1939
mar. 23 de 2012
Buenas prácticas
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Resumen:

La tecnología moderna de la durabilidad busca desarrollar modelos de ingeniería consistentes, describiendo los mecanismos de deterioroque amenazan la seguridad y los índices de servicio y durabilidad de las estructuras de concreto.

Basados en estos modelos, los aspectos de durabilidad pueden desarrollarse para incluir dentro del diseño y ejecución de nuevas estructuras toda la gama de problemas de ingeniería estructural: uso, mantenimiento, inspección, evaluación, reparación y rediseño de estructuras existentes.

¿Cómo crear obras de ingeniería que duren 100 años?

El enlace fijo del puente Gran Belt en Dinamarca, conecta el lado este y oeste del país. Tiene una extensión de 18 km y comprende un túnel submarino de 8 km y dos puentes colgantes de alto nivel: el puente Este con 6,8 km para tráfico de carretera con luz récord de suspensión de 1624 m y el puente Oeste de 6,6 km que combina carretera y ferrocarril.

La resistencia del hormigón para este impresionante proyecto de ingeniería se estableció sobre los 100 años como mínimo. ¿Qué aspectos deben tenerse en cuenta para construir obras resistentes, durables y con una vida útil larga?

La respuesta está en los principios de la tecnología moderna de la durabilidad. (Conozca más sobre la ingeniería, la arquitectura y la fascinante construcción del Gran Belt).

Principios de la tecnología moderna de durabilidad

El tratamiento de los problemas de durabilidad para estructuras de concreto cubre una gama muy amplia de disciplinas técnicas, como:

  • Proyecto (forma estructural, normas)
  • Análisis estructural (comportamiento estructural estática)
  • Tecnología de materiales (composición de materiales)
  • Ejecución (competencia de la mano de obra, tradiciones locales
  • Estadística (probabilidades, teoría de la fiabilidad)
  • Economía

El mantenimiento de estructuras en uso requiere el conocimiento de:

  • Mecanismos de deterioro
  • Agresividad ambiental (microambiente)
  • Pruebas estructurales y de materiales
  • Evaluación
  • Mantenimiento
  • Reparación y puesta al día (seleccionando una estrategia)
  • Instrumentación y supervisión
  • Seguridad y fiabilidad

Entretanto, el diseño de nuevas estructuras requiere el conocimiento de:

  • Mecanismos de deterioro
  • Agresividad, ambiental
  • Medidas protectoras (seleccionando una estrategia)
  • Proyecto y ejecución
  • Mantenimiento

En este primer artículo me detendré en el principio relacionado con los mecanismos de deterioro y parámetros reguladores en estructuras de concreto.

Mecanismos de deterioro y parámetros reguladores

El concreto se puede deteriorar, de manera importante, únicamente por cuatro causas:

  1. Corrosión
  2. Reacciones álcali-sílice
  3. Ataques químicos
  4. Daños por ciclos hielo/deshielo

La corrosión destruye primordialmente la armadura, y los tres restantes destruyen el concreto. Entre los parámetros reguladores, la presencia del agua y sal, son los dos parámetros más decisivos para todos estos mecanismos. La durabilidad del concreto en las zonas costeras y portuarias en especial, es un reto para la ingeniería de todo país con costas.

Agua

Casi todos los mecanismos de deterioro del concreto exigen la presencia de agua para que se den, las excepciones a este comentario son las fisuras causadas por fuerzas que generan deformaciones, por ejemplo, cuando un concreto se somete a gradientes térmicos o cuando una estructura presenta asentamientos diferenciales.

Un concreto también se puede deteriorar por desgaste mecánico, como sucede en pisos sometidos a la acción de llantas duras. Por lo anterior, las acciones que se tomen para mantener seco el concreto reducirá el grado de daño que se pueda presentar frente a una acción dañina.

En la mayoría de los casos, los concretos que están en el interior de las estructuras permanecen secos, y en condiciones normales de uso, no manifiestan daño alguno.

Sal

Las sales basadas en cloruro son de las sustancias más nocivas para el concreto y su presencia se puede dar desde el momento en que se mezcla el concreto cuando se incorpora a través del agua o de los agregados, o cuando la superficie del concreto se somete a humedecimientos con aguas con sal, o aun, con ambientes salinos. La sal puede penetrar en el concreto y actuar de cuatro maneras diferentes:

  • Las sales basadas en cloruros pueden atacar el refuerzo.
  • Si la sal contiene iones de álcali-metal (Na+, K+), penetran también dentro del concreto, aumentando el contenido de álcalis del concreto y en consecuencia el riesgo de reacciones indeseables en concretos que tengan partículas reactivas.
  • La sal es higroscópica, cuando el concreto tiene sal, mezclada o absorbida, hace que el secado sea más difícil y con ello detener el posible avance del daño.
  • Aunque en Colombia no se utiliza la sal para deshielar, esta práctica es importante en países sujetos a periodos de congelación. La sal genera un choque frío en la superficie del concreto cuando el hielo es obligado a deshelarse, lo que con frecuencia genera resquebrajamientos.

Evolución de los mecanismos de deterioro del concreto

En términos generales casi todos los mecanismos de deterioro evolucionan a través del tiempo y su desarrollo sigue una curva como esta:

durabilidad del concreto

Aunque la curva es de apariencia simple, ilustra un hecho muy importante y es que los deterioros tienen dos etapas bien definas:

Fase de iniciación

En esta fase el material, o la estructura, no sufre deterioro, pero en ella se van venciendo las barreras protectoras. Como ejemplo de esta primera fase, se puede mencionar la carbonatación, la penetración de cloruros y la acumulación de sulfatos.

durabilidad del concreto

Iniciación de la carbonatación del concreto

durabilidad del concreto

Iniciación por penetración de cloruro

 

Fase de propagación

En esta fase el deterioro activo puede avanzar bastante y en algunos casos lo hace a un ritmo acelerado. El mecanismo teórico de la corrosión es ejemplo de ello. El grado de propagación de la corrosión está regulado por la difusión y los potenciales eléctricos y la resistividad del concreto.

durabilidad del concreto

Propagación de la corrosión del refuerzo

Todo comienza por la superficie: mecanismos de transprote

De las descripciones presentadas en las tres figuras anteriores se deduce un hecho fundamental: los principales procesos que deterioran el concreto dependen de alguna sustancia que penetre la masa de concreto desde el exterior, a través de la superficie. Dichas sustancias son principalmente el gas carbónico, los iones de cloro, el oxígeno y por supuesto el agua.

Es importante reconocer las consecuencias que tienen estos mecanismos de transporte cuando se quiere evaluar una estructura, seleccionar un método de reparación y diseñar y construir estructuras nuevas si se desea que sean durables.

Dado que es por la superficie por donde comienza el ataque al concreto todo lo que se haga para evitar la penetración de las sustancias dañinas está a favor de la durabilidad del concreto.

Acciones como hacer menos poroso el concreto, aumentar la impermeabilidad y disminuir la difusión son las más inmediatas.

Recubrimientos en el concreto para una larga vida

Los mecanismos de transporte se potencian con los ciclos de humedecimiento y secado y ellos son los responsables del incremento de las concentraciones de los agentes agresivos de las zonas cercanas a la superficie del concreto debido a la evaporación del agua que contiene las sustancias agresivas disueltas.

Se ha observado que los mecanismos de transporte en el concreto son exponenciales por naturaleza. Este hecho tiene que ser considerado al evaluar las consecuencias de un ambiente agresivo. En la imagen se observa un esquema de la manera en que un recubrimiento protege una estructura.

La figura indica que si se tiene un recubrimiento del refuerzo, de alta calidad, con un espesor de 35 mm, el frente de carbonatación se demoraría en llegar al concreto 100 años, pero si el recubrimiento real es de menos de 20 mm la carbonatación podría llegar al refuerzo en menos de 20 años, momento en el cual comenzaría la corrosión del acero.

durabilidad del concreto

Profundidad del frente de avance de las sustancias agresivas en función

Si el recubrimiento se disminuye a la mitad de lo establecido por el diseñador, el frente de carbonatación puede llegar al refuerzo en 15 años. En la práctica se observan obras en las que el recubrimiento del refuerzo es de menos de 15 mm, lo cual hace que la estructura sea extremadamente vulnerable.

Existen obras que al año de servicio ya muestren corrosión del acero de refuerzo, en este caso el deterioro del material se debe a la mala calidad del trabajo, que genera una debilidad en la estructura, y no es que el concreto no sea capaz de defenderse de la agresión externa, lo que se resalta acá es que son dramáticas las consecuencias de una falla simple, que pudo evitarse durante la ejecución de las obras.

Así pues durante la construcción de la obra se debe tener especial cuidado con el fin de asegurar una calidad adecuada del concreto en las capas externas de la estructura, para darle al concreto una superficie fuerte, a manera de coraza, bien compactada. Es necesario además que dicha coraza tenga baja permeabilidad, baja difusión y que durante su conformación no se presenten fisuras erráticas por contracción,razón por la cual no se deben ahorrar esfuerzos para tener un curado muy cuidadoso.

durabilidad del concreto

Puente Zelanda. Construido entre 1963 y 1965, es el más largo de Holanda.

durabilidad del concreto

Vista aérea del puente Zelanda. Fotografía: Skyscrapercity.com

Durante el diseño, se deben considerar los fenómenos de transporte y concentración antes mencionados y asegurar que sean mantenidos bajo control. Esa es la clave para que las obras alcancen una larga vida.

Espero que les haya sido útil este artículo. Próximamente compartiré algunos apuntes y tips sobre cómo alcanzar una adecuada vida útil de las estructuras en concreto. Sus comentarios son bienvenidos.

Nota aclaratoria de responsabilidadLas observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.

Durante el diseño, se deben considerar los fenómenos de transporte y concentración antes mencionados y asegurar que sean mantenidos bajo control. Esa es la clave para que las obras alcancen una larga vida.

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Conclusión

Dado que es por la superficie por donde comienza el ataque al concreto todo lo que se haga para evitar la penetración de las sustancias dañinas está a favor de la durabilidad del concreto. Acciones como hacer menos poroso el concreto, aumentar la impermeabilidad y disminuir la difusión son las más inmediatas.

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