10.7.12

AGRESIVIDAD DEL SUELO A ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN.

1.- GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
El terreno en el que en muchas ocasiones se edifica está expuesto a agentes externos o internos que le aportan una característica, con la que hay que contar a la hora de proyectar una construcción, ya que va a condicionar algunos aspectos de la misma: esto es la agresividad.
La agresividad o ataque químico del terreno puede afectar a las estructuras que están en contacto con él, en mayor o menor medida, afectando por tanto la durabilidad de esas estructuras y por tanto su resistencia y estabilidad a lo largo del tiempo.
El principal agente agresivo del hormigón es el agua, bien directamente o bien como vehículo de transporte de los agentes agresivos y ya que en el terreno nos podemos encontrar agua en forma de niveles freáticos estables o colgados, condensaciones bajo cimentaciones o escorrentía subterránea por riego o lluvia, incluíremos los daños originados por la agresividad de la misma al hormigón.
Las acciones debidas a agentes agresivos son:
a) Ataques por sulfatos
El ataque de sulfatos ocurre donde hay concentraciones relativamente altas de sulfatos de sodio, potasio, calcio o magnesio, tanto en suelos como en aguas subterráneas, superficiales o en aguas de mar. También pueden ocurrir asociados a algunas instalaciones industriales, desechos, aguas fecales o subproductos de cualquier tipo, acumulados de forma incontrolada.
Los sulfatos son muy solubles en agua y penetran con facilidad en estructuras de
hormigón expuestas a los mismos.
Asociados sobre todo a rocas y procesos volcánicos, rocas y minerales de origen evaporítico y alteración de sulfuros asociados yacimientos minerales, tenemos importantes concentraciones de Yeso, Glauberita, Thenardita, etc, en la mayoría de nuestros suelos. Dado que la presencia de sustratos y aguas sulfatadas en España es más que frecuente, deberán tomarse precauciones en la construcción de obras de hormigón.
El cemento es un polvo finamente molido, compuesto principalmente por silicatos de calcio y en menores proporciones por aluminatos de calcio, que, mezclado con agua se combina con ella, fragua y endurece a la temperatura ambiente al aire o bajo agua.
El ataque de sulfatos se debe a la combinación de ión sulfato con el aluminato de calcio hidratado del cemento, formando Ettringita (sulfo aluminato de calcio) y con el hidróxido de calcio libre o liberado durante la hidratación del cemento, para formar yeso. Ambas reacciones producen expansiones fuertes, ya que tanto la ettringita como el yeso alcanzan un volumen mucho mayor que el de los depósitos reactantes que los formaron (presencia de agua en su estructura cristalina) y como consecuencia, ocasionan la erosión, disgregación y destrucción de los morteros y hormigones a través de sus poros por donde penetran.
Según el contenido de aluminato tricálcico (C3A) del clinker los cementos serán más o menos resistentes a los sulfatos.
b) Lixiviado o disolución
Se debe al poder de disolución de las aguas puras o carbónicas de aquellos compuestos solubles del hormigón. Tambien se puede producir por el ataque de aguas ácidas (su agresividad depende de su Ph y contenido de CO2).
c) Acción del agua de mar
La agresividad del ambiente marino se debe fundamentalmente a las sales que lleva disuelta el agua de mar: cloruro sódico, cloruro magnésico, sulfato magnésico, sulfato cálcico, cloruro potásico, sulfato potásico y bicarbonato cálcico.
Esta agresividad se divide en dos tipologías: la relativa a la degradación del hormigón por la acción de las sales agresivas y otra por los procesos de corrosión debido a la humedad ambiental y el aporte de cloruros. Los iones cloruros inhiben o atenúan en cierta medida la acción de los sulfatos, ya que dan lugar a un cloroaluminato de calcio hidratado que no es expansivo, o al menos no tanto como la ettringita. Pero en el caso de que el clínker contenga gran cantidad de aluminato tricálcio y el grado de saturación sea elevado, los cloruros existentes en el agua de mar no pueden evitar la formación de la estringita, con sus consecuencias.
d) Acción debida a los agentes biológicos
Entre los diferentes organismos que pueden ser agresivos al hormigón los más importantes son las bacterias ferroginosas y las tiobacterias, produciendo alteraciones o reaccionando con el agua formándose sulfatos o ácido sulfúrico,
A continuación relacionamos algunas tablas extraidas de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) respecto a las consideraciones en cuanto a la durabilidad del hormigón y los diferentes grados de ataque y agresividad:








2.- DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS DESCRIPCIÓN
Los daños producidos por el terreno a las estructuras de hormigón que están en contacto con él, tales como elementos de cimentación (zapatas, pozos, losas, pilotes...), muros de contención u otros son:
- Desagregación o destrucción química del hormigón.
o Cambio de coloración en la superficie de los elementos, ya que el cemento va perdiendo su carácter conglomerante quedando por consiguiente los áridos libres de la unión que les proporciona la pasta. Inicialmente suele presentar aspecto poroso, cambio de color, eflorescencias o manchas.
o Fisuras.
o Abarquillamiento de las capas externas del hormigón
o Desintegración de la masa del hormigón.
- Pérdida de resistencia, pudiendo llegar a la ruina del elemento
- Reducción de los recubrimientos:
o manchas de óxidos en paramentos
o fisuración longitudinal según el trazado de las barras afectadas por la corrosión
o menor resistencia al fuego
o acortamiento de la vida útil
- De menor a mayor intensidad de ataque al hormigón en ambiente marino:
o Corrosión de armaduras con pérdidas de sección en las barras principales del 1%. Aparecen ligeras fisuras longitudinales en las esquinas coincidiendo con la situación de las barras, pero no fisuras transversales en el plano de los estribos.
o Corrosión de las armaduras principales con pérdida de sección del 5%. Salta el hormigón en las esquinas y quedan las barras de acero principales al aire.
Aparecen fisuras en el plano de los estribos. La capa de óxido hace que las armaduras pierdan adherencia con el hormigón.
o Corrosión de las barras principales con pérdida de sección del 25%. Se desprende el hormigón en las zonas de los estribos y quedan estos al aire.
Pérdida de anclaje frente a pandeo y de adherencia de las barras. Se supone que el hormigón, por efecto de la corrosión se ha debilitado en una profundidad de 1 cm.
o Rotura de estribos. La sección de acero que queda en las barras principales no trabaja. Las barras principales pandean.
ORIGEN
Los factores de los que dependerán las patologías a encontrar debido al ataque de agentes químicos a las estructuras de hormigón van a ser:
- características del hormigón: contenido y tamaño de huecos, porosidad accesible o
permeable...
- características de los agentes agresivos
- condiciones ambientales
- exposición de los elementos a los agentes agresivos: externa o internamente
- cuantificación de la agresión
- velocidad de la agresión o de alteración del hormigón (ataque con consecuencias a corto o largo plazo)
Los motivos que van a llevar a una falta de resistencia del hormigón al ataque químico son:
a) mala dosificación del conglomerante (según la composición mineralógica del clinker y del tipo y proporción de la adición que contenga) disminuyendo la resistencia de éste a los agentes agresivos
b) presencia de áridos contaminados, como piritas, las cuales reaccionan con el agua contenida en los poros del hormigón formando sulfatos de hierro que provocan un aumento de volumen por reacciones expansivas
c) falta de homogeneidad, compacidad o impermeabilidad por los medios de producción empleados en la ejecución de ese hormigón (bajo contenido de cemento, relación agua/cemento elevada...)
d) puesta en obra inadecuada:
o mala compactación
o deficiente curado
o recubrimientos insuficientes


3.- PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE DAÑOS PREVENCIÓN
Para evitar la degradación del hormigón por agentes agresivos se ha de tener en cuenta las siguientes medidas que eviten la entrada de estas sustancias desde el exterior hacia el hormigón, así como la no presencia de agentes agresivos en sus componentes:
- evitar hormigones porosos y permeables, más susceptibles de ataque, para lo cual se deberá cumplir:
o Que la relación agua/cemento sea lo más reducida posible (de forma compatible con la trabajabilidad de la mezcla y la hidratación del cemento).
o Un elevado contenido de cemento.
o Compactación y curado adecuados.
Con estas medidas el hormigón resistirá el ataque débil.
- Si estas medidas son insuficientes ante el ataque ambiental se deberán utilizar cementos especiales, resistentes al tipo de ataque que le afecte.
Para la ejecución de hormigones en ambiente marino se deberán emplear cementos con bajo contenido de aluminato tricálcico.
Contra el ataque de sulfatos la utilización de cementos con el aditivo sulforresistente en morteros y hormigones o la utilización también de hormigones de alta resistencia a compresión simple (alta densidad y baja porosidad), por supuesto siempre en las zonas expuestas a la acción de dichos sulfatos disueltos y cuantificándose la agresividad.
La incorporación de escoria de horno alto, cenizas volantes o puzolanas naturales (CEM II/A-S, CEM II/B-S, CEM II/A-V, CEM II/B-V, CEM II/A-P y CEM II/B-P) mejora el comportamiento del cemento ante agentes agresivos.
Los cementos con elevado contenido de adiciones, como los de horno alto (CEM III), los puzolánicos (CEM IV) y mixtos (CEM V), presentan una elevada resistencia a la agresión química.
Los cementos especiales (ESP VI), han sido especialmente diseñados para hormigonado de grandes macizos, y aplicaciones en las que es fundamental un desarrollo lento de resistencias y una cierta resistencia a los agentes agresivos del terreno.
Los cementos de aluminato de calcio (CAC) tienen unas características muy particulares que los hace adecuados para hormigones refractarios, obras en terrenos yesíferos.
- Si el ataque es muy fuerte se deberán aplicar revestimientos especiales que hagan el hormigón más duradero, evitando el contacto directo del hormigón con los agentes agresivos.
REPARACIÓN
Las reparaciones de elementos afectados puntualmente se realizan mendiante la retirada del hormigón fisurado, saneo de armaduras (en el caso de que hayan sido afectadas), preparación de la superficie y reconstrucción de la pieza, mediante productos de reposición.
Si el ataque es interior, se ha de sustituir el elemento por otro que supla la función que éste desempeñaba, si esto no es posible, como en el caso de pilares, se puede colocar un perfil adosado a cada lado de la pieza que se encargarán de resistir las cargas que acometan sobre el elemento estructural, prescindiendo por tanto de la resistencia del pilar de hormigon.
Tambien se puede inyectar resina epoxi alrededor de la pieza y colocar luego platabandas de acero que forren todo su perímetro.
En definitiva, habrá que definir de forma correcta el alcance de la reparación así como elegir el sistema más adecuado y realizar en su caso los ensayos pertinentes que determinen la causa de las patologías encontradas.
4.- CONCLUSIÓN
Para evitar el ataque de los agentes agresivos al hormigón principalmente se deberán tomar las medidas adecuadas desde el propio hormigón (en su elaboración, mediante la adición de los aditivos correspondientes, etc). Previamente se deberá determinar o cuantificar el grado de agresividad, mediante la elaboración de los correspondientes ensayos en el estudio geotécnico.