ATAQUE POR ÁCIDOS

Por lo general el concreto de cemento Portland tiene poca resistencia al ataque de ácidos. La agresividad de los ácidos en el subsuelo ocurre por su presencia en las aguas subterráneas. Los ácidos más comunes de encontrar en disolución en aguas subterráneas son los ácidos de origen orgánico tales como el ácido úrico que se encuentra en depósitos de turba y el ácido carbónico derivado del dióxido de carbono disuelto. Algunas veces las aguas de origen pantanoso pueden contener ácido sulfúrico como resultado de la descomposición bacteriana de los compuestos sulfurosos. Por lo general la presencia de sulfatos en solución en las aguas subterráneas particularmente en suelos arcillosos, es más frecuente que la acidez.

MODO DE ATAQUE

Los ácidos atacan las bases y las sales básicas formadas por la hidratación del cemento, deteriorándolo por la formación de sales solubles y procesos de disolución que eliminan el hidróxido de sodio. Los parámetros que gobiernan el ataque estrictamente ácido son la fuerza del álcali y su concentración, vale decir el valor del PH.

La gran influencia del PH, es la razón por la cual se puede estimar que las aguas ácidas de reducido pH, menor de 4.5, atacan fuertemente los concretos. Cualquiera que sea el cemento utilizado. En la prácticas puede estimarse que ningún cemento portland resiste la acción de aguas con PH inferior a 4. De otro un lado los cementos portland corrientes resisten sin mayores daños la acción de aguas con valores de PH superior a 6.

La severidad del ataque dependerá de varios factores:

Del tipo y concentración de ácido presente, los ácidos orgánicos como los inorgánicos, excepción del ácido fosfórico, al descomponer la cal del cemento, forman sales de calcio como cloruros, nitratos y sulfatos, que son solubles en agua.

De la posibilidad de renovación del suministro de la solución ácida . Cuando no hay flujo de agua ni cambios de humedad o de nivel de la napa, la reposición de las soluciones ácidas es difícil y la acidez puede ser totalmente neutralizada, con relativo poco daño después del ataque inicial al concreto, los ciclos de humedecimiento y secado puede ser muy dañinos; las sustancias disueltas pueden migrar por las masas de concreto y depositarse en la superficie puede ser de las mismas sustancias o de algún producto de la reacción formada en el concreto.

Del contenido de cemento y de la impermeabilidad del concreto. Los concretos pobres y permeables son más susceptibles al ataque.

La comisión de RILEM que estudia la resistencia del concreto del ataque química ha agrupado en la Tabla Nº 1 que reproducimos, las sustancias agresivas del concreto. El ataque químico se puede producir con la acción de ácidos, sales o bases.

TABLA Nº 1

En Agua Dulce Ácidos

Bases: NaOH, KOH, Urea,-Aminas Sales

Cloruros (Cas Na, HN4, Mg) Sulfatos (Ca, K, Mg, Na, NH4) Nitratos y nítricos (Na, NH4, K) Sulfuros (fe) Acetatos (Na) Esteres, estearatos, jabones.

Alcoholes Soluciones de azúcar Aceites vegetal y animal Bacterias, algas, conchuela, microorganismo

ATAQUE POR SULFATOS OCURRENCIA

El ataque por sulfatos ocurre especialmente en concretos sumergidos en agua de mar y en concretos enterrados o en contacto con el suelo cuando éstos tienen humedad. Su poder destructivo dependerá de su concentración en solución en los suelos y aguas subterráneas.

Los sulfatos más comunes que se encuentran de manera natural en aguas subterráneas son:

el sulfato de calcio o yeso (CaSO4;

el sulfato de magnesio (Mg SO4)

el sulfato de sodio (Na SO4).

La severidad del ataque de sulfatos al concreto depende de lo siguiente:

Tipo de sulfatos. Los sulfatos de magnesio y amonio son los más dañinos al concreto.

Concentración de sulfatos. La presencia de sulfatos más solubles es más perjudicial al concreto.

El sulfato puede estar presente en los efluentes y desechos industriales tales como los de las industrias asociadas con la fabricación de químicos, baterías, aluminio y en la minería. El agua empleada en las torres de enfriamiento también puede contener sulfatos debido a la acumulación gradual de sulfatos provenientes de la evaporación.

ACCION DE LOS TIPOS DE SULFATO

2.3.2.1. La acción de los sulfatos se produce sobre el hidróxido de calcio y fundamentalmente sobre el aluminato de calcio C3A y el ferroaluminato tetra cálcico C3FA

La acción del sulfato de calcio es relativamente simple, ataca al aluminato tricálcico y en menor medida al ferro aluminato tetra cálcico, produciendo sulfo aluminato tricálcico (etringuita) e hidróxido de calcio (portlandita).

2.3.2.2. La acción del sulfato de sodio es doble, reacciona primero con el hidróxido de calcio generando durante la hidratación del cemento, formando sulfato de calcio e hidróxido de sodio. A su vez el sulfato de calcio ataca al aluminato tricálcico formando etringita.

2.3.2.3. La acción del sulfato de magnesio es la que produce un mayor daño, en cuanto actúa sobre las fases de la pasta de cemento, como son los silicatos cálcicos, mediante una serie de acciones complejas que modifican 'el PH de las pastas de cemento.

EFECTOS

Estas dos reacciones dan como resultado un incremento en el volumen de sólidos, causa de la expansión y descomposición de los concretos expuestos a soluciones de sulfatos. Debe señalarse que los sulfatos y los químicos en general raramente, si acaso lo hacen, atacan el concreto si se encuentran en una forma sólida o seca. Para que resulte un ataque significativo en el concreto, los sulfatos deben estar en solución y por encima de alguna concentración mínima.

El ataque del sulfato se manifiesta con una exudación de apariencia blanquecina y agrietamiento progresivo que reduce al concreto a un estado quebradizo y hasta suave.

SOLUCION

Para impedir la acción destructiva de los sulfatos, es indispensable la buena compacidad de los concretos. Además, es posible seleccionar cementos portland con la calidad adecuada como los denominados en la normalización como el tipo II, de moderada resistencia a los sulfatos y el tipo V, de alta resistencia a los sulfatos.

Estos cementos se caracterizan por su contenido máximo de aluminato tricálcico, 8% en el primer tipo y 5% en el segundo. El tipo V, tiene como condición adicional que la suma de los contenidos de aluminato tricálcico y ferroaluminatotricálcico debe ser menor que el 25% .

En el caso del cemento 'tipo V existe la alternativa de no considerar el límite indicado cuando en el ensayo normalizado, de expansión de una probeta prismática, en solución de sulfato y al cabo de 14 días no es mayor del 0.04%.

Otra alternativa válida, para determinados tipos de ataque es la elección de cementos puzolánicos, que fijan el hidróxido de calcio libre y desactivan en parte la acción sobre el aluminio. En estos casos se requieren que la acción del sulfato se produzca a posterior de la acción de la puzolana.

Algunas entidades de reconocida solvencia técnica como ACI Y el CEMBUREAU han formulado recomendaciones para evitar el daño que puede hacer los sulfatos sobre el concreto.

La Tabla IV del ACI expresa una importante experiencia. Debe considerarse que los climas cálidos, la temperatura incrementa la solubilidad de las sales y posteriormente su reacción con los productos de hidratación del cemento.

ATAQUE QUÍMICO POR CLORUROS:

Los iones cloruros no son dañinos directamente al concreto, es la ayuda que brindan en la corrosión del acero de refuerzo lo que los hace peligrosos, en la presente sección se desarrolla el efecto que produce la penetración del ion cloruro en el concreto, el cual corroe el acero de refuerzo, se realiza una descripción de los mecanismos de corrosión, los modelos propuestos para predecir esta, y se usa el programa Life 365, para predecir la vida en servicio de las estructuras, adicionalmente se describen brevemente las tecnologías actuales usadas para prevenir lo corrosión del refuerzo y finalmente se dan las recomendaciones necesarias para la elaboración de concretos resistentes a la corrosión.

Naturaleza del origen de la corrosión en el concreto:

Por lo general, el concreto proporciona a los materiales embebidos en el una protección adecuada contra la corrosión. Sin embargo, es un hecho aceptado que la corrosión del acero es un fenómeno electroquímico y para que esto ocurra debe haber presencia de oxigeno conjuntamente con soluciones acuosas de sales, bases o ácidos. EL acero de refuerzo no se oxida en el concreto debido a la alta alcalinidad de la pasta de cemento (pH=12.5) y a su resistividad eléctrica que es relativamente alta en condiciones de exposición atmosférica. Pero si por alguna razón se reduce la alcalinidad aproximadamente a pH=10, es probable que se presente corrosión.

La resistencia a los cloruros está normalmente considerada en términos del cloruro que entra de la superficie del concreto. Ocasionalmente. sin embargo. el cloruro puede ser introducido en el concreto al tiempo del mezclado. Fuentes comunes los agregados de origen marino pobremente limpiados. Así es de interés la habilidad del concreto para limitar

la acción de los cloruros, además de su habilidad para evitar la penetración de los cloruros sean estos provenientes del agua de mar o de sales descongelantes.

Sin embargo comúnmente son las estructuras cercanas o dentro del mar las que presentan la corrosión del acero de refuerzo, los casos mas conocidos de corrosión se han dado en pilares de puertos y edificaciones aledañas a la costa marítima, el Perú posee una gran extensión de su litoral y el uso del concreto en edificaciones ya sea difundido, por lo cual también el riesgo de presentarse problemas de deterioro por acción del ambiente marítimo, en el siguiente punto se describe las características de nuestro litoral.

El ambiente marino en el Perú y sus características:

El agua de mar contiene sales disueltas, agresivas para el concreto. Están presentes las siguientes: cloruro sódico (NaCl), cloruro magnésico (MgCl2), sulfato magnésico (MgSO4), sulfato cálcico (CaSO4), cloruro potásico (KCl) y sulfato potásico (K2 SO4).

La composición química del agua de nuestro mar, es similar a la que se da en otros mares, como se observa en las tablas 5.12 y 5.13. Caso singular es el contenido de sulfatos 25% superior al registrado en el Atlántico. La participación de este parámetro en los procesos de corrosión es menos significativa que la temperatura y la humedad relativa. Sin embargo, los mayores desarreglos observados en las últimas décadas en las construcciones del Medio Oriente coinciden (además de las particulares condiciones climáticas) con un mayor contenido de sales en el mar del Golfo.

AGUA DE MARGENERALIDADES

En la acción del agua de mar en el concreto es conveniente tener en cuenta la multiplicidad de factores incidentes, como es la variación del clima, la presencia de factores mecánicos como la erosión y la acción de. Las mareas, que modifican las condiciones de inmersión, aparte de los actores biológicos.

El agua de mar contiene sales disueltas, agresivas para el concreto. Están presentes las siguientes: cloruro sódico (NaCl), cloruro magnésico (MgCl2), sulfato magnésico (MgSO4), sulfato cálcico (CaSO4), cloruro potásico (KCl) y sulfato potásico (K2 SO4).

EFECTOS

En el concreto armado en contacto - permanente o intermitente- con agua de mar, los sulfatos y cloruros de calcio, magnesio y alcalinos, que se encuentran de forma inseparable, pueden penetrar por porosidad, capilaridad, ósmosis y difusión. Los sulfatos atacan al concreto formando compuestos expansivos causantes de fisuración. Los cloruros, si llegan hasta la armadura, causan la despasivación de ésta y provocan su corrosión.

La fisuración ocasionada por los sulfatos facilita la penetración de los cloruros y la corrosión de la armadura. Los productos expansivos de la corrosión dan lugar a pérdida de adherencia y la fisuración interna que se suma a la externa producida por los sulfatos,

incrementando y acelerando ambas acciones. Estos fenómenos, en principio pueden presentarse sucesivamente, iniciándose con la difusión del ion cloruro cuyo radio iónico es menor que el del sulfato, por lo que se difunde más rápidamente, terminando por ocurrir de forma simultánea, con superposición de causa y efecto.

EFECTOS EN CADA ZONA DE LA ESTRUCTURA

ZONA DE INMERSIÓN

El concreto que se encuentra permanentemente sumergido por debajo de las zonas de mareas, es capaz de proteger las barras de acero de refuerzo pues debido a la débil concentración de oxígeno en el agua que impide la actividad corrosiva del ion cloruro, en el caso de haberse introducido hasta las barras.

En estos casos el comportamiento del concreto a la corrosión se diferencia según la profundidad en que se encuentra. En las zonas más profundas, la permeabilidad del concreto disminuye, pues se cierran los poros superficiales.

ZONA DE MAREA

Comprende los elementos entre los niveles de marea alta y baja, donde el concreto está permanentemente húmedo, debido a que la inmersión es cíclica en el lapso de un día.

Los poros se encuentran saturados, pues, el tiempo de baja marea es reducido y no se produce la desecación, lo que disminuye el peligro de corrosión

En el concreto comprendido entre mareas, se pueden producir fisuras que adelanten la corrosión, sea por golpes de impacto o por la acción de las olas.

ZONA DE SALPICADURAS

Se ubica por encima del nivel de la marea alta, propensa a la salpicadura de las olas y el baño de la espuma, presenta el riesgo de ciclos alternados de humidificación y secado, de acuerdo a las condiciones de temperatura y humedad del medio, que pueden afectar severamente el concreto.

En el período húmedo se produce el ingreso del ion cloruro por difusión, en el secado se elimina el agua en exceso, pero el concreto retiene el cloro, al repetirse el ciclo sucesivamente el porcentaje ion cloruro resulta muy elevado.

En esta zona de abundante oxígeno, la corrosión por cloro puede darse conjuntamente con la corrosión por carbonatación.

ZONA DE AMBIENTE MARINO

El concreto no está en contacto con el agua de mar, pero recibe las sales procedentes de la brisa marina y la niebla salina. Puede comprender muchos kilómetros al interior de la costa dependiendo de las características de los vientos dominantes.