TECNOLOGIA DEL CONCRETO DOCENTE
: Ing. Fernando Garnica Cuba
DURABILIDAD DEL CONCRETO GENERALIDADES El ACI define la durabilidad del concreto de cemento Pórtland, como la habilidad para resistir la acción del intemperismo, el ataque químico, la abrasión, o cualquier otro proceso o condición de servic servicio io de las estru estructu cturas ras,, que que produ produzca zca deter deterior ioro o del concreto.
La conclusión primordial que se desprende de la definición anterior, es que la durabilidad no es un concepto absoluto que dependa solo del diseño de mezcla, sino que esta en función del ambiente de exposición y las condiciones de trabajo a las cuales lo sometamos En este sentido, no existe existe un concreto concreto !durable" !durable" por si mismo, ya que las caracter#s caracter#sticas ticas f#sicas, f#sicas, qu#micas qu#micas y mec$nicas que pudieran pudieran ser adecuadas para ciertas circunstancias no necesariamente lo %abilitan para se&uir siendo !durable" bajo condiciones diferentes 'radicionalmente se asoció la durabilidad a las caracter#sticas resistentes del concreto y particularmente a su resistencia en compresión, pero las experiencias pr$cticas y el a(ance de la in(esti&ación en este campo %an demostrado demostrado que que es solo solo uno de los los aspectos aspectos in(ol in(olucrad ucrados, os, pero pero no el )nico )nico ni el sufici suficiente ente para para obtener obtener un concreto durable
El problema de la durabilidad es sumamente complejo, en la medida en que cada situación de exposición y condición de ser(icio ameritan una especificación particular tanto para los materiales y diseño de mezcla, como para los aditi( aditi(os os,, la t*cnic t*cnica a de produc producci ción ón y el proces proceso o constr construct ucti(o i(o,, por lo que es usual usual que en este este campo campo las &eneralizaciones resulten nefastas FACTORES QUE AFECTAN AFECTAN LA DURABILIDAD DEL CONCRETO Los factores que afectan la durabilidad del concreto, son aquellos que producen el deterioro del mismo Estos factores se clasifican en + &rupos -.
Con& Con&el elam amie ient nto o y /es% /es%ie ielo lo
0.
Ambi Ambien ente te qu#m qu#mic icam amen ente te a&res a&resi( i(o o
1.
Abrasión
2.
Corros Corrosión ión de metale metaless en en el el conc concret reto o
+.
3eacc 3eaccion iones es qu#m qu#mic icas as en en los los a&re a&re&ad &ados os
1
CONGELAMIENTO Y DESHIELO El congelamiento y e!"ielo, constituye un a&ente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende %asta pro(ocar el con&elamiento del a&ua contenida en los poros capilares del concreto En t*rminos &enerales el fenómeno se caracteriza por introducir esfuerzos internos en el concreto que pueden pro(ocar su fi&uración reiterada y la consi&uiente desinte&ración
Este fenómeno, se da tanto a ni(el de la pasta de cemento, como en los a&re&ados de manera independiente, as# como en la interacción de ambos por lo que su e(aluación debe abordar cada uno de estos aspectos Efecto en los agregados , En los a&re&ados existe e(idencia de que por los tamaños mayores de los
poros capilares se producen &eneralmente presiones %idr$ulicas y no osmóticas4 con esfuerzos internos similares a los que ocurren en la pasta de cemento, existiendo indicios que el tamaño m$ximo tiene una influencia importante, estim$ndose que para cada tipo de material existe un tamaño m$ximo por debajo del cual se puede producir el con&elamiento confinado dentro del concreto sin daño interno en los a&re&ados Por otro lado cuando menor sea la capacidad del a&re&ado para absorber a&ua, menor ser$ el efecto del con&elamiento interno de la misma que tienen baja durabilidad ante la acción de ciclos de con&elación, son aquellos con un &rado de porosidad de moderado a alto, lo que les permite retener y mantener un &rado de saturación relati(amente alto, cuando se encuentran incorporados ya en el concreto Efecto entre la pasta y los agregados , Existe la denominada !'eor#a El$stica" que considera un efecto
mixto de los a&re&ados sobre la pasta4 ya que al con&elarse el a&ua dentro de ellos se deforman el$sticamente sin romperse por tener una estructura m$s resistente que la del cemento y ejercen presión directa sobre la pasta &enerando tensiones adicionales a las ocasionadas en el cemento independientemente Cont#ol e la $#a%ilia &#ente al congelamiento y e!"ielo a'
Aiti(o! inco#)o#ao! e ai#e En concretos normales, existe un promedio de -5 de poros de aire atrapado, los cuales no son suficientes para e(itar el deterioro del concreto cuando el a&ua lle&a a con&elarse en los poros saturados del mismo Ello es debido a que los poros de aire atrapado no se encuentran lo suficientemente cerca de todos los poros capilares, en los que el %ielo puede formarse y por tanto no son una ayuda se&ura en el control de los esfuerzos resultantes
El principio de los incorporadores de aire, consiste en introducir
una
estructura
adicional
de
(ac#os
no
interconectados, que permiten asimilar los desplazamientos &enerados por el con&elamiento eliminando las tensiones Para que sea realmente efecti(o el control del efecto de con&elamiento y des%ielo, se requiere que la distancia m$xima que debe existir entre las part#culas de la pasta y los (ac#os introducidos por el incorporador de aire, sea de 60 mm, al cual se le denomina !7actor de espaciamiento"
El aire incorporado, al aumentar la porosidad de la pasta, causa reducción en las resistencias mec$nicas del concreto4 pero el incremento de la trabajabilidad permite disminuir los contenidos de a&ua y a&re&ado fino de mezcla, reduciendo as# la p*rdida de resistencia b.
C$#ao 8o se puede pensar que sólo con los aditi(os incorporadores de aire se soluciona el problema, si no le damos al concreto la posibilidad de desarrollar resistencia, de nada ser(ir$ la precaución anterior entre la fati&a que (a produciendo la alternancia de esfuerzos en los ciclos de %ielo y des%ielo Para que el concreto ten&a un desarrollo normal de resistencia en el tiempo, debe curarse, como referencia, a una temperatura de por lo menos -19C para un elemento de 16cm de espesor y +9C para espesores del orden de -:6m4 por lo que debe procurarse mantener la temperatura adecuada mediante elementos aislantes que impidan que pierden calor y;o se e(apore el a&ua, o se con&ele %asta que %alla desarrollado al menos 1+ <&;cm0 En conclusión, el uso de los aditi(os incorporadores de aire debe ir complementado con un buen curado que ase&ure el desarrollo de resistencia
c.
Di!e*o! e me+cla Los diseños de mezcla deben ejecutarse buscando concretos con la menor permeabilidad posible, lo cual se lo&ra reduciendo la relación a&ua;cemento a m#nimo compatible con la trabajabilidad para lo cual el ACI recomienda relaciones entre 62+ y 6+6
AMBIENTE QU,MICAMENTE AGRESI-O El concreto es un material que en &eneral tiene un comportamiento satisfactorio ante di(ersos ambientes qu#micamente a&resi(os El concepto b$sico reside en que el concreto es qu#micamente inalterable al ataque de a&entes qu#micos que se %allan en estado sólido
Para que exista al&una posibilidad de a&resión, el a&ente qu#mico debe estar en solución en un cierta concentración y adem$s tener la opción de in&resar en la estructura de la pasta durante un cierto tiempo, es decir debe %aber un cierto flujo de la solución concentrada %acia el interior del concreto y este flujo debe mantenerse un tiempo suficiente para que se produzca la reacción Los ambientes a&resi(os usuales est$n constituidos por el aire, a&ua y suelos contaminados que entran en contacto con las estructuras de concreto =e puede decir pues que el concreto es uno de los materiales que demuestran mayor durabilidad frente a ambientes qu#micamente a&resi(os, ya que si se compara estad#sticamente los casos de deterioro con aquellos en que mantiene sus condiciones iniciales pese a la a&resi(idad, se concluye que estos casos son excepcionales a.
CLORUROS Los cloruros se %allan en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el a&ua marina, y en ciertos suelos y a&uas contaminadas de manera natural o artificial
En este sentido %ay que tener perfectamente claro que el concepto de que los cloruros no tiene acción perjudicial directa sobre el concreto, sino a tra(*s de su participación en el mecanismo de la corrosión de metales embebidos en el concreto, produci*ndose compuestos de %ierro que al expandirse rompen la estructura de la pasta y a&re&ados El no entender a cabalidad este fenómeno lle(a muc%as (eces a confusión pues con frecuencia se descartan materiales con cloruros para su empleo en concreto simple sin ser necesario Como nota interesante debemos comentar que para producir concreto no reforzado, se puede emplear incluso a&ua de mar, >como en efecto se %ace en al&unos lu&ares del mundo. si la estructura en cuestión no estar$ sometido posteriormente a %umedecimiento que produzca que entren en solución permanente los sulfatos que tambi*n contiene el a&ua marina Empleado complementariamente al&)n cemento Puzol$nico o resistente a los sulfatos, en los casos mas cr#ticos se controlar#a cualquier reacción de los sulfatos, ya que estos constituir#an el )nico ries&o potencial de deterioro En el ac$pite correspondiente a la corrosión se tratar$ en detalle la función indirecta que cumplen los cloruros en ese fenómeno b.
SULFATOS Los sulfatos que afectan la durabilidad, se %allan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en solución en a&ua de llu(ia, en a&uas contaminadas por desec%os industriales o por flujos en suelos a&resi(os Por lo &eneral consisten en sulfatos de =odio, Potasio, Calcio, ?a&nesio Los suelos con sulfatos se %allan normalmente en zonas $ridas, y pese a que pueden no estar en muy alta concentración, si se producen ciclos de %umedecimiento y secado sobre el concreto, la concentración puede incrementarse y causar deterioro El mecanismo de acción de los sulfatos considera dos tipos de reacción qu#mica -
Combinación del sulfato con %idróxido de calcio libre >cal %idratada. liberado durante la %idratación del cemento, form$ndose =ulfato de Calcio >yeso. de propiedades expansi(as
0
Combinación de yeso con Aluminio C$lcico @idratado para formar =ulfoaluminio de Calcio >Etrin&ita. tambi*n con caracter#sticas de aumento de (olumen Al&unos in(esti&adores indican que existe un efecto puramente f#sico causado por la cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto con aumento de (olumen y deterioro
Cont#ol e la ag#e!i.n /$0mica La manera m$s directa consiste en e(itar construir en ambiente a&resi(o, pero esto no siempre puede lle(arse a cabo, por lo que como re&la &eneral se debe procurar usar al&una barrera que e(ite el contacto de los cloruros y sulfatos en solución de concreto Esta protección puede lle(arse a cabo con pinturas bituminosas, %ec%as a base de cauc%o o pinturas especialmente diseñadas para este tipo de a&resión >normalmente de tipo epóxico., pero que resultan usualmente soluciones caras tra medida es crear drenajes adecuados entre el concreto estructural y el suelo a&resi(o que corten el flujo de la solución impidiendo el contacto entre ambos Bna medida en ese sentido consiste en emplear rellenos &ranulares de 'amaño m$ximo no menor de -" de &ranulometr#a abierta, que limita la posibilidad de flujo por capilaridad entre el concreto y el material de relleno El %ec%o de que existan sulfatos en el suelo no si&nifica necesariamente que atacar$n al concreto puesto que se trata por ejemplo de un clima muy seco donde no %ay posibilidad de que entren en solución o esta posibilidad es m#nima, es ob(io que resulta antieconómico especificar cemento especial cuando se pueden tomar precauciones m$s baratas y eficientes
ABRASI1N Se define la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de concreto a ser desgastada por roce y fricción Este fenómeno se ori&ina de (arias maneras, siendo las m$s comunes las atribuidas a las
condiciones de ser(icio, como son el tr$nsito de peatones y (e%#culos sobre las (eredas y losas, el efecto del (iento car&ado de part#culas sólidas y el des&aste producido por el flujo continuo de a&ua En la mayor#a de los casos, el des&aste por abrasión no ocasiona problemas estructurales, sin embar&o puede traer consecuencias en el comportamiento bajo las condiciones de ser(icio o indirectamente propiciando el ataque de al&)n otro enemi&o de la durabilidad >a&resión qu#mica, corrosión, etc., siendo esto )ltimo m$s e(idente en el caso de las estructuras %idr$ulicas Facto#e! /$e a&ectan la #e!i!tencia a la a%#a!i.n el conc#eto El factor principal reside en qu* tan resistente es desde el punto de (ista estructural o mec$nico, la superficie expuesta al des&aste =e %an desarrollado (arias maneras de medir el des&aste o la resistencia a la abrasión, a ni(el de laboratorio como a escala natural4 pero los resultados son bastante relati(os pues nin&una de ellas puede reproducir las condiciones reales del uso de las estructuras, ni dar una medida absoluta en t*rminos num*ricos que puede ser(ir para comparar condiciones de uso o concretos similares4 por lo tanto el mejor indicador es e(aluar principalmente factores como la resistencia en compresión, las caracter#sticas de los a&re&ados, el diseño de mezcla, la t*cnica constructi(a y el curado Recomenacione! )a#a el cont#ol e la a%#a!i.n 'eniendo claros estos conceptos, es ob(io que en la medida que desarrollemos las capacidades resistentes de la capa de concreto que soportar$ la abrasión, lo&raremos controlar el des&aste =e estima que la superficie aludida debe tener una resistencia en compresión m#nima de 0:6 &;cm
2
para
&arantizar una durabilidad permanente respecto a la abrasión, lo cual indica que es necesario emplear relaciones a&ua; cemento bajas, el menor slump compatible con la colocación eficiente, a&re&ados bien &raduados y que cumplan con los l#mites A='? CD11 para &radación y abrasión, as# como la menor cantidad posible de aire atrapado Al mar&en de estas precauciones pre(ias a la producción, est$ demostrado que un elemento fundamental en el resultado final la constituye la mano de obra y la t*cnica de acabado Cuando se procede a realizar el acabado sin permitir la exudación de la mezcla, la capa superficial se (uel(e d*bil al concentrarse el a&ua exudada, increment$ndose localmente la relación a&ua; cemento =e considera que en condiciones normales, el acabado debe ejecutarse alrededor de las dos %oras lue&o de la colocación del concreto y %abi*ndose eliminado al a&ua superficial La cantidad de ener&#a que pone el operario en el proceso de acabado tiene relación directa en el &rado de compactación de la superficie %abi*ndose comprobado experimentalmente una &ran diferencia cuando *ste trabajo se ejecuta con acabadoras mec$nicas >de uso no muy corriente en nuestro medio. Es usual apreciar la costumbre &eneralizada de espol(orear cemento sobre la superficie %)meda con objeto de !secarla" y terminar antes con el acabado, lo cual constituye una pr$ctica ne&ati(a si a)n continua la exudación, pues la pel#cula de cemento act)a como una barrera impermeable reteniendo el a&ua y fa(oreciendo que disminuye localmente la relación a&ua; cemento
=i este procedimiento se efect)a lue&o de la exudación y se inte&ra el cemento o un mortero seco con el resto de la pasta, el efecto es muy beneficioso pues se consi&ue reducir localmente la relación a&ua; cemento e incrementa la resistencia, por lo que el concepto b$sico est$ en la oportunidad en que se %ace esto y no en la acción misma tra precaución important#sima esta constituida por la t*cnica de curado, pues de nada sir(e tener materiales y un diseño de mezcla excelentes si lue&o no propiciamos las condiciones para que desarrolle la resistencia, y que son temperatura y %umedad adecuadas El curado debe iniciarse despu*s de concluido el acabado superficial siendo recomendable mantenerlo no menos de d#as cuando se emplea cemento 'ipo I y un tiempo mayor si se emplea cementos de desarrollo lento Las t*cnicas con(encionales de cuadro, como son el rie&o continuo o las !arroceras" son alternati(as simples y efecti(as si se aplican bien y con continuidad Bna t*cnica probada mundialmente, que mejora notablemente la resistencia a la abrasión de las superficies de concreto consiste en emplear el denominado !concreto fibroso" CORROSION DE METALES EN EL CONCRETO El concreto por ser un material con una alcalinidad muy ele(ada >P@ F -0+., y alta resisti(idad el*ctrica constituye uno de los medios ideales para prote&er metales introducidos en su estructura, al producir en ellos una pel#cula protectora contra la corrosión Pero si por circunstancias internas o externas se cambian estas condiciones de protección, se producen el proceso electroqu#mico de la corrosión &ener$ndose compuestos de óxidos de %ierro que lle&an a triplicar el (olumen ori&inal del %ierro, destruyendo el concreto al %inc%arse y &enerar esfuerzos internos En el concreto pueden incluirse una serie de metales dependiendo de la utilidad que queremos darle, pero lo real es que el acero, es el metal de mayor uso desde que se desarrolló el concreto reforzado y sus m)ltiples aplicaciones, por lo que en este ac$pite se tratar$ solo el caso de la corrosión del acero de refuerzo Como com%ati# la co##o!i.n Los cloruros pueden estar dentro del concreto desde su colocación, si los a&re&ados en el a&ua de mezcla o los aditi(os ya la inclu#an, lue&o el primer paso consiste en e(aluar los materiales del concreto para estimar si contribuir$n a la corrosión4 de ser as# existen alternati(as en cuanto a cambiarlos por otros que no lo conten&an o en caso de los a&re&ados someterlos a la(ados para reducir su concentración La otra forma como se puede incluir es entrando en la solución por los poros capilares de concreto Esto se (erifica cuando en concreto est$ en exposición directa a a&ua con cloruros como es el caso de estructuras marinas o en el aire con alta %umedad relati(a y en muc%o caso se (a depositando sobre el concreto por la %umedad ambiental y el (iento que arrastra part#culas de suelo contaminado, introduci*ndose la solución cuando llue(e Como se apreciar$, para que se introduzca el in&reso es necesario que el concreto sea lo suficientemente permeable para que los cloruros lle&uen %asta donde se encuentre el acero de refuerzo, por lo que se aplica las mismas recomendaciones que para la a&resi(idad de los sulfatos, con la condición adicional de la importancia extrema del concreto de recubrimiento, que es la barrera principal para el in&reso en los casos de ambientes a&resi(os con cloruros deben especificarse recubrimientos mayores de los normales y calidades de concreto que ase&uren baja permeabilidad REACCIONES QU,MICAS EN LOS AGREGADOS Las reacciones qu#micas en los a&re&ados que se pueden producir desinte&ración %an sido y continuar$n siendo muy in(esti&adas a ni(el mundial en relación a su repercusión en el concreto
En nuestro pa#s no se tienen experiencias comprobadas en este campo por un lado por que al tratarse de un aspecto sumamente especializado, escapa de las pr$cticas con(encionales en el medio, siendo factible que problemas ocasionados por este tipo de reacciones se atribuyen a otras causas por falta de conocimiento del tema Las canteras para la obtención de a&re&ado para el concreto en el Per) abarcan una clasificación mineraló&ica muy amplia4 dentro de la cual se encuentra una serie de minerales que podr#an ser potencialmente reacti(os al emplearse en concreto, por lo que es sumamente importante y ur&ente empezar a desarrollar una tecnolo&#a propia en este campo pues no est$ lejano el d#a en que empiece a detectarse problemas por el uso de estos a&re&ados Las reacciones qu#micas que se presentan en estos a&re&ados est$n constituidos por la llamada reacción =#liceD Glcalis y la reacción CarbonatosDGlcalis
