RESUMEN:
A través de los años el hombre ha incorporado a sus procesos de diseño y construcción dos conceptos importantes: funcionalidad y durabilidad. Es por esto que se ha desarrollado una competitividad e innovación en nuevos productos que permiten mitigar impactos ambientales, químicos, físicos y biológicos que garanticen o favorezcan la durabilidad de las estructuras que se encuentran en contacto con una humedad permanente y ¿por qué no? con un nivel de inmersión total.
De esta manera, para estas estructuras se adquiere la necesidad de emplear más que un diseño de mezcla de concreto con una resistencia específica y una manejabilidad que ayude en el proceso de colocación, un concreto que tenga en lo menor posible la capacidad ser atravesado o penetrado por un fluido y, a su vez, retener cualquier líquido sin escapes visibles, es decir que cuente con las propiedades de baja permeabilidad y estanqueidad.
La permeabilidad de una mezcla de concreto depende de muchas variables, por ejemplo:
- La porosidad que presenta la pasta de cemento hidratada y endurecida.
- La capacidad de absorción de los agregados.
- Vacíos que se generan durante la homogenización del concreto y su compactación.
- Los poros capilares que se encuentra por fuera del gel de cemento y facilitan el proceso de exudación.
La absorción capilar es, sin duda, el mecanismo más común de transporte de agua en las estructuras de concreto reforzado. Muchos concretos convencionales sufren un proceso de atracción con el agua muy similar a una esponja, la penetración del agua a través de los poros capilares solo puede darse si estos se encuentran secos o parcialmente saturados; así la velocidad de absorción disminuye a medida que la masa de concreto aumenta la saturación.
Es ahí donde la ley de Darcy que vimos en nuestras clases de Física e hidráulica cobra vida. A partir de la construcción de filtros de arena para purificar el agua, este ciudadano francés encontró que existía una constante de permeabilidad diferente para cada tipo de material, la cual es directamente proporcional a la sección y al gradiente hidráulico.
La Norma Técnica Colombiana NTC 4483 establece criterios de desempeño para los concretos dependiendo el grado de permeabilidad, así para concretos de baja permeabilidad establece un Coeficiente de Darcy (K) menor a 10-12 m/s. Dado que las propiedades de los concreto de baja permeabilidad rara vez se miden por términos numéricos de coeficiente de permeabilidad, sí se pueden realizar controles que puedan proporcionar la especificación en términos de profundidad máxima admisible; de esta forma la norma establece que estos concretos deben tener una profundidad de penetración menor a 30 mm.
Pero, ¿cómo podemos lograr estos criterios de desempeño? Existen tres maneras fundamentales de lograr esto y es controlando la relación Agua Cementante (A/MC) en los diseños de mezcla, el fenómeno de contracción del concreto y garantizando el proceso de curado y protección de los elementos.
En este orden de ideas, para estructuras que requieren baja permeabilidad como tanques de almacenamiento, cubiertas, muros de contención, piscinas y todo tipo de estructuras en contacto permanente con el agua, ya no hablamos de un concreto que cumpla con un f’c, sino bajo el concepto de durabilidad hablamos de concretos especificados bajo la relación A/MC.
¿Cómo influye la relación A/MC en los concretos de baja permeabilidad? A medida que la relación agua cemento disminuye se genera mayor concentración de la pasta de cemento evitando la formación de microporos. Por el contrario, a mayor relación agua cemento se presenta una mayor dilusión de los granos de cemento generando mayores espacios vacíos que son ocupados por la penetración del agua. Cuando hablamos de relación Agua – Material Cementante (A/MC) nos referimos a la inclusión de algunas adiciones cementantes que, por su módulo de finura, mejora algunas propiedades del concreto y aumenta la concentración de pasta que evita la formación de porosidades.
Se han realizado estudios de laboratorio que comprueban esta teoría. En este artículo mostraremos como actúa la relación A/MC bajo tres condiciones de ataques comunes en las estructuras dada la presencia de humedad.
1. Permeabilidad del agua:
La Gráfica 1 expone la investigación realizada bajo dos condiciones: empleando 100% cemento y adicionando 18% de Ceniza, de acuerdo a la relación de agua material cementante. El resultado indica un mayor desempeño de baja permeabilidad en aquellas mezclas donde se empleó adición de ceniza. Así, para un concreto de A/MC 0.45 empleando ceniza presenta una profundidad de penetración menor que la misma relación de A/MC 0.45 empleando 100% Cemento.
2. Permeabilidad del concreto al Ion Cloruro:
Por medio del ensayo de permeabilidad de concreto al Ion cloruro basado en la ASTM C 1202, se realizó la comparación de diferentes relaciones A/MC empleando por una parte 100% cemento y otra 70% cemento y 30% ceniza. Nuevamente, teniendo en cuenta las categorías de permeabilidad referenciadas en la norma, el concreto que presenta menos penetración de cloruros es aquel adicionado con ceniza. Para cumplir con el parámetro de baja permeabilidad el concreto 100% cemento, podría tener una relación A/MC 0.40 máx., mientras que empleando ceniza se puede trabajar con un requerimiento menos exigente de relación A/MC.
3. Permeabilidad del concreto – carbonatación:
A partir de la contaminación ambiental, se ha generado una de las patologías más comunes: la pérdida del pH del concreto a través de la reacción química entre el dióxido de carbono (CO2) circundante en la atmósfera y los hidróxidos de calcio generados por la pasta de cemento hidratada, lo cual da lugar a carbonatos de calcio que alteran la alcalinidad de la pasta, debilitando la estructura pasiva que recubre el acero de refuerzo y que en contacto con el oxígeno inicia un proceso de corrosión.
Dado lo anterior, se sometieron muestras de concreto con diferente relación A/MC (70% cemento y 30% ceniza), a altas dosis de CO2 en la cámara de carbonatación simulando el comportamiento del concreto sometido a este tipo de ambiente a través del tiempo. Estableciendo un límite de profundidad similar al recubrimiento del acero de refuerzo, el resultado no pudo ser diferente a los casos anteriores, pues se puede observar en la Gráfica 3 como las curvas de relación A/MC de 0,55 y 0,45 presentan menor penetración pese al paso del tiempo.
Para el caso de estructuras que se encuentra en contacto permanente con agua, la NSR 10 en el Capítulo C.4 establece unos parámetros de relación A/MC de acuerdo a unas categorías y clases de exposición. Así para la Clase P1 (estructuras de concreto que requieren baja permeabilidad), se requiere relaciones A/MC menores a 0,50. Posteriormente, el capítulo C.23 se refiere a tanques de almacenamiento los cuales presentan inmersión total y la norma aumenta el requerimiento a A/MC 0,45.
Como se observó anteriormente, siempre que exista un medio poroso, se dará lugar al proceso de permeabilidad. Lo que podemos hacer entonces es reducir o mitigar la aparición de poros de pasta de cemento y generar una estanqueidad en aquellos poros capilares que pueden ser saturados fácilmente. Esta estanqueidad se puede lograr empleando aditivos inclusores de aire, los cuales generan unas burbujas al final de los capilares expuestos generando una retención del líquido y evitando su paso hacia el interior de la masa de concreto. Generalmente, la dosificación de este tipo de aditivo no debe superar el 6% del peso del material cementante, pues grandes cuantías podrían afectar la resistencia requerida.
De igual modo, para controlar el fenómeno de contracción, se pueden incluir en las mezclas de concreto fibras sintéticas, las cuales inhiben o mitigan la fisuración por contracción por secado, plástica y química que acompañan la hidratación del cemento.
Al igual que un concreto convencional, es de gran importancia realizar los controles de calidad en obra adecuados para garantizar la funcionalidad de los concretos de baja permeabilidad.
El titulo C.23 de la NSR 10, señala que la baja permeabilidad en las estructuras se puede lograr si se garantizan las siguientes condiciones:
- Control de la Mezcla de concreto (Dosificación, relación A/C, baja contracción y consolidación sin segregación).
- Cumplimiento de los recubrimientos indicados en la norma.
- Curado de las estructuras permanente.
- Juntas de expansión y construcción con diseños adecuados y empalmes para evitar fugas.
- Cantidades apropiadas de acero de refuerzo dispuesto y colocado adecuadamente.
Referencia:
Comisión asesora permanente para el régimen de construcciones sismo resistentes. (2010). NSR 10. Colombia: Ley 400 de 1997.
Diego Sanchez de Guzman. (2011). Durabilidad y Patología del Concreto. Colombia: Asocreto.
Nota aclaratoria de responsabilidad: Las observaciones contenidas en este documento son de carácter informativo y deben ser aplicadas y/o evaluadas por el constructor o usuario solamente en caso de considerarlas pertinentes. Por lo tanto, estas observaciones no comprometen a Argos, a sus filiales o a sus subordinados.
“Para estructuras que requieren baja permeabilidad como tanques de almacenamiento, cubiertas, muros de contención, piscinas y todo tipo de estructuras en contacto permanente con el agua, ya no hablamos de un concreto que cumpla con un f’c, sino bajo el concepto de durabilidad hablamos de concretos especificados bajo la relación A/MC”.
CONCLUSIÓN
Si no se realiza un control de calidad de las estructuras de concreto que requieren baja permeabilidad, tanto en la fase de diseño como en la construcción, colocación y protección, difícilmente se podría garantizar la funcionalidad y durabilidad de las estructuras, así se empleen tecnologías de concreto que vayan de la mano con las necesidades requeridas.
