Estudia IMT durabilidad del concreto en México

Por Israel Pérez Valencia

Santiago de Querétaro, Querétaro. 22 de abril de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- La durabilidad de los materiales de construcción es un tema que no se ha abordado en México desde una perspectiva integral, principalmente por la falta de información actualizada o el desarrollo de líneas de investigación. 

Por ello, el Instituto Mexicano del Transporte (IMT) participa activamente en la asesoría, difusión, redacción de normas, así como desarrollo de investigación, enfocados en promover en las constructoras del país, cementeras e instituciones educativas el reconocimiento de la durabilidad de estos materiales y su importancia en las construcciones de todo el país.

En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el profesor investigador del IMT especialista en materiales de construcción, Andrés Antonio Torres Acosta, aseguró que existen líneas de investigación orientadas a analizar la durabilidad del concreto, temática que no se ha abordado en el entorno de la construcción debido a ideas que se han establecido con el paso de los años, tanto en las empresas como en los profesionales de la ingeniería civil y arquitectura.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿A qué se debe que el tema de la durabilidad del concreto en la construcción no es un tema muy abordado en México?

Andrés Antonio Torres Acosta (AATA): Es casi una tradición en la ingeniería civil y la arquitectura ver el concreto como un material inerte, como una piedra artificial que no reaccionaba químicamente con casi nada, y se tomaba como referencia la durabilidad de las pirámides mayas o mexicas. Pero existe el inconveniente de que esas pirámides no llevaban acero, que es el que se corroe y se degrada.

El concreto también sufre degradación, químicamente hablando, pero el proceso es más conocido y por ello se han modificado los cementos a principios del siglo pasado, para disminuir este tipo de degradación.

Actualmente se diseñan estructuras y se construyen con concreto considerando únicamente la resistencia mecánica, interesándole al diseñador muy poco los procesos químicos que podrían suceder dentro de este material.

El concreto es un material que, por el propio cemento, aglutina la arena y grava reaccionando con el agua, lo que forma productos de hidratación base cal-sílice-agua que pueden reaccionar con sustancias químicas, las cuales pueden penetrar en el concreto porque es poroso. Si fuera un material impermeable no habría problema, pero los concretos que estamos acostumbrados a fabricar y utilizar en nuestro país tienen una muy alta porosidad.

Un concreto estructural, aquí en México, tiene una resistencia mecánica de 25 megapascales (MPa), que son concretos con una relación agua-cemento de entre 0.7 y 0.8, es decir, casi la misma cantidad de cemento es de agua. Esto genera un concreto muy poroso, en el orden de 30 por ciento de vacíos dentro de la masa del material. Con un material así y las condiciones climatológicas de nuestro país, es más fácil que penetren agentes químicos agresivos.

AIC: ¿Qué tipo de agentes agresivos afectan el concreto?

AATA: En el caso de estructuras de concreto, en zonas urbanas, están el agua, oxígeno, dióxido de carbono (CO₂); hablando de estructuras en zonas industriales es el agua, oxígeno, dióxido de carbono y el dióxido de azufre (SO₂). En las zonas marinas, sería el cloruro (Cl-), que no afecta el concreto en particular pero sí el acero. Con este concreto tan poroso llega a corroerlo cambiando su estado de metal a un óxido, este óxido genera expansiones dentro del concreto afectándolo por las grietas que generan estas expansiones internas. Se pueden observar también manchas de óxido en las losas, muros, trabes, columnas de una estructura afectada por corrosión del acero de refuerzo.

Con el tiempo, si no se reparan los elementos dañados, los agrietamientos se van haciendo mayores hasta que se caen a pedazos los recubrimientos de concreto, que en estructuras normales es de dos o tres centímetros. Por eso se les pide a las constructoras que en zonas marinas las estructuras deban tener recubrimientos de cinco centímetros como mínimo, para que el cloruro tarde más en penetrar.

AIC: ¿Cuáles son los factores por lo que estos concretos tienen esa porosidad que menciona?

AATA: El concreto que se suele hacer en México es muy poroso porque usan relaciones de agua cemento muy altas, más que nada por desconocimiento de estos factores. Los que investigamos este tema lo hemos difundido sobre todo a nivel universitario, para que los estudiantes adquieran esa experiencia. También hemos trabajado con empresas y en construcciones para asesorarlos, principalmente en lo que se refiere a la durabilidad mejorando las mezclas de concreto y aumentar los recubrimientos de concreto que deben de tener las estructuras.

También hemos observado que se han modificado mucho los cementos mexicanos, principalmente por la cuestión de la emisión de dióxido de carbono y la disminución de costos de producción. Ante esto les hacemos la aclaración que, si lo que se pretende es bajar las emisiones de CO₂ al ambiente para disminuir el efecto invernadero, hay que hacer un mejor concreto, porque si se rebaja su calidad poniéndole otras cosas, efectivamente se reduce la huella de carbono, pero en 10 o 20 años se tendrá que emplear más cemento para reparar esas construcciones porque pueden iniciar su proceso de corrosión más temprano.

Otra de las recomendaciones que hacemos a las empresas, hablando de durabilidad, es que utilicen pruebas de resistividad eléctrica húmeda del concreto. Existe una técnica de resistividad eléctrica húmeda del concreto para determinar indirectamente su porosidad, porque si existen pocos poros, los iones no pueden migrar, por lo que el material es resistivo eléctricamente. Con un equipo se introduce una carga eléctrica para que los iones se vayan de un lado a otro; si hay mucha resistencia eléctrica quiere decir que hay poca porosidad.

AIC: ¿Cómo se ha desarrollado la investigación hablando de estos materiales?

AATA: En los últimos tres años, el doctor Pedro Castro Borges, del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Mérida, creó un proyecto apoyado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) para una nueva normativa de durabilidad mexicana.

Utilizó los resultados de varios proyectos de grupos de investigadores mexicanos, como el caso de DURACON, que definieron criterios de durabilidad a través de pruebas de laboratorio y mediciones; así como la durabilidad de los concretos y el pronóstico de su vida útil y el diseño de mezclas de concreto idóneas para ser usadas en nuestros ambientes.

De este proyecto de normas, varias de ellas ya están vigentes y están en el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación (ONNCCE), que es una asociación civil que engloba a empresas y universidades para crear las normativas de construcción.

Hace dos años empezamos con siete proyectos de normas de durabilidad, de los cuales cinco ya están vigentes; uno de ellos es la norma de resistividad eléctrica húmeda. Ya tenemos las bases para solicitar que ya no se enfoquen las empresas a la resistencia mecánica sino a la resistividad eléctrica, si lo que se pretende es construir estructuras durables. En el IMT hemos apoyado también puertos en supervisión de construcción con concretos durables, ahí pedimos que se sigan algunas de estas normas.

AIC: ¿En qué consistieron estos trabajos de supervisión?

AATA: Uno de ellos fue con la Administración Portuaria Integral (API) en Progreso, Yucatán. En el 2013 autorizaron la construcción de un viaducto de dos kilómetros dentro del mar para reemplazar el ya existente. Desde que se autorizó el proyecto, se nos llamó por parte de la dirección de la API Progreso para supervisar desde el proyecto mismo y después su construcción.

Tuve la oportunidad de apoyarles en lo referente a los tipos de concreto que se iban a utilizar, especificaciones de la construcción respecto a recubrimientos y la cantidad de acero. En agosto de 2013, se terminó el proyecto ejecutivo para la construcción de esta importante estructura de concreto, es de las únicas obras que se conocen en México que se construyeron con criterios de durabilidad. Se inició su construcción a fines de 2013 y principios de 2014.

Nosotros, incluso antes de iniciada la obra, apoyamos en definir las mezclas de concreto para usarse en esa estructura. Hicimos pruebas de concreto con los cementos que habíamos exigido, como el cemento Portland ordinario (CPO), porque sabemos que tiene 85 por ciento de clínker, que es la base del cemento, en vez de los cementos Portland compuestos (CPC), que son aquellos que pueden tener entre 60 y 85 por ciento de clínker y nada más, el resto son adiciones diversas.

El clínker es el producto del cemento que genera el CO₂ en el ambiente, que es el que debe reducir su producción por el efecto invernadero. El problema es que le aplican materiales de relleno que disminuyen costos de la fabricación de estos CPC, pero que merman la durabilidad del concreto final. Con empresas que suministraron los aditivos químicos de la construcción de esta obra, se hicieron las primeras mezclas en donde se midió resistividad.

La obra se terminará entre abril y mayo de 2017, y se abrirá al paso de vehículos pesados. Es un puente que se diseñó para que todo el transporte de carga pesada pase por ahí, porque se pretende reemplazar el puente que fue construido entre 1936 y 1941.

AIC: ¿Cómo duró tanto tiempo ese puente dados los factores de durabilidad que mencionaba?

AATA: Esa es una anécdota muy interesante porque ese viaducto es una de las primeras obras durables en México. La Secretaría de Asentamientos Humanos y Obras Públicas del gobierno del entonces presidente Lázaro Cárdenas solicitó que la constructora que lo hiciera emitiera una póliza de garantía de 100 años de que la obra no tendría problemas de corrosión.

Al final, la licitación la obtuvo una empresa danesa que hizo una estructura que no tenía acero; hicieron unas pilas enormes de tres metros de diámetro de concreto, unos cabezales que unieran esas dos pilas de dos metros y medio por tres de peralte y arcos de 45 centímetros de espesor separados cada 12 metros. El único acero que colocaron fue en los cabezales o vigas y fue acero inoxidable. Es la primera estructura en el mundo hecha con acero inoxidable y está aquí en México.

Esa fue la razón por la que ha sido durable ese viejo viaducto de arcos. Nosotros empezamos a hacerle inspecciones en el 2001; dos años después, cuando nos dieron los recursos para la inspección del API Progreso, con el Cinvestav Mérida detectamos muchas grietas pero por carga, no por corrosión, en una estructura tipo puente que ya tenía, en ese momento, casi 80 años de edad.

Ese viaducto viejo, que sirvió como puente, no se va a demoler por cuestiones de ser patrimonio construido, reforzamos solo los arcos que presentaron grietas estructurales con fibra de carbono al principio, luego se reforzaron todos los arcos para evitar fallas inesperadas. Este fue también un proyecto del IMT con la colaboración del Cinvestav Mérida. 

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