El hormigón es un material duradero que mejora su resistencia con el tiempo; sin embargo, las estructuras de hormigón están expuestas a múltiples causas que pueden deteriorarlas, en este articulo trataremos de los daños de origen químico. Una vez detectado el daño, se hará una inspección especializada para determinar su origen y establecer una estrategia de reparación, la selección de los materiales de reparación se realizará conforme a la EN-1504.
Es importante recordar que, desde un punto de vista químico, el hormigón es alcalino por naturaleza y por lo tanto particularmente vulnerable al ataque por substancias ácidas del entorno a las que esté expuesto.
Corrosión
Se produce por el ataque al acero de la armadura, normalmente protegido por el hormigón que lo rodea que le proporciona la alcalinidad necesaria para evitar la corrosión. En condiciones adversas como ambiente marino, acción de sales de deshielo etc. los cloruros pueden penetrar en el hormigón hasta la armadura. Con la presencia del oxígeno, además de la suficiente cantidad de iones cloruros disueltos en el agua de los poros del hormigón, se puede instigar la corrosión de la armadura, incluso en condiciones de alcalinidad alta.
En estas circunstancias pueden producirse roturas y puntos débiles en la fina capa pasivante de óxido de la superficie del acero, debido a la formación de sales hidroclorídricas. Así puede comenzar la corrosión por puntos (“pitting”). Bajo ciertas condiciones, estos puntos de corrosión pueden crecer rápidamente y causar una gran pérdida de sección con serias implicaciones estructurales.
Carbonatación
El hormigón está casi siempre en contacto con el aire, por lo tanto, dependiendo de la localización de la estructura está expuesto a menores o mayores niveles de dióxido de carbono de la atmósfera.
En el hormigón elaborado con cemento Portland ordinario, la portlandita está presente en cantidades relativamente altas (40 a 50 %). La cal libre del hormigón es vulnerable a la reacción con el dióxido de carbono del aire que se disuelve en el agua de los poros del hormigón, creando carbonato cálcico.
Una consecuencia de la carbonatación es la disminución del pH del hormigón de 13 (nuevo y no carbonatado) hasta 9. El “frente” de carbonatación, que marca la profundidad de penetración del dióxido de carbono y la consecuente reducción de la alcalinidad pasivante, puede llegar a la profundidad de las armaduras; en esta situación el acero ya no está “naturalmente” protegido por la alta alcalinidad del hormigón, y con la presencia de humedad y oxígeno se produce la corrosión, llevando a fisuración y desprendimiento del recubrimiento de hormigón.
Ataque por sulfatos
Los sulfatos están siempre presentes en el cemento y forman la etringita (cristales en forma de agujas) durante las primeras etapas. Esto es debido principalmente al yeso (sulfato cálcico) añadido en la planta de cemento, que reacciona con los aluminatos del cemento (reguladores de fraguado), durante las primeras horas después del amasado con el agua para la producción de hormigón. Los agentes expansivos a base de sulfatos también se suelen añadir cuando se hacen hormigón o morteros con retracción compensada.
Los daños en el hormigón por reacciones con sulfatos surgen cuando, o sulfatos adicionales penetran en el hormigón o hay adición posterior de sulfatos. Este fenómeno se denomina “formación diferida de etringita” o etringita “secundaria”. Ocurre de una manera heterogénea y muy posterior (después de meses o incluso años). Estas reacciones expansivas pueden producir también fisuración, desprendimientos del hormigón y pérdida de resistencia, puesto que ocurren cuando el hormigón ya está endurecido y es un cuerpo rígido.
Reacción álcali-árido (ASR)
Esta es una reacción de los áridos silíceos reactivos con los constituyentes alcalinos del hormigón, en presencia de agua. La ASR se identificó por primera vez como causa del deterioro del hormigón hace más de 60 años (Stanton, 1940). Desde este descubrimiento original, se han conocido muchos casos a lo largo de todo el mundo, también se la conoce como “cáncer del hormigón”.
Está ampliamente aceptado que los tres componentes necesarios para que se produzca la ASR en una estructura de hormigón son:
- Sílice reactiva (de los áridos)
- Álcalis suficientes (principalmente del cemento Portland, pero también de otros constituyentes del hormigón)
- Humedad suficiente
En la primera etapa, los álcalis que provienen principalmente del cemento migran hacia la solución acuosa de los poros y entran en contacto con los áridos reactivos, formando un gel silíceo alcalino.
En una segunda etapa de la reacción, este gel silíceo reacciona con la cal libre presente en el hormigón, para formar un nuevo tipo de gel que puede absorber una gran cantidad de agua, y por lo tanto tiene unas grandes propiedades de hinchamiento.
Este efecto de hinchamiento genera fuerzas de expansión en el hormigón endurecido. Los modelos típicos de daño por ASR aparecen en forma de una superficie fisurada superficialmente con formas caprichosas. Pero esa fisuración se propaga hacia el interior del hormigón con el tiempo, y la expansión continúa indefinidamente mientras el agua siga absorbiendo gel reactivo.
Agua de mar, agua limpia
El agua de mar es una fuente principal de cloruros que pueden atacar el hormigón. Su ataque proviene de una reacción más o menos simultánea de sulfatos, cloruros y otros constituyentes del cemento. Las sales de magnesio en el agua marina son las más agresivas. La causa de la degradación sigue siendo principalmente la formación de etringita que genera la expansión del hormigón, dando lugar a la fisuración.
El ataque comienza desde la superficie y penetra a lo largo del tiempo hacia la estructura. Las áreas con más riesgo en las estructuras marinas son las situadas en la zona de carrera de marea, puesto que la acción mecánica del oleaje se añade a la reacción química, eliminando más hormigón dañado, y suministrando acceso a más cantidad de cloruros (aparte del efecto dañino de los ciclos de sequedad-humedad).
El agua limpia o blanda produce un ataque menos común, pero que puede ocurrir particularmente en zonas montañosas o con condiciones de agua ácida / blanda en el terreno, por ejemplo, en zonas con rocas muy densas tales como granito, o en la parte inferior de las losas de los puentes, donde se puede producir condensación. El ataque por aguas blandas produce daños debidos al deslavado de la portlandita y cal libre de la matriz de cemento.