El ataque de sulfatos desde la perspectiva del diseñador de hormigón.

Las estructuras de hormigón armado se utilizan ampliamente en la construcción civil debido a su resistencia y durabilidad. Sin embargo, estos diseños no son inmunes a diversas formas de deterioro y una de las principales preocupaciones es el ataque de los sulfatos. En este artículo analizaremos el ataque de sulfatos a estructuras de hormigón armado, prestando especial atención a los aspectos del diseño estructural.

¿Qué es el ataque de sulfato?

El ataque de sulfatos es una reacción química que ocurre cuando los sulfatos en diversas formas entran en contacto con el concreto. Los sulfatos pueden estar presentes en el suelo, el agua subterránea o incluso en los materiales de construcción. Cuando estos sulfatos reaccionan con los componentes del hormigón, pueden causar daños estructurales con el tiempo.

Tipos de ataques de sulfato

Hay dos tipos principales de ataque por sulfato: ataque externo por sulfato y ataque interno por sulfato.

• Ataque de sulfato externo

Un ataque externo de sulfatos se produce cuando los sulfatos del medio ambiente, por ejemplo del suelo o del agua subterránea, penetran en el hormigón desde el exterior. Esto puede suceder en áreas con altas concentraciones de sulfato en el suelo.

• Ataque interno de sulfato

El ataque interno de sulfatos, por otro lado, ocurre debido a la presencia de sulfatos en la propia mezcla de concreto. Esto puede suceder si durante el proceso de construcción se utilizan agregados ricos en sulfatos o agua contaminada.

Efectos de los ataques de sulfatos al hormigón.

El ataque de sulfatos puede tener varios efectos perjudiciales sobre el hormigón, entre ellos:

1. Expansión y agrietamiento: el ataque de sulfatos puede hacer que el concreto se expanda, lo que a su vez provoca agrietamiento y pérdida de integridad estructural.
2. Pérdida de resistencia: La reacción entre los sulfatos y los componentes del hormigón puede debilitar el material, reduciendo su capacidad de carga.
3. Deterioro de la superficie: el ataque de sulfatos puede causar descamación y desconchado de la superficie, lo que hace que el concreto sea antiestético y menos duradero.

Reacciones químicas durante el ataque de sulfato.

Las reacciones químicas involucradas en el ataque de sulfatos son complejas, pero se pueden resumir de la siguiente manera:

1. Reacción de iones sulfato: Los iones sulfato (SO ₄ ^2- ) en la fuente de sulfato reaccionan con iones calcio (Ca ²⁺ ) en los compuestos de cemento hidratados, formando compuestos de sulfato de calcio. Estos compuestos ocupan más espacio que los iones de calcio originales, provocando expansión y agrietamiento.
2. Formación de etringita: en presencia de iones de aluminio (Al^3+), los iones sulfato pueden reaccionar para formar un compuesto llamado etringita (3CaO·Al). ₂ Ó ₃ ·3CaSO ₄ ·32 horas ₂ Ó). La etringita tiene un volumen mayor que los reactivos y contribuye a la expansión del hormigón.
3. Agotamiento del gel de CSH: el ataque de sulfato también puede destruir el gel de silicato de calcio hidratado (CSH), responsable de la resistencia del hormigón. Este gel puede ser atacado y descompuesto por iones sulfato.

Comprender estas reacciones químicas es fundamental para desarrollar estrategias efectivas para prevenir ataques de sulfatos y proteger estructuras de concreto.

Detectar ataque de sulfato

Detectar el ataque de sulfatos en sus primeras etapas es fundamental para mitigar posibles daños estructurales. Aunque algunas señales son fácilmente visibles, una evaluación integral puede requerir la experiencia de un ingeniero civil o un especialista en materiales. A continuación se presentan varios métodos e indicadores para ayudar a detectar un ataque de sulfato:

1. Inspección visual: una inspección visual minuciosa de la estructura de concreto puede revelar signos tempranos de ataque de sulfatos. Ten cuidado:
   • Agrietamiento: Las grietas en la superficie del concreto, especialmente aquellas con un patrón irregular, pueden ser un indicador temprano.
   • Eflorescencia: Los depósitos superficiales blancos y polvorientos causados ​​por sales de sulfato son una característica visual común.
   • Deterioro de la superficie: Inspeccione el concreto en busca de astillas, astillas o decoloración en la superficie, ya que esto puede indicar daños relacionados con los sulfatos.
2. Muestreo de núcleos: el muestreo de núcleos implica perforar el hormigón y recolectar muestras cilíndricas. Luego, estas muestras se pueden analizar para determinar el contenido de sulfato y la presencia de compuestos relacionados con el sulfato. Al recolectar muestras de núcleos, es posible una evaluación más precisa del daño interno.
3. Examen por ultrasonido: las pruebas de velocidad de pulso ultrasónico (UPV) pueden determinar la integridad del concreto midiendo la velocidad de las ondas sonoras que pasan a través del concreto. Las áreas con mayor daño por sulfatos pueden tener velocidades de onda más lentas. Sin embargo, esta prueba no se puede utilizar para medir la penetración de sulfato en el concreto, sino solo para evaluar la condición del concreto.
4. Análisis químicos: se pueden utilizar pruebas de laboratorio de muestras de concreto para determinar los compuestos de sulfato específicos presentes y sus concentraciones. Esta información ayudará a evaluar la gravedad del ataque de sulfato.
5. Prueba de resistencia eléctrica: Esta prueba no destructiva mide la resistencia eléctrica del hormigón. Los valores de resistencia altos pueden indicar un ataque de sulfatos, ya que esto a menudo aumenta la resistencia del hormigón.
6. Monitoreo de pH: Monitoree el pH de las soluciones de poros del concreto a lo largo del tiempo para detectar cambios que indiquen un ataque de sulfato. Una caída significativa del pH puede indicar reacciones de sulfato en curso.
7. Termografía infrarroja: la termografía infrarroja se puede utilizar para identificar áreas con diferencias de temperatura que pueden indicar humedad o cambios químicos asociados con el ataque de sulfatos.
8. Examen microscópico: el análisis microscópico de muestras de concreto puede detectar la formación de cristales relacionados con sulfatos, como etringita, dentro de la microestructura del concreto. Además, cabe señalar que la formación de cristales como la etringita también puede tener otras causas, como por ejemplo: un aumento de la temperatura del hormigón por encima de los valores aceptables durante el proceso de hidratación. Comúnmente conocida como formación retardada de etringita .
9. Recopilación de datos: el monitoreo continuo de las condiciones ambientales, como la temperatura, la humedad y la concentración de sulfato en el suelo o el agua subterránea, puede proporcionar una alerta temprana sobre posibles riesgos de ataque de sulfato.

Es importante señalar que la detección temprana es esencial para una remediación eficaz. Cuando el ataque de sulfatos llega a una etapa avanzada, la reparación se vuelve más difícil y costosa.

Por lo tanto, las inspecciones periódicas junto con métodos de prueba adecuados pueden ayudar a garantizar la durabilidad a largo plazo de las estructuras de hormigón armado en entornos ricos en sulfatos. En caso de duda, contacte con profesionales experimentados especializados en análisis de hormigón y evaluación estructural.

Precauciones

Para reducir el riesgo de ataque de sulfatos, se pueden tomar varias medidas preventivas:

1. Selección correcta de materiales: La elección de materiales resistentes a los sulfatos, como cemento poco alcalino y áridos resistentes a los sulfatos, es fundamental.
2. Calidad del agua: Es importante asegurarse de que el agua utilizada para mezclar el hormigón esté libre de sulfatos.
3. Prácticas de construcción: Implementar buenas prácticas de construcción tales como: Otras medidas, como el curado adecuado y minimizar la exposición a los sulfatos, pueden ayudar a prevenir el ataque de los sulfatos.
4. Consideraciones de diseño como una cobertura de armadura suficiente

Materiales resistentes a los sulfatos.

La incorporación de materiales resistentes a los sulfatos en las mezclas de concreto es una estrategia fundamental para proteger las estructuras de concreto de los ataques de sulfatos. Estos materiales están diseñados específicamente para resistir los efectos corrosivos de los sulfatos, asegurando la longevidad y durabilidad de la estructura. A continuación se presentan algunos materiales y consideraciones importantes resistentes a los sulfatos:

Cemento resistente a los sulfatos:

El componente principal del hormigón es el cemento y el uso de cemento resistente a los sulfatos es la base para prevenir los ataques de sulfatos. Este tipo de cemento contiene una menor proporción de aluminato tricálcico (C ₃ A), que tiene alta reactividad con los sulfatos.

Ayuda a mitigar las reacciones químicas que causan expansión y agrietamiento. El cemento resistente a los sulfatos está designado como código de conducta. Estos tipos de cemento o combinaciones de cemento están destinados a utilizarse en la construcción.

Áridos resistentes a los sulfatos:

Los agregados constituyen una proporción significativa del concreto y el uso de agregados resistentes a los sulfatos es igualmente importante.

Estos agregados reaccionan sólo ligeramente con los sulfatos y no contribuyen a la expansión del hormigón. Para garantizar su eficacia, es importante utilizar áridos que hayan sido testados y certificados como resistentes a los sulfatos.

Cemento bajo alcalino:

Los álcalis como el sodio y el potasio pueden empeorar el ataque de sulfato. El cemento bajo en álcali tiene un menor contenido de álcali y, por lo tanto, es más resistente a los efectos de los sulfatos. Este tipo de cemento es adecuado para su uso en áreas donde la contaminación por sulfatos es un problema.

Cenizas volantes y escorias:

Los materiales cementosos complementarios, como las cenizas volantes y la escoria, pueden mejorar la resistencia a los sulfatos. Estos materiales reaccionan con los sulfatos para formar compuestos estables, lo que reduce el riesgo de expansión y agrietamiento. También contribuyen a mejorar la durabilidad a largo plazo.

Aditivos químicos:

Para mejorar aún más la resistencia a los sulfatos, se pueden agregar aditivos químicos resistentes a los sulfatos a la mezcla de concreto.

Estos aditivos actúan alterando el proceso de hidratación y reduciendo la permeabilidad del hormigón. Los aditivos comunes incluyen nitrato de calcio y tiocianato de calcio.

Sellos y revestimientos:

Además de utilizar materiales resistentes a los sulfatos en la mezcla, aplicar selladores y revestimientos a la superficie del concreto puede proporcionar una capa adicional de protección.

Estos productos crean una barrera que limita la penetración de sulfatos en el hormigón.

Hormigón modificado con plástico:

El concreto modificado con polímeros contiene polímeros en la mezcla que mejoran la resistencia del concreto a diversas formas de degradación, incluido el ataque de sulfatos. Estos polímeros mejoran la cohesión y la impermeabilidad del hormigón.

Hormigón de fibra:

Al agregar fibras como polipropileno o fibras de acero a la mezcla de concreto, se puede aumentar la resistencia al agrietamiento causado por el ataque de sulfatos. Estas fibras mejoran la resistencia a la tracción del hormigón y ayudan a controlar las grietas por contracción.

Control de calidad y pruebas:

Para garantizar la eficacia de los materiales resistentes a los sulfatos, se deben implementar medidas de control de calidad y protocolos de prueba durante la producción de hormigón. Las pruebas periódicas de laboratorio y los ajustes a la mezcla de concreto pueden ayudar a optimizar la resistencia a los sulfatos.

Prácticas de construcción adecuadas:

Además de la selección de materiales, es fundamental implementar prácticas de construcción adecuadas. Garantizar un curado adecuado, un fraguado adecuado del concreto y minimizar la exposición a ambientes ricos en sulfatos durante y después de la construcción son aspectos importantes para prevenir los ataques de sulfatos.

Al combinar estos materiales y procesos resistentes a los sulfatos, las estructuras de concreto pueden resistir la exposición a los sulfatos y mantener su integridad estructural con el tiempo. Es importante que ingenieros y constructores trabajen juntos y consideren tanto la selección de materiales como las técnicas de construcción para crear estructuras de hormigón duraderas en entornos ricos en sulfatos.

Consideraciones de diseño estructural

El proyecto desempeña un papel crucial en la protección de estructuras de hormigón armado contra ataques de sulfatos. Aquí hay algunas consideraciones importantes:

1. Colocación del refuerzo: La colocación adecuada de las barras de refuerzo y garantizar una cobertura adecuada del concreto pueden evitar la penetración de sulfato.
2. Diseño de durabilidad: los ingenieros civiles deben considerar principios de durabilidad que tengan en cuenta la exposición a los sulfatos en sus cálculos.
3. Regulaciones de mantenimiento: Al incorporar precauciones de mantenimiento en el diseño, es posible realizar inspecciones y reparaciones periódicas para contrarrestar los ataques de sulfatos a medida que ocurren.

Preguntas frecuentes

01. ¿Es el ataque de sulfatos un problema común en la construcción?

En áreas con altas concentraciones de sulfato, particularmente cerca de la costa, el ataque de sulfato puede ser un problema.

02. ¿Se puede evitar por completo el ataque de los sulfatos?

Aunque la prevención completa puede resultar difícil, el uso de materiales y diseños resistentes a los sulfatos puede reducir significativamente el riesgo.

03. ¿Cómo detectar el ataque de sulfatos a una estructura existente?

Busque signos como grietas, eflorescencias y daños en la superficie. Para una evaluación completa es recomendable consultar a un ingeniero civil.

04. ¿Qué materiales resistentes a los sulfatos existen para el hormigón?

A menudo se utilizan cementos y áridos resistentes a los sulfatos. Para recomendaciones específicas, consulte a un especialista en materiales.

05 ¿Es reversible el ataque de sulfatos?

Una vez que el concreto se daña por el ataque de sulfatos, es difícil revertir los efectos. La prevención y el mantenimiento son fundamentales.