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ConsideracionessobrelacorrosinyladurabilidaddelconcretoarmadoenlaIngenieraCivilARTICLESource:OAI
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H.BologniniUniversidadCentroOccidentalLisandroAlv20PUBLICATIONS2CITATIONS
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Trabajo de Ascenso Categora Asistente
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Prof. Humberto Bolognini Noviembre 2005
INTRODUCCIN
El trabajo que se presenta a continuacin para optar a la categora
de Profesor Asistente ante la Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, pretende recoger las principales referencias estudiadas en los
ltimos 5 aos en el rea de corrosin del concreto armado y la
durabilidad de las estructuras.
El material de construccin ms utilizado en la actualidad es sin
duda el concreto armado, su empleo en las estructuras se ha convertido
en una costumbre desde principios del siglo XIX, superando abiertamente
la batalla con otros materiales por ser el elemento ms adecuado y viable
para ser utilizado en las obras civiles.
El concreto armado es un material conformado por concreto y
acero, los cuales trabajan de manera conjunta para poder ofrecer una
adecuada resistencia ante las solicitaciones que se les presente. A pesar
de la resistencia que poseen las estructuras de concreto armado siempre
estn propensas durante su vida til al ataque qumico y fsico de diversos
agentes, que degradan y deterioran la estructura hasta el punto de que
puedan quedar inutilizadas. Debido a lo antes expuesto, la durabilidad del
concreto variar de acuerdo a la condicin de exposicin y a los servicios
a la que se ver sometida la estructura durante su vida til.
La corrosin de la armadura es una de las causas ms habituales
responsable del deterioro de las estructuras de concreto que est
llevando a elevados gastos de reparacin y mantenimiento, con la
preocupacin que ello supone para las administraciones, que son las
propietarias de las obras pblicas y los particulares cuyas viviendas
sufren deterioros prematuros. El Ingeniero al construir en ambientes
agresivos debe tomar medidas adicionales para obtener mayor
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durabilidad, entendindose por durabilidad como la habilidad para resistir
la accin del intemperismo, el ataque qumico, abrasin y cualquier otro
proceso o condicin de servicio de las estructuras que produzcan
deterioro del concreto, sin incurrir en ninguna otra intervencin adicional
al mantenimiento programado.
No se puede dejar de analizar el llamado costo de la durabilidad, ya
que tambin se debe asociar a este con un ahorro a largo plazo. Si
volcamos estas premisas al anlisis del material, se observa que la
situacin ideal sera poder lograr un material que con el menor costo
posible nos permita satisfacer las condiciones de servicio durante toda la
vida til de la estructura.
Esta concepcin terica que se trasmite en todos las etapas de la
enseanza de la profesin, no siempre vemos que se cumpla en la vida
real. Basta ver las estructuras daadas debido a la no-aplicacin del
concepto de durabilidad. Lo fundamental para evitar estos problemas, es
tener una idea clara, de qu y para qu se est construyendo la obra que
nos es encomendada.
Este concepto es fundamental para predecir el funcionamiento de
la estructura, durante toda su vida til de servicio. Diferentes controles
surgen de acuerdo a la ubicacin de la estructura proyectada, as como
tambin del tipo de materiales que se emplea en la elaboracin. Con
referencia a la durabilidad respecto a la ubicacin de la estructura, se
debe tener en cuenta los procesos de corrosin de armaduras en distintas
atmsferas, ataques qumicos externos al concreto, problemas de
fisuracin y acciones fsicas al mismo.
Cada situacin particular expuesta anteriormente tiene su solucin
adecuada, la cual debe ser analizada desde la concepcin de la
estructura, ya que la aparicin de los problemas genera costos (sea por
falla estructural, prdida de la capacidad de servicio, afeamiento externo,
entre otros.), muchos ms altos para su reparacin, los cuales pudieron
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ser minimizados si se analizara en el momento adecuado. Lograr una
combinacin de materiales que con el menor costo posible nos permita
satisfacer las condiciones de servicio durante toda la vida til de la
estructura.
En tal sentido, el crecimiento de las ciudades, el consecuente
cambio o actualizacin del uso de las edificaciones, las condiciones
climticas, los ambientes ms agresivos, los fenmenos naturales y las
caractersticas de nuevos vehculos de transporte, hacen prioritario
asegurar la vida y el mayor aprovechamiento de las construcciones en las
ciudades de hoy.
De la mayora de fallas por durabilidad de lo materiales, la
corrosin es la ms importante debido a que a diferencia de otras esta, se
inicia a travs del concreto y afecta al acero. Las consecuencias se
observan aproximadamente despus de diez (10) aos, posiblemente
luego de vencer la responsabilidad decenal, por lo que no es fcil
convencer al inversionista que asuma el costo por durabilidad.
Las investigaciones relacionadas con la corrosin de armaduras
han sido amplias en los ltimos diez aos, las cuales han estado
especialmente enfocadas en los siguientes puntos:
1. Al estudio de las causas y mecanismos de deterioro
2. Al desarrollo de tcnicas electroqumicas de evaluacin y control
tanto en el laboratorio como in- situ.
3. Al empleo de mtodos de proteccin.
Asimismo, recientemente se plante la necesidad de cuantificar la
vida til de las estructuras afectadas por corrosin en servicio no
deterioradas o estimar la futura en el caso de nuevas, influyendo desde la
fase de proyecto.
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Este trabajo recopila informacin sobre la corrosin del concreto
armado y su durabilidad, identificando causas, mecanismos de accin y
consecuencias, se enmarca en la lnea de investigacin de durabilidad del
Decanato de Ingeniera Civil de la UCLA y forma parte conceptual y de
referencia para la actividad acadmica y de investigacin en el rea.
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CONSIDERACIONES SOBRE LA DURABILIDAD DEL CONCRETO
ARMADO
En Latinoamrica existe una serie de infraestructuras que se estn
deteriorando a gran velocidad por efecto de la corrosin en los refuerzos
de acero. En la mayora de los casos, sucede por un mal diseo o porque
no se toman en cuenta las recomendaciones necesarias en la ejecucin
de la obra como un curado y vibrado eficiente, aunado a una ausencia de
operaciones de mantenimiento y monitoreo en las obras que vienen
sirviendo a nuestra sociedad a travs de los aos.
Todo problema patolgico, ocurre a travs de un mecanismo. En el
caso de la corrosin del acero de refuerzo se genera un proceso de
naturaleza electroqumica que va evolucionando y causando daos en la
armadura; estos se evidencian a travs de fisuras o grietas en el concreto
paralelos a la direccin del acero longitudinal, desprendimiento del
recubrimiento producto de los esfuerzos de tensin que se originan en la
cubierta de concreto y prdida de adherencia entre el acero y el concreto,
ocasionando una disminucin de la capacidad de carga de los elementos
estructurales, comprometiendo el funcionamiento de las mismas y la
seguridad de las personas.
A pesar de la proteccin contra la corrosin que ofrece el concreto,
se tiene un gran nmero de casos atribuidos al ataque de cloruros u otros
iones agresivos que aceleran el proceso de corrosin. La presencia de
estos agentes puede provenir por medio de adiciones realizadas al
concreto durante su preparacin, como un agua de amasado con grandes
concentraciones de cloruro o por medio de agregados o aditivos que
contengan estos iones despasivantes, o bien por medio del ambiente
externo, producto de una penetracin a travs del concreto.
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Los ambientes marinos por poseer un alto contenido de cloruros,
representan una condicin propicia para generar y acelerar el fenmeno
de corrosin. Venezuela no escapa de sta problemtica, pues presenta
un gran desarrollo constructivo en las zonas costeras, evidencindose un
alto porcentaje de estructuras con problemas de corrosin; lo que hace
indispensable en el sector constructivo conocer el comportamiento del
concreto armado al estar sometido a un ambiente agresivo durante largo
plazo.
La falta de conocimiento e incumplimiento de normativas y
recomendaciones tcnicas dedicadas a garantizar el buen funcionamiento
de una estructura, conllevan a prcticas constructivas inadecuadas que
originan la construccin de estructuras ms susceptibles a la corrosin.
En Amrica, la prctica ndica que la gran mayora de las
estructuras de concreto son diseadas con exclusiva atencin a sus
necesidades estructurales. En tal sentido cabe preguntarse Es el diseo
estructural en los elementos de concreto una condicin nica, suficiente y
necesaria para garantizar su adecuado desempeo y durabilidad a travs
del tiempo? Es necesario considerar las condiciones de exposicin y
servicio en el diseo de una estructura de concreto? El diseo
estructural incluye el diseo por durabilidad? La durabilidad del concreto
es una propiedad intrnseca que no depende del diseo?
En Venezuela crece de manera alarmante la degradacin de
estructuras por efectos patolgicos que imprimen una gran cantidad de
recursos para su reparacin o sustitucin.
Una creencia poco objetiva y ampliamente diseminada en la industria
de la construccin, es la que considera al concreto como un material
durable por naturaleza, y que por tanto no es necesario tomar ninguna
precaucin extra en su diseo.
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En la actualidad la construccin de edificaciones de concreto
armado en ambientes marinos, supone una inversin importante a fin de
garantizar la vida til del inmueble, sin suponer mayores gastos de
mantenimiento que el programado para el tipo de estructura, debido a los
altos costos de reparacin y las fallas y sntomas de corrosin detectadas
en estructuras expuestas a este tipo de ambiente.
Fernndez Canovas (1984). Comenta que la mayor parte de las
estructuras han utilizado como material de construccin el concreto
armado, entendiendo por tal, la mezcla intima de cemento, agregados,
agua, eventualmente aditivos y el acero que da la fibra o nervio que
necesita el concreto para ser un material estructural completo.
Este uso del concreto se ha acelerado a nivel mundial y puede ser
debido a las propiedades que este confiere, como lo son las qumicas,
fsicas y sobre todo mecnicas, es por ello que varios autores lo denotan
como un material de buen comportamiento mecnico y durabilidad
adecuada.
El concreto es un material compuesto que est concebido para
soportar cargas y resistir esfuerzos mecnicos, dentro de un elemento
estructural o de una estructura de construccin, bien sea de edificacin o
de obra pblica. En tanto, cumple con esta misin en trminos de servicio,
el concreto es durable y deja de serlo cuando no es capaz de resistir, en
razn de las causas internas y externas, actuando aislada e
individualmente, o mancomunadas y en conjunto.
En todo lo anterior, el medio ambiente juega un papel de significativa
importancia, por cuanto el estado del tiempo y el clima definen la
condicin de agresividad del entorno que rodea la superficie de una
estructura de concreto. Por otra parte, la estructura y la micro estructura
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interna del concreto, definen la interaccin y el comportamiento de la
masa superficial e interna, frente a la agresividad del medio ambiente.
Los recursos naturales de la tierra se conservan cuando la vida de
servicio de un producto manufacturado se prolonga. Recientemente, se
han desarrollado numerosos materiales y mtodos para elevar la
durabilidad de las estructuras de concreto.
El concreto armado est implcito en toda actividad de desarrollo de
cualquier pas. Se encuentra presente en la mayora de las estructuras
civiles y viales con las que se construyen las ciudades y vas de
comunicacin y transporte, razn que ha obligado en los ltimos aos a
los ingenieros civiles a estudiar y profundizar la bsqueda de sus posibles
virtudes y determinacin de los factores que pueden vulnerarlo, de
manera que le permita mantenerse como Rey de los materiales de
construccin.
Hoy en da se tiene plena conciencia de que el factor ms
determinante para la reduccin de la durabilidad del concreto estructural
es la falta de control de la corrosin en los aceros de refuerzo,
manifestndose con particular severidad en las ciudades costeras,
especialmente las martimas. Nuestro pas por estar conformado por
amplias costas se ve afectada por este fenmeno, repercutiendo en su
economa debido al gran desarrollo constructivo tanto industrial como
turstico.
En la mayora de los casos, los problemas de corrosin se originan por
una combinacin de defectos constructivos y de diseo, influenciado por
las caractersticas ambientales, empleo de materiales inapropiados y falta
de mantenimiento. Adems, debido a que en el concreto armado el acero
de refuerzo no se encuentra a la vista, es posible que no se le otorgue a
estas armaduras metlicas la importancia que tienen, as como las
consecuencias que puede acarrear su deterioro.
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El concreto armado consiste en la unin de dos materiales, hormign y
acero, trabajando en forma combinada, en la cual el hormign resiste los
esfuerzos de compresin y las barras corrugadas de acero los esfuerzos
de traccin.
Esta combinacin de materiales, adems de aportar unas prestaciones
mecnicas muy amplias, ha demostrado poseer una durabilidad adecuada
para la mayora de los usos a los que se le destina. Esta durabilidad de
las estructuras de concreto armado es el resultado natural de la accin
protectora, de doble naturaleza, que el concreto ejerce sobre el acero
(Andrade 1988):
Por una parte, el recubrimiento de concreto supone una barrera
fsica.
Y por otra, la elevada alcalinidad del concreto desarrolla sobre el
acero una capa pasivante que lo mantiene inalterado por tiempo
indefinido.
La durabilidad depende del ambiente al que se exponga el concreto o
de causas internas del concreto mismo. Las causas externas pueden ser
fsicas, qumicas o mecnicas: se pueden deber al intemperismo, a las
temperaturas extremas, a la abrasin, a la accin electroltica y al ataque
de lquidos o gases naturales o industriales. La extensin de dichos
agentes depender en gran parte de la calidad del concreto, aunque en
condiciones extremas cualquier concreto se deteriora (Neville 1988). As,
un concreto durable ser el que conserve su forma original y su capacidad
resistente de servicio en el tiempo, cuando se encuentre expuesto a estas
acciones (Fernndez. C, 1993).
La vida til de un concreto simple o compuesto, vale decir, sin o con
armadura de acero, respectivamente, est relacionada directamente con
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el concepto de durabilidad. En el caso del concreto las fallas que inciden
en su integridad estructural, producen inutilidad del bien y por lo tanto se
analizan bajo una perspectiva de durabilidad.
Segn Andrade (S/F), Cuando el concreto comenz a utilizarse
industrialmente a principios del siglo XIX, se pens que se haba
encontrado un material de durabilidad ilimitada, ya que el concreto aporta
una proteccin de tipo qumico hacia el acero, debido a su elevada
alcalinidad la cual supone una barrera fsica que asla a la armadura de la
atmsfera. Sin embargo a pesar del uso masivo de este material y su
buen comportamiento general, no es menos evidente el creciente nmero
de estructuras que muestran corrosin de su armadura, con las graves
consecuencias econmicas y sociales que su reparacin supone.
Estos conceptos bsicos son los que se pretenden extender
tambin a la consideracin de la durabilidad, de tal forma que se incluyan
las acciones del medio ambiente entre las posibles solicitaciones a las
que la estructura est sometida.
Helene (1998), Comenta que en los ltimos aos esta creciendo
significativamente el nmero de estructuras de Concreto con
manifestaciones patolgicas, principalmente con problemas de corrosin
de armaduras, como resultado del envejecimiento precoz de las
construcciones existentes. La introduccin de la durabilidad en el
proyecto de las estructuras de concreto puede ser efectuada, en principio,
a travs de uno de los siguientes procedimientos de amplio espectro:
Con base a experiencias anteriores
Con base en ensayos acelerados
A travs de mtodos deterministas
A travs de mtodos estocsticos o probabilsticos.
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Evidentemente esa visin es la que el medio tcnico puede tener hoy,
como consecuencia de la enorme evolucin que se ha dado en los ltimos
tiempos en este campo. En los primeros aos de las construcciones de
concreto, apenas la experiencia profesional y el buen sentido
comandaban los criterios del proyectista, siendo totalmente subjetivo lo
relativo a la durabilidad.
Por lo tanto, a pesar de no ser comn en la normalizacin disponible
hasta pocos aos atrs, hoy en da es conveniente e indispensable una
separacin ntida entre los ambientes preponderadamente agresivos a la
armadura de los ambientes predominantemente agresivos al concreto. De
la misma forma, la dosificacin o la composicin del concreto, o sea, la
proporcin y la naturaleza de los materiales que lo componen, deben ser
tratados en separado; concretos resistentes a los medios agresivos a la
armadura y concretos resistentes a los medios agresivos al propio
concreto.
Abarca y Alvarado Mxico (S/F), Durante el desarrollo de su trabajo
advierten que la durabilidad del concreto es un tema relevante y
constituye uno de los materiales ms importantes en el campo de la
ingeniera. Los autores de este estudio no analizan una aplicacin
prctica del concreto, ya que existe la suficiente informacin bibliogrfica
y de investigaciones como para lograr resultados confiables en la
actualidad, dejando una motivacin futura para la realizacin de una
metodologa de anlisis de vida til y su interaccin con otros materiales
de construccin. Adems comentan que el modelo de determinacin de la
durabilidad del concreto es un tema muy abordado por los profesionales
del ramo, por lo que se introduce en este estudio un anlisis sencillo
determinstico con el fenmeno de degradacin ms importante que es el
de la corrosin.
Los mtodos estocsticos no proporcionan una apreciacin tan
real, por ser anlisis que se realizan en perodos de tiempo muy extensos
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y que no suele poseer una metodologa sistemtica de estudio, en cambio
las pruebas aceleradas proporcionan buenas aproximaciones, se
recomienda guiarse por las referencias existentes. En el caso del
concreto, se aconseja la necesidad de plantear una metodologa para
determinar su vida de servicio en la interaccin con otros materiales de
ingeniera y otros fenmenos de degradacin, que en menor o mayor
medida juegan un papel preponderante a la hora de evaluar su vida til
dependiendo del uso estructural que se le d al concreto en diferentes
ambientes.
El ACI 201 define la durabilidad del concreto hecho con cemento
hidrulico como la habilidad para resistir la accin del intemperismo,
ataque qumico, abrasin o cualquier otro proceso de deterioro. Y
determina que el concreto durable debe mantener su forma original,
calidad y caractersticas de servicio cuando es expuesto a este ambiente.
Tomando como base estas condiciones, la expectativa de mejorar la
durabilidad y por tanto la vida til de cualquier estructura, est dada por la
definicin de sus condiciones de exposicin, condiciones de servicio y las
prcticas recomendadas en la construccin del elemento.
Uribe (2000), Tomando como base la expectativa de mejorar la
durabilidad y por tanto la vida til de cualquier estructura, est estar
dada por la definicin de sus condiciones de exposicin, condiciones de
servicio y las prcticas recomendadas en la construccin del elemento.
En la determinacin de cada uno de esos parmetros, las
condiciones de exposicin deben ser integradas a la posicin geogrfica,
el carcter del lugar y el medio de contacto. Las condiciones de servicio
que generan los daos ms comunes que afectan al concreto en su
durabilidad estn expresadas por ataque de sulfatos, exposicin al agua
de mar, ataque cido, carbonatacin, abrasin, corrosin del acero de
refuerzo y reacciones qumicas; y por ltimo, se deben tomar en cuenta
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las prcticas constructivas recomendadas; previas, durante y posteriores
a la colocacin del concreto.
Puesto que el deterioro prematuro de un elemento de concreto
tiene causas muy variadas y que pueden ocurrir en un elemento a un
mismo tiempo, es necesario identificarlas todas y reconocer su posible
procedencia, ms an, es necesario saber sus mecanismos de ocurrencia
y la magnitud de los daos que pueden provocar, ya que el
establecimiento de todas estas condiciones es vital para poder prolongar
la vida til de cualquier estructura. Este trabajo enfocar el estudio a un
anlisis del concreto como material, donde el buen diseo estructural
estara implcito y solo se evaluar los requerimientos de durabilidad.
Adems teniendo en consideracin que el costo de durabilidad es
necesariamente mayor a la no durabilidad, esta ofrece mayores beneficios
a mediano y largo plazo, por tanto se pretende comparar los beneficios o
prdidas de invertir en concretos durables y de esta forma demostrar que
invertir en estos sea visto como un hecho necesario en el momento de
construir, obteniendo como resultado una mayor durabilidad de la
estructura.
En los ltimos aos se ha incrementado el nmero de estructuras poco
durables, esto se debe a que muchas veces se hace mayor nfasis en
realizar construcciones que solamente presenten suficiente resistencia
para soportar las cargas a las que estar sometida durante su vida til, y
se ignora el diseo por durabilidad, lo que al cabo de un tiempo trae como
consecuencia prdidas econmicas y prdidas funcionales de la
estructura, adems de comprometer la seguridad de las personas que las
utilizan y las de terceros.
Uribe (2000), seala que un acertado diseo estructural no garantiza
por si solo el correcto funcionamiento de un proyecto. Son varios los
factores que se consideran en la ejecucin del diseo de un proyecto que
pueden intervenir en su desempeo a travs del tiempo. La preocupacin
por el tema de la durabilidad del concreto y la rehabilitacin de las
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estructuras es mundial, y ha sido a travs del estudio de casos como nos
hemos acercado a su entendimiento. Siguiendo el desarrollo del tema, se
ha querido en esta ocasin hacer referencia a algunos casos
documentados en Mxico donde se relacionan aspectos de costos,
prcticas constructivas aplicadas, especificaciones de diseo y relacin
estructura-durabilidad, que nos hablan en conclusin de la necesidad de
aplicar un diseo de concreto incluyente, en donde no se consideren
independientes las solicitudes estructurales del elemento y sus
condiciones de exposicin y servicio.
Calvo (S/F), expresa que las implicaciones econmicas de la no
durabilidad son muy grandes, en las ltimas dcadas se han
incrementado las necesidades presupuestarias para cubrir los costos
asociados a las actuaciones que demandan estas estructuras. Sin
embargo, el porcentaje anual de crecimiento de los presupuestos
asignados para conservacin, no es acorde ni tan siquiera con el de
creacin de infraestructura. Se hace necesario, por tanto, conocer y tener
en cuenta todos los posibles mecanismos de degradacin, para adoptar
medidas especficas en cada una de las fases que atraviesan las
estructuras (proyecto, construccin, conservacin y explotacin),
considerando siempre que los costos de no tener en cuenta la durabilidad
crecen de forma exponencial con la fase en que se encuentre la
estructura.
Helene (1996), menciona que vale resaltar que desde el punto de
vista econmico todas las medidas relacionadas a la durabilidad tomadas
a nivel de proyecto son siempre ms convenientes, ms seguras y ms
baratas que medidas protectoras tomadas a posteriori. Los costos de
inversin en la estructura para alcanzar un cierto nivel de durabilidad y
proteccin, crecen progresivamente cuanto mas tarde se haga dicha
intervencin, la evolucin de ese costo puede ser semejante al de una
progresin geomtrica de razn 5, conocida por ley de los 5 o regla de
Sitter.
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Debido al alto costo de los materiales y las tecnologas complejas
involucradas, solo han encontrado aplicaciones limitadas. El concreto
ordinario es el material de eleccin para la construccin, debido a que es
un producto relativamente econmico y de tecnologa simple. Por lo tanto,
el reto consiste en hacer que el concreto ordinario sea un material de
construccin de alto rendimiento y muy durable para las estructuras
futuras.
La evaluacin sistemtica de las solicitaciones de cada estructura
de concreto redundar en beneficios econmicos para todas las partes
involucradas al hacer estructuras ms duraderas y seguras. En la
utilizacin de concreto durable no es posible realizar anlisis de costos
simplistas, al comparar productos convencionales contra aquellos que son
de alto comportamiento, ya que si tomamos en cuenta los casos
presentados en este documento, se puede concluir con claridad que los
costos finales derivados del producto original, su mantenimiento y
reparacin, sern siempre superiores a los costos originales derivados de
un producto de alto desempeo.
Rincn y Otros Venezuela (1998), Los costos de mantenimiento de
la estructura, como los de correccin o contencin de las fallas generadas
por el fenmeno de corrosin, cuando estos son tcnicamente posibles,
son econmicamente tan significativos como para que se estimule le
investigacin cientfica y tecnolgica.
Anzola Venezuela (2002), En las ultimas dcadas paralelamente a
grandes logros en la realizacin de obras civiles se ha registrado una
importante cantidad de obras lesionadas, sin prestar el servicio para el
cual fueron construidas, originndose fallas en el sistema, reduciendo la
vida til de la estructura y por consiguiente la confiabilidad de las mismas.
El grado de confiabilidad es un compromiso del costo hecho en la etapa
de diseo, las fallas generalmente se deben al diseo deficiente de la
estructura y se ha demostrado que las fallas adicionales se deben a un
escaso mantenimiento preventivo o a la falta de control de calidad de la
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obra. La corrosin de la armadura es una de las causas ms habituales
responsable del deterioro de las estructuras de concreto que est
llevando a elevados gastos de reparacin y mantenimiento, con la
preocupacin que ello supone para las administraciones que son las
propietarias de las obras pblicas y los particulares, cuyas viviendas
sufren deterioros prematuros. El Ingeniero al construir en ambientes
agresivos debe tomar medidas adicionales para obtener mayor
durabilidad entendindose por durabilidad el periodo de tiempo en el cual
la estructura funciona correctamente sin ninguna otra intervencin
adicional al mantenimiento programado.
Helene Brasil (1998), ha mencionado en varias ocasiones que en
los ltimos aos ha crecido significativamente el nmero de estructuras de
concreto con manifestaciones patolgicas en Brasil, siendo la corrosin
del acero de refuerzo la mas frecuente como resultado del envejecimiento
precoz de las construcciones existentes, por la despasivacin de las
armaduras embebidas en el concreto, producida por el uso de concretos
de mala calidad y a la existencia de medio ambientes altamente agresivos
provocando una disminucin drstica del pH.
Uribe Mxico (2000), El acelerado deterioro de las estructuras de
concreto en Mxico es la causa fundamental para que se d un cambio en
el diseo y construccin de las mismas. Dicho cambio tiene la obligacin
de analizar en forma particular las condiciones de exposicin y servicio de
cada elemento y ejecutarlas mediante la aplicacin de las prcticas
constructivas recomendadas por los comits internacionales de
construccin.
El concreto se comportar en general de manera satisfactoria
cuando est expuesto a variadas condiciones atmosfricas, a la mayor
parte de aguas y suelos que contengan sustancias agresivas y a muchas
otras clases de exposicin qumica. Existen sin embargo algunos
ambientes qumicos, incluso de origen natural, en los cuales la vida til de
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una estructura, aunque est elaborada con el mejor concreto, ser corta,
a menos que se tomen medidas y cuidados especficos. El conocimiento
de esas condiciones permitir tomar dichas medidas para prevenir el
deterioro o reducir la velocidad con la que el dao ocurre.
De manera natural, el concreto proporciona proteccin contra la
corrosin del acero, en virtud de su alcalinidad. El grado de proteccin
estar en funcin del recubrimiento de concreto, su calidad, los detalles
de construccin y el grado de exposicin. La revisin efectuada a lo largo
de este estudio demuestra que no hay duda respecto de que un concreto
impermeable y de buena calidad ser el mejor medio para prevenir la
corrosin. No obstante, debe destacarse que no importa lo cuidadosas y
exigentes que sean las especificaciones para preparar la mezcla; siempre
se requerir una minuciosa supervisin en el sitio para asegurar que se
siguen las tcnicas adecuadas para un buen colocado, vibrado y curado.
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CORROSIN DE LA ARMADURA
La corrosin de la armadura es un proceso electroqumico que
provoca la degradacin (oxidacin) del acero embebido en el concreto,
que resulta de la falta de uniformidad en el acero (diferentes aceros,
soldaduras, sitios activos sobre la superficie del acero), contacto con
metales menos activos, as como tambin, de las heterogeneidades en el
medio qumico o fsico (hormign) que rodea al acero y de la naturaleza
del hierro. Aunque la potencialidad para la corrosin electroqumica
puede existir debido a la falta de uniformidad del acero en concreto, la
corrosin normalmente se previene por la formacin de la capa
pasivante. Pero, cuando las condiciones de servicio cambian y el
concreto se altera o a travs de l penetran sustancias agresivas, se
produce el rompimiento de esta pelcula y la corrosin de las armaduras
se desencadena con una triple consecuencia:
- El acero disminuye su seccin o incluso se convierte
completamente en xido,
- el concreto puede fisurarse o delaminarse debido a las presiones
que ejerce el xido expansivo al generarse y,
- la adherencia armadura concreto disminuye o desaparece.
La corrosin es un proceso que ocurre en la fase acuosa, en el caso
del concreto armado, el fenmeno tiene lugar en la solucin existente en
los poros interiores.
Todo proceso de corrosin electroqumica requiere de la presencia de
al menos cuatro elementos (DURAR, 1998):
a) Un nodo, donde ocurre la oxidacin.
b) Un ctodo, donde ocurre la reaccin de reduccin.
c) Un conductor elctrico por donde circulan los electrones liberados
en el nodo y consumidos en el ctodo.
d) Un electrolito (el concreto), donde ocurren dichas reacciones.
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Causas de la corrosin de las armaduras
Se ha identificado que la principal causa de corrosin del acero del
refuerzo embebido en el concreto tiene origen en una diferencia potencial
electroqumica en la que es comn la presencia de una corriente elctrica
que inicia el fenmeno de corrosin electroltica, aunque tambin se
reconoce que este tipo de proceso se puede manifestar por un ataque
qumico directo.
Como consecuencia de los procesos de corrosin del acero, se
pueden tener dos efectos claramente diferenciados en las estructuras de
concreto. Por una parte, debido a la corrosin del acero de refuerzo
disminuye la seccin del acero, con lo que pierde su adherencia a la
pasta, se afectan en forma negativa sus propiedades mecnicas y, por
tanto, merma su capacidad de trabajo estructural. Por otra parte, ocurren
cambios volumtricos que se derivan de la formacin de los productos de
la corrosin, donde dichos cambios generan presiones lo suficientemente
poderosas para agrietar la pasta de concreto y, en casos extremos,
provocar desprendimientos de concreto.
Para mitigar la ocurrencia de los procesos corrosivos, se deben
identificar las principales causas que lo favorecen, lo cual se ha hecho de
acuerdo con lo siguiente:
Excesiva porosidad del concreto (concreto permeable al agua y al
aire).
Reducido espesor del recubrimiento de concreto sobre el refuerzo.
Existencia de grietas en la estructura.
Alta concentracin de agentes corrosivos en los componentes del
concreto.
Manifestacin de corrientes elctricas en el concreto (corrientes
parsitas o generadas internamente por diferencia de potencial).
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Segn Andrade (1988) son esencialmente dos las causas que pueden
dar lugar a la destruccin de la capa pasivante del acero:
La presencia de una cantidad suficiente de cloruros (tanto porque
se aadan durante el amasado como porque penetren desde el
exterior), u otros iones despasivantes en contacto con la armadura,
y
la disminucin de la alcalinidad de hormign por reaccin con
sustancias cidas del medio.
Es importante resaltar que sin la presencia simultnea en el concreto
de oxgeno y humedad no es termodinmicamente posible la corrosin y,
sin una cantidad mnima crtica, no es posible que se desarrolle con
velocidad apreciable. Ambos factores tienen un carcter ambivalente,
pues cuando las armaduras estn pasivadas, una cierta cantidad de
oxgeno y humedad pueden servir para engrosar la capa pasivante, pero,
cuando las armaduras se corroen activamente, actan acelerando
notablemente el ataque. En su ausencia, sin embargo, lo detienen
completamente (DURAR, 1998).
Tipos de corrosin
Fontana ha clasificado los diferentes tipos/formas de corrosin de
acuerdo a la apariencia fsica del ataque. Los diferentes tipos de corrosin
que pueden presentarse en el acero embebido en el concreto son los
siguientes:
1. Corrosin localizada:
a. Corrosin por picaduras:
Las picaduras se forman por la disolucin localizada de la pelcula pasiva
tpicamente resultan del ingreso de iones cloruros al medio, bien sea
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porque provienen del medio exterior o porque fueron incorporados en la
masa de concreto. De esta manera, se forma una celda de corrosin
donde existe un rea pasiva intacta, actuando como ctodo, en la cual se
reduce el oxgeno y una pequea rea donde se ha perdido la pelcula,
actuando como nodo, en la cual ocurre la disolucin del acero. Varios
factores actan en conjunto para mantener o profundizar las picaduras
existentes, ms que para extender la corrosin o generar nuevas
picaduras.
b. Corrosin en espacios confinados:
La corrosin de este tipo puede ocurrir cuando sobre la superficie del
metal existe un espacio lo suficientemente resguardado que evita el
acceso continuo del oxgeno a esa zona, pudiendo crearse celdas
diferenciales de oxgeno que inducen a la corrosin del refuerzo.
c. Corrosin bajo tensin:
Este tipo de corrosin ocurre cuando se dan conjuntamente dos
circunstancias: esfuerzos de traccin sobre el acero y un medio agresivo.
Esta corrosin se caracteriza por ocurrir en aceros sometidos a elevadas
tensiones en cuya superficie se genera una microgrieta que va
progresando muy rpidamente provocando la rotura brusca y frgil del
metal, aunque la superficie puede no mostrar prcticamente signos de
ataque. La corrosin bajo tensin es un fenmeno muy especfico y por
fortuna, poco frecuente, que en general va asociado a una falta de calidad
del concreto o a la presencia de determinados iones como los sulfuros,
que provocan fcilmente este tipo de ataque.
d. Corrosin por corrientes de interferencia:
Se define como las corrientes que fluyen en una estructura y que no
forman parte del circuito elctrico / celda electroqumica especfica. Estas
son corrientes que penetran en el metal y lo corroen en el punto de salida
hacia el medio. Es importante destacar que si el acero se encuentra
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pasivado en un concreto no contaminado por cloruros, esta corriente de
interferencia no producir la corrosin del refuerzo, ya que lo podra
mantener pasivo o llevar a la zona de inmunidad. Por el contrario, si el
concreto contiene cloruros, la corrosin de refuerzo se vera acelerada
drsticamente por el efecto de estas corrientes.
2. Corrosin uniforme / generalizada:
Es el resultado de una prdida generalizada de la pelcula pasiva,
resultante de la carbonatacin del hormign y/o la presencia de excesiva
cantidad de iones cloruro. Tambin puede ocurrir por efecto de la
lixiviacin del concreto producida por percolacin y/o lavado por aguas
puras o ligeramente cidas.
3. Corrosin galvnica:
Este tipo de corrosin se puede dar cuando existen dos metales
diferentes en el medio electroltico. En el caso del acero en el concreto,
esta situacin se dar una vez que en alguna zona se dae o no se forme
la pelcula pasiva caracterstica. Esta zona actuar como nodo frente al
resto del material, donde permanece la pasivacin, el cual actuar como
ctodo. Tambin se podra presentar cuando el refuerzo se encuentre en
contacto con otros conductores ms nobles.
Factores desencadenantes de la corrosin
Se denomina as a aquel conjunto de circunstancias que inducen la
despasivacin del acero embebido en el concreto. Los factores que
afectan la corrosin estn asociados fundamentalmente a las
caractersticas del concreto, al medio ambiente y a la despasivacin de
las armaduras en los componentes estructurales afectados (Rehabilitar).
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Dosificacin del concreto
El concreto debe ser slido, homogneo, compacto, resistente y poco
poroso, que garantice, adems de sus significativas prestaciones
mecnicas, la proteccin de la armadura de acero de la estructura, de las
acciones agresivas de los agentes externos.
La dosificacin del concreto es un factor que influye de forma
significativa en el comportamiento futuro de ste, como elemento
protector del acero de refuerzo.
El concreto debe ser dosificado por mtodos que proporcionen su
mxima compacidad, lo que significa garantizar su mnima porosidad.
Esta porosidad es aportada fundamentalmente por la pasta de cemento
endurecida y es a travs de ella que el agua ejerce su funcin de vector
de transferencia de los elementos agresivos externos, razn por la cual la
relacin agua-cemento, el grado de hidratacin y la cantidad de pasta son
factores determinantes en la cantidad y tipos de poros del concreto
(DURAR, 1998).
Compacidad y homogeneidad
La compacidad del concreto es la propiedad ms importante del mismo
a los efectos de su resistencia a la penetracin de los agentes agresivos
externos. Ella es inversamente proporcional a la porosidad y mientras
ms alta sea la primera, expresa en que magnitud est protegido el acero
de la armadura minimizando significativamente la carbonatacin y el
ataque de los cloruros, que son los agentes agresivos ms importantes.
La compacidad es funcin, principalmente, de la cantidad y calidad de
los materiales y de la adecuada proporcin entre ellos. Sin embargo, sta
puede verse afectada por un mal mezclado y un mal transporte, ya que
esto afecta la homogeneidad del concreto, propiciando la segregacin de
los materiales. De igual manera, la segregacin se puede producir por un
mal colocado del concreto y/o inadecuado proceso de compactacin.
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La homogeneidad del concreto es la cualidad por la cual los distintos
componentes del mismo aparecen igualmente distribuidos en toda su
masa. A pesar, de que el concreto es un material de naturaleza
heterognea, su homogeneidad se puede lograr a travs de un adecuado
proceso tecnolgico de produccin, transporte, colocacin, compactacin
y curado.
De esta manera, un concreto que posea una adecuada compacidad y
homogeneidad garantizara la proteccin de la armadura, en el ambiente
especfico para el cual fue diseada la mezcla (DURAR, 1998).
Espesor de recubrimiento
La capa de concreto que denominamos recubrimiento protege al acero
evitando la permeabilidad al oxgeno y la humedad y proporcionando un
ambiente de elevada alcalinidad que pasiva al refuerzo (Porrero, y otros,
1996).
La proteccin que confiere el concreto que recubre las barras de acero
de una estructura de concreto armado o pretensado depender del grado
de impermeabilidad de ste, que a su vez estar dado por su compacidad
y homogeneidad en esa zona.
El espesor de esta capa de concreto es importante para garantizar la
proteccin de la armadura, dependiendo del ambiente al cual va a estar
expuesto. Sin embargo, estructuralmente es recomendable que este
espesor sea el mnimo indispensable, ya que por ser una zona
desprovista de armadura, pudiera verse afectada por fisuracin,
particularmente si el elemento est sometido a esfuerzos de traccin
(DURAR, 1998).
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Curado
Para conseguir un buen concreto con las propiedades deseadas, hay
que curarlo en un ambiente adecuado, despus de su colocacin en obra
y al menos durante los primeros das de su vida.
El curado tiene por finalidad impedir la prdida de agua y controlar la
temperatura del mismo durante el proceso inicial de hidratacin de los
componentes activos del cemento, ya que la prdida de agua agrieta al
concreto y abre la puerta a los agentes agresivos.
El fin ltimo del curado es lograr que el espacio lleno por agua; en la
pasta fresca, sea ocupado por los productos hidratados del cemento, es
decir, que se produzca la hidratacin en los capilares llenos de sta, para
lo cual habr que impedir que, el agua se escape o, sustituir la que se
haya perdido por evaporacin, mediante agua externa (Fernndez. C,
1993).
De esta manera, se logra con el curado, el mejoramiento de las
resistencias mecnicas, se gana impermeabilidad, se aumenta la
resistencia al desgaste y abrasin y se logra mayor durabilidad (Porrero y
otros, 1996).
Humedad ambiental
La presencia de agua es imprescindible para la corrosin en medios
neutros y alcalinos, pues interviene en el proceso catdico de reduccin
del oxgeno:
2H2O + O2 + 4e 4OH
Adems, el agua es necesaria para la movilidad de los iones a travs
del electrolito.
El contenido de humedad es el factor que ms influye en la velocidad
de corrosin. Si los poros estn saturados de humedad, la resistividad
ser la menor posible; pero debido a que el oxgeno tendr que disolverse
en el agua para alcanzar a la armadura, se dice que el proceso est
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controlado por el acceso de oxgeno, y las velocidades de corrosin no
sern las ms elevadas sino moderadas e inclusive muy bajas, como es
el caso de estructuras situadas en el mar a cierta profundidad.
Cuando los poros contienen poca humedad, la resistividad es muy
elevada y el proceso de corrosin se ve dificultado. En este caso, la
velocidad de corrosin ser baja.
Las velocidades de corrosin mximas slo se dan en concretos con
contenidos altos de humedad, pero sin saturar los poros. En este caso el
oxgeno llega libremente hasta la armadura y la resistividad es
suficientemente baja para permitir velocidades de corrosin (Andrade,
1988).
La humedad relevante, es decir, la que influye en los procesos de
corrosin, es la realmente contenida en los poros. A este respecto, debe
tenerse presente que la humedad ambiental y la del concreto slo
coinciden en regmenes estacionarios y que en condiciones cambiantes
es mayor la humedad del concreto, porque ste pierde agua a menor
velocidad de lo que gana a causa de la existencia de tensiones capilares.
Este ltimo fenmeno puede verse acrecentado cuando el concreto est
contaminado con cloruros, a causa del carcter higroscpico de los
mismos. Asimismo, aunque el ambiente exterior est seco, el interior del
concreto no se seca ms que cuando tales circunstancias se prolongan
largo tiempo (DURAR, 1998).
Efecto del oxgeno
No es posible que el proceso de corrosin se desarrolle sin que llegue
una mnima cantidad de oxgeno hasta las armaduras, es decir, es
necesaria una cierta aireacin de las mismas.
Durante mucho tiempo se ha considerado que el acceso o flujo de
oxgeno es el factor determinante de la velocidad de corrosin. Pero el
estado actual de conocimientos descarta esta hiptesis, por lo que no son
vlidas las extrapolaciones al fenmeno de corrosin de las armaduras de
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los ensayos de permeabilidad del concreto, cuando se utiliza la presin
mecnica como fuerza impulsora de los gases.
Si el flujo de oxgeno fuera el factor determinante de la velocidad de
corrosin, sin duda sta debera ser mayor en un concreto seco
conservado por ejemplo en una atmsfera con un 50% de HR, que en un
concreto hmedo donde el flujo de oxgeno es menor, ya que ste tiene
que disolverse previamente en el agua contenida en los mismos. Sin
embargo, la evidencia experimental muestra claramente que la velocidad
de corrosin es mxima cuando los poros tienen suficiente agua, sin
llegar a saturarse, como para facilitar el proceso de corrosin.
Cuando el concreto es denso y el ambiente exterior contiene unos
niveles medios de humedad, los poros estn completamente saturados de
agua a partir de los 3-4cm de exterior. Por lo tanto, si existen armaduras
ms interiores y stas estn despasivadas, su velocidad de corrosin
estar limitada, pero si estn ms cercas de la superficie, su velocidad de
corrosin puede ser muy elevada.
En la prctica, una aproximacin gruesa, pero suficiente y no
sofisticada, para conocer la mayor o menor bondad de un concreto en
relacin a su permeabilidad al oxgeno es medir su porosidad o ndice de
huecos accesibles (DURAR, 1998).
Efecto de la temperatura
La temperatura juega un doble papel en los procesos de deterioro. Por
un lado, su incremento promociona la movilidad de las molculas
facilitando el transporte de sustancias; por otro, su disminucin puede dar
lugar a condensaciones que, a su vez, pueden producir incrementos
locales importantes del contenido de humedad del material. Adems, la
cantidad absoluta de vapor de agua en la atmsfera vara de con la
temperatura. Existe un efecto opuesto entre humedad y temperatura, ya
que al aumentar sta ltima se evapora humedad y cuando desciende,
condensa agua lquida en los capilares.
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Finalmente, es importante destacar que estos tres factores
ambientales: humedad, oxgeno y temperatura, tienen efectos
contrapuestos y que, por tanto, no es fcil predecir la evolucin del
proceso de corrosin a partir de uno slo. Esta caracterstica del efecto
inversor lleva a mltiples predicciones errneas de comportamiento de
las armaduras (DURAR, 1998).
Iones despasivantes
a) Cloruros:
Como se mencion con anterioridad, los cloruros provocan una
disolucin localizada de la capa pasiva, dando lugar a ataques puntuales
(picaduras) que pueden reducir drsticamente la seccin de trabajo del
acero, en espacios de tiempo relativamente cortos.
Los iones de cloruro de origen marino son una de las causas ms
frecuentes y ms graves de corrosin del concreto armado. Estos iones
pueden llegar al concreto por encontrarse sumergido en aguas salobres, o
enterrado en zonas salobres, pero tambin es posible que lleguen a la
superficie del material en gotculas de agua salobre, arrastradas por el
viento. A veces, si las condiciones son apropiadas, pueden alcanzar
grandes distancias. El agua de las gotculas se evapora sobre la
superficie del concreto y se comienza a acumular la sal. Tambin pueden
incorporarse en la mezcla por alguno de los componentes.
El concreto puede tolerar la presencia interna de cloruros, en
pequeas proporciones. La magnitud precisa de esas proporciones no se
puede establecer como cifra lmite, ya que depende de las condiciones
agresivas complementarias del medio ambiente, el tipo de acero utilizado
y de la calidad del concreto del caso (Porrero y otros, 1996).
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En relacin al lmite mximo de cloruros es importante mencionar que
parte de ellos se puede combinar con las fases alumnicas y ferrticas de
los cementos, por lo que slo son peligrosos los que quedan sin combinar
o libres. La proporcin entre libres y combinados tampoco es constante,
al estar influida por la finura del cemento, su contenido en yeso, la
temperatura durante el fraguado y la humedad de los poros del concreto.
Tres son los aspectos a considerar en el caso de cloruros que
penetren desde el exterior:
- el tiempo que tarda en llegar hasta la armadura
- la proporcin que induce la despasivacin
- la velocidad de corrosin que provoca una vez desencadenada la
corrosin
En cuanto al tiempo que tardan los cloruros en llegar a la armadura en
una estructura ya construida, lo importante es averiguar a que
profundidad han penetrado en el momento de hacer la inspeccin, ya que
el recubrimiento de concreto debe ser superior a la profundidad que sean
capaces de alcanzar estos iones en el tiempo previsto de vida til de la
estructura (DURAR, 1998).
b) Sulfatos:
Los medios de contacto agresivos para el concreto estn
caracterizados por suelos y aguas superficiales o freticas que contienen
sustancias que atacan qumicamente al concreto.
De manera comn, las sales inorgnicas presentes en estos medios son
los sulfatos, los cuales se encuentran en diferentes niveles de
concentracin en la naturaleza. Cuando se estiman en concentraciones
pequeas, se consideran prcticamente inofensivos, pero a medida que
incrementan su nivel de concentracin, su presencia se vuelve una
condicin de riesgo para las estructuras de concreto ya que puede
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producir cambios volumtricos en los elementos, de tal forma que ocurra
un deterioro prematuro del concreto. Cabe mencionar que la condicin
ms desfavorable cuando existen sulfatos es cuando stos se encuentran
solubles en agua.
El in sulfato (SO4-2) puede estar presente en las aguas residuales
industriales en forma de solucin diluida de cido sulfrico; en las aguas
del subsuelo, pocas veces aparece el sulfato en forma inica, siendo
mucho ms frecuentes sus sales, es decir, los sulfatos. El contenido de
sulfatos, por tanto, ser expresado como concentracin del anin SO4-2 en
mg/L.
El in sulfato forma sales. Las sales perjudiciales para el concreto se
encuentran preferentemente en los terrenos arcillosos o en sus capas
freticas. De estas sales las ms peligrosas son las siguientes: los
sulfatos ms perjudiciales para el cemento Prtland son los amnicos,
clcicos, magnsicos y sdicos; los sulfatos potsico, cprico y alumnico
son menos peligrosos, mientras que los sulfatos bricos y el de plomo son
insolubles y, por lo tanto, inofensivos para el concreto.
La presencia de sulfatos en un agua que est en contacto con una
pasta endurecida de cemento, puede incrementar considerablemente la
solubilidad de los componentes de dicha pasta y causar, por una parte el
desarrollo de la degradacin del concreto por lixiviacin. De otro lado, la
presencia de sulfatos puede ocasionar una reaccin de cambio de base,
en el curso de la cual el catin del sulfato ser sustituido por Ca-2,
originndose la degradacin del concreto por reaccin de cambio inico.
En ciertas circunstancias puede ocurrir, sin embargo, que la presencia de
sulfatos d lugar a una degradacin por expansin debido a la formacin
de otros componentes estables en la masa endurecida del cemento.
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Una de las causas de nocividad de los sulfatos es el yeso que se
forma al reaccionar el anin sulfato del agua con el Ca(OH)2 liberado por
el cemento, el cual se deposita en los poros del concreto en donde se
cristaliza con absorcin de dos molculas de agua. Este proceso de
reaccin qumica y cristalizacin, que es acompaado de un incremento
de volumen, ejerce una accin expansiva en los poros del concreto
especialmente en las capas superficiales y termina por lograr su
desmoronamiento (DURAR, 1998).
Carbonatacin
Es un deterioro superficial del concreto que aunque no afecta toda la
masa, tiene importancia (Porrero y otros, 1996).
Los principales efectos de la carbonatacin son una clara
disminucin del pH de la pasta de concreto, que como consecuencia
genera una disminucin de la proteccin que da la pasta a la corrosin del
acero de refuerzo. El principal promotor de la corrosin es el CO2 que se
encuentra presente en el ambiente de manera regular, cuando se
combina con la temperatura, la humedad relativa y la permeabilidad del
concreto.
Altas tasas de carbonatacin ocurren cuando la humedad relativa
se ubica entre 50 y 80 por ciento, y cuando sta tiene valores 25 por
ciento, la carbonatacin se considera insignificante. Se ha identificado que
el agua contiene ms de 20 ppm de CO2 agresivo, lo cual puede favorecer
la rpida carbonatacin de la pasta de cemento Prtland; por otra parte,
se ha concluido que en aguas con libertad de movimiento con 10 ppm o
menos de CO2 agresivo, el riesgo de carbonatacin resulta insignificante.
La carbonatacin ocurre como resultado de la reaccin qumica entre
el hidrxido de calcio ( Ca(OH)2 ) y otros lcalis (Sodio y Potasio)
presentes en la solucin de los poros con el dixido de carbono (CO2)
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atmosfrico. Como resultado de esta reaccin se forma carbonato de
calcio (CaCO3) y se acidifica el concreto (Manual Rehabilitar).
El carbonato de calcio es un producto compacto y resistente bajo
ciertas condiciones de humectacin, sufre una retraccin que genera una
red de microgrietas, que son puntos de entrada para un nuevo anhdrido
carbnico y otros materiales contaminantes. La carbonatacin del
concreto produce una disminucin del pH alcalino (12-14) en las
soluciones de los poros, con lo cual ya no se puede mantener el acero de
refuerzo en estado pasivo (Porrero y otros, 1996).
Cuando se produce un cambio abrupto de pH en el interior del
concreto se produce un frente carbonatado. La velocidad de avance de
este frente es de vital importancia para calcular el tiempo que tardar ste
en llegar hasta la armadura. La velocidad de avance es funcin
fundamentalmente de:
- el contenido en humedad del concreto,
- su porosidad (relacin a/c) y
- su contenido en materia alcalina carbonatable.
El contenido de humedad resulta crucial, ya que si lo poros estn
completamente secos, el CO2 no podr reaccionar y, si estn
completamente saturados, su penetracin ser muy lenta, debido a la
baja solubilidad del CO2 en el agua. Slo cuando los poros estn
parcialmente llenos de agua (entre 50 y 80%) es cuando se dan las
condiciones ptimas para la carbonatacin.
La porosidad del concreto es tambin un parmetro muy importante,
ya que los poros capilares de menor tamao estn generalmente siempre
saturados de humedad y por tanto inaccesibles a la carbonatacin. Los
concretos porosos se carbonatan a gran velocidad.
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Finalmente, el contenido en CaO y de alcalinos (sodio y potasio) son
las materias susceptibles a carbonatarse. Cuanto mayor sea su
contenido, menor ser la velocidad de carbonatacin.
La carbonatacin es un fenmeno mucho menos peligroso que la
corrosin por cloruros, ya que sta ltima presenta velocidades de
corrosin mucho mayores que los originados por la carbonatacin
(DURAR, 1998).
Estado superficial del acero
Siendo la superficie del acero la primera interfase con el medio, es
lgico pensar que su estado superficial afectar las reacciones que
tendran lugar en contacto con l. En trminos generales, el acero cuya
superficie posee la cubierta de xidos provenientes del proceso de
conformado (mill scale) se presenta menos reactivo que aqul cuya
superficie est libre de dicha capa. No obstante, la presencia de
productos de oxidacin producidos por la corrosin atmosfrica no
necesariamente demuestran igual comportamiento, siendo incluso
altamente probable que de estar contaminados con agentes agresivos
como el in cloruro, se propicie la corrosin (DURAR, 1998).
Lixiviacin por aguas blandas
La degradacin no slo puede ser causada por agua que contenga
sustancias agresivas, sino tambin por aguas totalmente puras, libres de
sales, por aguas blandas que tengan pocas impurezas o por aguas de
condensacin industrial, aguas de fusin de glaciares, aguas de nieve,
aguas de lluvia, aguas pantanosas blandas y algunas aguas procedentes
de grandes profundidades. El concreto es rpidamente atacado por las
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aguas blandas agresivas, las cuales tienden a disolver el calcio de la
estructura.
La lixiviacin del hidrxido de calcio del concreto, es decir, la reduccin
de su contenido de CaO, conduce, por lo tanto, a la destruccin de los
restantes componentes del concreto, silicatos, aluminatos y ferritos
hidratados; como consecuencia, el concreto pierde su resistencia y se
desmorona. Las combinaciones anteriormente citadas slo son estables
mientras que la concentracin del Ca(OH)2 del agua del cemento sea
superior a un cierto valor que recibe el nombre de concentracin lmite o
umbral. Los concretos de cemento Prtland son atacados fuertemente y
destruidos cuando el contenido de CaO del cemento, determinado
analticamente, se reduce en ms de un 20% como resultado de la
lixiviacin. Este efecto permite que el acero de refuerzo se corroa, ya que
pierde su pelcula pasiva al exponerse directamente al ambiente por el
desmoronamiento del concreto y la reduccin de su alcalinidad (DURAR,
1998).
Adherencia entre el concreto y el refuerzo
Puesto que en la mayora de los casos el concreto se utiliza en
combinacin con acero de refuerzo, la resistencia y adherencia de estos
dos materiales es de suma importancia. La adherencia se obtiene
principalmente de la friccin y adhesin entre el concreto y el acero, y
puede resultar afectada por la contraccin del concreto en relacin con la
del acero. No obstante, la adherencia no slo implica las propiedades del
concreto, sino tambin las propiedades mecnicas del acero y la posicin
de ste dentro del elemento de concreto (Neville, 1988).
Debido al aumento del volumen asociado a la transformacin del acero
en xido de hierro, la corrosin del acero de refuerzo ejerce esfuerzos de
tensin sustanciales en el hormign circundante a las barras oxidadas.
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Tambin se manifiesta adicionalmente este proceso por la aparicin de
manchas, agrietamientos y fisuracin del recubrimiento del hormign del
refuerzo. Al propio tiempo la seccin transversal del acero de refuerzo se
reduce. Como consecuencia de este proceso continuado, un agotamiento
estructural puede ocurrir mediante una prdida de adherencia entre el
acero y el hormign, debido a grietas y fisuracin o bien como resultado
de la reduccin de la seccin transversal del acero. Este ltimo efecto
puede tener una significacin especial en estructuras de hormign
pretensado en las cuales un grado relativamente pequeo de la corrosin
de los cables de acero para pretensar puede ocasionar una falla. Pero,
tambin en las estructuras de hormign armado ms comunes, los
procesos degradantes descritos, conducen en todos los casos a la
prdida de su durabilidad y utilidad o a su desplome en casos extremos
(Virtevo A. O`Reilly, 1998).
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AGRESORES DEL CONCRETO Y COMO ENFRENTARLOS
Una forma sencilla de abordar esta problemtica actual de las
estructuras de concreto es citar algunos ejemplos donde la ignorancia o la
poca importancia dada a la durabilidad durante su diseo y la falta de
evaluacin de las condiciones de exposicin y servicio de los elementos
se tradujo en el deterioro acelerado de las estructuras, con sus
subsiguientes problemas operativos., mantenimiento, costos de
reparacin y disminucin de su vida til.
Condiciones de exposicin
La determinacin de las condiciones de exposicin de cualquier
elemento se deben evaluar en atencin a la agresividad del ambiente. En
el caso de las condiciones que prevalecen en el interior del concreto, la
condicin ms inestable que afecta la durabilidad del mismo es la que se
produce por las reacciones deletreas entre el cemento y los agregados.
Posicin geogrfica
Cuando se considera la elaboracin de concreto, las condiciones
climatolgicas se tienen como un grupo de variables importantes, las
cuales pueden ser identificadas y agrupadas en tres diferentes categoras:
1. Intervalo de baja temperatura, en que deben aplicarse medidas
para proteger el concreto fresco y endurecido contra el fro excesivo.
En un clima fro la trabajabilidad se incrementa, el fraguado final se
retarda y la generacin de resistencia de compresin se difiere
considerablemente. En el caso de producirse heladas durante la puesta
en obra, de congelarse el concreto antes de fraguar se incrementa el
volumen total y se retrasa el endurecimiento.
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2. Intervalo de temperatura moderada, en que no se requieren
medidas especiales en este aspecto para el uso del concreto en la
construccin de estructuras ordinarias.
3. Intervalo de altas temperaturas, durante cuya manifestacin se
recomiendan precauciones con el objeto de prevenir los efectos
perjudiciales del calor excesivo principalmente sobre el concreto fresco y
recin vaciado. Tales como disminucin de la resistencia a la compresin,
rpida desecacin y evaporacin del agua superficial del concreto,
aumento de la porosidad.
Carcter del lugar
Al definir el carcter del lugar, se pueden definir tres ambientes
bsicos de referencia: urbano, rural o industrial. En cada uno de estos
sitios se pueden definir varias condiciones relativas al carcter del lugar
que permiten establecer diversos subambientes; en la creacin de esta
subdivisin se toman como base la humedad y la exposicin a sustancias
qumicas agresivas.
En orden de menor a mayor condicin de riesgo se puede obtener la
siguiente clasificacin referida a la humedad relativa del lugar:
Ambiente seco
. Interior de habitacin u oficina con humedad relativa 80%.
Ambiente hmedo
. Habitacin interior con humedad relativa 80%.
. Exterior, en contacto con agua o terreno no agresivo.
Ambiente marino
. Parcial o totalmente inmerso en el mar o zona perifrica.
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. rea rica en sales o zona Costera.
Ambiente con ataque qumico dbil
. Contacto con sustancias dbilmente agresivas.
. rea industrial o urbana con dbil contaminacin.
Ambiente con ataque qumico medio
. Contacto directo con sustancias moderadamente agresivas.
. rea industrial o urbana con alta contaminacin.
Ambiente con ataque qumico fuerte
. Contacto con sustancias fuertemente agresivas.
Ataque qumico
El ataque qumico al concreto est representado por muy diversos
componentes, los cuales pueden tener muy diversos orgenes y fuentes
de aporte, de tal manera que es necesario conocerlos para reconocer
cules son sus posibles efectos nocivos en contacto con el concreto.
Una vez colocadas, las estructuras de concreto tienen contacto
directo con concreto, suelo o agua. Los ltimos dos medios son los nicos
que pueden tener un carcter agresivo que afecte la durabilidad de la
estructura que se encuentre en contacto con ellos, y esto se debe a que
de manera natural estos medios pueden contener, en concentraciones
variables, sustancias agresivas que pueden causar daos al cemento
Prtland.
Aunque la lista de sustancias agresivas para el concreto puede
resultar muy larga, las que se consideran ms comunes y agresivas son
los sulfatos, los cloruros, los lcalis, el calcio y el magnesio.
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Se deben tomar precauciones para aislar la estructura de concreto
de su medio de contacto, para lo cual se ha recomendado la aplicacin de
una serie de medidas en forma individual y / o complementaria, que son
las siguientes:
Abatir el nivel fretico por medio de drenes o por cualquier otro
procedimiento adecuado.
Aplicar sobre la superficie del terreno o la cimentacin un producto
impermeabilizador u otro material que acte como tal, antes de desplantar
la estructura de concreto.
Aplicar un recubrimiento de proteccin sobre las superficies
terminadas de concreto que deban permanecer enterradas.
Sustituir el material producto de excavacin por otro exento de
sustancias agresivas para efectuar los rellenos de las cimentaciones.
Exposicin al agua de mar
El agua de mar contiene de manera natural elevadas
concentraciones de sulfatos (1,500 ppm) y de cloruros ( 20,000 ppm),
por lo que representa un medio de contacto francamente agresivo para el
concreto, ya que se debe cuidar la combinacin de efectos por la
concentracin elevada de este tipo de sales en el medio.
Abrasin
Por definicin, el ACI 116 considera como abrasin las acciones de
desgaste derivadas de la friccin y el frotamiento, mientras que la erosin
corresponde a la accin abrasiva de cavitacin en el concreto derivado de
la accin de cualquier fluido en movimiento.
De tal forma, se identifica que la resistencia a este proceso
depende de tres aspectos bsicos: la resistencia intrnseca de los
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agregados a las acciones abrasivas y su composicin granulomtrica; la
resistencia mecnica del concreto, especficamente a la compresin, y los
diferentes aspectos prcticos involucrados en el uso del concreto y la
ejecucin de la obra.
Las condiciones anteriores, el American Concrete Institute 302 las
ha resumido y agrupado en una serie de deficiencias que afecta en forma
directa la resistencia al desgaste de las superficies de concreto expuestas
a la abrasin, por lo que para mejorar la resistencia de las estructuras a
este proceso se debe evitar lo siguiente:
Emplear excesiva agua de mezclado.
Utilizar la cantidad de cemento adecuada, evitando la insuficiencia.
Revenimiento alto que provoque el movimiento de las partculas
ligeras hacia la superficie y el sangrado.
Manipulacin excesiva del concreto.
Contenido de aire que no considere las condiciones de exposicin.
Prcticas inadecuadas de acabado que favorecen el proceso de
sangrado.
Realizacin del acabado superficial con adicin de agua.
Formas y prcticas de curado no adecuadas.
Carbonatacin.
Disminucin de la resistencia potencial del concreto.
Apertura de la estructura al trnsito en forma prematura.
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APORTES DE LA LNEA DE INVESTIGACIN DE DURABILIDAD DEL
DECANATO DE INGENIERA CIVIL DE LA UCLA
Derivado de las investigaciones realizadas en los ltimos aos en
el Decanato de Ingeniera Civil de la UCLA se tienen como aportes para la
durabilidad del concreto armado frente la corrosin lo siguientes:
Olavarrieta, Lquez (2000). Evaluacin del Concreto Armado
utilizando Aditivos Plastificantes de Alto Rango expuesto en
Ambiente Marino. T.E.G.
En este trabajo se evalu el comportamiento del concreto armado
adicionndole aditivo plastificante de alto rango expuesto a ambientes
marinos, simulando el ambiente marino durante 4 meses, por inmersin
de las probetas en agua con sal a 3.5% con ciclos de aireado y secado de
24 hrs.; obtenindose en los resultados menor grado de corrosin en las
probetas con mezclas que contienen el aditivo plastificante de alto rango.
Bolognini, Herrera y Rojas (2001). Influencia del Estado Superficial
del Acero de Refuerzo y del Tiempo de Curado sobre la Velocidad de
Corrosin en Elementos de Concreto Armado expuesto al Ambiente
Marino. T.E.G.
Esta investigacin consisti en el estudio de la influencia del estado
superficial del acero de refuerzo y del tiempo de curado sobre la velocidad
de corrosin en los elementos de concreto armado expuestos en
ambiente marino natural, utilizando en la elaboracin de las vigas tres
estados superficiales del acero de refuerzo (acero sano (I), acero con
daos leves (II) y aceros con daos significativos (III) ) y sometiendo las
vigas a cuatro tiempos de curado (0,1,3 y 7 das ); concluyendo que el
estado superficial del acero esta directamente relacionado con el deterioro
por corrosin del acero, lo cual influye directamente en la durabilidad de
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las estructuras, y que la aplicacin de un buen curado mejora las
propiedades fsicas y mecnicas del concreto, mejorando as las
condiciones de durabilidad, recomendando en la prctica como opcin
econmica, prctica y segura al momento de construir la aplicacin del
curado durante tres das.
G. Aliaga, R. Matos (2002). Influencia del Tiempo de Curado y la
Relacin agua/cemento en la Durabilidad del Concreto Armado
expuesto en Ambientes Marinos. T.E.G.
El propsito principal de este trabajo fue optimizar una relacin
agua/cemento para un tiempo de curado en concretos expuestos en
ambientes marinos que permitan garantizar la durabilidad y seguridad
estructural de edificaciones cercanas a las costas.
Se determin que el tiempo de curado favorece a la ganancia de
resistencia y disminucin de porosidad en el concreto, por lo tanto no es
un factor que sustituya la dosificacin de cemento. A su vez se
recomend para ambientes marinos el empleo de altas dosis de cemento
para permitir al concreto desarrollar superficies impermeables y
resistentes a los agentes agresivos que deterioran progresivamente las
caractersticas de este material, por lo que propusieron relaciones
agua/cemento bajas y un tiempo de curado de 7 das, con recubrimiento
normativo de 5 y 7 cm. para elementos cercanos a la costa.
Contreras, M. Rivero (2002). Estudio de la Adherencia y Resistencia
a la Corrosin del Concreto Armado en Funcin de diferentes
Estados Superficiales del Acero de Refuerzo. T.E.G.
En este trabajo se evalu el comportamiento de la adherencia entre el
concreto y el acero de refuerzo y la resistencia a la corrosin utilizando
distintos estados superficiales del acero de refuerzo (acero sano (I), acero
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recubierto con oxido (II) y acero con ciertos daos o picaduras (III)); la
zona de estudio fue Morn-Tucacas-Chichiriviche. En la caracterizacin
del acero se evidenci una disminucin del peso del acero en funcin del
tiempo de exposicin y la distancia de la orilla. En lo que respecta al
estudio de la adherencia los resultados obtenidos reflejaron que la capa
de oxido formada por el deterioro del acero contribuy a una mayor
adherencia. Asimismo, las mediciones electroqumicas realizadas
mostraron que durante el periodo de estudio el acero de los tres estados
superficiales se encontraba en estado pasivo por lo que se espera que
cambie hacia la zona de actividad, recomendando as, continuar con
dichos estudios.
Anzola Emilia (2002). Durabilidad del Concreto Armado expuesto en
Ambientes Marinos. Trabajo de Ascenso.
Su trabajo consisti en la elaboracin de una revisin bibliogrfica
actualizada referente a la durabilidad de las estructuras expuestas en
ambientes marinos, a su vez realiz medidas preventivas bsicas y
complementarias de la corrosin, y tcnicas especificas para evaluar la
corrosin en el concreto armado, tomndose como sitio de estudio el eje
costero centroccidental venezolano, especficamente en Tucacas, Edo
Falcn.
Entre sus conclusiones ms importantes destaca que el espesor de
recubrimiento es un factor que contribuye a alargar la vida de las
estructuras de concreto armado, an cuando el concreto no cumpla con
las exigencias de cemento necesario para darle impermeabilidad a la
muestra, recomendando recubrimientos mnimos de 5 cm en la
superestructura, y 7.5 cm en la infraestructura; tambin se demostr que
el oxido que recubre a la superficie del acero no perjudica la adherencia
entre el concreto y la armadura; ni sacrifica la durabilidad siempre y
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cuando el acero no presente signos de deterioro, ni este contaminado con
cloruros.
Castro Liliana (2004). Evaluacin de la Corrosin en Elementos de
Concreto Armado expuestos a un Ambiente Marino. T.E.G.
El propsito principal de esta investigacin fue el determinar el avance
de los agentes agresivos (cloruros) a largo plazo (4 aos) en vigas de
concreto armado expuestas en un ambiente marino, llegndose a la
conclusin que las vigas a los 4 aos de exposicin no presentaban
signos evidentes de corrosin, pero todos los elementos ya tienen % de
cloruros dentro de los limites establecidos para despasivar el acero, a su
vez se determin que la penetracin de cloruros a travs de la matriz de
concreto ocurri a mayor cantidad en el concreto curado al aire. Se
recomend a pesar de no observarse problemas de corrosin en las vigas
con acero de estado superficial inicial con daos significativos por
corrosin, profundizar este estudio ya que con el tiempo puede haber
prdida de adherencia, por lo que se sugiere realizar estudios de
adherencia concreto/hormign.
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MTODOS BSICOS DE PREVENCIN
En la fabricacin de concreto en nuestro pas, los esfuerzos se han
concentrado en mayor forma, en regular la calidad del producto,
realizando para ello supervisiones estrictas sobre la calidad de los
componentes, la tcnica y las condiciones de produccin y las
caractersticas de los equipos con los que se produce. Esta situacin
permite que las actividades previas y posteriores a la elaboracin del
concreto ocupen un plano secundario en la mayor parte de los trabajos de
supervisin.
En la produccin de un concreto durable no es posible que las
actividades involucradas en su diseo, elaboracin y colocacin se lleven
a cabo de manera ligera. Es necesario que todas se cumplan en forma
correcta, para tener la seguridad de que el concreto pueda cumplir con las
necesidades para las que fue diseado. Lo anterior se puede sustentar en
el reconocimiento que existe sobre las causas principales de problemas
en estructuras de concreto, en donde se ha identificado que el mayor
porcentaje de defectos observados en los elementos se origina por la
aplicacin de procedimientos constructivos deficientes y la ignorancia o el
inadecuado manejo que existe sobre el producto.
En la realidad existe una gran cantidad de prcticas constructivas
recomendadas, que son de gran utilidad y estn pensadas para disminuir
los problemas en las estructuras de concreto. En cada una de ellas se
detallan las actividades que deben realizarse en tiempo y forma, de tal
manera que este tipo de trabajo no debe representar ninguna causa de
deterioro acelerado del concreto.
Es una condicin obligada que se cumplan todas las prcticas de
construccin sugeridas en el diseo, elaboracin, transporte, manejo,
colocacin y acabado para lograr un concreto durable, ya que esto
permite hacer un uso ms eficiente de los materiales, mejorar las
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condiciones de diseo, lograr productos de acuerdo con las necesidades
del proyecto, disminuir los costos de mantenimiento, mejorar la relacin
costo / vida til, etctera.
Del conocimiento tcnico adquirido y de los casos analizados se
desprenden dos observaciones significativas, dignas de ser comentadas:
Primera. En el caso 1, la resistencia a la compresin obtenida es muy
superior a la especificada en el proyecto, es decir, se puede concluir que
la resistencia mecnica no es un factor definitivo en el incremento de la
durabilidad y se observa una gran cantidad de defectos derivados del
diseo y de malas prcticas constructivas que favorecen el tipo de dao
que se encuentra en los elementos.
Segunda. En el segundo caso se observa la poca efectividad que
tienen las tcnicas de reparacin cuando las condiciones de servicio de la
estructura son severas.
Las estructuras de concreto estn expuestas durante su vida til al
ataque qumico y fsico de diferentes agentes. La durabilidad del concreto
variar entonces conforme tales factores sean ms o menos agresivos, y
tambin de acuerdo con las propiedades de sus componentes, el
proporcionamiento de la mezcla y las condiciones de vaciado y curado
que se hayan aplicado en su construccin.
La planificacin y el diseo debern entonces no solamente estar
basados en el uso de la estructura, sino tambin en las condiciones
ambientales y en la vida til esperada de la misma. Estas definiciones
bsicas debern estar reflejadas en los materiales y especificaciones de
construccin, y tanto en el concepto como en los detalles estructurales.
En el contexto de la prctica comn, se disea y detalla no slo
para las cargas que actuarn en la vida til de una estructura, sino
tambin para los efectos de agrietamiento y temperatura; sin embargo,
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slo se consideran condiciones especiales de exposicin para grupos
muy particulares de estructuras.
Es muy comn que los cdigos y normas actuales slo prescriban
las variaciones adecuadas de la relacin agua/cemento y del
recubrimiento de concreto sobre el acero de refuerzo de acuerdo con una
clasificacin muy simple de las condiciones de exposicin. Sin embargo,
en la prctica se encuentran muchas y ms diversificadas condiciones de
exposicin, y no slo en relacin con el medio ambiente, sino tambin
segn el uso pretendido de la estructura.
En condiciones de ambientes eminentemente agresivos, las
precauciones y los cuidados en la construccin deben realmente
extremarse. No obstante, existen condiciones no tan claramente
agresivas, por lo que, con el fin de obtener estructuras durables se ha de
considerar que stas son afectadas por el viento y la humedad martima
qu