I.I. INTRODUCCION:
El ACI define la durabilidad del
concreto de cemento Pórtland como la habilidad para resistir la acción del
intemperismo, el ataque químico, abrasión, y cualquier otro proceso o condición
de servicio de las estructuras, que produzcan deterioro del concreto. (Ref.
12.1 y 12.2).
La conclusión primordial que se
desprende de esta definición es que la durabilidad no es un concepto absoluto
que dependa sólo del diseño de mezcla, sino que está en función del ambiente y
las condicione de trabajo a las cuales lo sometamos.
En este sentido, no existe un
concreto “durable” por sí mismo, ya que las características físicas, químicas y
resistentes que pudieran ser adecuadas para ciertas circunstancias, no
necesariamente lo habilitan para seguir sido “durable” bajo condiciones diferentes.
Tradicionalmente se asoció la
durabilidad a las características resistentes del concreto, y particularmente a
su resistencia en compresión, pero las experiencias particularmente a su
resistencia en compresión, pero las experiencias prácticas y el avance de la
investigación en este campo han demostrado que es sólo uno de los aspectos
involucrados, pero no el único ni el suficiente para obtener un concreto
durable.
En consecuencia, el problema de
la durabilidad es sumamente complejo en la medida en que cada situación de
exposición ambiental y condición de servicio ameritan una especificación
particular tanto para los materiales y diseño de mezcla, como para los
aditivos, la técnica de producción y el proceso constructivo, por lo que es
usual que en este campo las generalizaciones resulten nefastas.
Bryant Mather, uno de los
pioneros en la investigación en Tecnología del Concreto y en el área de la
durabilidad indica en uno de sus trabajos (Ref. 12.3): “Está demostrado
científicamente que las estructuras de concreto se comportan inadecuadamente
debido a que las especificaciones técnicas fueron deficientes o que éstas
fueron correctas pero no se siguieron en la obra”.
Es obvio pues que en este aspecto
se debe desterrar una práctica muy común en nuestro medio como es la de
repetir, copiar o “adaptar” especificaciones técnicas locales aparentes, pero
que sin embargo desde el punto de vista de la Tecnología del Concreto y la
durabilidad requieren una evaluación y criterios particulares.
Quines han tenido la oportunidad
de laborar en las diferentes regiones de nuestro país, habrán podido comprobar
la repetición sistemática de errores conceptuales y prácticas constructivas
inadecuadas en lo que a tecnología del concreto y durabilidad se refiere, por
el concepto equivocado de que el concreto es un material “noble” que puede
asimilar nuestras deficiencias, y que es antieconómico trabajar con los avances
de la técnica moderna.
En el desarrollo de este tema,
analizaremos algunos conceptos básicos que permitan una mejor aproximación a
estos problemas y la utilización más eficiente de nuestros recursos materiales
y humanos.
II. FACTORES QUE AFECTAN LA
DURABILIDAD DEL CONCRETO:
En este acápite delinearemos los
factores que influyen en el deterioro del concreto y consecuentemente en la
durabilidad, debiendo tenerse presente que no se incluye dentro de ellos la
fisuración pues este es un síntoma de los cambios volumétricos y no un factor
en sí, por lo que su tratamiento ha sido materia de un desarrollo particular en
el Capítulo 11.
Los factores mencionados se
clasifican en 5 grupos. (Ref. 12.4)
- Congelamiento y descongelamiento (Freezing Thawing)
- Ambiente químicamente agresivo
- Abrasión
- Corrosión de metales en el concreto
- Reacción químicas en los agregados
Existen factores que influyen en
la durabilidad, clasificados desde el punto de vista del mecanismo de ataque al
concreto y que representan subdivisiones y análisis más profundos que los ya
mencionados (reacciones no ácidas, ácido carbónico en el agua, ataque de sales
de magnesio, agresión de grasas animales etc.) pero que no trataremos en el
presente Capítulo por estar más relacionados con la investigación académica de
estos fenómenos que con su trascendencia práctica, ya que la frecuencia de ocurrencia
de tales agentes es muy aislada.
III. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA
A LA ABRASIÓN DEL CONCRETO:
El factor principal reside en qué
tan resistente es desde el punto de vista estructural o mecánico, la superficie
expuesta al desgaste.
Se han desarrollado varias
maneras de medir el desgaste o la resistencia a la abrasión tanto a nivel de
laboratorio como a escala natural (Ref. 12.12), pero los resultados son
bastante relativos pues ninguna de ellas puede reproducir las condiciones
reales de uso de las estructuras, ni dar una medida absoluta en términos
numéricos que pueda servir para comparar condiciones de uso o concretos
similares, por lo tanto el mejor indicador es evaluar principalmente factores
como la resistencia en compresión, las características de los agregados, el
diseño de mezcla, la técnica constructiva y el curado.
IV. MECANISMO DE LA CORROSIÓN:
En la Figura 12.1 (Ref. 12.14) se
describe el esquema típico general de la celda electroquímica, consistente en
un ánodo de Fierro, un cátodo de otro metal que para nuestro caso también sería
Fe, con iones en su medio ácido, un elemento que permita el flujo iónico del
cátodo al ánodo, y una conexión entre ánodo y cátodo para canalizar el flujo de
electrones. En las Fig. 12.2 y 12.3
(Ref. 12.14) se establece el esquema de la celda electroquímica en le caso del
acero de refuerzo, y el mecanismo de acción sobre el concreto.
V. COMO COMBATIR LA CORROSIÓN:
Los cloruros pueden estar dentro
del concreto desde su colocación, si los agregados, el agua de mezcla o los
aditivos ya los incluían, luego el primer paso consiste en evaluar los
materiales del concreto para estimar si contribuirán a la corrosión, y de ser
así existen alternativas en cuanto a cambiarlos por otros que no los contengan
o en le caso de los agregados someterlos por otros que no los contengan o en el
caso de los agregados someterlos a lavado para reducir su concentración.
La otra forma como se pueden
introducir es entrando en solución por los poros capilares del concreto. Esto se verifica cuando el concreto está en
exposición directa a agua con cloruros como es el caso de estructuras marinas o
en el aire con alta humedad relativa, y en muchos casos se va depositando sobre
el concreto por la humedad ambiental y el viento que arrastra partículas de
suelo contaminado, introduciéndose la solución cuando llueve.
Como se apreciará, para que se
produzca el ingreso es necesario que el concreto sea lo suficientemente
permeable para que los cloruros lleguen hasta donde se encuentra el acero de
refuerzo, por lo que se aplican las mismas recomendaciones que para la
agresividad de los sulfatos, con la condición adicional de la importancia
extrema del concreto de recubrimiento, que es la barrera principal para el ingreso. En los casos de ambientes agresivos con
cloruros deben especificarse recubrimientos mayores de los normales y calidades
de concreto que aseguren baja permeabilidad.
Se han desarrollado pinturas
especiales par el acero con objeto de prevenir la corrosión bajo condiciones
muy agresivas, pero en este aspecto es muy importante el establecer
perfectamente las zonas catódicas de modo que con la pintura se evite el
oxígeno y el agua que son los requisitos para el fenómeno y por otro lado,
nunca se puede garantizar del todo que el proceso constructivo ocasione que
existan algunas zonas desprotegidas en el acero por donde se inicie el proceso.
Existen aditivos llamados
inhibidores, que añadidos a la mezcla de concreto combaten la corrosión
anulando los cloruros (Ref. 12.17) sin embargo su efectifidad no está del todo
garantizada, y algunos causan efectos secundarios como modificación del tiempo de
fraguado, disminución de resistencia en compresión y eflorescencias.
Dentro de estos inhibidores están
el Nitrito de Calcio, Nitrito de Sodio, Dicromato de Potasio, Cromato de Zinc,
Cromato de Sodio, Benzoato de Sodio etc.
El método de protección probado
como el más eficiente es el equematizado en la Figura 12.6 (Ref. 12.19)
denominado de protección catódica, ya que el principio consiste en generar una
corriente inversa a la originada por la celda electroquímica de modo de anular
el flujo y eliminar el proceso de corrosión.
VI. RECOMENDACIONES SOBRE REACCIONES
QUÍMICAS EN LOS AGREGADOS:
Como ya mencionamos, en nuestro
medio no hay muchos antecedentes de ocurrencia de este tipo de reacciones pese
a que por ejemplo la andesita es un mineral muy abundante en nuestro país, pero
es probable que la cantidad de obras que se hayan ejecutado en las zonas que
pudieran ser potencialmente reactivas no hayan ameritado el empleo masivo de
estos materiales, o simplemente no tienen la reactividad que tienen en otros
países donde le problema sí es grave.
En todo caso, es factible
efectuar en el Perú los ensayos ASTM para evaluar estos materiales (Ref.
12.19), y sería posible también implementar la prueba sudafricana y la de la
Universidad de Cornell (Ref. 12.20), sin embargo no existe la experiencia
práctica desde el punto de vista de los ensayos petrográficos por ejemplo,
donde tiene suma importancia la experiencia del evaluador que usualmente es un
Geólogo o un Ingeniero de Minas que no pueden opinar mucho del mineral con relación
a su comportamiento con el cemento, dado que no existe en nuestras
Universidades de especialidad de Tecnologistas en Concreto, que pudieran ir
formando profesionales orientados hacia estos problemas.
En conclusión, la mejor
recomendación al evaluar una cantera donde haya sospecha de reactividad
alcalina es recopilar la mayor información estadística sobre el uso anterior de
los agregados en la producción de concreto e inspeccionar las obras ejecutadas
para poder estimar el riesgo.
Finalmente, se ha comprobado
(Refs. 12.20 y 12.21) que algunos métodos alternativos para prevenir la
reactividad alcalina son el empleo de sales de Litio (LiOH, LiF, Li2CO3), como
aditivos en la mezcla, el reemplazo de al menos el 25% del cemento por cenizas
volátiles y el uso de puzolanas.
VII. AMBIENTE QUÍMICAMENTE AGRESIVO:
El concreto es un material que en
general tiene un comportamiento satisfactorio ante diversos ambientes
químicamente agresivos.
El concepto básico reside en que
el concreto es químicamente inalterable al ataque de agentes químicos que se
hallan en estado sólido.
Para que exista alguna
posibilidad de agresión el agente químico debe estar en solución en una cierta
concentración y además tener la opción de ingresar en la estructura de la pasta
durante un tempo considerable, es decir debe haber flujo de la solución
concentrada hacia el interior del concreto y este flujo debe mantenerse el
tiempo suficiente para que se produzca la reacción.
Este marco de referencia reduce
pues las posibilidades de ataque químico externo al concreto, existiendo
algunos factores generales que incrementan la posibilidad de deterioro como
son: las temperaturas elevadas, velocidades de flujo altas, mucha absorción y
permeabilidad, el curado deficiente y los ciclos de humedecimiento y secado.
Los ambientes agresivos usuales
están constituidos por aire, agua y suelos contaminados que entran en contacto
con las estructuras de concreto.
Se puede decir pues que el
concreto es uno de los materiales que demuestra mayor durabilidad frente a
ambientes químicamente agresivos, ya que si se compara estadísticamente los
casos de deterioro con aquellos en que mantiene sus condiciones iniciales pese
a la agresividad, se concluye en que estos casos son excepcionales.
VIII. EFECTO DE COMPUESTOS QUÍMICOS CORRIENTES
SOBRE EL CONCRETO:
En la Tabla 12.2 se puede
apreciar el efecto de varias sustancias químicas comunes sobre el concreto
simple, comprobándose pues que son muy poscas la que realmente le acusan un
daño importante.
Dentro de este panorama, los
compuestos que por su disponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría
de casos de ataque químico al concreto están constituidos por los cloruros y
los sulfatos.
VIII.I. CLORUROS:
Los cloruros se hallan
normalmente en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el agua marina, y
en ciertos suelos y aguas contaminadas de manera natural o artificial.
Como se observa en la Tabla 12.2,
los cloruros tienen una acción insignificante sobre el concreto desde el punto
de vista de la agresión química directa, pero erradamente se les considera en
muchas oportunidades causantes del deterioro que es producido por otros
agentes.
VIII.II. SULFATOS:
Los sulfatos que afectan la
durabilidad se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en
solución en agua de lluvia, en aguas contaminadas por deshechos industriales o
por flujo en suelos agresivos.
Por lo general consisten en
sulfatos de Sodio, Potasio, Calcio y Magnesio.
Los suelos con sulfatos se hallan
normalmente en zonas áridas, y pese a que pueden no estar en muy alta
concentración, si se producen ciclos de humedecimiento y secado sobre el
concreto, la concentración puede incrementarse y causar deterioro.
El mecanismo de acción de los
sulfatos considera dos tipos de reacción química:
Combinación del sulfato con
Hidróxido de Calcio libre (Cal Hidratada) liberado durante la hidratación del
cemento, formándose Sulfato de calcio (Yeso) de propiedades expansivas.
Combinación de Yeso con Aluminato
Cálcico Hidratado para formar Sulfoaluminato de Calcio (Etringita) también con
características de aumento de volumen.
Algunos investigadores indican que existe un efecto puramente físico
causado por la cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto
con aumento de volumen y deterioro.
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