Acerca de la
durabilidad del concreto
Prof. Vitervo O’Reilly

Fotos: Cortesía del prof. Vitervo O’Reilly.

Un especialista que ha dedicado su vida
profesional a diversos temas vinculados
al concreto, en esta ocasión ofrece una
síntesis de su libro más reciente, el cual
por cierto, fue editado por el IMCYC.
El libro de reciente edición se titula Métodos para dosificar
concretos de elevado desempeño.

    

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  Nuestro Invitado Vitervo O'Reilly Díaz

Vitervo O'Reilly Díaz es Ingeniero civil, Doctor en Ciencias Técnicas y Doctor en Ciencias, Profesor y Académico de Mérito e Investigador Titular.
Es miembro del Grupo Iberoamericano para el Estudio de la Corrosión de las Armaduras en las Estructuras de Hormigón Red DURAR y de la Red REHABILITAR del CYTED, miembro del Instituto Brasileño del Concreto, miembro del Instituto Americano del Concreto (ACI), miembro de la Sociedad Económica de Amigos del País (SEAP), representante en Cuba de la Asociación Argentina de Tecnología del Hormigón, y otras mas. Miembro del Tribunales Permanente para el Otorgamiento de Grados Científicos, miembro del Tribunales para el Otorgamiento de Categorías Docentes.

Su especialidad es, en tecnología del concreto y la corrosión del mismo. Cabe decir que sus métodos de dosificar concreto son conocidos en casi todo el mundo. Ha recibido numerosos premios y condecoraciones, tanto en su país como en el extranjero, por su trabajo científico-técnico.

El Comité 201 del ACI define la durabilidad del concreto de cemento Portland, como: “La capacidad para resistir a la acción del tiempo, los ataques químicos, la abrasión o cualquier otro proceso de deterioro, es decir, el concreto durable retendrá su forma original, su calidad y su servicio, cuando se exponga a su medio ambiente”. Ningún material es intrínsecamente durable. Producto de la interacción entre su microestructura y el ambiente que lo rodea hace que sus propiedades cambien con el tiempo.
Se considera que un material alcanza el final de su vida de servicio cuando sus propiedades bajo ciertas condiciones de uso se han deteriorado a tal extremo, que el continuar utilizándolo se le considera inseguro o antieconómico. Los procesos que pueden provocar una durabilidad insuficiente son variados y complejos y dependen, tanto de la concepción del elemento estructural realizado durante el proyecto, la calidad de los materiales componentes, forma de dosificación, fabricación, y su mantenimiento.

Agentes que deterioran el concreto
El deterioro de las características del concreto se da generalmente por la acción combinada de diferentes agentes agresivos, los cuales se pueden clasificar en cuatro grandes grupos, en función de su forma de actuar: Acciones químicas, físicas, mecánicas y biológicas.
Entre las acciones químicas que influyen negativamente en la durabilidad del concreto se consideran: la corrosión del acero embebido en el concreto, la lixiviación de la pasta de cemento, las reacciones expansivas que incluyen el ataque de sulfato y la reacción álcali-agregado. Estas acciones son las más agresivas a la masa de concreto y las más temidas por lo que se deben tener en cuenta desde que se concibe el proyecto estructural de una construcción. Los agentes químicos más frecuentes que producen el
deterioro del concreto son:

• El aire y otros gases, en ambiente natural o contaminada.
• Las aguas agresivas (puras, de mar, industriales, negras agrícolas, negras urbanas) y otros líquidos.
• Los productos químicos orgánicos o inorgánicos.
• Suelos y terrenos agresivos.

Los agentes químicos citados pueden actuar solos o de forma combinada lo que no nos permite definir una forma de actuación similar, o con resultados semejantes. Internacionalmente se clasifica la agresión química formada por uno o varios de los siguientes procesos:
Disolución de los compuestos hidratados del cemento, en particular la cal. Formación de nuevas sales solubles, que van siendo arrastradas por el agua (generadas por ataques de aguas puras, ácidos orgánicos e inorgánicos, agua de mar, etc.). Formación de cristales u otros compuestos poco solubles, con aumento de volumen y la consiguiente creación de tensión interna.
La reacción del Ca(OH)2, o sea, la portlandita del concreto con el CO2 del ambiente, produce la formación de carbonatos lo que genera una disminución de su pH. Al disminuir la basicidad del concreto disminuye la protección que éste le ofrece a las armaduras de acero posibilitando que otros agentes puedan atacarlos, transformando el acero en óxido de hierro por la corrosión, generando un aumento del volumen de éste, que ejerce esfuerzo de tensión sustancial en el concreto circundante a las barras oxidadas. También se manifiesta este proceso por la aparición de manchas, agrietamientos y fisuración del recubrimiento de concreto de refuerzo. Al propio tiempo, la sección transversal del acero de refuerzo se reduce.
Como consecuencia de este proceso, un agotamiento estructural puede ocurrir mediante una pérdida de la adherencia entre el acero y el concreto, debido a las grietas y fisuras, o bien como resultado de la reducción de la sección transversal del acero. Este último efecto puede tener una significación especial en estructuras de concreto pretensado, en las cuales un grado relativamente pequeño de la corrosión de los cables de acero para pretensar puede ocasionar su falla. Pero, también en las estructuras de concreto armado más comunes, los procesos degradantes escritos, conducen en todos los casos a la pérdida de su durabilidad y utilidad o a su desplome en caso extremo.
El deterioro de estructuras de concreto armado, debido a la corrosión del acero de refuerzo, ocurre mayormente en ciertos tipos de estructuras expuestas sólo a una condición especial de tensión. Este fenómeno se observó por primera vez en estructuras de concreto armado situadas en la costa, expuestas a un ambiente atmosférico marino o de agua de mar y también en plantas productoras de sustancias químicas. Recientemente, la corrosión del acero de refuerzo ha resultado ser un problema muy serio con la aparición en cubiertas de puentes, estructuras de estacionamientos de vehículos y otras estructuras de carreteras en las cuales durante el invierno se usan sales de descongelamiento.
En la mayoría de los casos la causa principal y más común de la corrosión del acero de refuerzo y del deterioro subsiguiente de las estructuras ya mencionadas, resulta ser la acción de los cloruros. Los iones cloruros se consideran como el factor más importante que influye en la intensidad de la corrosión del concreto armado.
Los efectos físicos más comunes que actúan adversamente en la durabilidad del concreto incluyen: el agrietamiento debido a la presión de la cristalización de las sales en los poros, la exposición a temperaturas extremas como son las heladas o el fuego y el desgaste de la superficie.
Por su parte, las acciones mecánicas más comunes que pueden dañar la durabilidad de una estructura son las cargas, sobrecargas, impactos, vibraciones, etc. que pueden estar provocadas por causas naturales, como el viento y el agua o por causas artificiales, que afectan el comportamiento futuro del elemento estructural. Este tipo de acción se debe considerar en el proyecto y es en general, de las que mayor conocimiento se tiene.
Entre las acciones físico-mecánicas de mayor significado que se producen en la estructura de concreto armado y que requieren de un estudio más detenido está el fenómeno de la fisuración que debe ser objeto de análisis por parte de los especialistas. Si excluimos las fisuras motivadas por causa sísmica, se deben estudiar:
• Fisuras por efectos directos, tanto por tensión, como por flexión cortante y torsión.
Este tipo de efecto es el más ampliamente considerado en las instrucciones de concreto armado o pretensado.
• Fisuración debida a la existencia de deformación impuesta, la cual puede proceder de movimiento de apoyo, contracción o variación de temperatura. A diferencia del caso anterior, para este y para el siguiente, las indicaciones en las instrucciones son inexistentes o muy escasas.
• Fisuración debida a fenómenos plásticos a muy temprana edad en el concreto, sean estas por contracción o bien por asentamientos.
Las acciones biológicas, las generan los microorganismos, fungicidas y bacterias. Reiteramos que la durabilidad del concreto está íntimamente relacionada con su compacidad, porosidad y permeabilidad. Pudiéramos ser más categóricos expresando que de estas tres propiedades depende en gran medida la vida útil de una estructura de concreto armado, razón por la cual debemos dedicarle desde su dosificación, colocación, vibrado y curado todas las demás atenciones que garanticen sus cualidades en el concreto.
Estas propiedades del concreto son dependientes de su estructura, razón por la cual las relaciones estructuras-propiedades se deben analizar partiendo de las características más significativas que se le exige al concreto, tales como resistencia, estabilidad dimensional y durabilidad.
Conociendo que las propiedades fundamentales del concreto vienen dadas por su estructura interna, estas propiedades pueden ser modificadas exprofeso haciendo cambios adecuados en su estructura. Si bien es cierto que las relaciones entre sus propiedades y su estructura no se han desarrollado en su totalidad, ya existen conocimientos que permiten hacer cambios que garanticen las propiedades exigidas por el desarrollo de la ingeniería. Para una mejor comprensión de tan importantes cualidades del concreto haremos una presentación de los elementos básicos de su estructura.

La estructura del concreto
Está constituida por tres componentes: el agregado, la pasta de cemento hidratada y la zona de transición entre la pasta y el agregado.
Para una mejor comprensión de estos tres componentes del concreto, hagamos un análisis de su estructura.
El concreto tiene una estructura altamente heterogénea y compleja por lo que resulta difícil predecir con exactitud y seguridad su comportamiento futuro, conociendo que esta estructura no se mantiene estable, debido a que la pasta de cemento y la zona de transición evolucionan con el tiempo, la humedad y la temperatura que le rodean.
La estructura del concreto está constituida por los elementos gruesos, que pueden ser percibidos por el ojo humano, (él limite de detección del ojo humano es de 0.2 mm) y se le denomina Macroestructura a la estructura total, y Microestructura a la que está constituida por los elementos que requieren de la aplicación
microscópica para ser observada. Si partimos del principio que las propiedades del concreto pueden modificarse haciendo los cambios adecuados a su estructura interna en función de las cualidades exigidas
para hacerlo resistente a la agresión de los agentes externos, se hace necesario conocer primero su microestructura y después otros factores influyentes en sus propiedades finales, para poder ejercer esas acciones de cambios deseados.

La microestrutura del concreto
Es la estructura material en estado sólido generada por el fraguado del cemento y cuyos tamaños son inferiores a 0.20 mm. Por lo que la microestructura es la fase sólida, en la que el concreto ha logrado un desarrollo mecánico debido al estado avanzado de las reacciones químicas del cemento con el agua, produciéndose una cierta rigidez conferida por los nuevos productos que se generan.
Las características de la microestructura del concreto están relacionadas con la porosidad de la pasta de cemento endurecida, la conexión entre los poros, la distribución de sus tamaños, capacidad para el transporte de fluidos, relaciones y equilibrios entre los diferentes productos de la hidratación, la naturaleza de la interfase entre la pasta hidratada y el agregado, así como otros factores.
Los estudios de la microestructura del concreto pueden llegar a ser complejos, dependiendo de lo que se busca. En función de los objetivos que se requieran obtener podrán usarse distintas técnicas y sistemas, tales como: microscopía óptica, microscopía electrónica (de barrido convencional, de barrido ambiental etc.) hasta procedimientos para reproducir en computadoras los procesos de hidratación del cemento, por el uso de modelos matemáticos basados en la teoría de fractales.
El estudio de la microestructura del concreto tiene gran importancia para el conocimiento de su durabilidad, en tanto que:

1) Define el comportamiento mecánico del concreto (resistencia, tenacidad, etc.)
2) Dimensiona los procesos de transporte de fluidos en el concreto, lo que repercute en:
2.1 Funcionalidad: Impermeabilidad, estanquidad del concreto.
2.2 Durabilidad: Acceso de sustancias agresivas a los componentes del concreto.
3) Define la reología del concreto: contracción, fluencia, etc. Influencia del método de dosificación en la durabilidad

Debido a la estrecha dependencia de la intensidad de penetración de los agentes corrosivos con su porosidad y la relación de esta , con la compacidad de la masa, ésta debe lograrse con la mayor impermeabilidad posible. Mediante investigaciones científicas y sus comprobaciones en la producción de construcciones, ha quedado demostrada la gran influencia que tiene el método de dosificar el concreto en la calidad de la masa de éste que envuelve las barras de acero y su resistencia al paso de los agentes agresivos externos, razón por la que se creo un nuevo Método, que tiene en cuenta estas exigencias.
Partiendo de la necesidad de garantizar la durabilidad de las construcciones hechas con concreto, he creado un nuevo método de dosificación, después de largos estudios e investigaciones científicas, que obligaron a probar más de 20,000 especímenes. Este método, entre otras cosas:

A) Determina e incluye la influencia de las características formales de los áridos gruesos.
B) Establece una nueva forma de determinar las proporciones de los áridos finos y gruesos.
C) Incluye en su ecuación, de forma directa, la influencia de la consistencia del concreto en su resistencia. Lo cual se logra por primera vez en una ecuación.
D) Hace la determinación de la cantidad de agua, para una consistencia requerida, de forma mas exacta y racional. Este método, aquí apenas esbozado, garantiza los parámetros que se exigen para lograr la durabilidad del concreto. Este método de dosificar concreto, que partió de lograr la máxima compacidad de su masa, demostró y comprobó por estudio y comparaciones con otros métodos, que los tradicionales que determinan la relación óptima entre los áridos (arena y grava) no son válidos para obtener la máxima compacidad, como punto de partida fundamental para el logro de dichos objetivos.
El método –como ya se ha dicho en este texto– también incorpora nuevos conceptos y factores no tomados en cuenta por los investigadores, tales como: determinación de la característica de lo áridos gruesos, la influencia de la consistencia de la masa del concreto en estado fresco de una forma directa y la determinación de una forma más exacta de la cantidad de agua de la mezcla para obtener una consistencia necesaria.
La aplicación del método aporta ahorros de cemento en la producción de concreto y logra que éste sea mas compacto y menos poroso, garantizando una mejor protección a las barras de acero que circundan, lo cual lo hacen un método ideal para dosificar concreto de elevado desempeño.