Una alternativa sustentable frente al ataque de la corrosión en el concreto armado

Published on Friday, 28 November 2014 00:00

Written by M. Noricumbo, Eduardo de J. Vidaud Quintana y Ingrid N. Vidaud Quintana

Se define el fenómeno de la corrosión como la “reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medioambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”. La capa de óxido que se forma en el acero de refuerzo trae consigo un aumento de volumen en la barra, de 2 a 4 veces mayor que el volumen del acero original. Este oxido provoca la pérdida de adherencia entre el acero de refuerzo y el concreto, llegando a provocar el estallamiento del recubrimiento; con la correspondiente pérdida de las propiedades mecánicas, reduciendo la capacidad de resistencia del acero y consecuentemente la del elemento de concreto reforzado (Foto 1 y 2).

Los costos por acciones correctoras o de detención de estas patologías generadas por la corrosión del acero en estructuras de concreto reforzado, suelen ser en la ac- tualidad considerablemente significativos. En Norteamérica, por ejemplo, los costos de reparación se estiman muy cercanos a los 300 mil millones de dólares anuales; mientras que en México, pueden superarse los 10,000 millones de dólares al año. Son cifras que lejos de manifestar tendencia a la estabilidad o a la disminución, tienden a crecer cada día; motivado por factores distintos y complejos, muchas veces relacionados entre sí.

Este hecho coloca a la comunidad profesional y científica ante un reto mundial; que motiva el abrir nuevas brechas del conocimiento científico en la tecnología del concreto reforzado. Conocer el fenómeno de la corrosión de las barras de acero de refuerzo embebidas en el concreto, e investigar y buscar alternativas para reducir los efectos negativos de este fenómeno, es una de las brechas que puede culminar con éxito en la disminución de las pérdidas cuantiosas que provoca.

En este ámbito, se abren paso las varillas de refuerzo compuesto, y en ello los denominados Polímeros reforzados con Fibra (FrP por sus siglas en inglés); los que si bien han sido estudiados a partir de las últimas décadas, aún no se han utilizado a gran escala en aplicaciones de construcción. Parece ser que las varillas de refuerzo fabricadas con FrP pueden constituirse en una atractiva posibilidad; pues resultan en productos con muy diversas y significativas ventajas, mucho más si son comparados con las barras de acero de refuerzo tradicional.

Los FrP son productos para el refuerzo del concreto con una alta relación resistencia/ peso; puede compararse en 50 veces más que la del concreto, y 20 veces más que la del acero. Suelen ser menos susceptibles a la degradación medioambiental que provoca la exposición a ácidos alcalinos, ambientes marinos, u otros; resultando ser muy ligeros (aproximadamente la cuarta parte del peso de una varilla de acero de tamaño equiva- lente), excelentes aislantes térmicos y con suficiente neutralidad electromagnética.

Las varillas de refuerzo de FrP contribuyen entonces a elevar en niveles signifi- cativos la durabilidad de las estructuras propensas al fenómeno de la corrosión. Son recomendadas para estructuras de concreto reforzado expuestas a las sales producto del deshielo, con necesidad de neutralidad eléctrica o magnética, cercanas al mar o marinas, o sometidas a ambientes agresivos en general.

Los materiales compuestos de fibra de vidrio o carbono se han utilizado desde 1940 en aplicaciones militares, aeroespaciales y navales. utilizados por vez primera en la década de 1950; no es hasta 1986 que se emplearon para reforzar un puente de concreto en alemania. asimismo se utilizaron en los Estados unidos en 1996 para el reforzamiento de un puente de concreto en MC Kineyville WV, en Virginia occidental y en 1999 para losas pretensadas también de un puente en Lawrence tech en Southfiels, Michigan.

En sentido general, estos compuestos han sido utilizados igualmente con éxito en el medio marino, automovilístico, y de recreación. otras aplicaciones también han tenido lugar en el sector constructivo; cabe destacar su empleo en la construcción de tube- rías, tanques de almacenamiento, fachadas de edificios y elementos arquitectónicos.

Son productos que cada día demuestran ser la solución por varios aspectos, entre los que sobresalen: ligereza, resistencia a la corrosión, excelente resistencia a la ten- sión, y elevado desempeño mecánico; sin dejar a un lado las similares condiciones de instalación si se comparan con las varillas de acero, y las ventajas presentes en su manipulación y almacenamiento (Foto 4).

El proceso de fabricación de estos elementos es por medio de un proceso de pultrusión (1), siguiendo la secuencia de subprocesos que puede constatarse en la Figura 1. Las propiedades de estos compuestos son el resultado de una combinación de materiales en los elementos de FrP que incluye entonces: fibras (refuerzos), resinas (polímeros), rellenos, y aditivos.

El recubrimiento de estos elementos se realiza a base de arena sílica; lo que pro- porciona un incremento en la adherencia una vez ahogada la varilla en el concreto. La arena sílica, fijada por medio de un proceso de fusión, rodea en su totalidad a la superficie de la varilla, y al estar ahogada en el concreto se integra con el mismo; ofreciendo como resultado una extraordinaria adherencia.

En el caso de las fibras de vidrio de alta resistencia, suele utilizarse una resina vinilester (resina con buenas propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, muy resistente a la corrosión, que soporta altas temperaturas y con buen desempeño ante la fatiga); las fibras de vidrio ofrecen resistencia mecánica a la varilla, de la misma manera en que la resina concede una elevada resistencia a la corrosión en ambientes agresivos (resistencia química). Las varillas reforzadas con fibra de carbono, por su parte, se recomiendan para empleos más ambiciosos; el producto reforzado con fibra de carbono y resina vinilester se utiliza para reforzar estructuras dañadas.

La resina, independientemente de la resistencia química, tiene otras funciones en estos compuestos como pueden citarse: transferir los esfuerzos entre las fibras, pro- porcionar soporte lateral contra el pandeo, y proteger las fibras de daños mecánicos y ambientales; en cambio, las fibras son las encargadas de soportar las cargas, y al mismo tiempo proporcionar resistencia y rigidez al producto.

Algunas características distinguen a los refuerzos de FrP en comparación con otros materiales. Estas varillas no se oxidan, incluso en ambientes agresivos; tampoco reac- cionan con las sales u otras sustancias presentes en el concreto. Si estos refuerzos resultan entonces resistentes al fenómeno de la corrosión, puede deducirse de esta ventaja que se reducen considerablemente con su empleo, los costos de mantenimiento y reparación. igualmente puede afirmarse que con estos se mejora la vida útil de las estructuras, y contribuyen a obtener mejores costos en los ciclos de vida.

En otro orden, estas varillas son productos que aseguran con su empleo suficiente neutralidad electromagnética; pues no contienen ningún metal y no provocan interferencia en contacto con campos magnéticos, o al operar instrumentos electrónicos sensibles. En general las estructuras intervenidas con las fibras de vidrio o carbono, no bloquean las ondas de radio, tampoco interfieren con las ondas de radar; más bien facilitan las comunicaciones a través de las propias estructuras.

Por lo general, los productos elaborados según el proceso de pultrusión suelen tener una resistencia a la tensión muy elevada; de hecho las varillas de FrP llegan a tener niveles de resistencia a la tensión mucho mayores que la del acero convencional (Fig. 2). asimismo, al tener muy baja densidad se garantizan ahorros en costos por concepto de transporte y en el propio proceso de construcción. No debe olvidarse la sencillez y rapidez en la aplicación, así como al menor requerimiento de fuerza de trabajo y de equipos.

Las excelentes propiedades de aislamiento eléctrico de las varillas de refuerzo de FrP se fundamentan por su parte, en que son resistentes a la corrosión electroquímica; así como también en que no hay pérdida de corriente a través de la estructura de refuerzo. En otro orden, cabe destacar la versatili- dad de fabricación con FrP; que permite que las características geométricas, de resistencia, de rigidez y durabilidad de los miembros se adapten a cada aplicación particular.

En la actualidad se ha establecido con pruebas documentadas, que la varilla de Gráfica que correlaciona los esfuerzos a la tensión con las deformaciones unitarias correspondientes, y en donde es posible com- parar el desempeño a tensión del concreto, el acero de refuerzo convencional, y el polí- mero reforzado con fibra de vidrio y carbón, respectivamente.