Home de paraula

Benvolguda Cristina, al cafè científic del 16 de març va quedar pendent dues qüestions sobre la corrosió de l’armat de les estructures de formigó armat i l’aluminosi. De la consulta al meu fill Joaquim Castelo (enginyer de camins, canals i ports) uns dono les respostes.

Resposta a la corrosió de les armadures

L’acer es corroeix. Sempre intervé l’aigua. Per tant, és molt important la permeabilitat i l’alcalinitat del medi on es trobi. El formigó, és un medi alcalí i és un sòlid porós. L’únic element que protegeix les armadures de les accions exteriors és el formigó.

El ciment aïlla a l’acer de l’armat de l’oxigen de l’aire i de la humitat. El ciment és alcalí, de manera que l’acer es troba en un ambient no corrosiu com seria un ambient àcid.

Aquest aïllament en front de l’aigua no és suficient en el cas de preses i estructures marines ja que la pròpia pressió constant de l’aigua fa que aquesta penetri i corroeixi l’acer de l’armat. És per aixó que aquestes estructures (preses i esculleres) son de formigó sense armar.

Quines passes se segueixen en dissenyar estructures?

Primer cal definir quin tipus de condicions externes tens. Pot ser un formigó per alta muntanya, per un dipòsit d’aigua, per una presa, per un pont en una zona minera amb mines de sal, una estructura subterrània a la costa, un habitatge en un ambient amb precipitacions altes, etc.

Els enginyers de camins segueixen aquestes línies d’actuació pel seu disseny:

Cal decidir la vida útil de l’estructura. Com a idea:

– Estructura temporal: 3-10 anys

– Edificis industrials: 15-50 anys

– Edificis d’habitatges o oficines i estructures amb repercussió econòmica baixa o mitjana: 50 anys

– En general els ponts, estructures amb repercussió econòmica alta i edificis de caràcter monumental: 100 anys

També es defineixen les propietats mínimes que haurà de tenir el formigó per limitar la seva permeabilitat a les necessitats específiques de la obra. Els factors que es poden limitar per aconseguir-ho són: tipus de ciment, relació aigua/ciment de la barreja, contingut de ciment i resistència.

S’estableixen uns recobriments mínims de l’armadura d’acer. Per exemple 3 cm. Això vol dir que l’acer està envoltat sempre per, com a mínim, 3 cm de formigó. Aquests recobriments van des de 1,5 cm per estructures prefabricades en medis poc agressius i 50 anys de vida útil, fins a més de 8 cm en estructures en ambients molts abrasius, químicament actius i amb vida útil de 100 anys. Fer càlculs adequats per limitar l’aparició de fissures que permetin l’entrada d’aigua i oxigen.

Qualsevol obra té una vida útil determinada. No es pot construir “per sempre”. Les famoses obres romanes que sempre es posen com a exemple han estat reformades força vegades, no suporten les càrregues estàtiques i dinàmiques que es requereix a les estructures d’avui i no tenien els condicionants d’eficiència que es reclama a una estructura moderna. A part de que sols han arribat a dia d’avui un petitíssim percentatge de les que es van construir.

Només com a número a tenir al cap: un 30-40% del total dels recursos de la construcció es dediquen a reparació i manteniment.

Resposta a la

Aluminosi

L’aluminosi és un problema que apareix quan és fa servir un ciment amb alta concentració d’alúmina. L’alúmina fa que el ciment prengui més apressa per la fabricació de les biguetes dels edificis. Amb el pas del temps aquest ciment aluminós es fa més porós i menys resistent.

Va començar a utilitzar-se a començaments del segle XX. La seva composició conté un 40-50% d’aluminat monocàlcic i és important entendre perquè va ser tan utilitzat i perquè es segueix utilitzant (tot i que ara coneixent les seves propietats i limitacions).

Presenta diversos avantatges respecte el formigó amb ciments convencionals:

– És resistent als sulfats i a diverses accions químiques, sobretot els atacs àcids. Per tant, és molt més resistent a l’aigua marina. És molt útil pels ports.

– Manté les prestacions mecàniques a altes temperatures

– Desenvolupa molt ràpidament la seva resistència, fins i tot en temps fred. Molt ràpid vol dir que té el 80% de la seva resistència característica en 6-8 hores.

Aquesta última propietat és la que les empreses de biguetes prefabricades per edificació van aprofitar per poder instal·lar els seus productes poc després de la seva fabricació. Podien formigonar en bancades de prefabricació, desencofrar ràpidament i enviar les bigues a obra. Això, evidentment, reduïa costos d’emmagatzematge, producció, etc. Els formigons normals triguen 28 dies en desenvolupar la seva resistència característica.

La diferència que els ha fet “famosos” és que no es coneixia el seu comportament diferit (a llarg termini) i es considerava que actuaria com un formigó normal, on la seva resistència augmenta lleugerament amb la edat (tot i que a un ritme molt lent). El formigó amb ciment aluminós, degut a les reaccions internes del formigó té tendència a perdre aigua, per tant, a augmentar la seva porositat (reacció lenta que depèn de la temperatura). Al augmentar la porositat el formigó perd resistència. És per aquesta pèrdua de resistència que molts habitatges presentaven deformacions importants visibles a ull nu.

Perquè no col·lapsaven les estructures tot i estar tan deformades?

Bàsicament per quatre raons:

– Eren formigons pretensats. Els acers que es fan servir per pretensar són d’alta tenacitat, amb resistències molt elevades i que permeten elongacions molt importants

– Qualsevol estructura té un coeficient de seguretat mínim superior a 2

– Donades les altes prestacions dels cables de pretensat i les tensions que se’ls dona normalment es fan servir formigons més resistents “del necessari”, que tenen altes resistències “sols” per aguantar les compressions inicials

– La pèrdua de resistència d’un formigó amb ciment aluminós no és, ni molt menys, total

Avui dia, per evitar patologies, es limita la relació aigua/ciment d’aquest formigons i el contingut i resistència mínims dels ciments utilitzats.

Cordialment, Javier Castelo, Grup de Física de les Radiacions, Departament de Física (UAB)

Física i Química, tercer cafè científic de l’hivern(21/03/2011)

apostil·la: Radioactivitat natural (24/03/2011)

Fotos: Presa de Talarn i port de Barcelona, Wikimedia commons