#gico es el ataqueque producen las sustancias ácidas provenientes de la acci#n metab#lica de losmicroorganismos y los productos de la degradaci#n de 'idrocarburos.

Los ácidos disuelven la pasta de cemento y algunos agregados, además favorecen lacorrosi#n del acero de refuer&o. *ntre las sustancias agresivas producto delmetabolismo de las bacterias, se tienen el ácido sulfúrico, nítrico, cítrico, ac/tico y'úmico.

Algunos microorganismos, tienen la capacidad de o%idar los 'idrocarburos en mediosacuosos, produciendo di#%ido de carbono, metano, sales solubles, benceno, tolueno,'ierro reducido y ácido ac/tico.

*icroorganismos y acciones sobre el concreto


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*l fen#meno de bioerosi#n, es un mecanismo de deterioro que se da en el casoespecífico del medio marino y es causado básicamente por tres organismos biol#gicos

5 9icroorganismos endolíticos (líquenes) penetran el concreto 'asta 0 mm atacándoloquímicamente.

5 rganismos bioabrasionadores (moluscos) capaces de reali&ar una abrasi#nsuperficial en toda la secci#n de concreto.

5 rganismos bioperforadores generan cavernas mediante la combinaci#n de la acci#nquímica y mecánica, debilitando la estructura y dando paso al agua de mar dentro de laestructura.

*stos organismos aceleran el proceso de carbonataci#n propio de una estructuramarina.

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