Procesos de degradación del cemento aluminoso fundido

C. Andrade, S. Goñi, J.L. Sagrera y C. Alonso

Introducción

En contra de lo que se viene afirmando en la prensa y artículos publicados recientemente, no es la conversión de los aluminatos hexagonales en cúbicos lo que provoca el colapso de las estructuras de cemento aluminoso. Como luego se explicará, esta transformación puede afectar a la porosidad y resistencia mecánica del hormigón, pero mientras las armaduras permanezcan intactas la estructura no colapsará. Es realmente la posterior corrosión de las armaduras provocada por la carbonatación de las fases cúbicas la que favorece los accidentes. Mientras no haya carbonatación y luego humedad que permita la corrosión de las armaduras, no hay riesgo de accidentes inesperados.

Por tanto, le evaluación del estado de las armaduras y su grado de corrosión es el complemento imprescindible de toda inspección sobre estructuras, en las que se sospeche que estén realizadas con cemento aluminoso...

El cemento aluminoso fundido

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Causas fundamentales de la degradación

... su empleo en construcciones está severamente restringido debido fundamentalmente a la pérdida de resistencia que, con el tiempo, el material hidratado experimenta en ciertas condiciones medioambientales.

Muchos autores han estudiado las causas de esta pérdida de resistencia , con un acuerdo generalizado en que la razón fundamental es la conversión de las fases hidratadas hexagonales en las cúbicas [...] las moléculas de agua liberadas [...] se incorporan en los espacios disponibles (poros) o bien los crea. Por otra parte, se produce una contracción en volumen de los nuevos sólidos obtenidos lo que puede afectar a la adherencia acero-hormigón. Todo esto produce un aumento de la porosidad que es la causa de la dramática disminución de resistencia y durabilidad del material.

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Carbonatación del cemento aluminoso

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Es precisamente la carbonatación [...] la que provoca la corrosión de las armaduras y , por lo tanto, la que produce finalmente los daños de grietas e incluso el colapso de la estructura, cuando la pérdida de sección de las armaduras alcanza un valor crítico.

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Corrosión de armaduras

... en contra de muchas de las opiniones vertidas en medios de comunicación y artículos de divulgación aparecidos desde que se registró el accidente del Turó de la Peira, las armaduras no se corroen por la conversión típica que sufre el cemento aluminoso [...] La corrosión de las armaduras aparece cuando el hormigón de cemento aluminoso se carbonata, de la misma forma que se corroen cuando se carbonata el homigón de cemento portland.

Carbonatación del cemento aluminoso

... la carbonatación es un fenómeno que supone la reacción del dióxido de carbono del aire con las materias alcalinas del cemento. En el caso del cemento Portland, reaccionan principalmente los hidróxidos cálcicos, sódico y potásico que formen la fase acuosa contenida en los poros. En el caso del cemento aluminoso, no hay prácticamente hidróxido cálcico, sino que la alcalinidad la aporta el hidróxido de aluminio, mucho más débil y fácilmente carbonatable. La reducción del pH que va asociada a la carbonatación es mucho más rápida y fácil en el caso del cemento aluminoso...

Una vez que los aluminatos se han transformado en la variedad cúbica, el hormigón resulta mucho más poroso y accesible a una rápida carbonatación, lo que produce el descenso del pH y por lo tanto facilita la corrosión de las armaduras.

Vida residual de estructuras de cemento aluminoso

La vida residual de las estructuras de cemento aluminoso va a depender tanto de la resistencia mecánica residual del propio hormigón, como de la sección que conserven sus armaduras y del grado de fisuración que pueda afectar a la adherencia acero-hormigón.

Una estructura real fabricada con cemento aluminoso puede encontrarse en la actualidad en alguno de todos los estados mencionados en función de las condiciones de humedad y temperatura a la que haya sido sometida.

Así, es posible que haya estructuras que conservadas en los interiores de los edificios estén incluso carbonatadas, pero sus armaduras no hayan sufrido una pérdida de sección significativa, por no haber humedad que haya facilitado corrosiones elevadas. También puede haber otros elementos estructurales, que debido a que se hayan conservado permanentemente húmedos no hayan sufrido ninguna carbonatación, y por lo tanto pueden conservar sus armaduras sin corrosión notable.

Dadas las elevadas resistencias mecánicas que suele alcanzar el hormigón de cemento aluminoso, las pérdidas debidas a la conversión y posterior carbonatación, generalmente no son muy significativas desde un punto de vista estructural, a no ser que el hormigón de partida hubiera sido de muy mala calidad, circunstancia en la que la degradación produce un "aterronamiento" y descohexión de todo el material.

En hormigón de buena calidad, es la pérdida de sección de la armadura la que realmente puede provocar las roturas bruscas y en el caso de las viguetas colapsos. Es curioso que estos colapsos aparezcan muchas veces durante la noche, pero es precisamente al bajar las temperaturas cuando se producen condensaciones y se activa la corrosión.

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Inspección de obras de cemento aluminoso

Una inspección detallada que abarque todos los extremos resulta, en general, muy costosa, lenta y debe ser realizada por personas que conozcan bien el problema o hayan sido preparadas especialmente para efectuar estas inspecciones con rigor.

En cambio, una inspección menos meticulosa y aceptando un cierto riesgo se error es mucho más accesible en las circunstancias actuales y podrá ser acometida por muchos profesionales con la titulación y preparación adecuadas para ello. Las fases de una inspección constarían de:

1. La primera necesidad está en identificar si el cemento utilizado en una estructura ha sido aluminoso. Esta identificación se puede efectuar con distinto grado de exactitud de las siguientes formas:
   • Por el color (el hormigón de cemento aluminoso en España es de color ocre o marrón chocolate o pardo muy oscuro, muy diferente de la gama de grises de los cementos portland ). Pueden dar lugar a error los áridos empleados, que alteran el color en una u otra manera y enmascaran la identificación.
   • Mediante un ensayo cualitativo de identificación de aluminio, a partir de reactivos adecuados...
   • Mediante análisis químico elemental para cuantificar la proporción de aluminio y calcio...
   • Mediante difracción de Rayos X, o espectroscopía de infrarrojos análisis térmico diferencial, es posible, asimismo, identificar las fases contenidas en una muestra de composición desconocida. Estas técnicas permiten también identificar el grado de transformación sufrido por las fases hexagonales y valorar, por lo tanto, el grado de degradación que han sufrido.
2. Una vez identificado el tipo de cemento hay que proceder a intentar evaluar la seguridad residual de la estructura. Esta evaluación no es posible hacerla de manera rigurosa con los conocimientos que se poseen en la actualidad. Sólo parece posible dos niveles de evaluación:
   • Uno cualitativo, que estará basado en la simple observación visual: detección de grietas o fisuras paralelas a las armaduras (señal de posible corrosión de ellas), deformaciones o flechas excesivas, signos de óxido en el exterior, etc. Asimismo, se debe hacer uso del método de la fenolftaleína para detectar la existencia de carbonatación, así como se debe acceder a la observación directa visual de la armadura para tratar de comprobar la presencia de óxido y la pérdida de sección.
   • Otro semicuantitativo, en el que se puede proceder a medir in-situ la velocidad de corrosión. Esta medida es sólo posible efectuarla con un "medidor de velocidad de corrosión" capaz de ser aplicado en obra... Una vez conocida la pérdida de sección y la velocidad de corrosión es posible hacer predicciones de vida residual...

Con todos estos elementos, un profesional especializado puede tratar de prever el tiempo residual en el que la estructura es segura, es decir en el que no hay un riesgo razonable de colapso.

Consideraciones finales

Una vez conocido el estado real de viviendas o estructuras fabricadas con cemento aluminoso ¿qué hacer? La opinión de los autores es que hay que proceder a un refuerzo, reparación o demolición planificada en el tiempo de todas estas estructuras, ya que a la larga, las que ahora están bien, terminarán degradándose como las que ya han presentado síntomas de deterioro.

Sin duda ésta es una cuestión muy difícil por todas las implicaciones sociales, económicas y humanas que presenta. Pero es opinión de los autores que la voz del técnico debe ser clara: la estructura de cemento aluminoso que ahora esté en buenas condiciones es muy probable que en 10-20-30 años presente riesgo razonable de un accidente...

Se quieren aprovechar las presentes circunstancias para añadir que estos daños por corrosión de armaduras que se han detectado en el caso del cemento aluminoso , también podrán afectar a estructuras similares con cemento portland, sobre todo si el hormigón es de mala calidad, ya que la carbonatación y posterior corrosión de las armaduras también les afectará a ellas.

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