Criterios para la elección de sistemas de protección de estructuras de hormigón. Análisis de los criterios para optimizar la protección de estructuras de hormigón contra agentes ambientales con soluciones de Mapei, previniendo corrosión y extendiendo su vida útil.
El hormigón es uno de los materiales más utilizados en la construcción, tanto en obra civil como en edificación. Se compone principalmente de áridos, cemento Portland como conglomerante hidráulico y agua, necesarios para la reacción de hidratación. A lo largo del tiempo, se han añadido aditivos específicos como fluidificantes, plastificantes, acelerantes, retardantes, hidrofugantes y fibras para mejorar sus propiedades físicas, como impermeabilidad y control de fisuración.
El hormigón destaca por su alta resistencia a la compresión y la capacidad de crear soluciones estructurales complejas. Al añadir varillas o armaduras de acero, se mejora la resistencia a tracción, flexión, cortante y torsión, además de reducir la fisuración.
Las estructuras de hormigón armado tienen una alta durabilidad, pero son vulnerables al deterioro, como se ha observado en colapsos estructurales notables, por ejemplo, el Puente de Morandi o el viaducto de la A-6 entre León y Galicia.
El hormigón presenta importantes debilidades, siendo las más destacables su tendencia a la fisuración y la facilidad para que se produzcan fenómenos de corrosión de las armaduras.
Posiblemente el mayor tanto por ciento de los problemas que afrontamos en las estructuras de hormigón, son los derivados por los procesos de corrosión de las armaduras.
La reacción electroquímica de oxidación, tienen lugar cuando entran en contacto los siguientes elementos: hierro + oxígeno + agua + cloruros (de forma opcional). Como consecuencia se forman los óxidos de hierro.
La primera capa de óxido que se forma suele estar fuertemente adherida y llega a ejercer incluso una función de protección, pero cuando continúa produciéndose el fenómeno de corrosión, esta capa se rompe y aparecen los efectos causantes de las lesiones en el hormigón:
Además de las fisuras que favorecen la entrada de agua y oxígeno hacia las armaduras, los principales fenómenos que favorecen que se produzca la corrosión son la carbonatación y la presencia de cloruros.
La carbonatación es la reacción entre el Dióxido de Carbono presente en la atmosfera con el Hidróxido de Calcio presente en el hormigón para dar como resultado la formación de Carbonatos Cálcicos. Estos Carbonatos Cálcicos se van generando desde la superficie hacia el interior del elemento de hormigón y provocan un descenso del pH. Esta formación de carbonatos se conoce como “frente de carbonatación”.
Un hormigón joven tiene un pH alcalino de 12 que por efecto de la carbonatación va disminuyendo con el tiempo.
Mientras el pH del hormigón se mantiene por encima de 9, la alcalinidad protege las armaduras en caso de que les llegue agua y oxígeno, pero cuando el pH desciende por debajo de 9, el hormigón deja de hacer su función de protección.
De esta forma, cuando el frente de hormigón llega a las armaduras, podemos entender que el recubrimiento de hormigón ya no protege frente a la corrosión. Al formarse los carbonatos, la propia porosidad del hormigón se va reduciendo por lo que el frente de carbonatación tiende a frenarse con el tiempo. En ambientes industriales y núcleos urbanos, con mayor presencia de CO2, el hormigón tiene más facilidad para carbonatarse.
Los cloruros son electrolitos catalizadores de la reacción de corrosión y actúan como acelerantes o promotores de esta. Este tipo de corrosión también se conoce como corrosión por picadura al distribuirse el cloruro de forma heterogénea, y siendo causa de su mayor concentración en zonas localizadas el llegar incluso a que las armaduras se seccionen y pierdan continuidad.
La presencia de cloruros es altamente nociva en las estructuras de hormigón armado, ya que actúan incluso con hormigones no carbonatados, con pH > 9, llegando a afectar estructuras jóvenes.
En el ambiente en general nos podemos encontrar distintos agentes altamente agresivos para el hormigón armado: Agua, Oxígeno, CO2 y Cloruros. Nuestro objetivo será proteger el hormigón manteniéndolo lo más alejado posible de estos agentes.
De acuerdo con la norma EN 1504 de "Reparación y Protección de estructuras de hormigón", en el capítulo 2, se contemplan los distintos métodos de protección de estructuras de hormigón:
Los hidrofugantes generalmente se usan para proteger hormigones vistos en edificación donde prima mantener el acabado estético del hormigón sin alterarlo.
Normalmente son productos líquidos transparentes que se aplican en la superficie del hormigón y penetran a través de su porosidad. Los hidrofugantes no forman capa ni alteran la superficie del hormigón sobre el cual se aplican, pero si actúan reduciendo la tensión superficial y por tanto la entrada de agua y cloruros.
El hidrofugante actúa recubriendo los poros sin rellenarlos, por lo que, si bien reduce la entrada de agua, no altera de forma significativa la permeabilidad al vapor de agua.
La gama de hidrofugantes transparentes de MAPEI se denomina ANTIPLUVIOL y cuenta con diversas soluciones según los diferentes requerimientos:
Se trata de productos que se aplican de forma líquida y que una vez han endurecido forman una película impermeable y protectora, normalmente coloreada. Los revestimientos anticarbonatación e impermeables son la solución habitual para hormigones donde el frente de carbonatación no ha llegado a las armaduras y en los que no haya una elevada concentración de cloruros por contaminación. En estos casos, además de la membrana, es posible aplicar previamente protección catódica u otros métodos e incluso reducir el contenido de cloruros y asi aumentar la durabilidad conjunta de la protección.
Este tipo de revestimientos se aplican sobre todo tipo de obras, desde protección de grandes infraestructuras: viaductos, puentes, pasos superiores, exterior de depósitos, digestores, cubetos, etc., hasta protección de vigas, pilares, forjados, cantos de forjado, muros, etc., en edificación.
El grado de protección del revestimiento dependerá de:
Las membranas de protección del hormigón, ya sean pinturas anticarbonatación o revestimientos impermeables, basan su principio de funcionamiento en la capacidad de reducir la entrada de CO2 en el hormigón. Cuanto mayor sea la dificultad que opongan a la entrada de CO2, también lo será frente a la entrada del agua, oxígeno, cloruros y otros elementos ambientales perjudiciales.
El grado de capacidad de protección frente a la entrada de CO2 que se consigue mediante el uso de distintos tipos de revestimientos puede calcularse mediante comparativo entre sus correspondientes espesores de aire equivalente SdCO2. Este a su vez se calcula a partir de la fórmula:
SdCO2 = µ CO2 ∙ S
Siendo: µ CO2: Coeficiente de difusión al CO2 S: espesor de película seca en metros SdCO2: Espesor de aire equivalente
La norma EN 1504 considera que un revestimiento protege frente a la carbonatación si tiene un espesor de aire equivalente al CO2 (SdCO2) superior a 50 m y que es permeable al vapor de agua si presenta un espesor de aire equivalente al H2O (SdH2O) inferior a 5 metros.
Para proteger frente a los agentes ambientales se aplicarán criterios de permeabilidad frente al CO2 y al vapor de agua: serán más interesantes aquellos productos con baja permeabilidad al CO2 (elevada µ CO2) y con alta o baja permeabilidad al vapor de agua dependiendo del uso.
SdCO2 = 2.238.501 ∙ 0,00015 = 335,77 metros (SdCO2 > 50m)
SdCO2 = 1.272.581 ∙ 0,00025 = 318,14 metros (SdCO2 > 50m)
Obras de estructuras de hormigón protegidas con productos de la gama ELASTOCOLOR de MAPEI
SdCO2 = 200.000 ∙ 0,002 = 400 metros (SdCO2 > 50m)
Imágenes de la obra de ampliación de tablero de Puente de Rande en Vigo, Pontevedra, protegida con MAPELASTIC
Para alcanzar la misma protección del armado frente a la carbonatación, es posible comparar los valores de espesor (S) necesarios de cada recubrimiento con el espesor equivalente de hormigón de recubrimiento.
Cada producto tiene un espesor mínimo recomendado de aplicación, que no tiene por qué coincidir con el valor S de la tabla (S según ficha) y si aplicando proporciones, es posible sacar la equivalencia a recubrimiento de hormigón de buena calidad con un coeficiente a la permeabilidad al CO2 estimado de 400.
Las pinturas y membranas impermeables Elastocolor Pittura, Elastocolor Pittura SP, Mapelastic y Mapelastic Guard, ofrecen una muy elevada protección frente a la carbonatación. Así mismo estos revestimientos son elásticos y permiten puentear fisuras, manteniéndose continuos y por tanto ejerciendo una protección más efectiva que otros revestimientos rígidos frente al paso de agua, oxígeno, CO2, cloruros, etc.
Incluso en el caso de aplicar estos revestimientos de protección sobre la superficie de hormigones que ya han sido previamente carbonatados y por tanto afectados, el recubrimiento que se obtiene es notablemente alto lo que, unido a la capacidad de puentear fisuras, convierten estas soluciones en altamente efectivas como protección del hormigón.
Las técnicas de protección del hormigón deberían emplearse ya en obra nueva, de forma que consiguiéramos alargar no sólo la vida útil del hormigón sino también los periodos de mantenimiento. En cualquier caso, en el momento de que se presenten las primeras lesiones y sea necesario realizar reparaciones estructurales, deberán de completarse con la aplicación de sistemas de protección tanto en las zonas reparadas como no en las que aún no se han reparado, pero donde seguramente los procesos de corrosión ya se hayan iniciado.
Otro tipo de protección del hormigón frente a la corrosión es el uso de sistemas de protección catódica galvánica.
El sistema de protección galvánica puede utilizarse en estructuras de hormigón armado y en estructuras metálicas expuestas a agentes agresivos. Se basa en el empleo de ánodos reactivos Mapeshield, capaces de crear una celda galvánica con el acero que, consecuentemente, se pasiva gracias a la diferencia de potencial que se genera entre los dos metales tras su conexión. Los ánodos, constituidos por cinc, metal menos noble que el acero, se consumirán en el tiempo asegurando una protección duradera frente a la corrosión de la estructura.
Mapeshield I: ánodos de cinc puro revestidos por una pasta especial conductora, para la protección catódica galvánica de los hierros de la armadura de la corrosión, en estructuras nuevas o a rehabilitar. Mapeshield I debe fijarse a las armaduras antes de realizar la reparación con morteros de las líneas Mapegrout o Planitop, o antes de hormigonar en el caso de nuevas construcciones.
Mapeshield E 25: lámina de cinc autoadhesiva, para aplicar directamente sobre la superficie externa de la estructura, para la protección catódica galvánica de los hierros de la armadura, a fin de prevenir o bloquear la corrosión. Mapeshield E 25 debe ser conectado a las armaduras mediante un simple cable metálico, de modo que el sistema se vuelva activo.
MAPEI dispone de productos y sistemas para la reparación y protección integral de estructuras de hormigón, desde protectores de armaduras tipo Mapefer 1K, de moreteros de reparación como la gama Mapegrout, productos para la inyección de fisuras con resinas epoxídica como Epojet o con lechadas estructurales tipo Stabilcem, así como de refuerzo con materiales compuestos de fibra de carbono Carboplate o Mapewrap o de protección frente a agentes ambientales con revestimientos anticarbonatación Elastocolor Pittura, Mapelastic Guard, hidrofugantes de la gama Antipluviol, o incluso sistemas de protección catódica Mapeshield.
Cada proyecto requiere un análisis detallado para asegurar la compatibilidad de las soluciones con el hormigón existente y las condiciones específicas de la reparación. En MAPEI, no solo ofrecemos productos, sino también el conocimiento y asesoramiento técnico para guiarte en cada paso del proceso de reparación.
Desde el Departamento Técnico de Prescripción de Mapei Spain, S.A.U. asesoramos diariamente en cuanto a los productos más adecuados para los proyectos de reparación, protección, impermeabilización, revestimiento, aislamiento o tratamientos de pavimentos en cualquier tipo de estructura de edificación, obra civil o industria. Contacta con nuestro equipo y descubre por qué MAPEI es la elección preferida por arquitectos e ingenieros.
Javier Suárez I Departamento Asistencia Técnica
Director Técnico de Prescripción
Edificación, Obra Civil e Industria
Mobile +34 609879140
E-mail: j.suarez@mapei.es
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