Características químicas de los suelos y las aguas en el terreno. Agresividad.

Tema 6: Descriptores geotécnicos: características químicas

6.1.      Introducción

Como ya ha sido comentado en capítulos anteriores, un suelo es un agregado de partículas procedentes de la alteración de las rocas que conforman la zona externa de la corteza terrestre, y en su caso, de su transporte y sedimentación más allá de la zona en la que dichas rocas se haya degradado.

A la escala temporal que concierne a las obras de ingeniería y arquitectura, las rocas presentan en términos generales una estabilidad química notable, y salvo algunas excepciones, puede afirmarse que sus compuestos minerales difícilmente interaccionan con los materiales que forman dichas obras, por lo que es adecuado estimar de igual forma que se trata de un elemento inerte.

En el caso de los suelos puede no ocurrir otro tanto. Algunas de las fases minerales que forman parte de los suelos no manifiestan reactividad química (el silicio, el carbonato cálcico o magnésico, las trazas de elementos metálicos), sin embargo otras son susceptibles de reaccionar tanto con los agentes externos (agua, aire) como con los materiales que forman parte de la construcción en contacto con el terreno (cemento, polímeros o materiales cerámicos por ejemplo.)

Los compuestos que muestran un mayor riesgo de interacción química son las sales. Recordemos que una sal es un compuesto químico formado básicamente por un catión y un anión, producto de la reacción entre una base y un ácido. De entre las sales, las que pueden mostrar un grado de reactividad más alto son aquellas que presentan un producto de solubilidad alto (las más solubles), dado que al disociarse con mayor facilidad los iones constituyentes de la misma en medio acuoso, liberan cationes y aniones, que pueden interaccionar con los materiales de la obra.

Sin pretender que el presente texto aborde exhaustivamente todos los aspectos de la alterabilidad de materiales provocados por ataque químico en relación con el terreno, se comentan en los siguientes capítulos aquellos procesos que, de forma específica, se contemplan en las normativas vigentes, y especialmente en la normativa relativa al hormigón estructural.

6.2.      Sulfatos en suelos y aguas

Los compuestos químicos presentes en los suelos que pueden causar un daño más significativo al hormigón son los sulfatos, bien de Sodio, Potasio, Magnesio o Calcio (en suelos contaminados por labores agrícolas debe considerarse también la presencia de sulfato amónico), mientras que en las aguas los más habituales son los Sulfatos sódicos o magnésicos.

El ataque por sulfatos hacia el cemento que forma parte del hormigón provoca la pérdida de su resistencia mecánica, a causa de la reacción entre estas sales y el aluminato tricálcico hidratado del cemento. Esta reacción da lugar a Ettringita, causando una modificación molecular que implica un gran aumento de volumen. Este aumento de volumen en el cemento comporta una fisuración del mismo, favoreciendo ulteriores entradas de sales disueltas en el agua que multiplican el proceso, que finalmente y en el caso extremo concluye con la desagregación total del hormigón.

Si bien la gravedad del ataque por sulfatos hacia el hormigón depende también de otros factores (pH, temperatura, presencia de otras sales en el medio) la actual normativa sobre el hormigón estructural (EHE) diferencia tres ambientes en función de la agresividad y con respecto a la presencia de sulfatos, bien en suelos o en agua:

 image100 Definición del tipo de exposición en función de los diversos parámetros químicos del terreno y las aguas (DB SE-C) 

6.3.      Acidez en suelos y aguas

El grado de alcalinidad / acidez del terreno es también un parámetro a tener en consideración en la definición del tipo de exposición que el proyecto debe considerar para los elementos estructurales de hormigón en contacto con el suelo. 

Debe reconocerse, no obstante, que solamente los suelos con un contenido en materia orgánica coloidal muy alto, el grado de acidez es tal que pueden considerarse susceptibles de generar un ataque al hormigón, y que en cualquier caso se trata de un ataque débil.

La valoración del grado de acidez del terreno no se realiza en función del pH, si no de la acidez Baumann – Gully, ensayo introducido en las instrucciones europeas del hormigón estructural a partir de las normas alemanas.

Para el caso de las aguas, en cambio, sí se considera el pH como el indicador de acidez de referencia. Si bien la presencia de aguas de origen natural con valores de acidez inferiores a 5 resulta extraña, no es extraño que en entornos industriales y en presencia de focos de contaminación química las aguas del terreno puedan presentar valores anómalos del pH.

Las aguas con un pH ácido tienen mayor poder de disolución del hidróxido cálcico del cemento, causando una pérdida de masa del hormigón y una disminución de su resistencia. 

6.4.      Otros iones agresivos en aguas

Tal como recoge la tabla extraída del DB SE-C incluida en el capítulo anterior, la normativa contempla otros compuestos químicos presentes en las aguas del terreno, además de los sulfatos, como susceptibles de generar un ambiente agresivo hacia el hormigón.

El ión Magnesio actúa en las reacciones de intercambio, reemplazando al Calcio y provocando variaciones de volumen en el cemento. De otro lado, el sulfato magnésico se considera como el más agresivo hacia el cemento. 

La valoración del ácido carbónico en el agua se realiza mediante la determinación de la proporción de dióxido de Carbono (CO2). El ácido carbónico reacciona con el hidróxido cálcico y magnésico del hormigón, formado carbonato, que presenta un grado de solubilidad suficiente para ser eliminado por lixiviación en presencia de agua. El proceso en conjunto incrementa la porosidad del hormigón, su susceptibilidad a otros ataques químicos, y una pérdida de su capacidad resistente.

El ión amonio es indicativo de la presencia de contaminantes originados por actividades agrícolas (abonos). Por un lado, el sulfato de amonio es fuertemente agresivo hacia el cemento (al igual que el sulfato de Magnesio), y por otro, la presencia del ión amonio puede ser indicativa de la existencia de cloruro amónico o de nitrato amónico, cuyos ácidos (clorhídrico y nítrico respectivamente) manifiestan un fuerte efecto de corrosión sobre el hormigón por degradación química del cemento.

 6.5.      Ataque por aguas puras

Para aguas con un residuo seco inferior a 150 mg/l la norma EHE considera que el ambiente es potencialmente agresivo hacia el hormigón. Las aguas puras o blandas (procedentes de deshielo o de desalinizadoras, por ejemplo) cuentan con una capacidad de solubilizar el hidróxido cálcico del cemento, aumentando la porosidad y la permeabilidad del hormigón, y disminuyendo sus prestaciones mecánicas.

En el siguiente link pueden consultarse los procedimientos de ensayo normalizados para la realización de los ensayos de laboratorio que permiten determinar los parámetros que califican la agresividad de las aguas y los suelos.

6.6.      Incidencia de la toma de muestras sobre el resultado de los análisis

Cabe reseñar en este punto que no es infrecuente observar una variación substancial de los parámetros químicos del agua del terreno, entre los determinados en una muestra de agua tomada de un sondeo geotécnico recién perforado, y el resultado que se obtenga de una muestra tomada días después de la misma prospección.

La principal razón que causa este cambio es la presencia en el sondeo de agua inyectada durante la perforación, cuya composición difícilmente coincidirá con la del agua “in situ”. Si bien la normativa que se establece en el DB SE-C, o en las normas de análisis que cita la instrucción EHE, no ofrece una especificación concreta sobre las precauciones que deben tomarse durante o después de la realización de un sondeo para la toma de aguas a analizar, es aconsejable seguir ciertos procedimientos de buena praxis, como son:

– Proceder a la toma de muestras de agua tan pronto se localizan indicios de aguas freáticas, si no se ha inyectado agua a la perforación anteriormente.

– Instalar un piezómetro de control en los sondeos de los que vayan a tomarse muestras de agua, proceder a su vaciado (una o dos veces) una vez finalizadas las perforaciones, y dejar transcurrir tiempo suficiente como para asegurar la renovación del agua.

– De contar con puntos de muestreo independientes a los sondeos geotécnicos (pozos, fuentes), es muy aconsejable la toma de muestras en los mismos.

– En caso de verificarse valores anómalos de los parámetros químicos de las aguas, y antes de tomar una decisión concluyente que afecte al diseño de elementos estructurales, considérese siempre la conveniencia de verificar el procedimiento de toma de muestras, y en su caso, de realizar un contraste de los ensayos realizados.

piezometro-geas

Instalación de un piezómetro de control (cortesía de GEAS INTEGRAL.)

-> ir al índice

Esta entrada fue publicada en geotecnia, normativa y etiquetada , , , , , , , . Guarda el enlace permanente.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>