28 Nov 11

Durabilidad del concreto en zonas costeras y obras portuarias

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Durabilidad del concreto

Proyecto Ampliación Sociedad Portuaria Santa Marta. Concreto estructura del muelle. Santa Marta. Fotografía: Ing. Iván Álvarez.

Colombia cuenta con una posición geográfica estratégica en el hemisferio sur. Por una parte, es un punto de enlace entre los países del Norte y del Sur, y por otra, posee amplias costas sobre los océanos Atlántico y Pacífico. ¿Cómo construir obras durables y resistentes a ambientes difíciles como los marítimos y fluviales?

La puerta de Sudamérica

Colombia es la puerta de entrada a Sudamérica, su ubicación privilegiada le permite disponer de puertos hacia el resto del continente, Europa y los países de la cuenca del Pacífico; es sitio de convergencia para rutas marítimas y lugar estratégico para el desarrollo de la industria global.

El gobierno ha impulsado múltiples tratados de libre comercio con países de Europa, Asia y Norteamérica, lo que ha permitido aumentar la construcción de infraestructuras portuarias sobre las costas de nuestros mares y sobre la margen del río Magdalena, para responder competitivamente a los nuevos retos económicos.

¿Cómo construir entonces obras que duren en el tiempo? Considerando los ambientes a los cuales estarán expuestas las nuevas estructuras portuarias, así como los retos frente a las exigencias de durabilidad que deben cumplir: el comportamiento frente a los ataques de sulfatos, dióxido de carbono y cloruros, propios de las zonas costeras colombianas, debe ser excelente.

La durabilidad del concreto en zonas costeras y obras portuarias

El concreto empleado en la construcción de obras portuarias está sometido generalmente a esfuerzos que exigen un óptimo comportamiento de las resistencias mecánicas, pero pocas veces se toma en cuenta la durabilidad de las estructuras. 

Cuando se habla de durabilidad, es indispensable pensar en los ambientes en los que la estructura va a desarrollarse y es indiscutible considerar el comportamiento del material en su desarrollo como objeto fundamental de estudio. 

Un concreto durable es aquel que por su configuración química, física y mecánica puede llegar a resistir ambientes exigentes como aquellos que están expuestos diariamente a dióxidos de carbono, cloruros y sulfatos, durante todo su periodo de vida útil.

El Instituto Americano del Concreto (ACI) en el Comité 201, define la durabilidad del concreto de cemento hidráulico como la resistencia del material a la meteorización, a la abrasión o cualquier proceso de deterioro

En este concepto se fundamenta la relación del material con el uso específico y con el medio en el que se va a desarrollar su vida útil. Por esta razón, es importante definir las condiciones de exposición específicas que intervienen en los posibles deterioros de las estructuras portuarias y definir los ataques a los que estarán sometidas. 

Durabilidad del concreto

Proyecto Ampliación Terminal de Contenedores CONTECAR. Concreto pilotes estructura del muelle. Cartagena. Fotografía: Ing. Iván Álvarez.

Exposición al agua

Esta es una condición cotidiana, muy frecuente en cualquier ambiente del territorio colombiano, y aunque es poco exigente, se debe tener en cuenta una relación agua/material cementante (a/mc) no muy baja para evitar que al evaporarse el agua de mezclado se formen espacios vacíos (microfisuras y fisuras), por donde el concreto puede ser atacado fácilmente por la contaminación o agentes químicos que ocasionen deterioros y pérdida de las propiedades.

Esta exposición la encontramos en cimientos, elementos exteriores de edificios y viviendas, estructuras de puentes, losas de cubiertas, estructuras hidráulicas, en general, en todos los concretos que puedan tener contacto con aguas lluvias, ríos o suelos.

Exposición al agua de mar

Es una de las condiciones más críticas a las que un concreto puede estar expuesto. Las zonas en Colombia que presentan esta situación son las costas y los ambientes industriales donde se procesan o almacenan productos con contenidos de cloruros salinos.

En este tipo de exposición es muy importante conservar relaciones agua/material cementante (a/mc) bajas, y por lo tanto resistencias altas; en la actualidad es recomendable la utilización de adiciones activas al cemento o concreto.

Durabilidad del concreto

Tablas 1. Requisitos para el concreto según la clase de exposición. NSR 10. Cap.C-4. y NTC 5551.

 

Durabilidad del concreto

Tablas 2. Requisitos para el concreto según la clase de exposición. NSR 10. Cap.C-4. y NTC 5551.

Exposición a sulfatos

Se presenta en algunos suelos, zonas volcánicas o industriales donde se manejan productos con sulfatos o donde se emiten gases o vierten aguas con contenidos altos de sulfatos, y principalmente, en zonas costeras. 

Para la fabricación de concretos expuestos a estas condiciones particulares, se recomienda el uso de cementos que contengan dentro de su composición química un porcentaje de aluminato tricálcico (%C3A) limitado a 8% cuando se requieran resistencias a sulfatos moderadas y a 5% cuando se requieran resistencias altas al ataque de sulfatos, siguiendo la normativa colombiana NTC 321.

Estas limitaciones deben considerarse dependiendo del desempeño que se requiera de la estructura frente a este ataque.

La  Norma Colombiana Sismo Resistente NSR-10 en su capítulo C-4 (Requisitos de durabilidad) y la Norma Técnica Colombiana NTC 5551, nos dan los requerimientos que deben cumplir los concretos dependiendo de la clase de ataque al cual estarán expuestos.

Un alto porcentaje de sulfatos en las estructuras de concreto, hace que este sufra unos cambios volumétricos generados por la siguiente reacción química:

Sulfato de sodio (agua o suelo) + hidróxido de calcio = Yeso

Yeso + aluminato de calcio hidratado = Etringita = Expansión volumétrica.

Además de la utilización de cementos con bajos porcentajes de C3A, otras formas de resistir a los ataques por sulfatos son

Baja relación agua/material cementante (a/mc).

  1. Excelente curado.
  2. Altas resistencias.
  3. Utilización de adiciones.

Si deseas profundizar más en este tipo de ataque te invito a leer el artículo Todo lo que debes saber sobre el ataque de sulfatos en el concreto.

Durabilidad del concreto

Proyecto Ampliación Sociedad Portuaria Santa Marta. Concreto de patio de carga. Santa Marta. Fotografía: Ing. Iván Álvarez.

Exposición al CO2

Se presenta cuando el dióxido de carbono o gas carbónico de la atmósfera (CO2), contenido principalmente en gases, penetra en el concreto y reacciona con el agua contenida en sus poros, produciendo ácido carbónico.

Como cualquier ácido que ataca al concreto, el ácido carbónico reacciona con la cal libre y la convierte en carbonato de calcioesta sustancia tiene un pH menor que el concreto, lo cual afecta la capa pasiva que se encuentra en la relación concreto/acero de refuerzo, iniciándose así un proceso de corrosión que implica daño específico en el material.

Frente a estas condiciones de exposición existe un segundo parámetro básico fundamental para la generación del daño, que es establecido por los mecanismos de transporte y la estructura de poros presentes en el concretoLos poros determinan el vehículo y el camino que distribuye el daño, es así como la permeabilidad se convierte en la propiedad que más incide en la generación de daños en elementos estructurales. 

El ingreso de agentes externos que sirven de transporte al daño y establecen relaciones entre los diferentes poros presentes en el material (clasificados como macro poros, poros capilares y micro poros) más la velocidad de paso del daño, ocasionan un proceso conocido como carbonatación.

La carbonatación se presenta cuando el pH normal del concreto, el cual es de 12, disminuye a 8,5 debido a que el dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de calcio; la capa de acero ya no es estable y se pierde, quedando vulnerable a la humedad o el agua que lo oxida, aumentando volumen y por consiguiente generando fisuras.

Para disminuir la despasivación del concreto es importante tener en cuenta las siguientes consideraciones en su diseño:

  1. Baja relación agua/material cementante (a/mc).
  2. Altos contenidos de cementos.
  3. Excelente curado.
  4. Altas resistencias. 
Durabilidad del concreto

Proyecto River Port. Vaciado de pilotes sobre barcazas para la estructura del muelle. Barranquilla. Cortesía: Ing. Rafael Cirilo.

Exposición al ataque de ácidos

Es un hecho bien conocido que el elemento que mantiene adherido el concreto es la pasta de cemento endurecida: material calcáreo, y como tal, susceptible al ataque de ácidos.

El concreto por sí solo no presenta ningún tipo de defensa contra los ácidos, por lo tanto, estrictamente y sin excepción, estos deben eliminarse de todo su proceso de producción y del contacto durante su vida útil.

Los ácidos dentro del concreto reaccionan con el hidróxido de calcio o cal libre que se forma durante la hidratación del cementoSolo se podrán emplear concretos de cemento Pórtland en ambientes ácidos si se cuentan con barreras protectoras o recubrimientos impermeables resistentes al ataque de ácidos. 

En conclusión existen varias causas de generación de daño y disminución de la vida útil de un concreto, asociados a los diferentes tipos de exposición, el ambiente, la calidad del concreto, el uso al que estará sometido y el mantenimiento que se aplique en su vida útil.

¿Qué otra condición debe vigilarse en la construcción de infraestructuras de concreto en zonas de puerto? Si tienes alguna inquietud, lánzala, será un gusto responderla.


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Sobre el autor

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Jesús David Osorio ingeniero_civil Ciudad: Ocaña País: Colombia

Soy ingeniero Civil con especialidad en Gerencia de Calidad y Gerencia de Proyectos con 16 años de experiencia en el campo de la tecnología del concreto y sus aplicaciones en obras civiles. Como investigador me han interesado las patologías y la petrografía del concreto, el módulo de elasticidad, contracción y permeabilidad del concreto, así como la reactividad álcali de los agregados. Soy docente de cátedra en la Universidad Javeriana de Cali y actualmente trabajo en Argos como Asesor Técnico del Negocio Industrial. En los últimos años he trabajado en el desarrollo de estrategias de investigación enfocadas a la venta y al mercado de la construcción.


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9 Responses to Durabilidad del concreto en zonas costeras y obras portuarias

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      Jesús David Osorio says:

      Buenas tardes apreciado Wilmer,

      De acuerdo a la inquietud te hago las siguientes aclaraciones:

      El concreto se debe especificar por durabilidad donde debe prevalecer la relación agua / cemento y se debe valorar una menor de 0.45

      En algunos casos se debe especificar la permeabilidad a cloruros

      En el caso de los materiales para el concreto se debe tener presente que el cemento a utilizar debe ser un cemento con bajo contenido de álcalis y de bajo contenido de C3A

      En el caso de los agregados se debe especifiacar agregados libres de reactividad alacali agregado.

      Saludos,

      Jesús David Osorio

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    cristihan says:

    aplicaciones de los diversos tipos de concreto utilizados en las actividades Marítimas y Portuarias

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    Carlos Salgado says:

    Importante este tipo de artículos en momentos en que reconocidos puertos de Barranquilla han anunciado cuantiosas inversiones en infraestructura para el 2012, como es el caso de PALERMO SOCIEDAD PORTUARIA y SOCIEDAD PORTUARIA REGIONAL BARRANQUILLA.

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    Que buenas apreciaciones repecto a este tema, aun mas viniendo de Ingeneiros que han podido tener experiencia en el manejo de obras portuarias. importante que mas a menudo veamos y entendamos la importancia de especificar los concretos segun los desempeños esperados de las estructuras y eliminar aquel sofisma desvirtuado, en el que solo se tenia en cuenta las resistencias de las estructurasucturas y se desentimaban las condiciones a las cuales estrian expuestas nuestras estructuras.

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    Adriana De Castro says:

    Excelente artículo acorde con las necesidades del mercado actual. La planeacion y la definición de las especificaciones técnicas asociadas al grado de severidad al que estará expuesta la estructura son de gran importancia en el desarrollo de los proyectos portuarios.

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    gerenciamex@gmail.com says:

    Muy interesante el articulo, estan completemente en lo correcto el ambiente hostil de estructuiras expuestas a ambientes altamente corrosivos en cuanto a salinidad deben responder a los mas altos standares de calidad en su construccion, nosotros como empresa hemos estado (estamos) invlucrados en varios proyectos portuarios tales como TCBUEN (buenaventura) y Reficar ( Cartagena), ayudando a los ingenieros residentes a lograr el recubrimeinto correcto de sus aceros de refuerzo, ya que la creacion de la capa pasivante creada por la accion protectora del concreto sobre la estructura metalica, ayuda a mejorar la durabilidad de la estrutura, los invitamos colegas ingenieros a visitar nuestra pagina web http://www.separadoresatecon.com/ para que conozcan neustros separadores para varilla.

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    Adrian González Barrera says:

    Este es un tema que desde la perspectiva de la NSR, es muy importante tener en cuenta. La durabilidad de las estructuras hechas en concreto rígido, ha tomado la importancia que por muchos años no se presentaba como protagonista en los diseños de las mismas. Si bien es cierto que la resistencia es un factor fundamental en el diseño, la durabilidad abarca todos los parámetros que se deben tener en cuenta para las construcciones hechas con calidad total. Concretos Argos se posiciona en el mercado produciendo concretos de excelente calidad, los cuales contrubuyen a la durabilidad de las estructuras y especialmente en el desarrollo de construcciones portuarias somos protagonistas del desarrollo del país.

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