Procesos patológicos del hormigón

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Uno de los motivos por los que decidí abrir un blog fue para aprender de otros compañeros de profesión. Es por ello que con la participación del compañero Juaniquito inauguro la sección de colaboraciones.

Juaniquito López Retamal es Arquitecto Técnico, aunque según él, lo más importante que aprendió en sus estudios fue a cuestionarse lo establecido. Es una persona en constante formación, con gran interés por la gestión de proyectos y la construcción. Escribe habitualmente en su blog: Ciencia & Cemento. También podréis localizarlo por las redes sociales: Twitter y LinkedIn.

La Carbonatación

Fig.1 Efectos de la carbonatación
Fig.1 Efectos de la carbonatación

La carbonatación es un reacción química que se produce en el hormigón, donde la cal apagada (Ca(OH)2 ) procedente de la hidratación del cemento Portland y que es responsable de la elevada basicidad de la pasta, reacciona con el dióxido de carbono (CO2) del aire para formar Carbonato Cálcico (CaCO3).

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

Los hormigones confeccionados con cemento Portland poseen una elevada alcalinidad (Basicidad), la cual les proporcionará una protección para las armaduras existentes, dotándolas de una capa de óxido pasiva sobre las mismas. Dado que la carbonatación provoca una bajada de pH a valores mínimos de basicidad (pH<9), la protección pasivo que el medio alcalino ofrecía a las armaduras desaparecerá. Esto puede llevar a la corrosión de la armadura, si existen los factores necesarios para ello.

La carbonatación es un fenómeno natural que de forma habitual se da en los elementos estructurales de hormigón armado, es una reacción química que se produce de una forma lenta, por ejemplo:

Un hormigón bien dosificado en cemento (350 kg/m3) la profundidad a la que llega la carbonatación es de 4 mm en dos años, 10 mm en 8 años, 20 mm en 25 años.

Debido a la escasa repercusión en la durabilidad de las estructuras en pocas ocasiones se considera como una patología para la cual se deban tomar medidas reparadoras que subsanen el deterioro provocado.

La Aluminosis

Fig. 2 Efectos de la aluminosis
Fig. 2 Efectos de la aluminosis

La aluminosis, también llamada fiebre del hormigón, es una alteración química también que afecta progresivamente al hormigón elaborado con cemento aluminoso (CAC-R), por la cual el hormigón utilizado se vuelve más poroso y pierde su resistencia mecánica.

El cemento aluminoso se compone alúmina (Al2O3) y cal (CaO) ambas al 40%, que junto con el agua de amasado y durante el proceso de hidratación del cemento dan origen a diferentes aluminatos cálcicos hidratados y otros compuestos hidróxidos en función de la temperatura y del paso del tiempo, donde no todos los compuestos resultantes son estables. El ACH10 (hexagonal) es inestable y se transforma en C3AH (cúbico) que reduce volumen, o lo que es lo mismo se vuelve más poroso, perdiendo resistencia.

Este proceso, en el que los componentes hidratados del cemento (máximos responsables de las propiedades del mismo), pasan de la fase cristalina hexagonal (inestable) a la fase cristalina cúbica (estable), es el que se conoce como conversión.

Actualmente, y debido a la pérdida de resistencia mecánica en determinadas situaciones medioambientales, el uso de Cemento Aluminoso está prohibido para elementos estructurales. Aunque fue muy utilizado durante el tercer cuarto del siglo XX, cuando el uso este tipo de cemento era generalizado para la fabricación de viguetas pretensadas, por su velocidad de fraguado y rápida adquisición de resistencia.

Fig. 3 Conversión de cristales hexagonales a cúbicos en aluminosis
Fig. 3 Conversión de cristales hexagonales a cúbicos en aluminosis

La aluminosis provoca indirectamente importantes daños en las armaduras de corrosión (oxidación). En el caso de viguetas los daños pueden ir desde manchas de oxido, fisura, deformaciones o desprendimiento de recubrimiento hasta la rotura por cortante en los apoyos o la rotura por flexión que pueden provocar el colapso de la estructura.

En España, el caso más famoso es el del Estadio Vicente Calderón (Madrid), donde los agentes externos eran especialmente altos por su situación próxima al río Manzanares (aumento de humedad) y a otros agentes químicos (tráfico de la M-30). La estructura del estadio tuvo que ser restaurada como medida de seguridad.

Aluminosis + Carbonatación

La carbonatación, puede darse en hormigones confeccionados con cemento aluminoso. Además, debido a su composición menos alcalina, se carbonata con mayor facilidad y rapidez. No obstante la carbonatación en sí misma, al igual que ocurre con los cementos Portland no supone una degradación que pueda repercutir en la durabilidad de un hormigón estructural.

Aunque ni la aluminosis ni la carbonatación ataquen directamente a las armaduras, si el cemento aluminoso ha sufrido los procesos de conversión volviéndose más poroso y perdiendo resistencia, y a su vez sufre de carbonatación, la vulnerabilidad de las armaduras (determinantes en la estabilidad estructural) se agrava.

En las armaduras pueden aparecer, junto con el mayor o menor grado de corrosión, la pérdida de adherencia entre barras de armado y hormigón debida a la disminución de densidad producida tras los fenómenos de conversión. Así como la pérdida de tensado en elementos de la estructura horizontal (viguetas pretensadas)

Los agentes externos que actúan sobre las armaduras son atmosféricos, encontrando mayor incidencia de casos en climas marítimos con ambientes salinos y zonas industriales con ambientes contaminantes. También debemos considerar las filtraciones, por la presencia constante de humedad a través de las fisuras aparecidas en cubiertas, por lo que es frecuente la aparición de patologías en los forjados de cubierta, más expuestos que los interiores.

Conclusión

La carbonatación y la aluminosis son reacciones químicas que atacan al hormigón.

La carbonatación ataca tanto al cemento Portland como aluminoso, pero su repercusión en la durabilidad y la pérdida de prestaciones estructurales es bastante baja por lo que en la mayoría de los casos no es necesario tomar medidas contra restantes.

La aluminosis es una patología exclusiva de los cementos aluminosos, que actualmente están prohibidos para elementos estructurales. Sus daños en el cemento provocan una gran vulnerabilidad en las armaduras. Si además, se le suma la carbonatación esta vulnerabilidad se aumenta.

Ni la carbonatación, ni la aluminosis atacan directamente a la oxidación de las armaduras pero si eliminan la protección pasiva que el cemento le aporta a las armaduras.

Los agentes externos como humedad y contaminación son los provocantes de la oxidación de las armaduras. Si existen estos agentes en el ambiente, los daños en hormigones elaborados con cemento aluminoso atacaran directamente a las armaduras. Estos daños podrán ir desde manchas de oxido hasta colapsar la estructura por lo que se deberá diagnosticar el nivel de deterioro y las medidas correctoras necesarias.

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3 comentarios sobre “Procesos patológicos del hormigón

    […] Juaniquito, autor del blog “Ciencia&Cemento” en la que nos explicaba cuáles son los procesos patológicos del hormigón, voy a documentar en dos entradas cuál es el proceso, pruebas y ensayos para detectar la presencia […]

    Óscar moreno escribió:
    1 julio, 2013 en 13:18

    Buenos dias
    Mi Nombre es Oscar Raúl Moreno y vivo en Panamá.
    He estado buscando literatura acerca de los efectos de la bajada del PH en la resistencia de elementos de concreto hechos con cemento Portland. ¿baja la resistencia a la compresión?, ¿baja la resistencia a la abrasión? Le agradecería si puede usted aportarme datos al respecto

    MUCHAS GRACIAS

    […] La carbonatación natural o atmosférica se produce en el hormigón cuando los compuestos de calcio reaccionan con el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera y el agua (H2O) en los poros del Hormigón. En primer lugar, el CO2 reacciona con el agua en los poros para formar ácido carbónico (H2CO3). A continuación el ácido carbónico reacciona con los compuestos de calcio contenidos dentro de los productos de hidratación que están presentes en el hormigón maduro, principalmente hidróxido de calcio (típicamente 25 – 50 % en peso de la pasta de cemento). Creando el Carbonato de calcio (CaCO3) de acuerdo con la siguiente reacción química: […]

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