Comportamiento del hormigón estructural durante su vida de servicio. Ing. Becker - Loma Negra C.I.A.S.A. Curso Hormigón Armado- CIFIC CFP N° 407 Mar del Plata UOCRA Instructor: Arq. Horacio Golomb

1. DURABILIDAD DEL HORMIGÓN
Comportamiento del Hormigón Estructural Durante su Vida de Servicio
Ing. Edgardo Becker
Líder de Asesoría Técnica
LOMA NEGRA C.I.A.S.A.
INTRODUCCIÓN
La historia de la construcción nos muestra varios ejemplos de estructuras que han cumplido satisfactoriamente la vida
de servicio proyectada e incluso –en ocasiones- esta resultó mayor a la esperada durante su ejecución. Sin embargo
otras no logran cumplir satisfactoriamente el ciclo de vida para el cual fueron proyectadas. Aquí trataremos de analizar
algunas de las principales causas de deterioro de las estructuras de hormigón, entender su mecanismo para luego
establecer reglas de diseño que permitan la obtención de estructuras durables.
Entendiendo como durabilidad del hormigón a la habilidad del material para resistir las acciones del medioambiente,
ataques físicos, químicos u otros procesos de deterioro[1] durante el ciclo de vida para el cual fue proyectado con
mínimo mantenimiento[2], resulta evidente que una estructura mantenga adecuadas condiciones de servicio durante el
período de diseño debe estar adecuadamente proyectada y construida, utilizando los materiales adecuados. Es por eso
que resulta fundamental un minucioso estudio durante la etapa de proyecto de las cargas actuantes sobre la estructura y
las condiciones de agresividad a las que estará expuesta, incluyéndose dentro de éstas la erosión, la acción del ambiente,
el ataque químico y todos aquellos otros procesos de deterioro que puedan afectar al hormigón y/o la armadura. Una vez
conocidas las condiciones de agresividad, se deberá diseñar una estructura que posea las dimensiones, espesores de
recubrimientos, calidad de hormigón y, en ocasiones, protecciones adicionales cuando el grado de agresividad resulta
muy importante.
Falta de
Detalles
78,0%
Materiales
Inadecuados
5,0%
Errores de
Cálculo
Proyecto 3,0%
37,0% Concepción
General
14,0%
Ejecución
51,0%
Uso y
Mantenimiento
7,5%
Materiales
4,5%
1

2. Figura N° 1: distribución de fallas de acuerdo según la etapa del proceso constructivo por la cual
se produjo. También se observa un detalle de las causas de falla debidas errores durante la etapa
de proyecto[3].
Fuente: J. Calavera, 1996. “Patología de Estructuras de Hormigón Armado y Pretensado”, INTEMAC, Madrid, España
En la figura N° 1 se observan valores estadísticos[3] donde un 37% de las fallas en estructuras de
hormigón se producen por problemas de proyecto. Si bien los profesionales tenemos
responsabilidad sobre todos los aspectos de la obra, resulta evidente que donde no debemos
equivocarnos es en la etapa de proyecto cuando tenemos el mayor control de la situación por lo cual
resulta fundamental conocer y comprender los mecanismos de deterioro más frecuentes de manera
de tomar los recaudos de diseño y establecer especificaciones adecuadas para cada estructura en
particular.
Por otro lado, cuando las especificaciones resultan adecuadas y suficientes el Constructor y la
Inspección de Obra cuentan con la información necesaria para reducir los fallos por problemas de
ejecución, lo que redundará en estructuras confiables, confortables y durables.
DURABILIDAD – Principales Procesos de Deterioro
En el presente trabajo se desarrollarán algunos de los principales procesos de deterioro a los que
están expuestas las estructuras de hormigón:
a) Fisuras, grietas y otros defectos
b) Ataque físico
c) Ataque químico
d) Corrosión de armaduras y otros metales embebidos en el hormigón
e) Reacción álcali agregado
f) Otros procesos internos de deterioro
Como luego podrá observarse, la diferenciación entre los distintos procesos no siempre resulta del todo clara,
estableciéndose en muchos casos criterios un tanto arbitrarios. Por ejemplo, existen causas de deterioro físico que
induce a fisuras que –a su vez- facilitan el ingreso de agentes del tipo químico que afectan directamente al hormigón o
la armadura. Existen también procesos inversos o intermedios que complican la clasificación.
a) FISURAS, GRIETAS Y OTROS DEFECTOS
Existen diferentes causas de fisuras en el hormigón, aquí no se tratarán aquellas producidas como
consecuencia de ataques físicos, químicos, corrosión de armaduras, reacción álcali-agregado u otras
reacciones deletéreas internas ya que serán tratadas particularmente más adelante.
Como es sabido el hormigón en condiciones normales presenta, durante un corto período de tiempo
que generalmente se extiende entre 2 y 4 horas, un estado plástico y maleable que permite –luego de
mezclado- transportar y colocar el material dentro de los encofrados para luego compactarlo y
terminarlo. Este estado es conocido como estado fresco del hormigón. Luego de este corto período,
el material endurece y pasa a un estado endurecido donde es capaz de tomar resistencia a través de
las reacciones de hidratación de la pasta cementicia. En estado fresco, cuando no se toman los
recaudos necesarios, suelen presentarse fisuras de retracción plástica o asentamiento plástico
2

3. además de otro fenómeno que puede depender de la exudación del hormigón y/o la protección y/o el
curado entre otras causas como es la debilidad superficial. En cambio, en estado endurecido, esta
parte sólo tratará las fisuras no estructurales como las de contracción por secado y el mapeo o piel
de cocodrilo. Las fisuras del tipo estructural producidas por excesos de carga y/o deformación y/o
defectos de diseño y/o materiales escapan al alcance del presente trabajo.
a.1) Fisuración del hormigón en estado fresco
Entendiendo al hormigón en estado fresco como una suspensión concentrada formada por la pasta
cementicia compuesta por cemento pórtland y agua (también se incluyen en esta fase a los aditivos
y las adiciones si las hubiera) mezclada con la fase sólida constituida por los agregados[4]. Este
material luego de colocado y compactado experimenta una segregación de sólidos con
desplazamiento hacia la superficie superior de parte del agua de mezclado denominado exudación.
Aquellos hormigones mejor diseñados, con una adecuada distribución granulométrica y relación a/c
(agua / cemento en masa) suficientemente baja tienden a retener mejor el agua de amasado y la
exudación se minimiza. En cambio, cuando alguno o varios de estos factores que hacen a un buen
hormigón no se cumple, la exudación puede resultar considerable con la consecuente rápida
reducción de volumen del hormigón.
Entre los defectos más frecuentes producidos en el estado fresco del hormigón se encuentran las
fisuras de retracción plástica y las de asentamiento plástico. Las primeras se producen en elementos
del tipo plano o cáscara, donde una dirección resulta poco significativa respecto de las otras dos e
implica el hormigonado de grandes superficies no protegidas como puede ser el caso de las losas de
estructura, de pavimento o de piso, que al estar sometidas a condiciones atmosféricas que
favorezcan una rápida evaporación del agua superficial (velocidad de evaporación > velocidad de
exudación), sufren una contracción diferencial que genera las fisuras. Las segundas tienden a ser
más frecuentes en elementos de mayor espesor como vigas, tabiques y columnas aunque en casos
extremos también se presentan en losas y otras estructuras laminares cuando la exudación del
hormigón resulta excesiva.
3

4. Las fisuras de retracción plástica[6] resultan en general relativamente cortas, poco profundas y
erráticas (aunque a veces se muestran paralelas) que pueden aparecer en el estado fresco del
hormigón durante los trabajos de terminación en días ventosos, con baja humedad y alta
temperatura del aire. La rápida evaporación de la humedad superficial supera a la velocidad
ascendente del agua de exudación, causando que la superficie del hormigón se contraiga más que el
interior. Mientras el hormigón interior restringe la contracción del hormigón superficial, se
desarrollan tensiones de tracción que exceden la resistencia del hormigón y consecuentemente se
desarrollan fisuras en la superficie. Las fisuras de retracción plástica varían desde unos pocos
centímetros de largo hasta 1,50 ó 2,00 m y suelen tener una profundidad de 2 a 3 cm aunque pueden
penetran hasta la mitad o más del espesor de la losa cuando las condiciones ambientales son muy
adversas y las prácticas de protección y curado resultan deficientes.
4

5. Figura N° 2: Fisuras de retracción plástica en pavimento urbano y losa de estructura.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre“Patologías Habituales en el Hormigón”
5

6. Si no se dispone de adecuadas condiciones de protección, la superficie del hormigón tiende a perder
humedad por evaporación. Como resulta obvio, la velocidad de evaporación superficial aumenta a
medida que la temperatura (ambiente y del hormigón) y la velocidad del viento son mayores y la
HR (humedad relativa) es más baja. En la figura N° 3 se muestra un ábaco que permite el cálculo de
la tasa de evaporación superficial. Considerando que los hormigones corrientes presentan una tasa
Temp. Superficial
HR ambiente del H°
[%] [°C]
90
80
70 40
60
35
50
40 30
30 25
20
20 15
10
10 5
0 10 20 30 50
Temp. del aire [°C] Velocidad del
4,0 Viento
Velocidad de Evaporación
40
[km/h]
30
3,0
[kg/(m2.h)]
25
20
2,0
15
10 Rango habitual de
1,0 5 velocidad de
0 exudación del
0 hormigón
que suele variar entre 0,50 y 1,00 kg/m2/h, resulta necesaria en una amplia región del país la
protección del hormigón recién colocado la mayor parte de los días del año.
Figura N° 3: Ábaco para determinación de la tasa de evaporación superficial del hormigón
dependiendo de la temperatura y humedad relativa del ambiente, la temperatura superficial del
hormigón y la velocidad de viento
Fuente: Adaptado de ACI Committee 305, “Hot Weather Concreting”, Manual of Concrete Practice, Part 2, American Concrete Institute
6

7. El asentamiento plástico se produce frecuentemente en hormigones que no están adecuadamente
diseñados cuando un exceso de exudación produce una importante reducción en el volumen del
hormigón en estado fresco. En aquellas zonas donde el movimiento del hormigón en estado fresco
se encuentre restringido se producirán fisuras en coincidencia con dicha restricción generalmente
producida por las armaduras superficiales. En la figura N° 4 se observa claramente la forma que una
viga recién hormigonada que sufre asentamiento plástico y la armadura longitudinal superior y los
estribos sirven de restricción produciéndose la fisuración del hormigón en coincidencia casi perfecta
T=0 T = 4 a 12 hs
Inmediatamente
después de
hormigonar
Vista de la viga
con las armaduras. Estas fisuras afectan la durabilidad de las armaduras y la adherencia acero-
hormigón de éstos y otros elementos estructurales y se produce por la conjunción del asentamiento
plástico propiamente dicho y un espesor de recubrimiento inadecuado.
Figura N° 4: Fisuras por asentamiento plástico en vigas de hormigón armado
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
Panel tipo π
Columna de sección circular
Figura N° 5: Fisuras por asentamiento plástico columna de hormigón armado y panel
premoldeado.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
7

8. En general, aquellos hormigones que son adecuadamente diseñados con relaciones a/c (agua /
cemento en masa) suficientemente bajas, con contenidos de agua adecuados, con asentamiento bajo
compatible con las condiciones de colocación y compactación, con agregados limpios y de buena
cubicidad, en proporciones racionales, colocados y compactados adecuadamente que son protegidos
de la pérdida superficial de agua inmediatamente, no presentan fisuras en estado fresco.
a.2) Fisuración del Hormigón en Estado Endurecido
El hormigón en estado endurecido resulta algo sensible a los cambios de humedad en su masa,
aumentando su volumen cuando se humedece y contrayéndose cuando se encuentra seco. Los
hormigones muy jóvenes a medida que avanzan las reacciones de hidratación sufren en primer lugar
una pérdida del agua libre presente en la pasta cementicia para luego, en función del mantenimiento
en el tiempo de adecuadas condiciones de curado, comenzar el secado por pérdida del agua
adsorbida que se encontraba en estrecho contacto con la superficie sólida de los poros y vacíos de la
pasta cementicia endurecida. Este proceso produce una contracción del hormigón que, de no ser
absorbida por el elemento estructural a través de armaduras y/o dimensiones adecuadas, provoca las
llamadas fisuras de contracción por secado. En el caso de las losas de piso o pavimento, en general
se realiza un aserrado adecuado que permite que estas fisuras se produzcan en zonas preestablecidas
a través de las juntas de contracción.
Por lo explicado anteriormente, resulta bastante obvio que la magnitud de la contracción depende
fundamentalmente de la cantidad de agua que pierde el hormigón. Es por ello que los hormigones
de menor contenido de agua de mezclado y que se someten a adecuadas condiciones de curado por
un período suficientemente prolongado tendrán una menor contracción y esta será más diferida en el
tiempo. Existen adicionalmente otras características de la mezcla de hormigón que inciden en la
magnitud de la contracción por secado en forma directa o indirecta como el contenido y tipo de
cemento; tamaño, forma, composición mineralógica y contenido de polvo de los agregados; uso y
características de las adiciones minerales; uso de aditivos; etc., sin embargo –en mi opinión- todas
estas resultan de un orden de magnitud inferior en importancia salvo cuando inciden directa o
indirectamente sobre la demanda de agua de la mezcla.
También los cambios diferenciales de humedad pueden generar fisuras en el hormigón endurecido.
Es el caso típico de las losas de piso o pavimento cuando la superficie inferior en contacto con el
suelo húmedo mantiene una importante cantidad de agua mientras que la superficie superior
expuesta a la intemperie o a otros ambientes de menor humedad relativa se seca, este gradiente de
humedad en el espesor de la losa de hormigón provoca un alabeo con levantamiento de esquinas en
losas rectangulares que puede provocar fisuras por incompatibilidad de deformaciones y tensiones
producidas directamente por este efecto o indirectamente a través de la aplicación de una carga
circulante por las esquinas que poseen un apoyo nulo o limitado sobre la base.
El hormigón en estado endurecido también resulta sensible desde el punto de vista dimensional a
los cambios de temperatura. Este fenómeno debe ser adecuadamente considerado por los ingenieros
proyectistas y estructuralistas en aquellas estructuras o elementos estructurales que por su tamaño
y/o exposición a gradientes térmicos determinen la necesidad de prever mecanismos constructivos
para absorber las deformaciones y/o las tensiones en el caso de existir necesariamente restricciones
de borde que provocan las fisuras por restricción al cambio volumétrico. A continuación se indica
8

9. la fórmula a aplicar para determinar la deformación un elemento lineal sometido a un gradiente
térmico ∆T:
∆L = α ⋅ ∆T ⋅ L
donde: ∆L: valor absoluta de la dilatación/contracción
α: coeficiente de dilatación/contracción térmica del hormigón
∆T: variación máxima de temperatura prevista entre el día y la noche (ó entre media diaria de invierno y
media diaria de verano)
L: longitud de análisis
Como ejemplo (ver figura N° 6 caso 1) se supone una viga de hormigón clase H-21 simplemente apoyada de 35 m de
luz con una sección de 0,50 m de ancho x 1,20 m de altura expuesta a la radiación solar que sufrirá un gradiente térmico
máximo de 40 °C (temperatura máxima de verano – temperatura mínima de invierno) considerado como temperaturas
medias diarias:
∆L = 10-5 1/°C . 40°C . 35 m = 0,000010 1/°C . 40°C . 35 m = 0,014 m = 1,4 cm
Es decir en este caso habría que diseñar un apoyo que sea capaz de absorber un movimiento de 1,4 cm. Suponiendo que
esto resulta imposible por particularidades del proyecto, este movimiento restringido se transformaría en una carga
horizontal que debería ser absorbida por la estructura (ver figura N° 6 caso 2). La magnitud de este esfuerzo horizontal
sería:
α ⋅ ∆T ⋅ E ⋅ J
H=
L
donde: H: carga de tracción/compresión provocada por la variación de temperatura
E: módulo de elasticidad del hormigón
J: momento de inercia de la sección del muro
α: coeficiente de dilatación/contracción térmica del hormigón
∆T: variación máxima de temperatura prevista entre el día y la noche (ó entre media diaria de invierno y
media diaria de verano)
L: longitud del elemento
Entonces:
H = [(0,00010 1/°C . 40°C) . 300.000 kg/cm2 . 50 cm . (120 cm)3 / 12] / 3500 cm = 246.857,14 kg
Evidentemente, la carga horizontal que provocaría una restricción al movimiento previsto resulta suficientemente
importante como para ser considerada. Una falta de previsión en el proyecto o en el mantenimiento de la estructura
provocaría altas tensiones que, al no ser previstas, serían deformaciones no previstas con la consecuente aparición de
fisuras y grietas sin descartar el posible colapso de la estructura.
9

10. Caso 1: con apoyo deslizante
∆L
Caso 2: con apoyo restringido
H/2 H/2
Figura N° 6: Efecto de la temperatura sobre una viga de hormigón armado simplemente apoyada
sin y con restricción de movimiento horizontal. Evidentemente cuando existe restricción horizontal
en el movimiento se deberá prever estructuralmente el efecto de la carga horizontal provocada por
el gradiente térmico.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
10

11. a.3) Otros defectos que afectan la durabilidad
Adicionalmente a los anteriormente mencionados y a los que se desarrollarán más adelante, existen
otros defectos constructivos y/o de proyecto y/o de mantenimiento que afectan –en ocasiones-
gravemente a las estructuras de hormigón simple, armado y pretensado. Algunos de los más
frecuentes son el bombeo y el calentamiento de losas en pavimentos.
Figura N° 7: El bombeo del material fino de la base que ocurre al paso de cargas pesadas sobre
un pavimento cuya base presenta importante cantidad de agua debido a la presencia juntas con
sellado deficiente, sufre con la acción conjunta de la repetición de cargas y falta de mantenimiento,
la pérdida de material en la base, lo que crea cargas y un cambio de estado de tensiones en el
hormigón (efecto viga) por falta de apoyo lo que produce una rápida fatiga del hormigón con la
consecuente aparición de fisuras, grietas y escalonamiento de losas.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
Figura N° 8: Fisuras, grietas y deformaciones permanentes provocadas por restricciones al
movimiento de las losas de pavimento. Este fenómeno es habitual cuando los gradientes térmicos
son importantes y existen problemas de diseño o mantenimiento en las juntas de dilatación.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
Otro frecuente defecto que afecta la durabilidad de pisos y pavimentos es la debilidad superficial y
el empolvamiento. Es conocido el hecho que, fundamentalmente por efecto de la exudación, los
hormigones en la zona cercana a la superficie o de piel presentan una menor calidad. En la figura
11

12. N° 9 se observa un corte transversal de una losa de hormigón que en estado fresco presenta
exudación, evidentemente la relación a/c (agua / cemento en masa) de la zona superficial resultará
mayor que la del resto de la masa por lo cual la porosidad de esta zona será mayor y,
consecuentemente, la resistencia será inferior. Es por eso que los hormigones en la superficie
resultan más permeables por lo tanto, más propensos al ingreso de sustancias perjudiciales y menos
resistentes al desgaste y la abrasión. En casos de hormigones con exceso de exudación y, muchas
veces acompañados por otros defectos como la falta de curado, hace que la superficie presente
polvo suelto durante bastante tiempo[5]. Sólo mediante un adecuado diseño de la mezcla de
hormigón y el respeto de las reglas del arte de colocación, compactación, terminación, protección y
curado se minimiza este fenómeno. Existen procesos y cuidados especiales cuando los hormigones
son sometidos a procesos de abrasión.
Estado Fresco Estado Endurecido
Capa de polvo
Agua de exudación
Capa débil
Losa de Hormigón Losa de Hormigón
Base Base
12

13. Figura N° 9: Empolvamiento en losas de piso o pavimento.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
Figura N° 10: La fotografía muestra claramente que el material se desprende fácilmente al simple
paso del dedo de una mano. Como generalmente el empolvamiento superficial sólo incluye un
espesor muy reducido, suele ser suficiente el paso de un equipo de pulido para eliminar la capa
débil.
Foto: Portland Cement Association
Existen otros defectos como las juntas frías que no son tratadas adecuadamente, el diseño de juntas
inadecuado y muchos otros que no serán tratados aquí que afectan en forma directa la durabilidad
de las estructuras o resultan fuente de ingreso de agentes agresivos como: sulfatos, cloruros, CO2,
etc. que atacan directamente al hormigón o a las armaduras. También los elementos masivos son
susceptibles de sufrir fisuración por efectos térmicos cuando el calor generado durante la
hidratación no puede ser fácilmente disipado generando un aumento de la masa que luego al
enfriarse lentamente puede generar tensiones de tracción que no sean absorbidas por la estructura.
Varios de estos y otros defectos que –en ciertas ocasiones- sólo afectan la estética de la obra o
estructura sin poner en riesgo la durabilidad desde el punto de vista estructural y/o funcional, sin
embargo deben ser evitados mediante adecuadas prácticas constructivas y/o de proyecto ya que en
muchos casos la estética de la obra resulta fundamental a su funcionalidad. Es por eso que de existir
algún defecto en la estructura, éste debe ser cuidadosamente estudiado por profesionales idóneos a
fin de obtener la mejor solución técnica y económica.
13

14. b) ATAQUE FÍSICO
Arbitrariamente definiremos al ataque físico como al conjunto de acciones del medioambiente
causantes de deterioro del hormigón. Sin dudas dentro de esta definición se incluyen algunos
deterioros ya tratados anteriormente, sin embargo aquí trataremos la acción de las temperaturas
extremas (congelación–deshielo y fuego), la abrasión y erosión.
b.1) Acción de las bajas temperaturas
La acción reiterada de temperaturas cercanas a la de congelación del agua pueden afectar la
durabilidad de hormigones que se encuentren tanto en estado fresco como endurecido. En Argentina
la zona cordillerana y sur patagónica presenta esta condición cotidianamente por un período de
varios meses al año, sin embargo las bajas temperaturas también pueden ser fuente de deterioro en
estructuras industriales como las cámaras frigoríficas donde el hormigón puede estar sometido a
temperaturas aún más rigurosas.
Dependiendo del estado (fresco o endurecido) y la madurez del hormigón, los efectos de la
congelación resultan diferentes. Si la misma se produce antes del inicio de fraguado –sabiendo que
las reacciones de hidratación tienden a desacelerarse hasta detenerse completamente a (–10ºC) – el
material permanecerá en estado fresco hasta que la temperatura ambiente permita un calentamiento
del hormigón por encima de los 2 a 5ºC durante algún tiempo. En este caso, la expansión del agua
producida por el congelamiento originará vacíos que afectan la resistencia del hormigón. Sin
embargo, un revibrado oportuno y adecuado podría eliminar los vacíos recomponiendo al hormigón
y logrando un desarrollo normal y hasta en algunos casos superior de resistencia.
50
te
rm ane n
Resistencia a Compresión [MPa]
ormali z ado pe
40 c ura do n e 24 hs
i ón l ue go d
de c o nge lac
30 24 hs de 12 hs
n luego
c on gelació
24 hs de o de 1 h
ción lueg
20 24 hs d e congela
10
0
0 3 7 14 21 28
Edad [días]
Figura N° 11: Efecto de la congelación sobre probetas de mortero normal IRAM 1622 (a/c = 0,50
y relación cemento/arena normal = 1:3 en masa) con CPN durante 25 hs a –5ºC, luego de 1h, 12
hs y 24 hs desde el moldeo respecto del mismo mortero sometido a curado normalizado en forma
permanente. Las muestras sometidas a congelación continuaron el curado en condiciones
normalizadas luego del período de 24 hs de congelación[4].
14

15. Fuente: M. Klaric, 2001. “Fisuración y Ataques Físicos al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructural
Si el congelamiento se produce luego de algunas horas cuando el hormigón ya ha fraguado pero aún
no presenta suficiente resistencia, el efecto sobre el mismo resulta irreparable. En cambio, si se
produce cuando el hormigón presenta suficiente resistencia (en general se aceptan valores entre 3,5
y 7,0 MPa) los daños sobre la resistencia resultan de menor magnitud. La figura Nº11 presenta el
deterioro sobre mortero normal producido por el congelamiento durante 24 hs para diferentes
grados de madurez del material, resultando un daño permanente sobre las muestras que sufrieron
congelación a 1 y 12 hs respectivamente mientras que la congelada luego de 24 hs recuperó la
resistencia a 28 días. Estos valores sólo deben tomarse en forma orientativa ya que la madurez
lograda por el mortero en las condiciones de ensayo antes de ser sometido al período de
congelamiento puede resultar bastante superior al de obra debido a que la temperatura de
laboratorio que ronda los 20ºC seguramente resulta muy superior a la temperatura ambiente de obra
durante la ejecución de los trabajos.
Muy diferente resulta el fenómeno de congelación y deshielo en hormigones maduros. Puede
observarse en zonas frías el deterioro de estructuras de hormigón expuestas, sobre todo losas de
piso, pavimento y tableros de puentes o revestimientos de canales, diques de hormigón o pantallas
de hormigón sobre diques de roca o suelo entre otras estructuras de hormigón con alto grado de
humedad debido al contacto permanente o frecuente con la humedad. En general el deterioro
comienza en la superficie del hormigón debido a la reiteración de ciclos de congelamiento y
deshielo. La pasta cementicia que posee agua en su estructura de poros capilares en cantidad
suficiente que sufre una serie de ciclos de congelación y deshielo se ve fuertemente dañada por
tensiones de tracción que –si bien no suelen ser de magnitud suficiente como para dañar al
hormigón en un solo ciclo- pueden producir el deterioro de la pasta debido a fatiga del material
luego de varios ciclos. Existen diversas teorías acerca del mecanismo de deterioro. No obstante,
existe cierta coincidencia acerca de la complejidad del fenómeno y la posible conjunción de efectos.
Sin embargo, en general tanto los investigadores como los reglamentos presentan un acuerdo
generalizado acerca del beneficio de incorporar pequeñas burbujas de aire en forma intencional y
controlada para mejorar el comportamiento de la pasta cementicia ante este tipo de ataque físico.
15

16. Es habitual que los pliegos especifiquen un cierto contenido de aire que habitualmente varía entre 4
y 7% en función del tamaño máximo nominal del agregado grueso y de las condiciones de
exposición de la estructura. Sin embargo, en muchos casos no se especifica el factor de
espaciamiento, que es un índice que brinda información acerca de la distancia entre burbujas de
aire. En la figura Nº12 se esquematiza la importancia de la obtención de un factor de espaciamiento
adecuado.
. .. .
.. . Vacíos
... . . de aire
. . .
. Pasta
. . . . de cemento
.. .
.
.. Partículas
. . de arena
Burbujas pequeñas, Burbujas grandes,
bien distribuidas con mayor distancia promedio entre ellas
Figura N° 12: Esquema de la incorporación correcta (izquierda) e incorrecta (derecha) de aire en
forma intencional[4]. En ambos casos el volumen de aire incorporado resulta similar, sin embargo
una correcta distribución del aire asegura un mejor desempeño del hormigón ante los ciclos de
congelación y deshielo.
Fuente: M. Klaric, 2001. “Fisuración y Ataques Físicos al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructural
No obstante las precauciones que se tomen en el diseño mediante una correcta incorporación
intencional de aire, el hormigón sometido a congelación y deshielo puede fallar por congelamiento
del agregado grueso. El riesgo de deterioro por esta causa aumenta cuando mayor es el tamaño
máximo y contenido de humedad del agregado. La falla típica por esta causa comienza en la rotura
del agregado ubicado cerca de la superficie con el consiguiente reventón localizado del hormigón.
Estado original Reventón Estado final
Figura N° 13: Reventón del hormigón debido a congelamiento del agregado.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
16

17. La fisuración en “D”, producida en pavimentos en la zona cercana a las juntas, resulta una
consecuencia típica debido a la saturación del hormigón en las zonas cercanas a las juntas debido a
la mayor permanencia de agua. Un adecuado mantenimiento de juntas minimiza el riesgo de fallas
por esta causa.
Figura N° 14: Esquema de fisuración en “D” típica de losas de pavimentos debido a
congelamiento de los agregados.
Fuente: E. Becker, 2002. Seminario sobre “Patologías Habituales en el Hormigón”
En aquellas zonas donde es habitual la formación de hielo sobre el pavimento, suelen utilizarse
agentes anticongelantes a base de cloruro de calcio o de sodio que –si bien tienden a evitar o mitigar
el deterioro por congelación y deshielo- aceleran el deterioro superficial del pavimento de hormigón
por peladura y descascaramiento. También estas sales provocan la corrosión de armaduras
afectando sobre todo a los tableros de puentes y losas de edificios de estacionamiento, estas últimas
debido a la presencia de cloruros debido al transporte y su posterior deposición a través de los
neumáticos de los vehículos.
b.2) Acción de las altas temperaturas
Ya se mencionaron algunas causas de fisuras y otros defectos debido a la exposición del hormigón a
la temperatura, sin embargo en esta sección se tratarán los efectos del exceso de temperatura
durante el proceso de curado a vapor y la exposición al fuego.
Es conocido que la dinámica de los procesos de hidratación de la pasta cementicia dependen de la
temperatura. Este hecho suele ser aprovechado por la industria del hormigón premoldeado mediante
el curado a vapor de las piezas, de manera de aumentar la resistencia temprana y mejorar
considerablemente la productividad de las plantas. No obstante estos procesos sólo resultan exitosos
cuando los ciclos de curado a vapor resultan adecuados.
17

18. En la figura Nº15 se muestran el proceso correcto (gráfico a) y los procesos inadecuados (gráfico b)
de curado a vapor. Cuando el hormigón es calentado o enfriado en forma demasiado violenta puede
fisurarse debido al shock térmico. Si no se respeta el período de descanso o prefragüe o la
temperatura de curado es demasiado alta, el hormigón puede sufrir un proceso de disecación que
afecta considerablemente al proceso de hidratación produciendo un daño irreparable.
Otro importante proceso de deterioro puede presentarse en estructuras de hormigón armado
sometidas a la acción del fuego. Si bien es conocido que el hormigón, debido a su baja
conductividad térmica e incombustibilidad, presenta un mejor comportamiento ante el fuego que
otros materiales de construcción, una exposición prolongada a temperaturas extremas puede
producir daños irreparables en las estructuras. Resulta habitual encontrar en hormigones que fueron
expuestos al fuego diferente coloración en función de la temperatura adquirida y un
descascaramiento superficial provocada por el aumento de la presión de vapor dentro del material
que resulta mayor que la disminución de presión de vapor generada por el desprendimiento de
vapor hacia la atmósfera[4]. En los gráficos a) y b) de la figura 16 puede observarse la disminución
de resistencia del hormigón por efecto de la temperatura. En el gráfico a) se observa que el
hormigón prácticamente no disminuye su resistencia hasta los 300ºC, sin embargo en el gráfico b)
se observa que este hormigón al enfriarse a la temperatura ambiente sufre un daño mayor,
120
120 120
120
Temperatura de curado [°C]
Temperatura de curado [°C]
Temperatura de curado [ºC]
Temperatura de curado [ºC]
100
100 100
100
8080 8080
6060 6060
4040 4040
2020 Período de Período de Período de Período de 2020
Prefragüe Calentamiento Mantenimiento Enfriado
1 2 3
00 00
0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14
Tiempo [horas] Tiempo [horas]
a) Curva típica de evolución de temperatura b) Curvas de evolución de temperatura
en cámaras de curado a vapor(*). inadecuada en cámaras de curado a vapor
1 Gradiente de elevación y descenso de
(*) El período de mantenimiento o meseta temperaturas demasiado pronunciado.
se mantendrá por el tiempo necesario de 2 Inexistencia del período de prefraguado.
acuerdo a los requerimientos del fabricane.
3 Temperatura de curado excesivamente alta.
obteniendo una resistencia residual bastante inferior a la original.
18

19. Figura N° 15: Evolución de la temperatura en cámaras de curado. En el gráfico a) se muestra un
ejemplo de evolución adecuada respetando en forma adecuada los períodos de prefragüe o
descanso, calentamiento o gradiente ascendente, mantenimiento o meseta y enfriado o gradiente
descendente, en el gráfico b) se muestran 3 ejemplos de evolución inadecuada de la temperatura.
Fuente: E. Becker, 2003. Seminario sobre “Durabilidad del Hormigón”
125 125
Resistencia a Compresión
Resistencia a Compresión
100 100
[% del original]
[% del original]
75 75
50 50
25 25
0 0
21 200 400 600 800 1.000 21 200 400 600 800 1.000
Temperatura [ºC] Temperatura [ºC]
a) Ensayados a la temperatura de exposición b) Ensayados a temperatura ambiente
Agregado liviano Agregadosiliceo Agregado carbónico
Figura N° 16: Efecto del tipo de agregado sobre el comportamiento resistente del hormigón
expuesto a alta temperatura. Resistencia original del hormigón = 27 MPa.
Fuente: M. Klaric, 2001. “Fisuración y Ataques Físicos al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructural
Para el análisis de estructuras que fueron sometidas a la acción del fuego por algunas pocas horas,
resulta importante antes realizar ensayos sobre profundidad de carbonatación y nivel de resistencia
residual del hormigón, poder estimar la temperatura aproximada que adquirió el hormigón durante
el episodio, ya que esto brindará información muy importante tanto para realizar un adecuado
diagnóstico sobre el estado real de la estructura como para realizar un adecuado proyecto de
reparación. En el caso de los hormigones elaborados con agregados del tipo sedimentarios o
metamórficos como la piedra caliza esto resulta bastante sencillo debido a que el hormigón presenta
un permanente cambio de color al calentarlo. En la figura Nº 17 puede observarse que hormigones
que toman una coloración permanente rosado intensa presentaron temperaturas cercanas a los 300ºC
y comienza a ser un hormigón algo dañado, en cambio al pasar por el rojo y luego gris seguramente
este hormigón ha sufrido un daño mayor obteniéndose un hormigón poroso, con elevada
penetración de carbonatación y de baja resistencia que debe ser reemplazado.
19

20. 125
100
Resistencia a Compresión
[% del original]
75
50
25
0
21 200 400 600 800 1.000
Temperatura [ºC]
Coloración del
hormigón
Natural Gris Marrón
Rosado a rojo
Figura N° 17: Efecto de la temperatura sobre la resistencia residual y coloración de hormigones
elaborados con agregados calizos[3].
Fuente: E. Becker, 2003. Seminario sobre “Durabilidad del Hormigón”.
Algunos trabajos sugieren[3] que los hormigones más densos, de menor relación a/c y mayor
resistencia presentan menor durabilidad ante el ataque de fuego debido a la mayor dificultad para
eliminar el agua interna evaporada.
b.3) Erosión y Abrasión
La mayor parte de los elementos estructurales no presentan requerimientos especiales respecto del
desgaste superficial, sin embargo los pisos, pavimentos, revestimientos y algunas estructuras
hidráulicas son sometidas al desgaste y en muchos casos su resistencia a la erosión y/o abrasión
resulta fundamental para su durabilidad y/o funcionalidad. Si bien la erosión y la abrasión suelen
tomarse como sinónimos, algunos autores diferencian ambos términos denominando abrasión al
desgaste producido por la acción del roce y fricción de partículas sólidas sobre la superficie del
hormigón, mientras que se reservan el término erosión para cuando el deterioro se realiza por un
elemento que tenga al agua como vehículo de transporte incluyendo la cavitación, abrasión y la
acción química.
Sin ser específico respecto del grado de agresividad, el Proyecto de Reglamento CIRSOC 201:2002 recomienda para
hormigones expuestos a abrasión debido a resbalamiento de materiales a granel o movimiento de objetos pesados o
escurrimiento rápido de aguas diseñar hormigones de relación a/c ≤ 0,42, f´c ≥ 40 MPa, asentamiento < 10 cm, sin aire
intencionalmente incorporado y agregado grueso con Tmáx ≤ 26,5 mm y desgaste “Los Ángeles” < 30%. De esta
20

21. manera se prevé el uso de hormigones de alta resistencia, baja porosidad y mínima tendencia a exudar, elaborados con
agregados de bajo desgaste, sin embargo no brinda información del desempeño en servicio esperado para estos
hormigones.
En la figura Nº18, tomada de un trabajo de Liu[7] se observa que, si bien existe una cierta relación
entre la resistencia a la compresión del hormigón y su resistencia al desgaste, su relación y
magnitudes pueden ser algo diferentes en función de las características de los agregados utilizados.
Algunos trabajos demuestran que la resistencia a la abrasión del hormigón puede ser mejorada a
través de la utilización de algunos polímeros y/o un cuidadoso y esmerado curado. En pisos
industriales la resistencia al desgaste suele mejorarse a través del uso de endurecedores de
superficie compuestos básicamente por cemento pórtland y arena de cuarzo (en ocasiones también
se incorpora algún pigmento) que al ser aplicados adecuadamente sobre hormigones en estado
fresco mejoran notablemente la resistencia superficial al desgaste del hormigón.
10
Piedra
Caliza
8 (24 %
Pérdida de Masa [%]
de pér
dida a
500 ci
Piedra Cuar clos)
6 cita (35 %
de pérdida
a 500 ciclo
Piedra Basal s)
to (13 % de
pérdida a 50
0 ciclos)
4 Piedra Chert (24
% de pérd
ida a 500 ci
cl os)
2
0
20 30 40 50 60 70
Resistencia a Compresión [MPa]
Figura N° 18: Influencia de la resistencia del hormigón y del tipo de agregado en la resistencia al
desgaste por abrasión del hormigón[7].
Fuente: M. Klaric, 2001. “Fisuración y Ataques Físicos al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructural
En pisos donde se prevé una acción abrasiva muy severa puede considerarse la posibilidad de pulir
la superficie de hormigón de manera de eliminar la capa superficial de menor resistencia y/o la
aplicación de revestimientos. En este último caso –siempre que se trate de ambientes que
permanecen a temperatura normal- resulta habitual el uso de productos epóxicos diseñados a tal fin.
Si el ataque resulta combinado (abrasión + ataque químico) se deberá optar por una solución que
permita una adecuada protección del hormigón.
c) ATAQUE QUÍMICO
Definiremos como ataque químico al hormigón a aquellos procesos de degradación causados por
agentes agresivos provenientes del ambiente externo a la estructura que se introducen al interior
generalmente en solución reaccionando con la pasta cementicia. Existe una importante lista de
21

22. sustancias y agentes agresivos para el hormigón[8], sin embargo las más habituales son las aguas
blandas, los ácidos y algunas sales en solución que contienen sulfatos, amonio y magnesio solubles.
Sin dudas la primer barrera para impedir el ataque químico externo es la compacidad del hormigón.
Por ello un buen entendimiento de los mecanismos de transporte, nos brindará información muy
importante para el diseño de hormigones resistentes al ataque químico. La penetración de agua que
transporta al agente agresivo depende de la porosidad, estructura de poros y su grado de
conectividad[9], dando lugar a los mecanismos de absorción capilar, permeabilidad y difusión. Por
otro lado, resulta necesario que la composición química y mineralógica del cemento pórtland, su
grado de hidratación y las características de la interfase pasta-agregado resulten adecuadas para
resistir el ataque químico.
La acción degradante de los agentes químicos externos comienza en la superficie del hormigón, penetrando
progresivamente hacia el interior a medida que incrementan la porosidad, permeabilidad y tensiones internas
produciendo pérdida de masa y capacidad resistente a medida que avanza el grado de deterioro.
En la tabla C.1 se muestra conceptualmente la velocidad de degradación que genera el ataque de
diferentes sustancias en contacto con el hormigón. Por otro lado, los compuestos formados durante
la hidratación de la pasta de cemento se mantienen estables mientras exista un equilibrio entre la
solución de poros y la disolución de los compuestos hidratados que proveen el medio alcalino para
su preservación. Sin embargo, el ataque químico puede alterar este equilibrio modificando el pH de
la solución de poros produciendo la descomposición de los compuestos. En la tabla C.2 se muestra
que el deterioro comienza en valores de pH por debajo de 12 a 12,5 hasta que en valores por debajo
de 9 se produce una descomposición total de los compuestos SCH (silicatos de calcio hidratados)
responsables de la resistencia y durabilidad de la pasta cementicia, quedando sin efecto su poder
aglomerante con la consiguiente pérdida de masa del hormigón.
Tabla C.1: Efecto de distintas sustancias químicas sobre la degradación del hormigón[1][9].
Velocidad Ácidos Ácidos Soluciones Soluciones Otras
de Inorgánico Orgánico Alcalinas Salinas Sustancias
degradación s s
(*)
Clorhídrico
Fluorhídric Acético
Rápido o Fórmico Cloruro de
Nítrico Láctico aluminio
Sulfúrico
Bromhídric
o
Nitrato de
amonio
Moderado Fosfórico Tánico Na(OH)2 < 20% (**) Sulfato de Bromo (gas)
22

23. (hidróxido de sodio)
amonio
Sulfato de sodio
Sulfato de
magnesio
Sulfato de calcio
10% < Na(OH)2 < 20% Cloruro de Agua de mar
(**)
Lento Carbónico magnesio Aguas blandas
Hipoclorito de sodio Cloruro de Cloro (gas)
amonio
Cianuro de sodio
Cloruro de sodio
Sin ataque - Oxálico Na(OH)2 < 10% (**) Cloruro de calcio Amoníaco
Tartárico Hidróxido de amonio Nitrato de Cinc (líquido)
Cromato de
sodio
(*) a temperatura ambiente
(**) agresivo solamente cuando el hormigón contiene agregados siliceos
Tabla C.2: Descomposición prevista en la pasta cementicia al variar el pH de la solución de
poros[9].
pH Cambios previstos en la pasta de cemento
12,5 – 12,0 Se disuelve el CH y C4AH13 y posiblemente el monosulfoaluminato precipita la
ettringita
11,6 – 10,6 Precipita el yeso
10,6 Se descompone la ettringita, se forma gibbsita y yeso
8,8 Se descompone el SCH para formar gel de sílice
Para un mejor ordenamiento se establecerá una clasificación de los diferentes mecanismos de
ataque químico basado en la causa que lo produce:
1) Lixiviación: causada por la disolución y lixiviación del Ca2+ de la pasta de cemento endurecida.
2) Ataque ácido: debido a la concentración de protones (H+) que descomponen los compuestos
cálcicos de la pasta.
3) Ataque por ácido carbónico: es un tipo especial de ataque ácido provocado por el CO2
agresivo del agua.
4) Ataque ácido por acción de bacterias: es el caso donde la proliferación de colonias de
bacterias en contacto con superficies de hormigón capaces de secretar ácidos disminuyen el pH
y degradan la pasta de cemento.
5) Ataque por sulfatos: en general tienen relación con la presencia de SO42- en solución en
contacto con el hormigón. Aquí se proponen tres subgrupos:
5.1) la formación de ettringita en soluciones de baja concentración de SO42-.
5.2) la formación de ettringita y yeso o solamente yeso cuando la solución presenta elevada
concentración de SO42-.
5.3) la formación de ettringita, yeso y thaumasita cuando en el caso anterior se adiciona la
presencia de iones carbonato externos o internos.
23

24. 6) Ataque por magnesio: caso se presentan de dos tipos:
6.1) el ataque puro por magnesio por intercambio de catión.
6.2) el ataque por sulfato de magnesio debido a la acción simultánea de Mg2+ y SO42-.
7) Ataque por agua de mar: es un ataque complejo que en ocasiones puede ser del tipo químico
de los iones Cl- y SO42- o fisico-químico dependiendo del grado de exposición indirecta o
directa a la acción del mar.
8) Ataque por carbonatación: que causa una importante disminución del pH superficial debido a
la acción del CO2 atmosférico que se combina con el Ca(OH)2 de la pasta cementicia para
formar carbonato de calcio.
c.1) Ataque por lixiviación de los compuestos cálcicos
La presencia de aguas con nula o muy baja cantidad de sales en disolución (aguas blandas) en la masa del hormigón
resulta perjudicial debido a su tendencia a descomponer o hidrolizar los compuestos cálcicos. Cuando el agua
proveniente de lluvia, deshielo, condensación u otro proceso que implique la presencia de aguas puras penetran con
cierta facilidad por una estructura de hormigón provocan la lixiviación de los compuestos cálcicos que suelen
manifestarse exteriormente a través de manchas blancas denominadas eflorescencias[10] y –en ocasiones- formación de
estalactitas debido a la cristalización de sales de calcio por efecto de la evaporación y la posterior carbonatación.
Si bien en general este fenómeno sólo causa deterioro estético del hormigón debido a la eflorescencia, en el caso de
estructuras diseñadas para almacenamiento de residuos radiactivos o en la fijación de residuos peligrosos que contengan
Cr, Hg y Tl resulta ser extremadamente importante su control debido a que la vida de diseño de estas estructuras
prevista de cientos de años supera ampliamente los requerimientos de las estructuras convencionales.
En la pasta cementicia el compuesto más soluble resulta el Ca(OH)2 (hidróxido de calcio) formado como subproducto
de la hidratación del cemento pórtland[11]. Conociendo que cuando la relación a/c (agua / cemento en masa) resulta
suficientemente baja, la formación de Ca(OH)2 y la porosidad de la pasta disminuyen, resulta adecuada su
implementación. Por otra parte, el uso de cementos con adiciones minerales activas (como las puzolanas y la escoria
granulada de alto horno) y contenidos moderados de SC3 (silicato tricálcico) tienden a minimizar aún más la lixiviación
del Ca(OH)2.
c.2) Ataque de Ácido por Cambio Iónico
El hormigón de cemento pórtland es un material altamente alcalino (pH ≅ 12,7) que presenta un pobre desempeño
durable frente al contacto permanente o frecuente con ambientes ácidos. Por esta causa aquellos hormigones expuestos
a ambientes ácidos con pH < 6 deben protegerse adecuadamente mediante recubrimientos especialmente diseñados. Si
bien el desempeño de todos los cementos tipo pórtland es bastante pobre, aquellos que poseen suficiente cantidad de
puzolana o escoria granulada de alto horno suelen presentar mayor desempeño frente a los ácidos débiles. Para
ambientes con 4,5 < pH < 6 también puede utilizarse cementos aluminosos aunque no se fabrican en el país y su
comportamiento ante ambientes húmedos y cálidos suele ser bastante pobre debido a la llamada transformación de los
compuestos que pueden afectar severamente la resistencia mecánica luego de unos pocos años.
Durante el ataque ácido, el protón (H+) acelera la lixiviación del hidróxido de calcio (ecuación 1). Cuando la
concentración de protones es suficientemente (H+) importante también ataca los compuestos SCH (sílico-calcáreos-
hidratados) descomponiéndolos en un gel de sílice sin resistencia (ecuación 2).
Ca(OH)2 + 2H+ → Ca2+ + 2 H2O (ecuación 1)
C-S-H + 6H+ → 3Ca2+ + 2(SiO2.n H2O)+ 6 H2O (ecuación 2)
Otro tipo de ataque ácido se produce debido a las sales (cloruro, nitrato y sulfato) de amonio
generalmente presentes en suelos fertilizados o en las industrias que las producen. En la ecuación 3
se muestra la transformación del hidróxido de calcio presente en la pasta cementicia en compuestos
24

25. altamente solubles debido a la reacción con la sal de amonio. Este proceso aumenta la porosidad de
la pasta acelerando el proceso de ataque.
2 NH4+ + Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 NH3↑ + 2 H2O (ecuación 3)
La experiencia muestra que el mejor comportamiento ante este ataque dentro de los cementos tipo
pórtland se obtiene con CAH (cemento de alto horno). También el uso de microsílice tiende a
mejorar el desempeño del hormigón ante el ataque de las sales de amonio.
c.3) Ataque por Ácido Carbónico
La presencia de CO2 disuelto en el agua se torna agresivo cuando el agua es blanda debido a la
formación de ácido carbónico (ecuación 4):
CO2 + H2O ←→ H2CO3 ←→ H+ + HCO3- (ecuación 4)
La solubilidad del CO2 presente en la atmósfera es relativamente baja en aguas puras pero, en
presencia de CaCO3, se combina para formar bicarbonatos y ácido carbónico (ecuación 5) que
reducen el pH del agua provocando el ataque al hormigón en contacto:
CaCO3 + CO2 + H2O ←→ Ca(HCO3 )2 (ecuación 5)
El CO2 en exceso presente en el agua, por encima del necesario para obtener el equilibrio químico
planteado en la ecuación 5, se convierte en CO2 agresivo para el hormigón y su valor depende del
grado de saturación del bicarbonato de calcio. El CO2 agresivo está presente en cantidades
apreciables en las aguas blandas debido a la poca cantidad disponible de sales disueltas necesarias
para combinarse con el CO2 y formar bicarbonato de calcio. La concentración de CO2 disuelto en
aguas naturales puede alcanzar a 150 mg/l. La cantidad de CO2 libre en el agua aumenta con la
presencia de otras sales de calcio y disminuye en presencia de álcalis (Na y K). En agua de mar la
concentración de CO2 es de 35 a 60 mg/l.
El ataque ácido carbónico corresponde a la acción de un ácido débil, disolviendo al hidróxido de
calcio y formando carbonato de calcio (ecuación 6) que precipita en los poros del hormigón
produciendo una zona más compacta e impermeable. Dicha precipitación causa un aumento del CO2
agresivo que disuelve más hidróxido de calcio. Finalmente este proceso tiende a causar la
inestabilidad del SCH perdiendo su capacidad resistente.
H+ + HCO3- + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2 H2O (ecuación 6)
En este proceso la velocidad de degradación disminuye con el avance del ataque debido a la
disminución de la permeabilidad por acción del CaCO3 depositado en los poros.
25

26. Tabla C.3: Agresividad del CO2 de acuerdo al BRE 363[9].
Dureza en CaCO3 CO2 agresivo [mg/l] Agresividad
[mg/l]
< 3,5 Alta
3,5 - 35 > 15 Alta
< 15 Baja
> 35 > 15 Alta
< 15 Baja
Proliferación de Zona afectada por
thiobacilus que ataque ácido
convierten el H2S en
H2SO4
Disminución de pH O2
superficial por CO2
carbonatación y H2O
formación de yeso
Escape de H2S
Formación de H2S en
ambiente anaeróbico por
fermentación del crudo
cloacal
Figura N° 19: Esquema del ataque ácido causado por la acción bacteriana en un conducto de
desagüe cloacal[9].
Fuente: E. F. Irassar, 2001. “Ataque Químico al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructura
c.4) Ataque Ácido por Acción Bacteriana
Es el caso típico de los conductos de desagüe cloacal. En la figura N°19 se muestra un esquema
donde el líquido cloacal se fermenta por la acción de las bacterias y desprende sulfuro de hidrógeno
y metano que reaccionan en la superficie del hormigón que se encuentra sobre el nivel de agua con
el CO2 y el vapor de agua formando carbonatos y sulfatos de calcio. Esta deposición causa la
reducción del pH superficial del hormigón por debajo de 9 lo que facilita la proliferación de
colonias bacterianas. Algunos de estos microorganismos secretan ácido causando la reducción
26

27. localizada del pH donde se reproducen nuevas colonias de bacterias más resistentes que secretan
más ácido hasta crear zonas de pH muy ácidas donde proliferan los thiobacilus que oxidan el H2S
típico del ambiente cloacal para formar ácido sulfúrico (H2SO4) que ataca fuertemente al
hormigón[9]. Este tipo de degradación resulta más intensa en áreas planas y climas cálidos pudiendo
degradar rápidamente tanques y conductos.
Para disminuir los efectos de este ataque se recomienda el uso de hormigones compactos elaborados
con agregados gruesos calizos o dolomíticos. La adición de microsílice tiende a mejorar el
desempeño de hormigones sometidos a este tipo de ataque. También se recomienda el uso de
protecciones, recubrimientos, formas, ventilaciones y otras acciones que tiendan a evitar o
minimizar el desarrollo de los microorganismos.
c.5) Ataque por Sulfatos
En general, se asocia al ataque por sulfatos con la formación de ettringita que produce una
expansión de la pasta cementicia, generando en estado endurecido deformaciones y tensiones de
tracción incompatibles para el material, produciendo un estado progresivo de fisuración que lo
degrada. No obstante existen otros mecanismos que incluyen la formación de yeso y thaumasita que
tienden a descalcificar al SCH dependiendo de la concentración, los iones presentes y los
mecanismos de transporte de la solución de sulfatos.
El ataque por sulfatos puede ser del tipo externo cuando los iones sulfato se introducen al hormigón
desde el medio ambiente o del tipo interno debido a una liberación tardía de sulfatos desde los
agregados (generalmente contaminados con yeso), del clinker o del cemento con elevado contenido
de SC3 o en el caso de hormigones sometidos a curado a vapor u otro proceso que genere altas
temperaturas en hormigones muy jóvenes (formación de ettringita diferida).
La ettringita cristaliza asociada con 32 moléculas de agua (ecuación 7) que causan un incremento
del volumen de la pasta, que al encontrarse en estado endurecido produce una fisuración progresiva
con incremento de la porosidad y la consiguiente disminución de resistencia.
C3A.CaSO4.18 H2O + 2 Na2SO4 + 2 Ca(OH)2 + 12 H2O → C3A.3(CaSO4).32 H2O + 4
NaOH- (ecuación 7)
donde: C3A.CaSO4.18H2O: monosulfoaluminato (fase AFm)
C3A.3(CaSO4).32 H2O: ettringita o trisulfoaluminato de calcio (fase AFt)
Otro mecanismo de deterioro se produce con la formación de yeso como resultado del intercambio
químico entre los iones sulfatos provenientes del medio ambiente reemplazan a los (OH)- del
hidróxido de calcio formado durante la hidratación de la pasta cementicia como subproducto de la
formación de silicatos de calcio (SCH) (ecuación 8). Este mecanismo también es conocido como
ataque ácido de los sulfatos:
Na2SO4 + Ca(OH)2 + H2O → CaSO4.2H2O + 2{Na+ + (OH)-} (ecuación 8)
27

28. La formación de yeso produce el ablandamiento de la capa exterior del hormigón mientras que el
interior se mantiene cohesivo por lo cual, en general, sólo se manifiesta estéticamente con deterioro
en esquinas y bordes ya que la resistencia mecánica no se ve afectada.
También el ataque de sulfato de magnesio resulta de interés debido a su complejidad, resultando un
mecanismo diferente de ataque dependiendo fundamentalmente de la concentración de MgSO4:
a) si MgSO4 < 0,48 % → ataque dominado por la formación de ettringita
b) si 0,48 < MgSO4 < 0,75 % → ataque controlado por la formación de ettringita y yeso
c) si MgSO4 > 0,75 % → ataque severo sobre el SCH
En el caso del ataque severo, los iones sulfato reaccionan con los Ca2+ para formar yeso mientras
que una parte de los iones Mg2+ difunden hacia el interior reaccionando con el Ca(OH)2 formando
brucita (ecuación 9):
Ca(OH)2 + MgSO4 + H2O → Mg(OH)2 + CaSO4.2H2O (ecuación 9)
Más recientemente, se descubrió otro tipo de ataque por sulfatos que consiste en la formación de
thaumasita. En este caso el deterioro se produce en hormigones elaborados a partir de agregados
con alto contenido de carbonatos (calizas o dolomitas) o expuestos a atmósferas con altas
concentraciones de CO2. Adicionalmente esta reacción requiere de una acción frecuente o
permanente de elevada humedad y baja temperatura. En general se acepta que este deterioro es
relativamente rápido a temperaturas cercanas a los 5°C aunque se han reportado casos de deterioro a
temperaturas mayores.
En la reacción el SCH y el Ca(OH)2 de la pasta de cemento son transformados a yeso y thaumasita
debido a la acción conjunta de los sulfatos y carbonatos. Mientras los sulfatos reaccionan con el
Ca(OH)2 para formar yeso, la thaumasita se forma a partir de la descomposición de los compuestos
SCH en SiO2 que se combina con los iones carbonato y los iones sulfato de la solución (ecuación
10):
SCH + 3Ca(OH)2 + 2CaCO3 + 4MgSO4 + 28 H2O →
→ (Ca3Si(OH)6.CaSO4.CaCO3.15H2O) + 2 CaSO4.2H2O + Mg(OH)2 (ecuación 10)
c.6) Ataque por Magnesio
La presencia de bajas concentraciones de sales de magnesio en aguas subterráneas, de mar o
efluentes de aguas industriales en contacto directo con el hormigón tiende a formar brucita
(Mg(OH)2) que precipita en los poros y forma una suerte de película protectora. Sin embargo, una
alta concentración de sales de magnesio presenta una alta agresividad hacia el hormigón cuyo
mecanismo varía en función del tipo de sal. Mientras que el ataque producido por sulfato de
magnesio (MgSO4) ya fue desarrollado anteriormente como un caso especial de ataque por sulfatos,
el deterioro por MgCl2 es conocido como ataque puro por magnesio.
28

29. Este ataque produce la disolución del Ca(OH)2 y la precipitación de la brucita para luego afectar la
estabilidad del SCH a partir de la pérdida de alcalinidad provocando un debilitamiento de la pasta
que es acompañado por la formación de cloroaluminatos y, en el caso de soluciones muy
concentradas, oxicloruro de magnesio. Como consecuencia del ataque, la estructura de poros se
encontrará suficientemente afectada para acelerar el ataque hacia el interior del hormigón.
Ca(OH)2 + MgCl2 → Mg(OH)2↓ + CaCl2 (ecuación 11)
Conociendo que los cementos con adiciones activas presentan menor contenido de Ca(OH)2 ya sea
porque tienden a formar compuestos SCH mediante combinación con el Ca(OH)2 producido como
subproducto de la hidratación del clinker como es el caso de las puzolanas (efecto de combinación +
reemplazo) o a través de su poder hidraulizante intrínseco como la escoria granulada de alto horno
pero sin formación de cal (efecto del reemplazo), resulta que éstos –si bien presentan un mejor
comportamiento ante la mayor parte de los ataques del tipo químico- demostraron un menor
desempeño respecto de cementos del tipo CPN(ARS) debido a una menor cantidad de Ca(OH)2 para
disolver, lo que provocaría un ataque más rápido sobre los compuestos SCH.
c.7) Ataque por Agua de Mar
La concentración de sales en el agua de mar resulta muy variable de acuerdo a la localización
geográfica, sin embargo la constitución y proporción relativa de los compuestos resulta bastante
similar. En zonas frías y templadas la concentración resulta inferior a las zonas cálidas, siendo
especialmente alta la concentración salina en las costas bajas de alta evaporación[1]. Este efecto
puede observarse en la tabla C.4 donde se indican los valores de salinidad determinados en aguas de
dos puertos de la Provincia de Buenos Aires.
En la tabla C.5 se observa la concentración iónica media del Océano Atlántico cuyo contenido de
cloruros resulta muy alto, poniendo en serio riesgo las estructuras de hormigón armado expuestas al
ambiente marino debido a la difusión de cloruros en el hormigón y la consecuente aceleración de la
velocidad de corrosión de armaduras que se tratará más adelante.
El hormigón en contacto con agua de mar sufre un deterioro complejo que combina efectos
químicos y físicos. Los iones que se difunden en el hormigón atacan los productos de hidratación,
facilitan la reacción álcali-agregado, la cristalización de sales en la zona de mojado y secado, y la
corrosión de armaduras, mientras que también existen procesos puramente físicos como la erosión
de las olas y los objetos flotantes. Varios de estos procesos pueden ocurrir en forma simultánea
provocando un deterioro progresivo difícil de evitar una vez iniciado y/o de reparar.
En la figura N°20[9] se esquematiza el ataque producido por el agua de mar sobre un pilar de
hormigón armado, determinándose tres zonas. En la zona de marea existe el ataque combinado de
corrosión del acero debido al aumento de concentración de cloruros a través de los ciclos de mojado
y secado, por otra parte la cristalización de sales sumada a los gradientes térmicos tienden a fisurar
al hormigón. También se produce una erosión debido a la acción directa de las olas y de los sólidos
que flotan en ellas, sin olvidar el ataque por sulfatos que también se da en la zona sumergida. El
29

30. hormigón de la zona atmosférica resulta poco dañado en forma directa pero la difusión de cloruros
provoca la corrosión de las armaduras.
Tabla C.4: Salinidad y temperatura del agua marina en puertos de la Pcia. Buenos Aires,
Argentina[13].
Puerto Belgrano Puerto Mar del Plata
Año Mes
Salinidad [%] Salinidad [%] Salinidad [%]
n Agosto 3,40 3,42 8,0
n Diciembre 3,35 3,10 16,0
n+1 Abril 3,40 3,72 14,5
n+1 Agosto 3,42 3,60 11,5
n+1 Diciembre 3,25 3,60 17,0
n+2 Abril 3,39 3,52 18,0
Tabla C.5: Concentración iónica en el Océano Atlántico[13].
Iones Concentración Iónica [%]
Cl- 1,935
Na+ 1,076
SO42- 0,271
Mg2+ 0,129
Ca2+ 0,041
K+ 0,039
Otros 0,023
Total 3,514
30

31. Zona Atmosférica
1
2
3
Zona de Mareas
4
Zona Sumergida
1 Fisuración debida a corrosión del acero
2 Fisuración debido al congelamiento y deshielo, y a los
gradientes térmicos y de humedad normales
Ataque por sulfatos 3 Erosión física debido a la acción de las olas, arena,
Ataque por magnesio grava y otros objetos flotantes
Ataque de CO2
4 Reacción álcali-agregado y descomposición química de
la pasta hidratada
Figura N° 20: Esquema del ataque típico del agua de mar sobre un pilar semisumergido[9].
Fuente: E. F. Irassar, 2001. “Ataque Químico al Hormigón”. AATH – Durabilidad del Hormigón Estructura
A pesar de que se ha mencionado la presencia de una alta concentración de iones agresivos como
Mg2+ y SO42- la conjunción de éstos otros iones resultan menos agresivos que si los mismos
atacaran individualmente. Esto se debe fundamentalmente a la formación de cloroaluminato de
calcio -también conocido como sal de Friedel- (ecuación 12) y la cabonatación superficial debido a
la acción del CO2 disuelto en el agua (ecuación 13). Es por ello que los reglamentos modernos
prefieren caracterizar al agua de mar como un ambiente de ataque moderado y se muestra una cierta
tendencia de los expertos en especificar en estos ambientes el uso de cementos del tipo MRS
(moderada resistencia a los sulfatos) con 4% ≤ C3A ≤ 8% arriesgando a un cierto deterioro por
sulfatos pero favoreciendo la formación de sales de Friedel que tiendan a proteger al hormigón
respecto de la penetración de cloruros y, de esta manera, evitar un rápido deterioro por corrosión de
armaduras. También resultan muy efectivos ante este tipo de ataque los cementos con adiciones
activas como las puzolanas o escoria granulada de alto horno. En éste último caso se recomienda el
uso de CAH con altos contenido de escoria (en general mayores al 50 %) independientemente del
contenido de C3A que posee el clinker que lo compone.
C3A + CaCl2 + 10H2O → C3A.CaCl2.10H2O (ecuación 12)
donde: C3A: aluminato tricálcico (producto de hidratación de la pasta cementicia)
31

32. C3A.CaCl2.10H2O: cloroaluminato o sal de Friedel
Ca(OH)2 + HCO3- + H+ → CaCO3 + 2H2O (ecuación 13)
donde: Ca(OH)2: hidróxido de calcio (subproducto de hidratación de la pasta de cemento)
CaCO3: carbonato de calcio (carbonatación)
c.8) Ataque por Carbonatación
Anteriormente se explicó el ataque por ácido carbónico y otros procesos de carbonatación
producidos a través del contacto del hormigón con diferentes compuestos que ingresan a la masa a
través del agua de contacto. Aquí se presenta el caso donde el hormigón se carbonata
superficialmente por acción del CO2 atmosférico sobre el hidróxido de calcio producido como
subproducto de hidratación del cemento pórtland[11] (ecuación 14).
Ca(OH )2+ CO2 → CaCO3 + H2O (ecuación 14)
La carbonatación superficial del hormigón produce una contracción volumétrica del hormigón que
generalmente produce algunos efectos beneficiosos, como el aumento de la resistencia y dureza
superficial del hormigón. Sin embargo, este proceso también genera una importante disminución del
pH que, de generalizarse en el espesor del recubrimiento, tiende a despacivar las armaduras.
La velocidad de penetración del proceso de carbonatación en el hormigón depende de la facilidad
de ingreso de CO2, por lo tanto hormigones densos y bien curados presentan una menor velocidad
de penetración. Otro factor decisivo en este aspecto es la temperatura y la presencia de humedad en
el ambiente. En la figura N°21 puede observarse como hormigones sometidos a ambientes secos
con HR < 20% presentan un grado de carbonatación relativamente bajo en forma similar a lo que
sucede en ambientes húmedos con HR > 80% donde el agua contenida en los poros y capilares del
hormigón dificultan el ingreso del CO2, sin embargo los ambientes intermedios con 25% < HR <
75% presentan mayor velocidad de penetración.
32

33. 100
Grado de Carbonatación [%]
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100
Humedad Relativa del Aire [%]
Figura N° 21: Grado de cabonatación del hormigón en función de la HR atmosférico de
exposición[14].
Fuente: E. Becker, 2003. Seminario “Durabilidad del Hormigón”.
También la carbonatación temprana puede provocar superficies porosas y poco resistentes, siendo
típico el caso de empolvamiento[6] provocado en losas de piso por efecto la exposición del
hormigón fresco o muy joven a atmósferas ricas en CO2 como es el caso de algunos ambientes
industriales poco ventilados o el uso de salamandras o calefactores de tiro directo en ambientes
cerrados.
d) CORROSIÓN DE ARMADURAS Y OTROS METALES EMBEBIDOS EN EL
HORMIGÓN
En un medio acuoso, la corrosión metálica es un proceso del tipo electroquímico[15] que supone la
existencia de una reacción de oxidación y otra de reducción debido a la circulación de iones a través
de un electrolito (pila electroquímica). Sobre la superficie del metal se generan dos zonas donde en
el ánodo se producirá la oxidación:
Me → Me+n + ne-
liberándose electrones, que emigran a través del metal hacia otro lugar donde producen la reducción
de los iones hidrógeno en medios ácidos presentes en el electrolito:
2 H+ + 2 e- → H
mientras que el oxígeno disuelto en el agua en medios alcalinos y neutros para formar oxihidrilos:
2 O2 + 4 e- → 4 OH-
33

34. Entonces la corrosión a través del metal y del electrolito entre el ánodo y el cátodo es un circuito
cerrado que no puede funcionar si se interrumpe en algún punto lo que generaría la detención del
proceso de corrosión.
O2 O2 O2 O2 O2
Ánodo: Fe → Fe2+ + 2 e-
Cátodo: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
Óxidos
Figura N° 22: Oxidación del hormigón por formación de una pila[15].
Fuente: C. Andrade, 1988. “Manual Inspección de Obras Dañadas por Corrosión de Armaduras”.
No todos los metales presentan la misma tendencia a oxidarse, incluso los denominados metales
nobles conservan indefiniblemente su forma elemental[15]. En la tabla d.1 se presenta la llamada
“serie electroquímica de los metales” que los ordena de acuerdo a su tendencia a oxidarse tomando
como cero arbitrario la oxidación de hidrógeno a protón[15].
El proceso de corrosión en un medio acuoso se produce como producto de las reacciones de equilibrio de los iones en
disolución, es decir que al depender en forma directa o indirecta de los iones del agua, su velocidad depende del pH del
medio. En la figura N°23 se indica el diagrama simplificado de Pourbaix que establece las condiciones de pH y
potencial en las que el metal se corroe, pasiva o permanece inmune. Mientras que en el estado de “inmunidad” el metal
no se oxida debido a la ausencia de condiciones termodinámicas que favorezcan el proceso, en el estado de “pasividad”
el metal se recubre de una fina capa de óxido que actúa como barrera, impidiendo la oxidación en profundidad.
34

35. Tabla d.1: Potenciales normales de electrodo[15].
Activo
Ca+2 + 2 e- Ca -2,76 V
Mg+2 + 2 e- Mg -2,34 V
Al+3 + 3 e- Al -1,67 V
Zn+2 + 2 e- Zn -0,76 V
Fe+2 + 2 e- Fe -0,44 V
Sn+2 + 2 e- Sn -0,14 V
Pb+2 + 2 e- Pb -0,13 V
2 H+ + 2 e- H2 ±0,00 V
Cu+2 + 2 e- Cu +0,34 V
Ag+ + e- Ag +0,80 V
Hg+2 + 2 e- Hg +0,85 V
Au+3 + 3 e- Au +1,50 V
Noble
Adicionalmente al pH, la velocidad de corrosión depende de la naturaleza del electrolito, el
contenido de oxígeno y la resistividad del medio. Las formas que puede adoptar la corrosión son
diversas y se suelen clasificar por el tamaño del área afectada, siendo los tipos más frecuentes la
generalizada, la localizada, por picaduras y la fisurante que se esquematizan en la figura N°24.
En general, las armaduras embebidas en el hormigón sufren de corrosión generalizada debido a una
disminución del pH del medio, siendo la causa más frecuente la carbonatación del hormigón de
recubrimiento, mientras que la corrosión localizada por picaduras se debe a la acción de iones
+2,0
+1,6
+1,2 b
+0,8
+0,4
E [V]
0,0 a pasivación
corrosión
-0,4
-0,8
corrosión
-1,2
inmunidad
-1,6
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
pH
35

36. despasivantes (generalmente cloruros aunque también los sulfatos y sulfuros) y el agrietamiento
resulta típico de las armaduras altamente tensionadas.
Figura N° 23: Diagrama simplificado de Pourbaix para el Fe a 25°C[15].
Fuente: C. Andrade, 1988. “Manual Inspección de Obras Dañadas por Corrosión de Armaduras”.
Vista en Planta Vista en Corte
Corrosión
Uniforme
Corrosión
Generalizada
Irregular
Corrosión
Localizada
Formación
de Picaduras
Agrietamiento
Figura N° 24: Esquema de la morfología de la corrosión[15].
Fuente: C. Andrade, 1988. “Manual Inspección de Obras Dañadas por Corrosión de Armaduras”.
La corrosión de armaduras ha sido identificada desde hace varias décadas como la causa más frecuente de deterioro de
las estructuras de hormigón armado, es por ello que desde allí se han propuesto varios modelos de predicción. Sin dudas
el modelo más conocido es el modelo simplificado de Tuutti, indicado en la figura N°25, que propone un grado de
deterioro en función del tiempo, donde durante un cierto tiempo denominado de iniciación no se observa deterioro pero
a partir de este punto éste es progresivo. A pesar de su alta difusión, este modelo es puramente cualitativo por lo que su
utilidad, por el momento, resulta sólo a los fines didácticos. La penetración de cloruros y el grado de carbonatación del
hormigón de recubrimiento actúan como factores desencadenantes durante el período de iniciación, mientras que la
presencia de oxígeno, temperatura y humedad actúan como factores acelerantes.
36