3º Ataques Químicos al Hormigón.

a) La acción de los ácidos sobre el hormigón produce una conversión de sus compuestos cálcicos (hidróxido cálcico, silicato cálcico hidratado y aluminato cálcico hidratado) en sales cálcicas del ácido actuante: el ácido clorhídrico origina cloruro cálcico; el nítrico, nitrato cálcico, sal muy soluble como la anterior; el sulfúrico, sulfato cálcico, que precipita como yeso; etc. Con ácidos orgánicos sucede lo mismo. El resultado de estas transformaciones es una destrucción de la estructura del cemento endurecido, cualquiera que sea la compacidad de este. En cambio, en el ataque por sulfatos la compacidad de la pasta de cemento tiene gran importancia, al no destruirse en este caso todo el sistema poroso como sucede con los ácidos.

La velocidad del proceso de deterioro depende más de Ja solubilidad de la sal cálcica resultante que de la agresividad del ácido actuante. Cuanto menos soluble es la sal, mayor es el efecto pasivante de la sal precipitada; y viceversa, si la sal es soluble, la velocidad de las reacciones corre pareja con la velocidad de disolución de la sal cálcica. De ello se deduce la siguiente regla, de validez general para todas las reacciones químicas: la velocidad de deterioro causada por el ata-que de un agresivo químico es mucho mayor Si la solución fluye que si esta estancada. Como ejemplo puede recordarse que, es mucho más peligroso emplear aguas nocivas para el curado del hormigón que utilizarlas para su amasado.

Las aguas puras al igual que los ácidos, disuelven los compuestos cálcicos, por lo que causan el mismo efect9 destructor sobre la pasta endurecida de cemento. Por su parte, la lluvia ácida no aporta suficiente cantidad de ácido al año como para que su efecto sobre el hormigón resulte significativo.

b) El ataque por sulfatos se caracteriza por la reacción del ión sulfato, como sustancia agresiva, con el aluminato del cemento, lo que origina la formación de sulfoaluminato tricálcico (estringita, antiguamente denominada sal de Candlot) con notable aumento de volumen, que puede originar la desintegración del hormigón. Obsérvese que, a diferencia de los ácidos, que reaccionan con todos los componentes del cemento, los sulfatos sólo atacan al componente alúmina. Por ello Y como se ha dicho anteriormente, en el caso de los sulfatos la mayor o menor compacidad del hormigón juega un papel determinante en el proceso de deterioro.

La presencia de otros elementos puede modificar el proceso descrito. Así por ejemplo, está demostrada la influencia atenuante que tiene el ión cloro, al resultar preferente la formación de cloro-aluminato (sal de Frideli). Por esta razón, las aguas de mar, que merecerían ser calificadas como de alta agresividad por su alto contenido en sulfatos, son sólo moderadamente agresivas.

c) El ataque por álcalisis se parece al de sulfatos, con la diferencia de que aquí la sq,stancia que reacciona con el agente agresivo no es el cemento sino que son los áridos. El hidróxido cálcico de los poros del hormigón contiene álcalis (ión sodio y ión potasio) en mayor o menor proporción, y estos álcalis pueden atacar a la sflice contenida en los áridos originando el gel álcali-sílice. Esta reacción, que se presenta únicamente con ciertos áridos de naturaleza opalina cuya sílice no está bien cristalizada, puede provocar expansiones destructivas en el hormigón, que se manifiestan en la superficie mostrando un esquema de fisuración en mapa, típico de todo proceso expansivo (volumétrico, no lineal como en el caso de la corrosión de las barras de acero) en el interior del hormigón. Otras manifestaciones típicas son los hinchamientos locales y la exudación de productos cristalinos (lágrimas de gel sílice-álcali).

d) Las sustancias que poseen carácter agresivo para el hormigón son, de un modo genérico, las siguientes:

• Gases que poseen olor amoniacal o que, por su carácter ácido, enrojecen el papel azul de tornasol. En general, el ataque sólo es importante cuando se trata de gases de concentración alta y en ambiente húmedo, salvo el anhídrido carbónico, que es agresivo en ambiente seco.
• Aguas agresivas del subsuelo o de otros orígenes, tales como las aguas ácidas de pH inferior a 5, las aguas puras, las aguas sulfatadas o selenitosas, las aguas residuales que contienen más de 30 g/l de sales disueltas, las aguas de ciertas canteras, las aguas detergentes, etcétera. La agresividad es mucho más fuerte cuando se trata de aguas en movimiento.
• Líquidos que desprenden burbujas gaseosas, poseen olor nauseabundo, dejan residuos cristalinos o terrosos al evaporarlos o que, por su carácter ácido, enrojecen el papel azul de tornasol; aceites vegetales y otros compuestos orgánicos análogos
• Tierras o suelos con humus o sales cristalizadas; y sólidos secos o húmedos cuyas dispersiones acuosas enrojecen el papel azul de tornasol.

2º Agentes Agresivos al Hormigón.

Los agentes que pueden atentar contra la durabilidad del hormigón son muchos y no es fácil intentar su clasificación. En forma simplificada pueden agruparse en:

a) Acciones mecánicas: Cargas, sobrecargas, impactos, vibraciones. Producidos por causas naturales (agua corriente, aire) o artificiales.
b) Acciones físicas: Variaciones de temperatura y humedad, heladas, temperaturas extremas, corrientes eléctricas, erosión, fuego, radiaciones.
c) Acciones biológicas: Vegetación, microorganismos (bacterias y otras formas microscópicas de vida orgánica).
d) Acciones químicas: Aire y otros gases, en atmósfera natural o contaminada. Aguas agresivas (de curado, naturales superficiales o profundas, de mar, industriales, negras agrícolas, negras urbanas) y otros líquidos. Áridos reactivos. Productos químicos orgánicos (aceites, grasas) o inorgánicos. Suelos y terrenos agresivos.

Las acciones citadas pueden producir en el hormigón grietas, descamaciones, fallos de unión pasta-árido, formación de compuestos expansivos debidos a reacciones químicas que ocasionan la consiguiente fisuración, formación de eflorescencias por cristalización de sales solubles de calcio y magnesio durante períodos secos, cambios de coloración, etc.

a) Las acciones mecánicas deben tenerse en cuenta en el cálculo, tanto las acciones directas (cargas) como las indirectas (deformaciones impuestas), incluyendo los efectos de impacto y vibraciones. Como consecuencia de estas acciones el hormigón puede fisurarse.

b) Las acciones físicas en lo que se refiere a variaciones de temperatura exterior y actuación de temperaturas extremas.

En cuanto a variaciones de temperatura interior, el calor de fraguado del cemento produce tensiones internas importantes en elementos de gran masa de hormigón. Debido a la escasa conductividad térmica de éste (unas 0,003 calorías por centímetro cuadrado, centímetro, segundo y grado centígrado), el calor de hidratación se disipa con gran lentitud y como el proceso de enfriamiento del hormigón en grandes macizos puede durar varios meses, las tensiones térmicas que se desarrollan en el seno del materia) pueden llegar a superar su resistencia a tracción y fisurarlo. Si el elemento tiene poco espesor, el equilibrio térmico con el ambiente se alcanza en las primeras edades, cuando el hormigón se encuentra todavía en estado plástico, lo que le permite absorber las tracciones que puedan originarse por gradiente térmico, sin riesgo de fisuras.

La presencia de corrientes eléctricas vagabundas o derivadas puede provocar fenómenos de corrosión electroquímica de las armaduras si se combina con la presencia de sustancias acidas salinas (en particular cloruros) en el medio ambiente que rodea a’ hormigón. Este caso puede presentarse cuando, próximas a las armaduras principales, existen líneas eléctricas de  trazado paralelo a ellas.

En lo que respecta al hielo, hay que recordar que el paso del agua de estado líquido a sólido se produce con un incremento de volumen del 9%. Si los poros están completamente saturadas de agua se producirá rotura del material por reventón (splitting). De ahí la conveniencia  de utilizar aireantes, ya que los poros derivados del aire ocluido son cuasi estancos y pueden no estar saturados aún cuando lo esté el hormigón

La aplicación de productos de deshielo sobre una superficie de hormigón cubierta de hielo provoca un salto térmico al derretirse éste, con riesgo de que se produzcan fisuras debidas a la diferencia de temperatura entre la superficie y el interior del hormigón. Si hay nuevos ataques de helada en presencia de agentes de deshielo, esos ataques serán más severos que si no hubiesen actuado dichos agentes, por lo que convendrá forzar el contenido en aire ocluido para evitar el efecto de descamación de las capas superficiales que es típico de estos casos. Conviene recordar también aquí que las sales de deshielo tienen carácter agresivo para las armaduras, por su contenido en ión cloro.

La erosión del hormigón puede producirse por abrasión o por cavitación. La primera produce el desgaste Por rozamiento de la superficie del hormigón, como es el caso de los pavimentos de carretera e industriales; al respecto. La segunda se presenta cuando el agua sin sólidos fluye con gran velocidad paralelamente a una superficie de hormigón y, debido a cualquier cambio en la geometría de dicha superficie o a otra causa, el flujo de agua se separa de la pared de hormigón creando unas zonas de bajas presiones. Ello ocasiona la formación de pequeñas burbujas de vapor de agua en esas zonas, vapor que se

La acción del fuego sobre el hormigón somete a éste a temperaturas crecientes, frente a las cuales se comporta según vimos en la tabla 5.3. Ahora bien, desde el punto de vista de la seguridad estructural, el peligro reside en que las altas temperaturas lleguen al acero, ya que su límite elástico disminuye fuertemente a medida que la temperatura aumenta por encima de los 150 °C, reduciéndose a la mitad para valores del orden de los 500 ºC. Por consiguiente, el hormigón desempeña el papel de agente protector del acero frente al fuego, papel que será tanto más eficaz cuanto mayor sea el tiempo de exposición a fuego necesario para que la estructura pierda su capacidad resistente. En este sentido, el hormigón de áridos calizos presenta ventajas respecto al de áridos silíceos, ya que, a igualdad de temperatura, los primeros absorben calor (paso de la caliza a la cal viva) manteniendo un cierto tiempo la integridad de la pieza, en tanto que los segundos se desprenden del hormigón con estallidos.

c) Las acciones biológicas están producidas por hongos, bacterias, algas o musgos, que pueden encontrar buenas condiciones de crecimiento en suelos y paredes de ciertas plantas industriales (especialmente del ramo de la alimentación), alcantarillas, zonas marítimas, etc. También se da el caso de penetración de raíces de plantas y árboles a través de fisuras.

Tales acciones pueden causar daños de tipo mecánico (fuerzas de expansión) o por segregación de ácidos húmicos (directamente o por sus productos de descomposición) que disuelven La pasta de cemento. Por otra parte, toda esta vegetación puede causar un efecto de retención de agua sobre la superficie del hormigón, lo que provoca la saturación del mismo y el consiguiente riesgo de daños por heladas.

En la práctica, la mayor parte de estos fenómenos se presenta en las redes de alcantarillad0, en las que, en condiciones anaeróbicas (sin oxígeno), puede formarse sulfuro de hidrógeno, el cual, al oxidarse por la acción bacteriológica, forma ácido sulfúrico, con el consiguiente ataque al hormigón situado por encima del nivel del agua (figura 5.15).

Se han desarrollado cementos especiales antibactericidas (en general, a base de materiales tóxicos, como arsénico o cobre) que disminuyen olores y forman limos protectores de la superficie del hormigón.

Figura 5.15 Ataque Biológico en Redes de Alcantarillado.

En contraposición a todo lo anterior, la vegetación acuática que se desarrolla en las estructuras marinas suele tener un efecto favorable, ya que las plantas consumen el oxígeno antes de que éste se difunda en el hormigón, evitando así que participe en el proceso de corrosión de las armaduras.

d) Las acciones químicas son, en general, las más temibles. Las más importantes en la práctica son los ataques por ácidos, por sulfatos y por álcalis, que estudiaremos a continuación en detalle.