Durabilidad del concreto 12.0.INTRODUCCIÓN 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. !ef. "#." y "#.#$. %a conclusión primordial que se desprende de esta definición es que la durabilidad no es un concepto absoluto que dependa sólo del dise&o de mezcla, sino que est' en función del ambiente y las condicione de traba(o a las cuales lo sometamos. En este sentido, no e)iste 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 seuir sido *durable+ ba(o condiciones diferentes. -radicionalmente se asoció la durabilidad a las características resistente s del concreto, y particularmente a su resistencia en compresión, pero las e)periencias particularmente a su resistencia en compresión, pero las e)periencias pr'cticas y el avance de la investiación en este campo han demostrado que es sólo uno de los aspectos involucrados, pero no el nico ni el suficiente para obtener un concreto durable. En consecuencia, el problema de la durabilidad es sumamente comple(o en la medida en que cada situación de e)posición ambiental y condición de servicio ameritan una especificación particular tanto para los materiales y dise&o de mezcla, como para los aditivos, la t/cnica de producción y el proceso constructivo, por lo que es usual que en este campo las eneralizaciones resulten nefastas. 0ryant 1ather, uno de los pioneros en la investiación en -ecnoloía del Concreto y en el 'rea de la durabilidad indica en uno de sus traba(os !ef. "#.2$3 *Est' demostrado científicamente que las estructuras de concreto se comportan inadecuadamente debido a que las especificaciones t/cnicas fueron deficientes o que /stas fueron correctas pero no se siuieron en la obra+. Es obvio pues que en este aspecto se debe desterrar una pr'ctica muy comn en nuestro medio como es la de repetir, copiar o *adaptar+ especificaciones t/cnicas locales aparentes, pero que sin embaro desde el punto de vista de la -ecnoloía -ecnoloía del Concreto y la durabilidad requieren una evaluación y criterios particulares. 4uines han tenido la oportunidad de laborar en las diferentes reiones de nuestro país, habr'n podido comprobar la repetición sistem'tica de errores conceptuales y pr'cticas constructivas inadecuadas en lo que a tecnoloía del concreto y durabilidad se refiere, por el concepto equivocado de que el concreto es un material *noble+ que puede asimilar nuestras deficiencias, y que es antieconómico traba(ar con los avances de la t/cnica moderna. En el desarrollo de este tema, analizaremos alunos conceptos b'sicos que permitan una me(or apro)imación a estos problemas y la utilización m's eficiente de nuestros recursos materiales y humanos. 12.1.FACTORES QUE AFECTAN LA DURABILIDAD DEL CONCRETO En este ac'pite delinearemos los factores que influyen en el deterioro del concreto y consecuentemente en la durabilidad, debiendo tenerse presente que no se incluye dentro de ellos la fisuración pues este es un síntoma de los cambios volum/tricos y no un factor en sí, por lo que su tratamiento ha sido materia de un desarrollo particular en el Capítulo "".. "" %os factores mencionados se se clasifican en 5 rupos. !ef. "#.6$ I. Conelamiento y desconelamiento 7reezin -ha8in$ II. Ambiente químicamente aresivo III. Abrasión I9. Corrosión de metales en el concreto 9. !eacción químicas en los areados
E)isten factores que influyen en la durabilidad, clasificados desde el punto de vista del mecanismo de ataque al concreto y que representan subdivisiones y an'lisis m's profundos que los ya mencionados reacciones no 'cidas, 'cido carbónico en el aua, ataque de sales de manesio, aresión de rasas animales etc.$ pero que no trataremos en el presente Capítulo por estar m's relacionados con la investiación acad/mica de estos fenómenos que con su trascendencia pr'ctica, ya que la frecuencia de ocurrencia de tales aentes es muy aislada. 12.2.CONGELAMIENTO Y DESHIELO Y SU MECANISMO Constituye un aente de deterioro que ocurre en los climas en que la temperatura desciende hasta provocar el conelamiento del aua contenida en los poros capilares del concreto. En t/rminos enerales el fenómeno se caracteriza por inducir esfuerzos internos en el concreto que pueden provocar su fisuración reiterada y la consiuiente desinteración. Es importante tener claro que es un fenómeno que se da tanto a nivel de la pasta de cemento, como en los areados de manera independiente, así como en la interacción entre ambos, por lo que su evaluación debe abordar cada uno de estos aspectos. a) Efecto en la pasta de cemento E)isten dos teorías que e)plican el efecto en el cemento. %a primera se denomina de *Presión hidr'ulica+ que considera que dependiendo del rado de saturación de los poros capilares y poros del el, la velocidad de conelamiento y la permeabilidad de la pasta, al conelarse el aua en los poros /sta aumenta de volumen y e(erce presión sobre el aua an en estado líquido, ocasionando tensiones en la estructura resistente. :i estas tensiones superan los esfuerzos ltimos de la pasta, se produce la rotura !ef. "#.5$. %a seunda teoría llamada de *Presión osmótica+ asume las mismas consideraciones iniciales de la anterior pero supone que al conelarse el aua en los poros cambia la alcalinidad del aua an en estado líquido, por lo que tiende a diriirse hacia las zonas coneladas de alcalinidad menor para entrar en solución , lo que enera una presión osmótica del aua líquida sobre la sólida ocasionando presiones internas en la estructura resistente de la pasta con consecuencia similares al caso anterior !ef. "#.;$ 0a(o ambas teorías, al producirse el desconelamiento se liberan las tensiones y al repetirse este ciclo muchas veces se produce la rotura por fatia de la estructura de la pasta, si es que no se produ(o inicialmente. b) Efecto en los agregados En los areados e)iste evidencia de que por los tama&os mayores de los poros capilares se producen eneralmente presiones hidr'ulicas y no osmóticas, con esfuerzos internos similares a los que ocurren en la pasta de cemento, e)istiendo indicios que el -ama&o m')imo tiene una influencia impo rtante. !ef. "#.<$ estim'ndose que para cada tipo de material e)iste un -ama&o m')imo por de ba(o del cual se puede producir el conelamiento confinado dentro del concreto sin da&o interno en los areados. Por otro lado, cuanto menor sea la capacidad del areado para absorber aua, menor ser' el efecto del conelamiento interno de la misma. c) Efecto entre la pasta y los agregados. E)iste la denominada *-eoría El'stica+ que considera un efecto mi)to de los areados sobre la pasta, ya que al conelarse el aua dentro de ellos, se deforman el'sticamente sin romperse por tener una estructura m's resistente que la del cemento y e(ercen presión directa sobre la pasta enerando tensiones adicionales a las ocasionadas en el cemento independientemente. 12.3.CONTROL DE LA DURABILIDAD FRENTE AL CONGELAMENTO Y DESHIELO a) Aditivos incorporadores de aire =no de los avances m's importantes en la tecnoloía del concreto ha sido el desarrollo de los aditivos incorporadores de aire a fines de la d/cada de los a&os cuarenta. :i recordamos las teorías que e)plican el efecto del conelamiento en el concreto, concluiremos que en ambas e)iste un desplazamiento de aua en estado líquido o sólido que al encontrar restrinida esta deformación enera esfuerzos.
El principio de los incorporadores de aire consiste en introducir una estructura adicional de vacíos no interconectados, que permiten asimilar los desplazamientos enerados por el conelamiento eliminando las tensiones. :e ha establecido el denominado *7actor de espaciamiento+ c > >.# mm$ que representa la distancia m')ima que debe e)istir entre las partículas de la pasta y los vacíos introducidos por el incorporador de aire para que sea realmente efectivo en cuanto a controlar el efecto del conelamiento y desconelamiento !ef. "#.?$. %os porcenta(es de aire incorporado que se recomiendan en función del -ama&o m')imo de los areados son los que se indican en la -abla "#."3
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b)
TABLA 12.1. Exposici!n severa con "medad constante en porcenta#e <.5 <.> ;.> 5.5 6.5
Exposici!n moderada con "medad ocasional en porcenta#e ;.> 5.5 5.> 6.5 2.5
$rado o se puede pensar que sólo con los incorporadores de aire se soluciona el problema, pues si no le damos al concreto la posibilidad de desarrollar resistencia, de nada servir' la precaución anterior ante la fatia que va produciendo la alternancia de esfuerzos en los cielos de hielo y deshielo. Para un desarrollo normal de resistencia en el tiempo, el concreto debe curarse como referencia a una temperatura de por lo menos "2 DC para un elemento de 2> cm de espesor y 5 DC para espesores de orden de ".?> m por lo que debe procurarse mantener la temperatura adecuada mediante elementos aislantes que impidan que pierda calor y@o se evapore el aua, o se conele hasta que halla desarrollado al menos 25 @cm#. Fay que recordar siempre el principio b'sico que se desprende de comprender el mecanismo de hidratación del cemento y que consiste en que la reacción química necesita aua, espacio para desarrollar los productos de hidratación, cierta temperatura y tiempo. 1ientras controlemos estos factores mediante el curado, aseuraremos el desarrollo completo de las propiedades del concreto y favoreceremos la durabilidad. =na e)periencia personal que permitió el desarrollo de una t/cnica de curado en el Altiplano empleado manta de totora la implementamos durante la construcción del Aeropuerto de Guliaca. En esta zona de la :ierra Peruana se dan alternancias de temperatura muy amplias que para la /poca en que se desarrolló la construcción entre Enero y Gulio de "H?6, sinificaban tener en el día hasta 25 DC y en la noche la temperatura descendía hasta # Jc ocasionando que se dieran en un periodo muy corto las condiciones ambientales de clima c'lido y clima frío a la vez obliado a adoptar precauciones en los dise&os de mezcla y en los m/todos de curado para contrarrestar estos efectos. El ciclo de hielo y deshielo nocturno motivó el empleo de un incorporador de aire para darle durabilidad al concreto ante esta circunstancia, pero la temperaturas tan ba(as en este lapso hacían prever que no se produciría un desarrollo normal de resistencia si no se tomaban alunas medidas. %os vaciados se planificaron para realizarse durante el día, inici'ndose a las ;.>> a.m. en que la temperatura ambiente era del orden de "2 DC, hacia las "# m había ascendido hasta 25 DC y alrededor de las 2.>> p.m. en que concluían las labores ya había descendido nuevamente a "2 DC lo que daba un período de traba(o de H Foras con una temperatura media del orden de #6 DC. %a tasa de evaporación en función de las velocidades del viento y la humedad relativa ambiente se calculó en".5 a #.> m@cm #@ hora, lo que ameritaba tomar precauciones inmediatas para evitar fisuración por contracción pl'stica.
%as losas eran de ""+ de espesor y la relación 9olumen @ Ara superficial e)puesta del orden de >.#? indicaba que de no tomarse precauciones especiales, el incremento de temperatura debido al calor de hidratación se disiparía en menos de #6 horas quedado el concreto e)puesto a la temperatura ambiente para desarrollar la hidratación. El principio de curado que se implementó consistió en aplicar inmediatamente despu/s del vaciado un curador de membrana transparente del tipo resina, que controlara la fisuración por contracción pl'stica pero sin refle(ar los rayos solares para concentrar m's calor en el concreto. Cuando el concreto endureció lo suficiente, se colocó l'mina pl'stica de color nero y posteriormente dos mantas de totora que suministraban un espesor aislante de apro)imadamente #+. Kurante < días se retiraban en la ma&ana las mantas de totora para que la pl'stica nera concentrara el calor y lo transmitiera al concreto, y al atardecer se volvía a colocar la totora para conservar durante la noche ran parte del calor acumulado. Esta solución se probó inicialmente a nivel de laboratorio y lueo en losas de prueba verific'ndose el mantenimiento de una temperatura promedio del orden de "2 DC durante la aplicación del sistema. -ambi/n se probó la alternativa de de(ar la cobertura de totora permanente durante < días sin embaro no dio los resultados satisfactorios conseuidos con el otro m/todo. :e e(ecutaron ;5,>>> m# de losas de concreto correspondientes a las cabeceras de la pista de aterriza(e, calle de roda(e y zona de parqueo de aviones con un volumen de concreto de orden de "?,>>> m2 sin problemas de fisuración, habiendo demostrado ser la totora un aislante manífico para emplearse en curado de concreto !ef. D "#.H$.
%iseños de me&cla %os dise&os de mezcla deben e(ecutarse buscando concretos con la menor permeabilidad posible, lo cual se lora reduciendo la relación Aua@Cemento al mínimo compatible con la traba(abilidad para lo cual el ACI recomienda relaciones entre >.65 y >.5>. Fay que indicar que los incorporadores de aire tiene un efecto mínimo en combatir el conelamiento de los areados, por lo que es importante seleccionar los m's adecuados, para lo cual es til el ensayo A:-1 CL?? !ef. "#.">$ que da un a idea del comportamiento ante el intemperismo. E)isten ensayos en laboratorio de especimenes de concreto para evaluar su comportamiento ante el conelamiento y desconelamiento !ef. "#.">$ sin embaro no son del todo concluyentes por la dificultad en correlacionarlos con las estructuras in situ. :i se tiene la curiosidad de investiar y evaluar los procedimientos usuales de dise&o de mezclas y producción de concreto para construcciones convencionales en las zonas de la :ierra donde se dan las condiciones de hielo y deshielo, se podr' comprobar que salvo casos e)cepcionales, se aplican los mismos criterios que para el caso de la Costa, empleando mezclas con ran cantidad de aua y relaciones Aua@Cemento altas con asentamientos de al menos 6+, tendencia hacia los ruesos y consecuentemente problemas de canre(eras, acabados porosos con poca impermeabilidad y ninuna precaución especial en cuanto al curado. :ólo se aplican aditivos y curado apropiado en proyectos de cierta importancia cuando lo e)ien las especificaciones t/cnicas, siendo lo corriente al recorrer las calles de estos pueblos y ciudades el comprobar que las pistas de concreto y estructuras es'n muy fisuradas y deterioradas por problemas de durabilidad no enfrentados adecuadamente. 7inalmente, es muy importante recalcar que ninuna de las precauciones mencionadas tendr'n sentido si no se implementan eficientemente en obra y se establece un prorama de control de calidad adecuado en la etapa de producción y colocación.
12.4.AMBIENTE QUÍMICAMENTE AGRESIVO El concreto es un material que en eneral tiene un comportamiento satisfactorio ante diversos ambientes químicamente aresivos. El concepto b'sico reside en que el concreto es químicamente inalterable al ataque de aentes químicos que se hallan en estado sólido.
Para que e)ista aluna posibilidad de aresión el aente químico debe estar en solución en una cierta concentración y adem's tener la opción de inresar en la estructura de la pasta durante un tempo considerable, es decir debe haber flu(o de la solución concentrada hacia el interior del concreto y este flu(o debe mantenerse el tiempo suficiente para que se produzca la reacción. Este marco de referencia reduce pues las posibilidades de ataque químico e)terno al concreto, e)istiendo alunos factores enerales que incrementan la posibilidad de deterioro como son3 las temperaturas elevadas, velocidades de flu(o altas, mucha absorción y permeabilidad, el curado deficiente y los ciclos de humedecimiento y secado. %os ambientes aresivos usuales est'n constituidos por aire, aua 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 demuestra mayor durabilidad frente a ambientes químicamente aresivos, ya que si se compara estadísticamente los casos de deterioro con aquellos en que mantiene sus condiciones iniciales pese a la aresividad, se concluye en que estos casos son e)cepcionales.
12.5.EFECTO DE COMPUSTOS QUÍMICOS CORRIENTES SOBRE EL CONCRETO R!". 12.2#. En la -abla "#.# se puede apreciar el efecto de varias sustancias quím icas comunes sobre el concreto simple, comprob'ndose pues que son muy poscas la que realmente le acusan un da&o importante. Kentro de este panorama, los compuestos que por su disponibilidad en el medio ambiente producen la mayoría de casos de ataque químico al concreto est'n constituidos por los cloruros y los sulfatos.
12.$.CLORUROS %os cloruros se hallan normalmente en el ambiente en las zonas cercanas al mar, en el aua marina, y en ciertos suelos y auas contaminadas de manera natural o artificial. Como se observa en la -abla "#.#, los cloruros tienen una acción insinificante sobre el concreto desde el punto de vista de la aresión química directa, pero erradamente se les considera en muchas oportunidades causantes del deterioro que es producido por otros aentes.
TABLA 12.2 E'E$T( %E *TA+$,A -*/,$A E+ EL $(+$0ET( EL($,%A% %E ATA-*E A A$,%( TE/E0AT*0A ,+(03A+,$( A/B,E+TE
!'pida
1oderada
%enta Insinificante
Clorhídrico 7luorhídrico ítrico :ulfrico
7osfórico
A$,%( (03A+,$(
(L*$,(+E AL$AL,+A
Ac/tico 7órmico %'ctico
LLL
Cloruro de Aluminio
Fidró)ido de :odio >#> M
itrato de Amonio :ulfato de Amonio :ulfato de sodio :ulfato de 1anesio :ulfato de Calcio
-'nico
Carbónico
LLL
LLL
N)'lico -art'rico
Fidró)ido de :odio "> a #> M Fipoclorito de :odio Fidró)ido de :odio >"> M Fidró)ido de
(L*$,(+E AL,+A
Cloruro de Amonio Cloruro de 1anesio Cloruro de :odio Cloruro de Calcio Cloruro de :odio
Amonio
itrato de Oinc Cromato de sodio
En este sentido hay que tener perfectamente claro el concepto de que los cloruros no tienen acción per(udicial directa sobre el concreto sino es a trav/s de su participación en el mecanismo de la corrosión de metales embebidos en el concreto, produci/ndose compuestos de hierro que al e)pandirse rompen la estructura de la pasta y areados. El no entender a cabalidad este fenómeno lleva muchas veces a confusión pues con frecuencia se descartan materiales con cloruros para su empleo en concreto simple sin ser esto necesario. Como nota interesante debemos comentar que para producir concreto no reforzado, se puede emplear incluso aua de mar, como en efecto se hace en alunos luares en el mundo$ si la estructura en cuestión no estar' sometida posteriormente, a humedecimiento que produzca que entre en solución permanente los sulfatos que taimen contiene el aua marina. Empleando complementariamente aln cemento Puzol'nico o resistente a los sulfatos, en los casos mas críticos se controlaría cualquier reacción de los sulfatos, ya que estos constituirían el nico rieso potencial de deterioro. En el ac'pite correspondiente a la corrosión se tratar' en detalle el rol indirecto que cumple los cloruros en ese fenómeno.
12.%.SULFATOS %os sulfatos que afectan la durabilidad se hallan usualmente en el suelo en contacto con el concreto, en solución en aua de lluvia, en auas contaminadas por deshechos industriales o por flu(o en suelos aresivos. Por lo eneral consisten en sulfatos de :odio, Potasio, Calcio y 1anesio. %os suelos con sulfatos se hallan normalmente en zonas 'ridas, 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 !ef. "#.""$3 I$ Combinación del sulfato con Fidró)ido de Calcio libre Cal Fidratada$ liberado durante la hidratación del cemento, form'ndose :ulfato de calcio eso$ de propiedades e)pansivas. II$ Combinación de eso con Aluminato C'lcico Fidratado para formar :ulfoaluminato de Calcio Etrinita$ tambi/n con características de aumento de volumen. Alunos investiadores indican que e)iste un efecto puramente físico causado por la cristalización de las sales sulfatadas en los poros del concreto con aumento de volumen y deterioro.
12.&.CONTROL DE LA AGRESIÓN QUÍMICA %a manera m's directa consiste en evitar el construir en ambiente aresivo, pero esto no siempre puede llevarse a cabo, por lo que como rela eneral se debe procurar aluna barrera que evite el contacto de los cloruros y sulfatos en solución con el concreto. Esta protección puede llevarse a cabo con pinturas bituminosa, a base de caucho o pinturas especialmente dise&adas para este tipo de aresión normalmente del tipo epó)ico$, pero que resultan usualmente soluciones caras. Ntra media es crear drena(es adecuados entre el concreto estructural y el suelo aresivo que corten el flu(o de la solución impidiendo el contacto entre ambos. =na medida conveniente en este sentido consiste en emplear rellenos ranulares de -ama&o m')imo no menor de "+ de ranulometría abierta, que limitan la posibilidad de flu(o por capilaridad entre el concreto y el material de relleno. Independientemente de lo anterior, lo b'sico para que se reduzcan las posibilidades de que el concreto sea deteriorado por aresión química consiste en que el dise&o de mezcla considere una relación aua@cemento ba(a de modo de reducir su permeabilidad,
emplear areados densos y utilizar cementos resistentes a los sulfatos como los -ipo II, -ipo 9, -ipo IP, -ipo IP1 o a&adiendo específicamente Puzolanas que al combinarse con la cal libre del cemento reducen la formación de yeso. %a característica principal de los cementos resistentes a los :ulfatos consiste en un ba(o contenido de Aluminato -ric'lcico 1')imo entre 5 a ?M$ lo que disminuye la formación de compuestos e)pansivos. %os aditivos que contribuyen a reducir el aua de amasado ayudan a incrementar la resistencia a los sulfatos, pero los acelerantes que contienen cloruros tienen un efecto neativo por lo que se recomienda prohibir su empleo en estas circunstancias. En la -abla "#.2 se incluyen las recomendaciones que da el ACI con respecto al tipo de cemento a emplearse para diferentes rados de e)posición a :ulfatos !ef. "#.#$, siendo importante tener en cuenta que den interpretarse a la luz de las condiciones reales de ataque potencial para cada caso particular. TABLA 12.4 0E-*,,T( A0A $(+$0ET( E5*ET( A (L*$,(+E $(+ *L'AT( *L'AT( (L*BLE *L'AT( 0ELA$,6+ 7(8) E+ f;c T,( %E E+ A3*A T,( %E A3*A:$E/E+T( A3*A E5(,$,6+ A 7(8) $E/E+T( 0E$(/E+%A%A /+,/( L( *L'AT( 0EE+TE 0E$(/E+%A%( 7$(+$0ET( 7
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El hecho de que e)istan sulfatos en el suelo no sinifica necesariamente que atacar'n al concreto puesto que si se trata por e(emplo de un clima muy seco donde no hay posibilidad de que entren en solución o esta posibilidad es mínima, es obvio que resulta antit/cnico y antieconómico especificar cemento especial cuando se pueden tomar precauciones mas baratas y eficientes. %a aresividad por ataque de 'cidos que ocurre en estructuras de uso industrial, se puede tratar de combatir con precauciones similares a la de los sulfatos, pero e)iste el concreto que pueda resistir indefinidamente el ataque de 'cidos con alta concentración, por lo que lo usual en estos casos es emplear recubrimientos especiales, como son los pisos epó)icos y pinturas epó)icas, que adicionalmente necesitan un mantenimiento frecuente para arantizar su efectividad. 12.'.ABRASIÓN :e define la resistencia a la abrasión como la habilidad de una superficie de concreto a ser desastada por roce y fricción. Este fenómeno se oriina de varias maneras, siendo las m's comunes las atribuidas a las condiciones de servicio, como son el tr'nsito de peatones y vehículos sobre veredas y losas, el efecto del viento carado de partículas sólidas y el desaste producido por el flu(o continuo de aua. En la mayoría de los casos, el desaste por abrasión no ocasiona problemas estructurales, sin embaro puede traer consecuencias en el comportamiento ba(o las condiciones de servicio o indirectamente propiciando el ataque de aln otro enemio de la durabilidad aresión química, corrosión etc$ siendo esto ltimo m's evidente en el caso de las estructuras hidr'ulicas. 12.10. FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN DEL CONCRETO
El factor principal reside en qu/ tan resistente es desde el punto de vista estructural o mec'nico, la superficie e)puesta al desaste. :e han desarrollado varias maneras de medir el desaste o la resistencia a la abrasión tanto a nivel de laboratorio como a escala natural !ef. "#."#$, pero los resultados son bastante relativos pues ninuna de ellas puede reproducir las condiciones reales de uso de las estructuras, ni dar una medida absoluta en t/rminos num/ricos que pueda servir para comparar condiciones de uso o concretos similares, por lo tanto el me(or indicador es evaluar principalmente factores como la resistencia en compresión, las características de los areados, el dise&o de mezcla, la t/cnica constructiva y el curado. 12.11. RECOMENDACIONES PARA EL CONTROL DE LA ABRASIÓN -eniendo claros estos conceptos, es obvio que en la medida que desarrollemos las capacidades resistentes de la capa de concreto que soportar' la abrasión, loraremos controlar el desaste. :e estima que la superficie aludida debe tener una resistencia en compresión mínima de #?> @cm# para arantizar una durabilidad permanente con respecto a la abrasión, lo cual indica que es necesario emplear relaciones Aua@Cemento ba(as, el menor slump compatible con la colocación eficiente, areados bien raduados y que cumplan con los límites A:-1 CL22 para radación y abrasión, así como la menor cantidad posible de aire ocluido. Al maren de estas precauciones previas a la producción, est' demostrado que un elemento fundamental en el resultado final lo constituye la mano de obra y la t/cnica de acabado. Cuando se procede a realizar el acabado sin permitir la e)udación natural de la mezcla, la capa superficial se vuelve d/bil al concentrarse el aua e)udada, increment'ndose localmente la relación Aua@Cemento. :e considera que en condiciones normales, el acabado debe e(ecutarse alrededor de dos horas lueo de la colocación del concreto y habi/ndose eliminado el aua superficial. %a cantidad de enería que pone el operario en el proceso de acabado tiene relación directa con el rado de compactación de la superficie habi/ndose comprobado e)perimentalmente una ran diferencia cuando /ste traba(o se e(ecuta con acabadoras mec'nicas de uso no muy corriente en nuestro medio$. Es usual apreciar la costumbre eneralizada de espolvorear cemento sobre la superficie hmeda con ob(eto de *secarla+ y terminar antes con el acabado, lo cual constituye una pr'ctica neativa si an contina la e)udación, pues la película de cemento acta como una barrera impermeable reteniendo el aua y favoreciendo que disminuya localmente la relación Aua@Cemento. :i este procedimiento se efecta lueo de la e)udación y se intera el cemento o un mortero seco con el resto de la pasta, el efecto es muy beneficioso pues se consiue reducir localmente la relación Aua@cemento e incrementar la resistencia, por lo que el concepto b'sico est' en la oportunidad en que se hace esto y no en la acción misma. Ntra precaución importantísima est' constituida por la t/cnica de curado pues de nada sirve tener materiales y un dise&o de mezcla e)celentes si lueo no propiciamos las condiciones para que se desarrolle la resistencia, y que son temperatura y humedad adecuadas. El curado debe iniciarse inmediatamente despu/s de concluido el acabado superficial siendo recomendable mantenerlo no menos de < días cuando se emplea cemento -ipo I y un tiempo mayor si se emplean cementos de desarrollo lento de la resistencia. Ntras t/cnicas de curado como el secado al vacío son mucho m's eficientes en cuanto a resultados, pero no constituyen soluciones que se puedan eneralizar en nuestro medio por su costo, por lo que es necesario aplicar las t/cnicas convencionales como son el rieo continuo o las *arroceras+ que son alternativas simples y efectivas si se aplican bien y con continuidad. =na t/cnica probada mundialmente !ef. "#."2$ que me(ora notablemente la resistencia a la abrasión de las superficies de concreto consiste en emplear el denominado *concreto fibroso+ 7iber concrete$ del cual ya hemos hablado en el Capítulo ">.
Fay una variedad muy rande de tratamientos adicionales para lorar una superficie mucho m's resistente que la obtenida con un concreto standard, y par ciertos casos especiales no hay otra opción que recurrir a ellos, sin embaro la recomendación principal es el no usarlos sin antes evaluarlos en forma pr'ctica. En el caso de productos del tipo que vienen listos para su uso en obra, hay que tener cuidado pues los fabricantes no pueden cubrir con un solo producto la infinidad de par'metros involucrados en lo que al concreto se refiere, lueo hay que aplicar las recomendaciones de ellos con sentido comn y comprobar sus bondades antes de incluirlos en las obras. 12.12. CORROSIÓN DE METALES EN EL CONCRETO El concreto por ser un material con una alcalinidad muy elevada pF > "#.5$, y alta resistividad el/ctrica constituye uno de los medios ideales para proteer metales introducidos en su estructura, al representar una barrera protectora contra la corrosión. Pero si por circunstancias internas o e)ternas se cambian estas condiciones de protección, se produce el proceso electroquímico de la corrosión ener'ndose compuestos de ó)idos de hierro que llean a triplicar el volumen oriinal del hierro, destruyendo el concreto al hincharse y enerar esfuerzos internos. En el concreto pueden incluirse una serie de metales dependiendo de la utilidad que queramos darle, pero lo real es que el acero es el metal de mayor uso desde que se desarrolló el concreto reforzado y sus mltiples aplicaciones, por lo que en este ac'pite nos limitaremos a considerar sólo el caso de la corrosión del acero de refuerzo. 12.13. MECANISMO DE LA CORROSIÓN En la 7iura "#." !ef. "#."6$ se describe el esquema típico eneral de la celda electroquímica, consistente en un 'nodo de 7ierro, un c'todo de otro metal que para nuestro caso tambi/n sería 7e, con iones en su medio 'cido, un elemento que permita el flu(o iónico del c'todo al 'nodo, y una cone)ión entre 'nodo y c'todo para canalizar el flu(o de electrones. En las 7i. "#.# y "#.2 !ef. "#."6$ se establece el esquema de la celda electroquímica en le caso del acero de refuerzo, y el mecanismo de acción sobre el concreto, permiti/ndonos las siuientes conclusiones3
"$ El 'nodo y c'todo est'n separados, pero dicha separación puede ser una micra o un distancia muy rande e iualmente se verifica el fenómeno, por lo que en el acero de refuerzo se puede dar la corrosión por microceldas 7i. "#.6$ o macroceldas 7i. "#.5. !ef. "#."5$.
#$ El o)ieno no est' involucrado en el luar donde se produce la corrosión, que es e)clusivamente el 'nodo, sin embaro sí es imprescindible que en el c'todo haya o)íeno y aua para el proceso electroquímico. 2$ Kebe e)istir la suficiente concentración de iones para que se inicie el flu(o electroquímico, lo que en la pr'ctica se produce cuando inresan cloruros en cantidad suficiente, se reduce la alcalinidad pF < ?.>$ y se dan las condiciones de humedad en el c'todo. 6$ El flu(o se interrumpe y consecuentemente la corrosión, cuando se elimina el conductor met'lico entre 'nodo o evitando que haya o)íeno en el c'todo o eliminando el aua entre ambos que es el medio de transporte de los iones. En consecuencia., analizando el mecanismo es evidente que deben cumplirse varias condiciones para que se produzca la corrosión y en eneral salo casos especiales esto no ocurre con frecuencia. :ólo si tenemos cloruros en una determinada concentración referida al peso del cemento estimada normalmente del orden del >.#M e)iste la posibilidad de corrosión si a la vez se cumplen los otros requisitos !ef. "".";$. Es importante aclarar que tanto el ACI como otras instituciones dan porcenta(es menores o mayores dependiendo de si se trata de concreto pretensado o si las condiciones de e)posición son muy severas, ero lo real es que no hay evidencia concluyente que permita establecer límites aplicable a todos los casos particulares, por lo que siempre es imprescindible analizar todos los par'metros involucrados para establecer el verdadero rieso potencial. Como referencia se establecen en la -abla "#.6 las recomendaciones del !elamento ACI 2"? con respecto al contenido m')imo d e cloruros en función del tipo de concreto y condición de e)posición e)presado en porcenta(e referido al peso del cemento. %a forma de aplicar estas limitaciones, consiste en primero determinar el contenido de cloruros de cada uno de los componentes mediante an'lisis químicosR lueo en base a los pesos del aua, los areados, los aditivos y el cemento en la mezcla, se calcula el aporte de cloruros de cada uno en peso y se suman constituyendo este valor el contenido total de cloruros del concreto. Kividiendo esta cantidad entre el peso del cemento en el dise&o y multiplic'ndolo por ">>, obtenemos el porcenta(e de cloruros referido al peso del cemento que se comparara con los valores de la -abla "#.6. TABLA 12.8. $(+TE+,%( /=5,/( %E ,(+ $L(0*0( A0A 0EE+,0 $(00(,6+ $(+TE+,%( /=5,/( %E ,(+ $L(0*0( T,( %E ELE/E+T( E+ $(+$0T( 79 E+ E( %EL $E/E+T() CNC!E-N P!E-E:AKN >.>; CNC!E-N A!1AKN ESP=E:-N A >."5 C%N!=!N: CNC!-N A!1AKN P!N-ETIKN KE %A ".>> F=1EKAK N-!N -IPN KE CNC!E-N >.2>
En la tabla "#.5 se detallan las recomendaciones de ACI 2"? sobre las relaciones Aua@Cemento m')imas a aplicarse ba(o condiciones especiales de e)posición. TABLA 12.> ? 0ELA$,(+E A3*A:$E/E+T( /=5,/A A0A $(+%,$,(+E EE$,ALE %E E5(,$,6+ f;c /,+,/( 7$(+$0ET( 0ELA$,6+ $(+%,$,(+ %E +(0/AL @ L,3E0() A3*A:$E/E+T( /=5,/A E5(,$,6+ 7$(+$0ET( +(0/AL) 7.5> #?> PE!1EA0I%IKAK A% AT=A CNC!E-N ESP=E:-N A FIE%N KE:FIE%N E ".>> 2"5 CNKICIN F=1EKA PA!A P!E9EI! >.6> 25> CN!!N:IU E CNC!E-N ESP=E:-N A :A%E: PA!A KI:N%9E!
FIE%N
12.14. COMO COMBATIR LA CORROSIÓN %os cloruros pueden estar dentro del concreto desde su colocación, si los areados, el aua de mezcla o los aditivos ya los incluían, lueo el primer paso consiste en evaluar los materiales del concreto para estimar si contribuir'n a la corrosión, y de ser así e)isten alternativas en cuanto a cambiarlos por otros que no los contenan o en le caso de los areados someterlos por otros que no los contenan o en el caso de los areados someterlos a lavado para reducir su concentración. %a otra forma como se pueden introducir es entrando en solución por los poros capilares del concreto. Esto se verifica cuando el concreto est' en e)posición directa a aua 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, introduci/ndose la solución cuando llueve. Como se apreciar', para que se produzca el inreso es necesario que el concreto sea lo suficientemente permeable para que los cloruros lleuen hasta donde se encuentra el acero de refuerzo, por lo que se aplican las mismas recomendaciones que para la aresividad de los sulfatos, con la condición adicional de la importancia e)trema del concreto de recubrimiento, que es la barrera principal para el inreso. En los casos de ambientes aresivos con cloruros deben especificarse recubrimientos mayores de los normales y calidades de concreto que aseuren ba(a permeabilidad. :e han desarrollado pinturas especiales par el acero con ob(eto de prevenir la corrosión ba(o condiciones muy aresivas, pero en este aspecto es muy importante el establecer perfectamente las zonas catódicas de modo que con la pintura se evite el o)íeno y el aua que son los requisitos para el fenómeno y por otro lado, nunca se puede arantizar del todo que el proceso constructivo ocasione que e)istan alunas zonas desproteidas en el acero por donde se inicie el proceso. E)isten aditivos llamados inhibidores, que a&adidos a la mezcla de concreto combaten la corrosión anulando los cloruros !ef. "#."<$ sin embaro su efectifidad no est' del todo arantizada, y alunos causan efectos secundarios como modificación del tiempo de frauado, disminución de resistencia en compresión y eflorescencias. Kentro de estos inhibidores est'n el itrito de Calcio, itrito de :odio, Kicromato de Potasio, Cromato de Oinc, Cromato de :odio, 0enzoato de :odio etc. El m/todo de protección probado como el m's eficiente es el equematizado en la 7iura "#.; !ef. "#."H$ denominado de protección catódica, ya que el principio consiste en enerar una corriente inversa a la oriinada por la celda electroquímica de modo de anular el flu(o y eliminar el proceso de corrosión.
o son sistemas baratos ya que las pinturas conductivas son caras, y debe hacerse un estudio de la resistividad de la estructura in situ, pero el mantenimiento es económico pues se necesita una fuente de poder muy peque&a para cubrir 'reas randes. E)iste evidencia e)perimental en =.:.A. basada en la evaluación de muchas estructuras marinas con mas de 2> a&os de antiVedad construidas son emplear cementos resistentes a los sulfatos, que indica que en el concreto saturado permanentemente con aua de mar, la acción de los sulfatos no e s sinificativa ya que la acción de /stos se mitia debido a la presencia de los cloruros, predominando el rieso potencial de corrosión. :in embaro se ha observado en las estructuras intactas, que la presencia de contenidos de Aluminato -ric'lcico del orden del ?M o m's en el cemento, crea una barrera química contra la corrosión, lo que cambia pues el criterio tradicional de especificar Cemento -ipo 9 con C2A < 5M$ para este tipo de estructuras, en las que conviene usar Cementos Puzol'nicos en vez de los que tienen alta resistencia a los sulfatos, que favorecen la corrosión en estos casos particulares. 12.15. REACCIÓN SÍLICE ( )LCALIS :e produce con alunos areados del tipo ópalo, calcedonia, ciertas formas de cuarzo, andesita, dacita que reaccionan con los Fidratos de Calcio del cemento ocasionando compuestos e)pansivos. :e han desarrollado varios m/todos químicos, físicos y petror'ficos para estimar el rieso potencial de reactividad !ef. "#."H$, y que se han tratado en el Capítulo 5, pero se reconoce que la me(or evaluación es la evidencia pr'ctica del empleo de los areados en concreto sin problemas. =na de las dificultades para evaluar el rieso consiste en que el desarrollo del fenómeno es lento, por lo que debe e)istir evidencia estadística de al menos cinco a&os para poder opinar sobre la habilidad pr'ctica de aln areado en particular sobre el que e)ista duda. %a reacción propicia el desarrollo de un el e)pansivo en la interfase areado pasta, que rompe la estructura interna del concreto provocando fisuración y desinteración. Es importante anotar que adem's de la reactividad potencial que pueden tener los areados, deben darse otras condiciones para que se produzca la reacción, como son la calidad partícular del areado en cuestión, alto contenido de 'lcalis del cemento superior al ;M$ humedad relativa del orden del ?>M y en el caso de climas c'lidos con temperatura ambiente elevada la reacción se acelera. :in embaro, se concluye que no es tan f'cil que se con(uuen todos los factores a la vez, por lo que este tipo de reacciones no se da con mucha frecuencia. 12.1$. REACCIÓN CARBONATOS ( )LCALIS :e produce con alunos areados del tipo ópalo, calcedonia, ciertas formas de cuarzo, andesita, dacita que reaccionan con los Fidratos de Calcio del cemento ocasionando compuestos e)pansivos. :e han desarrollado varios m/todos químicos, físicos y petror'ficos para estimar el rieso potencial de reactividad !ef. "#."H$, y que se han tratado en el Capítulo 5, pero se reconoce que la me(or evaluación es la evidencia pr'ctica del empleo de los areados en concreto sin problemas. =na de las dificultades para evaluar el rieso consiste en que el desarrollo del fenómeno es lento, por lo que debe e)istir evidencia estadística de al menos cinco a&os para poder opinar sobre la habilidad pr'ctica de aln areado en particular sobre el que e)ista duda. %a reacción propicia el desarrollo de un el e)pansivo en la interfase areado pasta, que rompe la estructura interna del concreto provocando fisuración y desinteración. Es importante anotar que adem's de la reactividad potencial que pueden tener los areados, deben darse otras condiciones para que se produzca la reacción, como son la calidad particular del areado en cuestión, alto contenido de 'lcalis del cemento superior al ;M$, humedad relativa del orden del ?>M y en el caso de climas c'lidos con temperatura ambiente elevada la reacción se acelera. :in embaro, se concluye que no
es tan f'cil que se con(uuen todos los factores a la vez, por lo que este tipo de reacciones no se da con mucha frecuencia. 12.1%. REACCIÓN CARBONATOS ( )LCALIS :e produce en alunas piedras calc'reas dolomíticas con un mecanismo an no perfectamente definido en que aparentemente difiere del anterior pues no se produce ataque al sílice siendo el patrón de fisuración similar. 1ediante el an'lisis petror'fico y rayos S es posible establecer en cierto modo el rieso de reactividad pero se mantienen las mismas consideraciones que en el caso anterior. 12.1&. RECOMENDACIONES SOBRE REACCIONES QUÍMICAS EN LOS AGREGADOS Como ya mencionamos, en nuestro medio no hay muchos antecedentes de ocurrencia de este tipo de reacciones pese a que por e(emplo la andesita es un mineral muy abundante en nuestro país, pero es probable que la cantidad de obras que se hayan e(ecutado en las zonas que pudieran ser potencialmente reactivas no hayan ameritado el empleo masivo de estos materiales, o simplemente no tienen la reactividad que tienen en otros países donde le problema sí es rave. En todo caso, es factible efectuar en el Per los ensayos A:-1 para evaluar estos materiales !ef. "#."H$, y sería posible tambi/n implementar la prueba sudafricana y la de la =niversidad de Cornell !ef. "#.#>$, sin embaro no e)iste la e)periencia pr'ctica desde el punto de vista de los ensayos petror'ficos por e(emplo, donde tiene suma importancia la e)periencia del evaluador que usualmente es un Teóloo o un Ineniero de 1inas que no pueden opinar mucho del mineral con relación a su comportamiento con el cemento, dado que no e)iste en nuestras =niversidades de especialidad de -ecnoloistas en Concreto, que pudieran ir formando profesionales orientados hacia estos problemas. En conclusión, la me(or recomendación al evaluar una cantera donde haya sospecha de reactividad alcalina es recopilar la mayor información estadística sobre el uso anterior de los areados en la producción de concreto e inspeccionar las obras e(ecutadas para poder estimar el rieso. 7inalmente, se ha comprobado !efs. "#.#> y "#.#"$ que alunos m/todos alternativos para prevenir la reactividad alcalina son el empleo de sales de %itio %iNF, %i7, %i#CN2$, como aditivos en la mezcla, el reemplazo de al menos el #5M del cemento por cenizas vol'tiles y el uso de puzolanas.
