Concreto reforzado bajo ataque: revisión de patologías estructurales y métodos de intervención avanzada
Reinforced Concrete Under Threat: A Review of Structural Pathologies and Advanced Intervention Methods
Contenido principal del artículo
Las estructuras de concreto reforzado, fundamentales en la infraestructura moderna, enfrentan un deterioro progresivo provocado por diversas patologías que comprometen su integridad estructural, funcionalidad y vida útil. Estas alteraciones, derivadas de procesos fisicoquímicos y biológicos, incluyen la penetración de cloruros, la carbonatación del concreto y la consecuente corrosión del acero, la reacción álcali-agregado, los efectos térmicos y el biodeterioro bacteriano. Este artículo presenta una revisión del conocimiento técnico y científico disponible, con el fin de comprender los mecanismos de daño más relevantes y explorar herramientas de diagnóstico y caracterización en etapas tempranas del deterioro. A partir del análisis de literatura especializada y artículos indexados de alcance internacional, se identificaron avances recientes en la predicción de fallas estructurales mediante simulaciones computacionales, así como en el desarrollo de materiales con capacidades autodiagnósticas y de autorreparación. Finalmente, se discuten métodos actuales de intervención, como recubrimientos protectores, inhibidores químicos y técnicas con bioconcreto. Estas soluciones innovadoras buscan prolongar la vida útil de las estructuras existentes y asegurar su seguridad. La identificación precisa de patologías y la selección adecuada de métodos de tratamiento permiten establecer estrategias sostenibles y eficientes para la conservación del patrimonio construido.
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C. Broto, "Enciclopedia Broto de patologías de la construcción: Conceptos generales y fundamentos", Links Books, 2006.
P. Diaz, "Protocolo para los Estudios de Patología de la Construcción en Edificaciones de Concreto Reforzado en Colombia," Tesis de Maestría, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia, 2014.
J. Lahdensivu y J. Aromaa, "Renovation of an alkali–aggregate reaction damaged swimming pool", Case Stud. Constr. Mater., vol. 3, pp. 1–8, diciembre, 2015. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2015.04.002
C. P. Valderrama, J. Torres y R. Mejía de Gutiérrez, " Características de rendimiento de un hormigón de cenizas volantes con alto contenido de carbono no quemado", Ing. e Investig., vol. 31, no.1, pp. 39–46, abril, 2011. http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0120-56092011000100004&script=sci_arttext&tlng=en
S. García y S. Gómez, "Implementación del método de barras acelerado y una adaptación del método de prismas, con el fin de determinar el potencial de reactividad álcali-sílice y compararlo con la caracterización ya existente, correspondiente a tres de las fuentes de agregados," Tesis de Pregrado, Universidad EIA, Envigado, Colombia, 2018.
O. Hurtado-Figueroa, C. A. Bonilla-Granados, J. A. Cardenas-Gutierrez, "Asentamiento en concretos con reemplazo parcial de material cementante por ceniza volante y cal hidratada", Respuestas, vol. 25, no. S2, pp. 46-52, 2020. https://doi.org/10.22463/0122820X.1832
A. Abd El Fattah, I. Al-Duais, K. Riding y M. Thomas, "Field evaluation of corrosion mitigation on reinforced concrete in marine exposure conditions", Constr. Build. Mater., vol. 165, pp. 663–674, marzo, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.077
H.A. Estupiñan Duran, D.Y. Peña Ballesteros, C. Vásquez Quintero y S.A. Solano Rodriguez, "Simulación de la difusión del Cl- hasta la despasivación del acero de refuerzo en concreto con microsílice y expuesto a carbonatación", Boletín Ciencias la Tierra; No. 34, pp. 15-24, diciembre, 2013. https://revistas.unal.edu.co/index.php/rbct/article/view/34049
Instituto Español del Cemento y sus Aplicaciones - IECA, "Hormigón en ambiente marino”, pp. 5–6, enero, 2013.
Z. Yue, J. Li, W. Shao y L. Li, "Effect of crack opening and recovery on chloride penetration into reinforced concrete hollow piles", Mater. Struct. Constr., vol. 49, no. 8, pp. 3217–3226, octubre, 2015. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0714-3
V. Talakokula, S. Bhalla, R.J. Ball, C.R Bowen, G.L. Pesce, R, Kurchania, B. Bhattacharjee, A. Gupta y K. Paine, "Diagnosis of carbonation induced corrosion initiation and progression in reinforced concrete structures using piezo-impedance transducers", Sensors Actuators A Phys., vol. 242, pp. 79–91, febrero, 2016. https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.02.033
W. Piasta, "Analysis of carbonate and sulphate attack on concrete structures", Eng. Fail. Anal., vol. 79, pp. 606–614, mayo, 2017. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2017.05.008
T. Noeiaghaei, A. Mukherjee, N. Dhami y S. Chae, "Biogenic deterioration of concrete and its mitigation technologies", Constr. Build. Mater., vol. 149, pp. 575–586, mayo, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.144
A. Bielefeldt, M. G. D. Gutierrez, S. Ovtchinnikov, J. Silverstein y M. Hernandez, "Bacterial Kinetics of Sulfur Oxidizing Bacteria and Their Biodeterioration Rates of Concrete Sewer Pipe Samples", J. Environ. Eng., vol. 136, no. 7, pp. 731–738, julio, 2010. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000215
L.E. Rendón y D. Koleva, "Concrete durabulity. Materiales cementicios y hormigón armado: propiedades, comportamiento y resistencia a la corrosión," Springer International Publishing, 2015.
J. F. Marquez-Peñaranda, M. Sanchez-Silva, J. Husserl y E. Bastidas-Arteaga, "Effects of biodeterioration on the mechanical properties of concrete", Mater. Struct., vol. 49, no. 10, pp. 4085–4099, diciembre 2016. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0774-4
L. Melo, "Reactividad álcali-agregado (raa): experiencias en presas colombianas, análisis comparativo de principales variables que intervienen en el fenómeno", Tesis de Maestría, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 2014.
C. Comi, B. Kirchmayr y R. Pignatelli, "Two-phase damage modeling of concrete affected by alkali–silica reaction under variable temperature and humidity conditions", Int. J. Solids Struct., vol. 49, no. 23, pp. 3367–3380, julio, 2012. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2012.07.015
A. Campos, C. M. López, A. Blanco y A. Aguado, "Effects of an internal sulfate attack and an alkali-aggregate reaction in a concrete dam", Constr Build Mater, vol. 166, pp. 668–683, enero, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.180
M. Sollero y H. Bolorino, "Investigation and diagnosis of a reinforced concrete reservoir with intense crack formation from several sources", J. Build. Pathol. Rehabil., vol. 1, no. 1, p. 6, octubre, 2016. https://doi.org/10.1007/s41024-016-0008-3
E. Avendaño, "Detección, tratamiento y prevención de patologías en sistemas de concreto estructural usados en infraestructura industrial", Tesis de pregrado, Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 2006.
E. Pedoja, "Patologías de origen térmico en estructuras", Memoria investig. ing. (Facultad Ing., Univ. Montev.), no. 4, pp. 97-101, noviembre, 2005. https://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/247
J. Toirac-Corral, "Patología de la construcción: grietas y fisuras en obras de hormigón; origen y prevención", Cienc. Soc., vol. 29, no. 1, pp. 72–114, marzo, 2004. https://doi.org/10.22206/cys.2004.v29i1.pp72-114
I. Hager, "Behaviour of cement concrete at high temperature", Bull. Polish Acad. Sci. Tech. Sci., vol. 61, no. 1, pp. 145–154, abril, 2013. https://doi.org/10.2478/bpasts-2013-0013
Q. X. Le, V. T. Dao, J. L. Torero, C. Maluk y L. Bisby, "Effects of temperature and temperature gradient on concrete performance at elevated temperatures", Adv. Struct. Eng., vol. 21, no. 8, pp. 1223–1233, junio, 2018. https://doi.org/10.1177/13694332177463
J. Echavarria y E. Palacios, "Principales causas y posibles soluciones de las reclamaciones a nivel patológico en sistemas de edificaciones aporticadas", Tesis de Especilista, Universidad de Medellín, Medellín, Colombia, 2011.
Q. X. Le, V. T. Dao, J. L. Torero, C. Maluk, L. Bisby, " Effects of temperature and temperature gradient on concrete performance at elevated temperatures", Adv. Struct. Eng., vol. 21, no. 8, pp. 1223-1233, octubre, 2017. https://doi.org/10.1177/1369433217746347
F. Gong y K. Maekawa, "Multi-scale simulation of freeze-thaw damage to RC column and its restoring force characteristics", Eng. Struct., vol. 156, pp. 522–536, noviembre, 2018. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.11.066
X. Qin, S. Meng, D. Cao, Y. Tu, N. Sabourova, N. Grip, U. Ohlsson, T. Blanksvard, G. Sas y L. Elfgren, "Evaluation of freeze-thaw damage on concrete material and prestressed concrete specimens", Constr. Build. Mater., vol. 125, pp. 892-904, octubre, 2016. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.098
H. Jiménez y Y. Milano, "Corrosión acelerada en medio salino y adherencia de sistemas de pinturas depositadas sobre acero", Mundo FESC, vol. 7, no. 13, pp. 48–55, junio, 2017. https://www.fesc.edu.co/Revistas/OJS/index.php/mundofesc/article/view/103
N. Zaki, A. Chai, H. K. Aggelis y D. G. Alver, "Non-destructive evaluation for corrosion monitoring in concrete: A review and capability of acoustic emission technique", Sensors (Switzerland), vol. 15, no. 8, pp. 19069–19101, agosto, 2015. https://doi.org/10.3390/s150819069
A. Sharma, S. Sharma, S. Sharma, y A. Mukherjee, "Investigation of deterioration in corroding reinforced concrete beams using active and passive techniques", Constr. Build. Mater., vol. 161, pp. 555–569, noviembre, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.11.165
K. Agred, G. Klysz y J.-P. Balayssac, "Location of reinforcement and moisture assessment in reinforced concrete with a double receiver GPR antenna", Constr. Build. Mater., vol. 188, pp. 1119–1127, agosto, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.11.165
J. Wu y W. Wu, "Study on wireless sensing for monitoring the corrosion of reinforcement in concrete structures", Measurement, vol. 43, no. 3, pp. 375–380, diciembre, 2010. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2009.12.003
W. Aperador Chaparro, M. Gordillo y J. Bautista, "Evaluación de la corrosión del acero embebido en concreto AAS, expuesto a carbonatación mediante un experimento factorial con medidas repetidas", Ingeniería y Ciencia, vol. 9, no. 17, pp. 237–260, noviembre, 2013. https://doi.org/10.17230/ingciecia.9.17.12
H. Rathod y R. Gupta, "Sub-surface simulated damage detection using Non-Destructive Testing Techniques in reinforced-concrete slabs", Constr. Build. Mater., vol. 215, pp. 754–764, abril, 2019. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.223
M. C. Alonso y F. Laguna, "Determinación de la profundidad de daño en estructuras de hormigón post-incendio", Rev. ALCONPAT, vol. 3, no. 1, pp. 1-16, abril, 2013. https://doi.org/10.21041/ra.v3i1.39
Y. Guruprasad y A. Ramaswamy, "Micromechanical analysis of concrete and reinforcing steel exposed to high temperature", Constr. Build. Mater., vol. 158, pp. 761–773, octubre, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.10.061
J. Silva, "Propuesta metodológica para la determinación experimental de la reacción alcali-silice en agregados de arcilla térmicamente expandida por medio de un nuevo ensayo de electro-migración", Tesis de Maestría, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 2018
V. L. Ta, S. Bonnet, T. Senga Kiesse y A. Ventura, "A new meta-model to calculate carbonation front depth within concrete structures", Constr. Build. Mater., vol. 129, pp. 172–181, octubre, 2016. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.10.103
J. I. Choi, Y. Lee, Y. Y. Kim y B. Y. Lee, "Image-processing technique to detect carbonation regions of concrete sprayed with a phenolphthalein solution", Constr. Build. Mater., vol. 154, pp. 451–461, julio, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.205
Y. Dong, C. Su, P. Qiao y L. Sun, "Microstructural damage evolution and its effect on fracture behavior of concrete subjected to freeze-thaw cycles", Int. J. Damage Mech., vol. 27, no. 8, pp. 1272–1288, Agosto, 2018. https://doi.org/10.1177/1056789518787025
S. Nasrazadani, R. Eghtesad, E. Sudoi, S. Vupputuri, J. D. Ramsey y M. T. Ley, "Application of Fourier transform infrared spectroscopy to study concrete degradation induced by biogenic sulfuric acid", Mater. Struct., vol. 49, no. 5, pp. 2025–2034, mayo, 2015. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0631-5
K. Nakamoto, "Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds", Handbook of Vibrational Spectroscopy, pp. 1872–1892, diciembre, 2001. https://doi.org/10.1002/9780470405840
F. J. Luna Molina, M. C. Alonso Alonso, M. Sánchez Moreno y R. Jarabo Centenero, "Corrosion protection of galvanized rebars in ternary binder concrete exposed to chloride penetration, Constr. Build. Mater., vol. 156, pp. 468–475, diciembre, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.09.002
M. H. F. de Medeiros, J. W. Raisdorfer, J. Hoppe Filho y R. A. Medeiros Junior, "Partial replacement and addition of fly ash in Portland cement: influences on carbonation and alkaline reserve", J. Build. Pathol. Rehabil., vol. 2, no. 1, pp. 1–9, marzo, 2017. https://doi.org/10.1007/s41024-017-0023-z
C. Dos Santos Adorno, M. H. de Medeiros, J. H. Filho y G. C. Réus, "Effects of the addition of red ceramic, limestone filler and rice husk ash in alkali silica reaction", J. Build. Pathol. Rehabil., vol. 3, no. 1, p. 11, diciembre, 2017. https://doi.org/10.1007/s41024-017-0030-0
S. N. Pogorelov y G. S. Semenyak, "Frost Resistance of the Steel Fiber Reinforced Concrete Containing Active Mineral Additive", in Procedia Eng., vol. 150, pp. 1491–1495, enero. 2016. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2016.07.088
U. M. Angst, M. Büchler, J. Schlumpf y B. Marazzani "An organic corrosion-inhibiting admixture for reinforced concrete: 18 years of field experience", Mater. Struct., vol. 49, no. 7, pp. 2807–2818, julio, 2016. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0687-2
J. Kubo, Y. Tanaka, C. L. Page y M. M. Page, "Application of electrochemical organic corrosion inhibitor injection to a carbonated reinforced concrete railway viaduct", Constr. Build. Mater., vol. 39, pp. 2–8, junio, 2013. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.05.010
L. Kong, B. Zhang y J. Fang, "Study on the applicability of bactericides to prevent concrete microbial corrosion", Constr. Build. Mater., vol. 149, pp. 1–8, mayo, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.108
T. Noeiaghaei, N. Dhami y A. Mukherjee, "Nanoparticles surface treatment on cemented materials for inhibition of bacterial growth", Constr. Build. Mater., vol. 150, pp. 880–891, junio, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.046
J. Arrieta Baldovino, C. Millán Páramo, R. dos Santos Izzo y E. Moreira, "CO2 and cost optimization of reinforced concrete footings over a lime-treated soil using modified simulated annealing algorith", INGE CUC, vol. 16, no. 1, pp. 95-115, junio, 2020. https://doi.org/10.17981/ingecuc.16.1.2020.07
M. H. Al-Majidi, A. P. Lampropoulos, A. B. Cundy, O. T. Tsioulou y S. Al-Rekabi, "A novel corrosion resistant repair technique for existing reinforced concrete (RC) elements using polyvinyl alcohol fibre reinforced geopolymer concrete (PVAFRGC)", Constr. Build. Mater., vol. 164, pp. 603–619, diciembre, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.213
H. Ahmad, R. Hameed, M. Rizwan Riaz y A. A. Gillani, "Strengthening of concrete damaged by mechanical loading and elevated temperature", Adv. Concr. Constr., vol. 6, no. 6, pp. 645–658, noviembre, 2018. https://doi.org/10.12989/acc.2018.6.6.645
S. Raoof y D. Bournas, "TRM versus FRP in flexural strengthening of RC beams: Behaviour at high temperatures", Constr. Build. Mater., vol. 154, pp. 424–437, julio, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.195
A. Gómez Cabrera y A. Orozco Ovalle, "Simulación digital como herramienta para la gestión del conocimiento en la construcción de edificaciones en concreto", INGE CUC, vol. 10, no. 1, pp. 75-82, 2014. https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/346
G. Li, L. Dong, M. Lei y J. Du, "Predicting carbonation depth for concrete with organic film coatings combined with ageing effects", Constr. Build. Mater., vol. 142, pp. 59–65, julio, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.063
R. Cruz Hernández, D. Franco Durán y L. Pérez Bustos "Reemplazo del agregado fino por escoria de horno de cubilote para la fabricación de concreto", INGE CUC, vol. 10, no. 1, pp. 83-88, junio, 2014. https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/347
J. Xu y X. Wang, "Self-healing of concrete cracks by use of bacteria-containing low alkali cementitious material", Constr. Build. Mater., vol. 167, pp. 1–14, abril, 2018. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.020
J. Cruz Benedetti, L. Acosta, A. López Ramos, J. Lakah Durango y C. Ceballos Díaz, "Relación entre los ensayos ultrasónico y convencional para determinar la resistencia del concreto simple a la compresión", INGE CUC, vol. 12, no. 1, pp. 94-98, junio, 2016. https://doi.org/10.17981/ingecuc.12.1.2016.10
A. Viviescas Jaimes, L. Herrera Rey y S. Arenas Páez "Determinación de la capacidad resistente de puentes viga-losa en concreto postensado mediante pruebas de vibración ambiental: Caso de estudio Puente El Ramo", INGE CUC, vol. 13, no. 1, pp. 32-41, enero, 2017. https://doi.org/10.17981/ingecuc.13.1.2017.03
K. Vijay, M. Murmu y S. V. Deo, "Bacteria based self healing concrete – A review", Constr. Build. Mater., vol. 152, pp. 1008–1014, octubre, 2017. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.07.040