Ataque por cloruros en el concreto
Ingeniero Humberto Alejandro Girón Vargas
PRESENTACIÓN:
Por la gran extensión de litoral marítimo con que cuenta México, la corrosión que provoca en las estructuras de concreto el contacto con el agua de mar y la brisa marina es un tema que interesa de manera especial al sector constructivo del país. Así se reconoce en este estudio, cuyo enfoque sitúa el problema en ambientes que no resultan por sí mismos muy claramente agresivos por la acción de los cloruros.
Existe una conciencia general en la práctica constructiva común respecto de las precauciones que deben seguirse en la fabricación de elementos y estructuras de concreto claramente expuestos a ambientes de carácter agresivo, por el deterioro que ocasiona el contacto directo con sustancias naturales en el suelo o en el agua. Dada su elevada concentración de cloruros (más de 20,000 ppm), destaca como medio ofensivo el agua de mar en su estado normal porque favorece la corrosión del acero de refuerzo
No obstante, se presentan en la actualidad serios y veloces deterioros estructurales por el ataque al concreto de cloruros disueltos en el aire, presentes en ambientes marinos con alta humedad relativa y acción constante del viento, tales como las fajas costeras. En algunas circunstancias, el problema se agrava por la presencia de intensa y variada actividad industrial en la zona, como es el caso particular del Golfo de México.
En este trabajo se analiza el proceso de afectación del concreto y del acero de refuerzo sometidos a ambientes que no resultan por sí mismos tan claramente agresivos a causa de la acción de los cloruros, a no ser por la evidencia de ataques anteriores que han resultado en su degradación o destrucción.
Revisar y evaluar el potencial de daño en tales circunstancias, sus causas, los agentes que lo favorecen y sus efectos finales sobre las estructuras es el objetivo aquí planteado, para así delinear y establecer procedimientos generales para su prevención, control o reparación.
El proceso y sus agentes
La corrosión del acero de refuerzo existente dentro del concreto se origina por la presencia exclusiva de oxígeno y humedad en las proximidades de las barras, pero la existencia de cloruros libres en el medio que las rodea es un desencadenante del proceso.
En el agua de mar, en su estado normal, se puede encontrar un amplio rango de concentraciones de sales disueltas, aunque siempre con una proporción constante de un constituyente a otro; las concentraciones son más bajas en las zonas frías o templadas que en las cálidas y resultan especialmente altas en zonas de aguas bajas con tasas excesivas de evaporación diurna.
Debido a su alto contenido de cloruros, el agua de mar representa un elemento ofensivo para el concreto y el acero de refuerzo pues propicia y acelera –una vez que se ha iniciado– el fenómeno de la corrosión. En las franjas costeras, la brisa marina acarrea importantes contenidos de humedad que, naturalmente, lleva en sí cloruros; de esta manera, estructuras que no están en contacto directo con el agua de mar, sufren igualmente sus embates.
Los cloruros se vuelven así un elemento activo en el proceso de daño y degradación de las estructuras de concreto en franjas marítimas. De acuerdo con la concentración con que se presenten en el agua de mar, quedará definido su grado de agresividad, por lo que habrá que esperar que algunas zonas tengan un mayor potencial dañino que otras.
El fenómeno de la corrosión del acero de refuerzo es causa frecuente de que las estructuras de concreto se deterioren prematuramente, aun cuando el concreto, por su alta alcalinidad con un pH promedio de 12.5 y baja conductividad, suele ser un medio que proporciona buena protección al acero contra la corrosión. Sin embargo, dentro de un esquema de ambiente agresivo, esta protección no es suficientemente eficaz y el fenómeno se produce. Pero existen también condiciones que de origen la favorecen y son las siguientes:
Efectos en el concreto
La resistencia a compresión ha sido utilizada por lo regular como un indicador de la durabilidad del concreto; sin embargo, cada día se hace más evidente que por sí misma no determina la durabilidad del concreto. La impermeabilidad y la resistencia química rigen también la vida útil de una estructura, aunque estos factores están a su vez influidos por la composición del cemento y la calidad de la mezcla.
Los cloruros pueden estar presentes desde el inicio en la mezcla de concreto fresco (disueltos en los agregados, en los aditivos o en el agua). Se refieren como cloruros totales calculados y se expresan como el porcentaje de ion cloruro respecto al peso de cemento, el que debe limitarse, de acuerdo con la más reciente información, a:
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Tipo de exposición Límite por peso de cemento (%)
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Ambiente agresivo
y expuesto a cloruro 0.06
Ambiente agresivo
y no expuesto a cloruro 0.15
Construcción sobre al suelo
y seca permanentemente 1.50
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Esto es lo que generalmente especifican diversas normas y reglamentos de construcción en el mundo, aunque suele también limitarse en función de la cantidad de ion cloruro en peso por metro cúbico de concreto, y tiene que ver de manera directa con el umbral de riesgo, de acuerdo con la siguiente tabla:
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Condiciones de exposición Límite por volumen
de concreto (kg/m3)
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Ambiente agresivo
y expuesto a cloruro 0.3
Ambiente agresivo
y no expuesto a cloruro 0.5
Construcción sobre
el suelo y seca
permanentemente sin limitación
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El ion cloruro puede también penetrar posteriormente en el interior del concreto por difusión desde el exterior, en cuyo caso el riesgo de corrosión se incrementa grandemente.
Los cloruros totales en el concreto se pueden subdividir químicamente en ligados y libres. Esta distinción resulta importante ya que son los cloruros libres los responsables de la corrosión del acero de refuerzo.
Los cloruros ligados son los que están íntimamente asociados al cemento hidratado y no son solubles en agua, por lo que no causan corrosión; por lo tanto, los límites en las especificaciones deben aplicarse al contenido de cloruros libres en lugar de al contenido total o soluble en ácido. No obstante, con los datos de las actuales investigaciones no es posible calcular con precisión su proporción en relación con el contenido total de cloruros, ya que varía con los cambios en el contenido de cloruros totales, aunque, considerando que el cloruro libre es soluble en agua, se lo puede extraer y así determinar su proporción.
En términos de la química del concreto, se asume que el cloruro total es igual a la porción soluble en ácido de los constituyentes del concreto; así su extracción, previa a la determinación del contenido, implica digerir una muestra de concreto endurecido en ácido nítrico.
El procedimiento de extracción para la determinación del contenido de cloruros libres requiere hervir una muestra de concreto endurecido durante cinco minutos y saturar por 24 horas.
Amplias investigaciones indican claramente que el contenido de cloruro soluble en agua proporciona un indicador del riesgo inmediato de corrosión. Comparativamente con los métodos de extracción de agua, los métodos de digestión en ácido extraen una mayor proporción de los cloruros totales presentes en el concreto, por lo que una interpretación apoyada en estos resultados resultará siempre en una sobreestimación del riesgo inmediato de corrosión.
Por otra parte, los niveles de cloruros solubles en ácido pueden resultar más adecuados para evaluar el riesgo extremo de corrosión a largo plazo si el concreto ha sufrido procesos adicionales de carbonatación o sulfatación. La carbonatación libera cloruro ligado, mientras que la presencia de sulfatos la impide hasta cierto punto; la reacción entre el cloruro y el aluminato tricálcico incrementa así los cloruros libres.
El efecto directo más nocivo por acción de cloruros en la mezcla de concreto endurecido está constituido por la cristalización de las sales dentro de sus poros, la cual puede producir rupturas debidas a la presión ejercida por los cristales de sal. Puesto que la cristalización ocurre en el punto de evaporación del agua, este tipo de ataque se produce de manera más acentuada en el concreto que no está permanentemente en contacto directo con el agua. No obstante, debido a que la sal en solución penetra y asciende por capilaridad, el ataque es más intenso cuando el agua o la humedad pueden penetrar en el concreto, de tal suerte que la permeabilidad de este material es un factor de gran importancia, y el clima tropical propio de nuestras franjas costeras actúa como catalizador del proceso.
En el caso del concreto reforzado, la absorción de las sales establece áreas anódicas y catódicas; la acción electrolítica resultante conduce a una acumulación de producción de la corrosión sobre el acero, con la consecuente ruptura del concreto que lo rodea, de tal manera que los efectos se agravan.
Efectos en el acero de refuerzo
Como ya se ha referido anteriormente, la pasta de cemento no carbonatada tiene un pH mínimo de 12.5 y el acero de refuerzo no se corroe en esa circunstancia, fundamentalmente por la presencia de una película pasivante microscópica de óxido que evita su disolución anódica. No obstante, si el pH disminuye a menos de 10 por la acción de efectos tales como la carbonatación, la corrosión puede iniciarse. El efecto de la carbonatación puede disminuir el pH a niveles de 8 o 9, resultando en corrosión del acero cuando están presentes la humedad y los iones cloruro disueltos en agua en niveles por encima de 0.2 por ciento relativos a la masa de cemento, lo cual acelera la corrosión.
Cabe destacar que, en opinión de diversos autores, la corrosión puede iniciarse por la acción de iones de cloruro sobre el acero de refuerzo, aun en ambientes con un pH superior a 10 u 11, aunque estos casos se relacionan con cloruros presentes de origen en la mezcla por efectos de los agregados, el agua o los aditivos, pues los que penetran del exterior están generalmente asociados con el proceso de carbonatación, el cual incide inmediatamente sobre los niveles de pH en el concreto.
La corrosión electroquímica de los elementos consiste básicamente en la conexión eléctrica o electrolítica entre un cátodo y un ánodo. En relación con el acero embebido en el concreto, las barras de refuerzo actuarán como un conductor eléctrico y el agua en los poros de la pasta actuará como electrolito. Durante el proceso de corrosión, el oxígeno es consumido y genera los productos de corrosión; el agua se necesita para permitir que el proceso de corrosión se mantenga y continúe, su presencia se relaciona con la generación de óxido férrico. Así, el resultado principal y más grave de la acción de los cloruros sobre el acero de refuerzo lo constituye la corrosión acelerada que éste sufre a consecuencia de su acción como catalizador en ese proceso electrolítico.
En muchas estructuras de concreto localizadas en ambientes marinos cercanos a las costas, en las que el daño se ha iniciado a través de una incipiente penetración de cloruros hacia el acero –como consecuencia de una permeabilidad natural excesiva del concreto, su carbonatación o el agrietamiento de las secciones–, la acción de la corrosión y del incremento de diámetro de las varillas causan por sí mismas agrietamiento en el recubrimiento del concreto, lo que facilita en gran medida el acceso de humedad, aire y cloruros contenidos en el agua, y acelera así el proceso de ataque, llevando las estructuras a daños irreversibles en periodos notablemente cortos. Así, ante la sospecha de ataque, se deberán incorporar de inmediato programas de reparación y mantenimiento de los elementos afectados.
Incidencia del agrietamiento
La existencia del grietas en el concreto no es condición indispensable para que se produzca corrosión en el acero de refuerzo, pero su presencia favorece la ocurrencia de este fenómeno, pues la película pasivante en la superficie del acero se rompe en un área estrictamente confinada, lo cual resulta equivalente a un severo ataque por carbonatación en el concreto y genera zonas de máxima vulnerabilidad en la tasa de corrosión. Debido a ello es necesario, para prolongar la vida útil de las estructuras de concreto reforzado, prevenir la formación de grietas o suministrar un tratamiento adecuado de obturación a las que ya se hayan presentado.
Las grietas en el concreto pueden dividirse en dos grandes grupos: las que se producen por esfuerzos debidos al funcionamiento estructural y las que se deben a esfuerzos que se originan en el seno mismo del concreto. Así, la formación de grietas depende de factores tales como el diseño estructural, las características de los materiales, la composición del concreto, las prácticas constructivas, las condiciones ambientales y la manifestación de situaciones anómalas y de eventos extraordinarios.
En el caso de las grietas comunes, asociadas con el propio funcionamiento y naturaleza del concreto, con anchos que fluctúan de 0.15 a 0.35 mm, tienen un comportamiento autosellante en ambientes no agresivos, por efecto de calcificación, polvo y depósitos de óxido. No obstante, en ambientes agresivos colaboran también a la acumulación de sales que pueden agravar esa magnitud de agrietamiento a consecuencia de su cristalización. Asimismo, las grietas que se desarrollan perpendiculares al refuerzo resultan menos peligrosas que las de dirección paralela a éste, por la menor exposición que propician.
Los factores que principalmente pueden vincularse con determinados sitios o regiones geográficas son las características de los agregados y las condiciones ambientales, que influyen sobre los agrietamientos atribuibles a las contracciones –plástica y por secado– y a las reacciones deletéreas que eventualmente se producen entre los álcalis del cemento y algunos agregados.
En la república mexicana, las características de los agregados y las condiciones ambientales son muy variables; existen casos en los que tales características y condiciones se muestran favorables a motivar este tipo de agrietamiento en el concreto. Habría que considerar como riesgo potencial todos aquellos sitios del país donde los agregados contuvieran rocas y minerales reactivos con los álcalis.
Durabilidad del concreto
El medio ambiente
Las estructuras de concreto están expuestas durante su vida útil al ataque químico y físico de diferentes agentes. La durabilidad del concreto variará entonces conforme tales factores sean más o menos agresivos, y también de acuerdo con las propiedades de sus componentes, el proporcionamiento de la mezcla y las condiciones de colado y curado que se hayan aplicado en su construcción.
La planeación y el diseño deberán entonces no solamente estar basadas en el uso de la estructura, sino también en las condiciones ambientales y en la vida útil esperada de la misma. Estas definiciones básicas deberán estar reflejadas en los materiales y especificaciones de construcción, y tanto en el concepto como en los detalles estructurales.
En el contexto de la práctica común, se diseña y detalla no sólo para las cargas que actuarán en la vida útil de una estructura, sino también para los efectos de agrietamiento y temperatura; in embargo, sólo se consideran condiciones especiales de exposición para grupos muy particulares de estructuras.
Es muy común que los códigos y normas actuales sólo prescriban las variaciones adecuadas de la relación agua/cemento y del recubrimiento de concreto sobre el acero de refuerzo de acuerdo con una clasificación muy simple de las condiciones de exposición. Sin embargo, en la práctica se encuentran muchas y más diversificadas condiciones de exposición, y no sólo en relación con el medio ambiente, sino también según el uso pretendido de la estructura.
En condiciones de ambientes eminentemente agresivos, las precauciones y los cuidados en la construcción deben realmente extremarse. No obstante, existen condiciones no tan claramente agresivas, por lo que, con el fin de obtener estructuras durables se ha considerar que éstas son afectadas por el viento y la humedad marítima que contienen grandes cantidades de sal, así como por los ciclos de humedecimiento y secado. Se vuelve entonces muy importante la detección y el estudio de las características climáticas más relevantes de la región en la que se ubicará la estructura, es decir, los cambios estacionales de la dirección de los vientos, la temperatura, la humedad relativa y la precipitación pluvial; inclusive, podría en muchos casos resultar deseable y útil contar con el análisis de la composición química del agua de mar.
Como se mencionó anteriormente, existen dos factores preponderantes en la determinación de la tasa de corrosión: la resistividad eléctrica del concreto y la disponibilidad de oxígeno en el cátodo, los cuales se relacionan con los siguientes factores:
El contenido de C3A en el cemento forma un complejo insoluble, hidrato de cloroaluminato de calcio, el cual inhibe cierta proporción de los cloruros totales y disminuye así el riesgo de corrosión. Sin embargo, en un ambiente con presencia de sulfatos y cloruros, los iones sulfato alteran ese complejo debido a la formación preferencial de hidrosulfoaluminato de calcio, lo que resulta en la liberación de algunos cloruros ligados que quedan así disponibles para la corrosión del acero. Un proceso similar de liberación de cloruros se genera bajo la acción del dióxido de carbono presente en la atmósfera, ya que también puede descomponer los hidratos de cloroaluminato.
El dióxido de carbono puede asimismo penetrar en el concreto, aunque su tasa de penetración se puede controlar eficazmente mediante la impermeabilidad de un concreto de buena calidad. El CO2, el dióxido de sulfuro y el óxido nítrico, considerados importantes contaminantes del aire, reaccionan también con los hidróxidos en el concreto y los convierten en carbonatos. Así, todos ellos, en condiciones naturales de exposición, dan lugar a procesos de carbonatación del concreto, por lo que la carbonatación (ver) es hoy su mecanismo dominante de neutralización.
Potencial de cloruros en el aire
a) Aire marítimo. Estudios realizados en otros países indican una gran diversidad de componentes químicos en el agua de mar, con una amplia gama de concentraciones. Resulta entonces improductivo generalizar una presencia promedio de elementos nocivos para el buen comportamiento de las estructuras de concreto. Podemos citar como ejemplo una reciente investigación en Japón, que detectó una variación en cloruros del agua de mar que osciló entre 0.01 y 0.20 mg de cloruro de sodio por cm2. Otro estudio encontró concentraciones particularmente elevadas del ion cloruro, las cuales variaban alrededor de 21,700 ppm.. Asimismo, se detectaron contenidos de sulfatos sobre 3800 ppm, y los más altos valores de sulfitos registrados en el mundo.
Aun cuando en nuestro país no se conocen datos concretos, resulta evidente la presencia de sulfitos, carbonatos y cloruros en el agua de mar, los cuales necesariamente resultan dañinos para las estructuras de concreto. Así, con el agravante de la acción de la temperatura, casi constante en todo el año, asociada al clima tropical de nuestros litorales y a la acción de los vientos también propios de estas zonas, se conjuntan todos los factores que generan ambientes altamente propicios para que se produzca la corrosión en el acero de refuerzo de las estructuras de concreto, tal y como se refirió al describir la incidencia de cada uno de esos aspectos en el proceso general.
b) Zonas industriales. La presencia de contaminantes en el medio ambiente, generados por la emisión de las industrias, provoca una diversidad de componentes químicos (con diferentes grados de concentración cada uno) mayor de la que se podría observar en un ambiente marítimo natural, aunque es altamente probable la preponderancia del óxido de carbono, algunos sulfatos y nitratos que, como se refiere, inciden en la disminución del pH natural del concreto y en procesos de carbonatación que favorecen la entrada de humedad y agentes corrosivos hacia el acero de refuerzo.
Como se señaló en el inciso anterior, las zonas costeras cuentan con condiciones que propician la corrosión del acero de refuerzo por los componentes químicos que flotan en el aire. Por lo tanto, la emisión de contaminantes de zonas industriales en esas áreas viene a agudizar la problemática, pues la gran aleatoriedad en la presencia de cada componente impide el establecimiento de normas o recomendaciones en cuanto a cuidados específicos y hace necesario el estudio de cada caso en particular, con el apoyo del conocimiento que pueda proporcionar el estado del arte actual en cuanto a tecnología del concreto.
Procedimientos de control
Durante la fabricación del concreto
a)Cemento. La pasta de cemento portland bien hidratada contiene de 15 a 30 por ciento de hidróxido de calcio por peso de cemento, siendo éste el responsable de la alcalinidad del concreto y de la formación de la película de óxido gamma férrico sobre la superficie del acero. También contribuye a inhibir la corrosión del acero el aluminato tricálcico, que al combinarse con los cloruros forma compuestos no solubles de cloroaluminato cálcico, reduciendo el contenido de cloruros libres que promueven el proceso de corrosión. Diversas experiencias muestran que a mayor contenido de aluminato tricálcico, mejor es el comportamiento de la pasta para inhibir la corrosión. Así, un cemento que contenía 9.5 por ciento de C3A mejoró 1.62 veces su comportamiento respecto a otro que contenía 2.8 por ciento; también se probaron cementos con 9, 11 y 14 por ciento de C3A, lo cual mejoró su comportamiento en 1.75, 1.93 y 2.45 veces respectivamente en relación con el que contenía sólo 2.8 por ciento. Con lo anterior se evidencia que la relación composición/tipo del cemento incide de manera directa sobre la etapa de iniciación del proceso de corrosión, aunque en la práctica se ha observado que su efecto puede ser relativamente pequeño si se lo compara con el de una pobre calidad del concreto, falta de recubrimiento, prácticas de baja calidad en la construcción, curado inadecuado, etcétera.
Por otra parte, la estructura de los poros de la matriz de la pasta de cemento es uno de los factores que reducen la movilidad de los iones de cloruro en el concreto. Ciertos tipos de cemento que contienen cenizas volantes o escoria de alto horno muestran una gran capacidad para restringir la movilidad de los iones cloruro. También con la estructura de los poros resultantes en la matriz de la pasta tiene que ver la finura del cemento empleado, pues se encontró experimentalmente que el tiempo de ataque fue de 3.9 años cuando la superficie específica fue de 444 m2/kg, en contraste con 2.5 años para una superficie específica de 300 m2/kg.
La permeabilidad del concreto elaborado con cantidades apropiadas de escoria o puzolana puede llegar a ser tan baja como un décimo o centésimo de la de un concreto de resistencia comparable elaborado sin esas adiciones.
b) Agua y agregados. La permeabilidad del concreto es probablemente el factor aislado más importante que incide en el proceso de corrosión puesto que, para un recubrimiento dado, la permeabilidad determina el grado de penetración de agentes agresivos desde el ambiente. A la vez, concretos de alta permeabilidad tendrán también baja resistividad, como se manifestó en su oportunidad.
La permeabilidad del concreto está intrínsecamente relacionada con la relación agua/cemento, particularmente cuando ésta excede de 0.6, pues entonces la permeabilidad resultante crece de manera exponencial. En términos generales, las investigaciones al respecto coinciden en mantener la relación agua/cemento por debajo de 0.5 para condiciones moderadas de exposición, e incluso limitarla hasta 0.4 para condiciones muy severas, lo cual se refleja en la mayor parte de las normas y reglamentos vigentes.
El agua empleada en la elaboración del concreto deberá tener un contenido máximo de cloruros tal que la suma de los cloruros presentes en los constituyentes de la mezcla, incluyendo los aditivos, no sobrepase las recomendaciones citadas en el primer capítulo de este documento.
En cuanto a agregados comunes, existe poca posibilidad, si no es que ninguna, de que contengan cloruros en concentración representativa, incluso cuando se empleen agregados tales como arenas de playa en la elaboración del concreto. Se debe tener especial cuidado en respetar la máxima concentración permisible de cloruros totales en la mezcla, para lo cual habrá que revisar la presencia de cloruros solubles en los agregados con es clase de origen.
Durante el colado
a) Efectos de vibrado. Una plena compactación es esencial para expeler todo el aire atrapado, para consolidar el concreto, reducir el riesgo de agrietamiento por contracción o asentamiento, así como para asegurar una buena liga tanto entre las capas de concreto colocado como con el acero de refuerzo, con el resultado de un elemento homogéneo. Un vibrado inadecuado resultará en un incremento del número y tamaño de los huecos y, por consiguiente, en un notable incremento de la permeabilidad, con las consecuencias que se han discutido anteriormente.
b) Recubrimiento del acero. Como ya se dijo, tanto la carbonatación como los cloruros penetran en el interior del concreto; si en su penetración alcanzan el acero de refuerzo, éste iniciará su proceso de corrosión. Diversos estudios han demostrado que la velocidad de avance de tal penetración se relaciona con una función de la raíz cuadrada del tiempo, es decir, si el recubrimiento se reduce a la mitad en un elemento de concreto, la etapa de penetración alcanzará su valor crítico en menos de una cuarta parte del tiempo; esto hace patente la importancia de un recubrimiento adecuado.
La tendencia general de las normas y reglamentos de construcción define la cantidad de recubrimiento requerido para garantizar la vida útil de una estructura en función de su grado de exposición a agentes agresivos, variando desde 1 cm para las condiciones más benignas, hasta 7.5 cm para aquellas muy agresivas. Es responsabilidad del proyectista emplear la elección adecuada.
Los recubrimientos son generalmente definidos como la distancia libre desde el punto más cercano de la superficie de concreto al refuerzo; no obstante, es preciso considerar tanto el refuerzo principal como el transversal. La superficie permanente más cercana se define como la superficie de concreto terminado libre de cualquier recubrimiento posterior.
El constructor y el supervisor tienen influencia decisiva en este aspecto. Algunos estudios de campo han demostrado que existen variaciones con amplia dispersión en la magnitud real del recubrimiento en las secciones de concreto; destacan que 62 por ciento de las construcciones investigadas tenían un recubrimiento menor que el especificado en el proyecto, con una media de 5 mm, lo cual en la mayor parte de los casos se debió a que se había desplazado el refuerzo de su posición original para permitir el acomodo de las instalaciones. Así, en caso de dudarse de que los requerimientos vayan a ser cumplidos, bajo la tolerancia especificada, deberá estipularse en el proyecto una magnitud mayor, en el sentido de tener en cuenta las tolerancias incrementadas.
Aunque la magnitud del recubrimiento es muy importante, no provee por sí misma la protección suficiente para el refuerzo, ya que si bien los factores dominantes en el proceso de corrosión se vinculan estrechamente con ella, también tienen que ver con la calidad del concreto.
Después del colado
a) Recubrimientos y protecciones. Aunque no constituyen estrictamente un recubrimiento o protección permanente, los agentes de curado son de primordial importancia en la obtención de un concreto de buena calidad, puesto que las superficies de concretos no curados son inevitablemente más permeables y, por lo tanto, menos durables que las del concreto curado.
El curado inicial es vital para los efectos de la durabilidad, y cualquier día menos de aplicación del mismo equivale a alrededor de tres meses de exposición al efecto intermitente de humedecimiento y secado.
En lo que respecta a proporcionar protección al acero contra la corrosión, existen aditivos que la inhiben al generar una película de espesor molecular que protege y estabiliza la capa pasiva, y su efecto se mantiene aun en ausencia de contacto directo con el concreto. Estos productos muestran la propiedad de migrar a través del concreto por distancias de 1 a 2 metros, con lo cual, además de utilizarse como constituyente de la formulación original del concreto, puede extenderse su uso y desempeñarse como tratamiento preventivo de la corrosión cuando el concreto original no haya sido tratado, o como tratamiento correctivo en casos en los que esté desarrollándose un proceso de corrosión para detener el avance del mismo.
Existen en el mercado materiales para la protección posterior del concreto, reducir su permeabilidad superficial e incluso impedir el paso de cualquier agente agresivo, los cuales están elaborados con una amplia gama de componentes que van desde las parafinas hasta los productos epóxicos. Evidentemente, la elección de uno u otro producto será función directa del grado de exposición del elemento, así como del grado de vulnerabilidad propia que de origen posea.
En general, el éxito de estos recubrimientos estriba en su aplicación, pues todos ellos requieren que la superficie se encuentre libre de agua, grasa u objetos extraños, de tal manera que permitan una estrecha adherencia sobre la superficie del elemento que se ha de proteger. Para que puedan considerarse efectivos, debe garantizarse que la resistencia adhesiva con el concreto sea cuando menos igual a la resistencia en tensión del concreto en la superficie.
Es importante remarcar que cualquiera de estas protecciones es temporal –unas tienen mayor durabilidad que otras– y, por lo tanto, todas requieren una supervisión y mantenimiento programados. Asimismo, cualquier agrietamiento en la superficie de concreto, incluyendo aquellos que ocurren después de la aplicación de la protección, se reflejarán a través de ésta si la estructura está sujeta a movimientos por cambio de temperatura o cargas externas. Este movimiento del concreto puede llegar a anular la habilidad de la barrera para brindarle protección al concreto.
Estructuras dañadas
a) Procedimientos de evaluación. Ya se había dicho que existen dos etapas en el proceso de afectación; en la primera, la de iniciación, no se aprecia el daño a simple vista, y se han de emplear técnicas apoyadas en análisis e indicadores químicos. En la segunda, la de propagación, el daño se manifiesta a través de fisuras paralelas al acero de refuerzo, acompañadas de manchas de color rojizo; en casos extremos se observan desprendimientos del recubrimiento y una disminución del área útil de la barra.
Cualquiera que sean la causa y el avance del daño, es esencial determinar su extensión y averiguar si la estructura posee la calidad suficiente para poder colocar una reparación sana. Sobre la base de esta información podrán elegirse el tipo y extensión de la reparación. Este es el paso más delicado, en el cual se requiere un profundo conocimiento de la materia y un juicio maduro por parte del ingeniero. Si el daño es resultado de una exposición moderada sobre un concreto de calidad inferior, su reemplazo por otro de calidad suficiente asegurará buenos resultados. Por otra parte, si es un concreto de buena calidad el que ha sido destruido, el problema se torna más complejo y se requerirá un concreto de calidad superior.
En el caso específico de ataques por cloruros, puede haber una variación considerable de un punto a otro de la estructura; habrá necesidad entonces de tomar muestras en varios puntos sobre la totalidad de la estructura. Se recomienda para esto la extracción de corazones de concreto de 10 cm de diámetro para agregado de 20 mm, o de 15 cm de diámetro para agregado de 40 mm. Alternativamente, se pueden practicar barrenos de 10 mm de diámetro a diferentes profundidades, de manera de recolectar el polvo que se obtiene en la barrenación y proceder a su análisis químico.
Cuando se extraen corazones de concreto, éstos son seccionados en discos de espesor constante, sin utilizar agua de refrigeración. La determinación del perfil de afectación se lleva a cabo siguiendo técnicas de lixiviación o bien mediante el análisis del líquido de poros extraído de las muestras; pueden complementarse o apoyarse con métodos colorimétricos, tiñendo el concreto con soluciones al 0.1 de nitrato de plata.
b) Esquemas de reparación. Es difícil particularizar sobre la utilización detallada de uno u otro método, pues ésta depende del grado de afectación y extensión que muestren los elementos; sin embargo, pueden definirse dos esquemas básicos.
El primero consiste en el reemplazo general del concreto dañado con concreto de proporcionamiento y consistencia adecuadas, de tal manera que se integre plenamente con el concreto base. Este es el método que ha de seguirse en los casos en que el grado de afectación sea importante en cuanto a magnitud o profundidad; cantidades considerables de concreto habrán de ser removidas hasta que se tenga plena certeza de haber alcanzado concreto sano. Se requerirá siempre la utilización de cimbra.
Una variante de este esquema, en el caso de una afectación de poca extensión pero de gran profundidad, consiste en el empleo del retacado con mezclas muy secas o de tipo epóxico, colocadas en capas delgadas; de esta forma, prácticamente no ocurrirá contracción y se desarrollará una resistencia igual o superior a la del concreto original.
El segundo método consiste en la aplicación de concreto lanzado, el cual tiene una excelente adherencia con el concreto existente y es frecuentemente la solución más satisfactoria y económica para hacer reparaciones superficiales; se adapta particularmente a superficies verticales o sobrecabeza, donde es capaz de soportarse por sí mismo sin la necesidad de cimbras. Existen en la actualidad morteros predosificados y equipos especiales simplificados a costos accesibles.
Principal atención ha de prestarse al acero de refuerzo; en el caso de observarse una profundidad tolerable de corrosión, podrá simplemente limpiarse mediante medios mecánicos o con chorro de arena; no obstante, cuando su grado de afectación sea mayor, deberá reemplazarse por completo.
Conclusiones
El concreto se comportará en general de manera satisfactoria cuando esté expuesto a variadas condiciones atmosféricas, a la mayor parte de aguas y suelos que contengan sustancias agresivas y a muchas otras clases de exposición química. Existen sin embargo algunos ambientes químicos, incluso de origen natural, en los cuales la vida útil de una estructura, aunque esté elaborada con el mejor concreto, será corta, a menos que se tomen medidas y cuidados específicos. El conocimiento de esas condiciones permitirá tomar dichas medidas para prevenir el deterioro o reducir la velocidad con la que el daño ocurre.
De manera natural, el concreto proporciona protección contra la corrosión del acero, en virtud de su alcalinidad. El grado de protección estará en función del recubrimiento de concreto, su calidad, los detalles de construcción y el grado de exposición.
La revisión efectuada a lo largo de este estudio demuestra que no hay duda respecto de que un concreto impermeable y de buena calidad será el mejor medio para prevenir la corrosión. No obstante, debe destacarse que no importa lo cuidadosas y exigentes que sean las especificaciones para preparar la mezcla; siempre se requerirá una cuidadosa supervisión en el sitio para asegurar que se siguen las técnicas adecuadas para un buen colocado, vibrado y curado.
El texto de este artículo fue tomado de la tesina presentada por el autor en el Diplomado de Obras de Concreto que imparten la Facultad de Arquitectura de la UNAM y el IMCYC.