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Nuestro Invitado
Vitervo O'Reilly Díaz |
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Vitervo O'Reilly Díaz
es Ingeniero civil, Doctor en Ciencias Técnicas y Doctor
en Ciencias, Profesor y Académico de Mérito e
Investigador Titular.
Es miembro del Grupo Iberoamericano para el Estudio de la Corrosión
de las Armaduras en las Estructuras de Hormigón Red DURAR
y de la Red REHABILITAR del CYTED, miembro del Instituto Brasileño
del Concreto, miembro del Instituto Americano del Concreto (ACI),
miembro de la Sociedad Económica de Amigos del País
(SEAP), representante en Cuba de la Asociación Argentina
de Tecnología del Hormigón, y otras mas. Miembro
del Tribunales Permanente para el Otorgamiento de Grados Científicos,
miembro del Tribunales para el Otorgamiento de Categorías
Docentes.
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Su especialidad
es, en tecnología del concreto y la corrosión del
mismo. Cabe decir que sus métodos de dosificar concreto
son conocidos en casi todo el mundo. Ha recibido numerosos premios
y condecoraciones, tanto en su país como en el extranjero,
por su trabajo científico-técnico. |
El Comité 201 del ACI define la durabilidad del concreto de
cemento Portland, como: “La capacidad para resistir a la acción
del tiempo, los ataques químicos, la abrasión o cualquier
otro proceso de deterioro, es decir, el concreto durable retendrá
su forma original, su calidad y su servicio, cuando se exponga a su
medio ambiente”. Ningún material es intrínsecamente
durable. Producto de la interacción entre su microestructura
y el ambiente que lo rodea hace que sus propiedades cambien con el tiempo.
Se considera que un material alcanza el final de su vida de servicio
cuando sus propiedades bajo ciertas condiciones de uso se han deteriorado
a tal extremo, que el continuar utilizándolo se le considera
inseguro o antieconómico. Los procesos que pueden provocar una
durabilidad insuficiente son variados y complejos y dependen, tanto
de la concepción del elemento estructural realizado durante el
proyecto, la calidad de los materiales componentes, forma de dosificación,
fabricación, y su mantenimiento.
Agentes que deterioran el concreto
El deterioro de las características del concreto se da generalmente
por la acción combinada de diferentes agentes agresivos, los
cuales se pueden clasificar en cuatro grandes grupos, en función
de su forma de actuar: Acciones químicas, físicas, mecánicas
y biológicas.
Entre las acciones químicas que influyen negativamente en la
durabilidad del concreto se consideran: la corrosión del acero
embebido en el concreto, la lixiviación de la pasta de cemento,
las reacciones expansivas que incluyen el ataque de sulfato y la reacción
álcali-agregado. Estas acciones son las más agresivas
a la masa de concreto y las más temidas por lo que se deben tener
en cuenta desde que se concibe el proyecto estructural de una construcción.
Los agentes químicos más frecuentes que producen el
deterioro del concreto son:
• El aire y otros gases, en ambiente natural o contaminada.
• Las aguas agresivas (puras, de mar, industriales, negras agrícolas,
negras urbanas) y otros líquidos.
• Los productos químicos orgánicos o inorgánicos.
• Suelos y terrenos agresivos.
Los agentes químicos citados pueden actuar solos o de forma
combinada lo que no nos permite definir una forma de actuación
similar, o con resultados semejantes. Internacionalmente se clasifica
la agresión química formada por uno o varios de los siguientes
procesos:
Disolución de los compuestos hidratados del cemento, en particular
la cal. Formación de nuevas sales solubles, que van siendo arrastradas
por el agua (generadas por ataques de aguas puras, ácidos orgánicos
e inorgánicos, agua de mar, etc.). Formación de cristales
u otros compuestos poco solubles, con aumento de volumen y la consiguiente
creación de tensión interna.
La reacción del Ca(OH)2, o sea, la portlandita del concreto con
el CO2 del ambiente, produce la formación de carbonatos lo que
genera una disminución de su pH. Al disminuir la basicidad del
concreto disminuye la protección que éste le ofrece a
las armaduras de acero posibilitando que otros agentes puedan atacarlos,
transformando el acero en óxido de hierro por la corrosión,
generando un aumento del volumen de éste, que ejerce esfuerzo
de tensión sustancial en el concreto circundante a las barras
oxidadas. También se manifiesta este proceso por la aparición
de manchas, agrietamientos y fisuración del recubrimiento de
concreto de refuerzo. Al propio tiempo, la sección transversal
del acero de refuerzo se reduce.
Como consecuencia de este proceso, un agotamiento estructural puede
ocurrir mediante una pérdida de la adherencia entre el acero
y el concreto, debido a las grietas y fisuras, o bien como resultado
de la reducción de la sección transversal del acero. Este
último efecto puede tener una significación especial en
estructuras de concreto pretensado, en las cuales un grado relativamente
pequeño de la corrosión de los cables de acero para pretensar
puede ocasionar su falla. Pero, también en las estructuras de
concreto armado más comunes, los procesos degradantes escritos,
conducen en todos los casos a la pérdida de su durabilidad y
utilidad o a su desplome en caso extremo.
El deterioro de estructuras de concreto armado, debido a la corrosión
del acero de refuerzo, ocurre mayormente en ciertos tipos de estructuras
expuestas sólo a una condición especial de tensión.
Este fenómeno se observó por primera vez en estructuras
de concreto armado situadas en la costa, expuestas a un ambiente atmosférico
marino o de agua de mar y también en plantas productoras de sustancias
químicas. Recientemente, la corrosión del acero de refuerzo
ha resultado ser un problema muy serio con la aparición en cubiertas
de puentes, estructuras de estacionamientos de vehículos y otras
estructuras de carreteras en las cuales durante el invierno se usan
sales de descongelamiento.
En la mayoría de los casos la causa principal y más común
de la corrosión del acero de refuerzo y del deterioro subsiguiente
de las estructuras ya mencionadas, resulta ser la acción de los
cloruros. Los iones cloruros se consideran como el factor más
importante que influye en la intensidad de la corrosión del concreto
armado.
Los efectos físicos más comunes que actúan adversamente
en la durabilidad del concreto incluyen: el agrietamiento debido a la
presión de la cristalización de las sales en los poros,
la exposición a temperaturas extremas como son las heladas o
el fuego y el desgaste de la superficie.
Por su parte, las acciones mecánicas más comunes que pueden
dañar la durabilidad de una estructura son las cargas, sobrecargas,
impactos, vibraciones, etc. que pueden estar provocadas por causas naturales,
como el viento y el agua o por causas artificiales, que afectan el comportamiento
futuro del elemento estructural. Este tipo de acción se debe
considerar en el proyecto y es en general, de las que mayor conocimiento
se tiene.
Entre las acciones físico-mecánicas de mayor significado
que se producen en la estructura de concreto armado y que requieren
de un estudio más detenido está el fenómeno de
la fisuración que debe ser objeto de análisis por parte
de los especialistas. Si excluimos las fisuras motivadas por causa sísmica,
se deben estudiar:
• Fisuras por efectos directos, tanto por tensión, como
por flexión cortante y torsión.
Este tipo de efecto es el más ampliamente considerado en las
instrucciones de concreto armado o pretensado.
• Fisuración debida a la existencia de deformación
impuesta, la cual puede proceder de movimiento de apoyo, contracción
o variación de temperatura. A diferencia del caso anterior, para
este y para el siguiente, las indicaciones en las instrucciones son
inexistentes o muy escasas.
• Fisuración debida a fenómenos plásticos
a muy temprana edad en el concreto, sean estas por contracción
o bien por asentamientos.
Las acciones biológicas, las generan los microorganismos, fungicidas
y bacterias. Reiteramos que la durabilidad del concreto está
íntimamente relacionada con su compacidad, porosidad y permeabilidad.
Pudiéramos ser más categóricos expresando que de
estas tres propiedades depende en gran medida la vida útil de
una estructura de concreto armado, razón por la cual debemos
dedicarle desde su dosificación, colocación, vibrado y
curado todas las demás atenciones que garanticen sus cualidades
en el concreto.
Estas propiedades del concreto son dependientes de su estructura, razón
por la cual las relaciones estructuras-propiedades se deben analizar
partiendo de las características más significativas que
se le exige al concreto, tales como resistencia, estabilidad dimensional
y durabilidad.
Conociendo que las propiedades fundamentales del concreto vienen dadas
por su estructura interna, estas propiedades pueden ser modificadas
exprofeso haciendo cambios adecuados en su estructura. Si bien es cierto
que las relaciones entre sus propiedades y su estructura no se han desarrollado
en su totalidad, ya existen conocimientos que permiten hacer cambios
que garanticen las propiedades exigidas por el desarrollo de la ingeniería.
Para una mejor comprensión de tan importantes cualidades del
concreto haremos una presentación de los elementos básicos
de su estructura.
La estructura del concreto
Está constituida por tres componentes: el agregado, la pasta
de cemento hidratada y la zona de transición entre la pasta y
el agregado.
Para una mejor comprensión de estos tres componentes del concreto,
hagamos un análisis de su estructura.
El concreto tiene una estructura altamente heterogénea y compleja
por lo que resulta difícil predecir con exactitud y seguridad
su comportamiento futuro, conociendo que esta estructura no se mantiene
estable, debido a que la pasta de cemento y la zona de transición
evolucionan con el tiempo, la humedad y la temperatura que le rodean.
La estructura del concreto está constituida por los elementos
gruesos, que pueden ser percibidos por el ojo humano, (él limite
de detección del ojo humano es de 0.2 mm) y se le denomina Macroestructura
a la estructura total, y Microestructura a la que está constituida
por los elementos que requieren de la aplicación
microscópica para ser observada. Si partimos del principio que
las propiedades del concreto pueden modificarse haciendo los cambios
adecuados a su estructura interna en función de las cualidades
exigidas
para hacerlo resistente a la agresión de los agentes externos,
se hace necesario conocer primero su microestructura y después
otros factores influyentes en sus propiedades finales, para poder ejercer
esas acciones de cambios deseados.
La microestrutura del concreto
Es la estructura material en estado sólido generada por el fraguado
del cemento y cuyos tamaños son inferiores a 0.20 mm. Por lo
que la microestructura es la fase sólida, en la que el concreto
ha logrado un desarrollo mecánico debido al estado avanzado de
las reacciones químicas del cemento con el agua, produciéndose
una cierta rigidez conferida por los nuevos productos que se generan.
Las características de la microestructura del concreto están
relacionadas con la porosidad de la pasta de cemento endurecida, la
conexión entre los poros, la distribución de sus tamaños,
capacidad para el transporte de fluidos, relaciones y equilibrios entre
los diferentes productos de la hidratación, la naturaleza de
la interfase entre la pasta hidratada y el agregado, así como
otros factores.
Los estudios de la microestructura del concreto pueden llegar a ser
complejos, dependiendo de lo que se busca. En función de los
objetivos que se requieran obtener podrán usarse distintas técnicas
y sistemas, tales como: microscopía óptica, microscopía
electrónica (de barrido convencional, de barrido ambiental etc.)
hasta procedimientos para reproducir en computadoras los procesos de
hidratación del cemento, por el uso de modelos matemáticos
basados en la teoría de fractales.
El estudio de la microestructura del concreto tiene gran importancia
para el conocimiento de su durabilidad, en tanto que:
1) Define el comportamiento mecánico del concreto
(resistencia, tenacidad, etc.)
2) Dimensiona los procesos de transporte de fluidos
en el concreto, lo que repercute en:
2.1 Funcionalidad: Impermeabilidad, estanquidad del
concreto.
2.2 Durabilidad: Acceso de sustancias agresivas a los
componentes del concreto.
3) Define la reología del concreto: contracción,
fluencia, etc. Influencia del método de dosificación en
la durabilidad
Debido a la estrecha dependencia de la intensidad de penetración
de los agentes corrosivos con su porosidad y la relación de esta
, con la compacidad de la masa, ésta debe lograrse con la mayor
impermeabilidad posible. Mediante investigaciones científicas
y sus comprobaciones en la producción de construcciones, ha quedado
demostrada la gran influencia que tiene el método de dosificar
el concreto en la calidad de la masa de éste que envuelve las
barras de acero y su resistencia al paso de los agentes agresivos externos,
razón por la que se creo un nuevo Método, que tiene en
cuenta estas exigencias.
Partiendo de la necesidad de garantizar la durabilidad de las construcciones
hechas con concreto, he creado un nuevo método de dosificación,
después de largos estudios e investigaciones científicas,
que obligaron a probar más de 20,000 especímenes. Este
método, entre otras cosas:
A) Determina e incluye la influencia de las características
formales de los áridos gruesos.
B) Establece una nueva forma de determinar las proporciones de los áridos
finos y gruesos.
C) Incluye en su ecuación, de forma directa, la influencia de
la consistencia del concreto en su resistencia. Lo cual se logra por
primera vez en una ecuación.
D) Hace la determinación de la cantidad de agua, para una consistencia
requerida, de forma mas exacta y racional. Este método, aquí
apenas esbozado, garantiza los parámetros que se exigen para
lograr la durabilidad del concreto. Este método de dosificar
concreto, que partió de lograr la máxima compacidad de
su masa, demostró y comprobó por estudio y comparaciones
con otros métodos, que los tradicionales que determinan la relación
óptima entre los áridos (arena y grava) no son válidos
para obtener la máxima compacidad, como punto de partida fundamental
para el logro de dichos objetivos.
El método –como ya se ha dicho en este texto– también
incorpora nuevos conceptos y factores no tomados en cuenta por los investigadores,
tales como: determinación de la característica de lo áridos
gruesos, la influencia de la consistencia de la masa del concreto en
estado fresco de una forma directa y la determinación de una
forma más exacta de la cantidad de agua de la mezcla para obtener
una consistencia necesaria.
La aplicación del método aporta ahorros de cemento en
la producción de concreto y logra que éste sea mas compacto
y menos poroso, garantizando una mejor protección a las barras
de acero que circundan, lo cual lo hacen un método ideal para
dosificar concreto de elevado desempeño.