No todo son rocas bajo el microscopio

Durante un proyecto de investigación alguien me propuso un reto. ¿Sería posible hacer una descripción petrográfica de un hormigón? ¿Ese estudio aportaría datos de valor?

Lo primero que hay que saber es qué es exactamente un hormigón, ya que muchas veces se confunden términos. Un hormigón, en la base, está constituido por cuatro ingredientes: cemento, que es una mezcla de cal y yeso, árido, tanto grueso como fino (tamaño arena), aditivos y agua. La mezcla de los cuatro, en diferentes proporciones, conforma uno de los materiales constructivos que han sido claves para el avance de las construcciones a nivel global, cuyas características pueden ser muy variadas, sobre todo en su capacidad portante, que puede ser desde pequeña hasta poder soportar el impacto de un avión sin casi inmutarse. En sí, un hormigón es muy similar a una roca sedimentaria, con granos y un cemento que es lo que finalmente otorga la consistencia al material, pero con ciertas diferencias.

Así que la primera pregunta que me surgió (se puede hacer una lámina delgada) tenía una respuesta positiva, pero al buscar información me reveló que no iba a ser todo tan sencillo. Si bien se puede tomar al hormigón como una especie de conglomerado, en su formación se pueden formar sales, las cuales se crean al reaccionar el cemento, los aditivos y el árido al añadir agua a la mezcla. Estas sales son lo que otorga la resistencia al hormigón o todo lo contrario, por lo que su estudio resulta fundamental.

Aquí empezaba la primera inquietud ya que al tener sales la forma de fabricar la lámina delgada sufre una variable que es el líquido a utilizar durante todo el proceso y que no puede ser agua, ya que disolvería las sales que queremos ver y la lámina no serviría de nada. La mejor alternativa es el queroseno o algún otro líquido en base orgánica. El mayor problema que tiene el proceso es que resulta muy sucio.

Ya tenemos todo. Microscopio, listo. Papel, listo. Lápiz, listo. Lámina delgada, lista. Cerebro, más o menos, listo. Se clavan los ojos en el objetivo y empezamos a observar la lámina, pero asalta otra duda más. ¿Qué es lo que tengo que observar?

Si seguimos con la analogía, cuando se observa una arenisca por el microscopio se debe ver la mineralogía, los fragmentos de roca, la forma de los granos, el sorting. A partir de toda esa información se obtiene una clasificación y una petrogénesis. Con el hormigón las cosas cambian.

Lo primero que veremos con el microscopio es que la mayor parte del hormigón lo compone una masa informe y casi vítrea. Esa parte la constituye el cemento y los aditivos, los cuales, ante el proceso relativamente rápido de solidificación (que empieza un par de horas después de su fabricación y puede durar casi tres meses) no tiene la capacidad de formar cristales y se verán dispersos los granos de arena del árido fino. Lo que sí observaremos claramente serán los áridos gruesos, que ante el microscopio no se pueden esconder. Y huecos, muchos huecos.

Para hacer una descripción de un hormigón, por lo tanto, hay que fijarse en otros aspectos que pueden ser claves para desentrañar posibles riesgos o patologías que estén sufriendo el material.

Lo primero es tirar por lo conocido, que son los áridos. Su descripción es sencilla, viendo su composición, la disposición de los cristales, la forma en la que se distribuyen dentro del hormigón (por ejemplo si están orientados) y algo bastante importante que es la longitud y el ancho medio de cada uno de las rocas presentes. Este aspecto, que puede parecer menor, puede ser el responsable de que el material no tenga la capacidad de carga que estaba calculada, ya que relaciones demasiado altas entre el ancho y el largo hacen que el material tenga una menor capacidad para la adicción del cemento en el borde del grano y por lo tanto que quede suelto.

Lo siguiente a observar es el borde del grano. En esta zona es donde el cemento y los aditivos reaccionan con el árido. Si se ha realizado una fase previa de control del árido, lo más probable es que no tenga que pasar nada o los riesgos se hayan minimizado al máximo. Pero cuando un hormigón llega a un laboratorio para investigarlo es porque se ha desprendido y el culpable puede estar en esa zona de interacción.

Se pueden producir dos reacciones importantes de alteración: álcali-sílice o álcali-carbonato. Cada cual depende del árido utilizado (silicatado o carbonatado), siendo el más común el primero, ya que el tipo de roca carbonatada que produce la reacción álcali-carbonato no es muy común. La reacción álcali-sílice se da principalmente en sílice amorfa, como el chert, que al tratarse de estructuras cristalinas desordenadas tienden a reaccionar con facilidad. Esto produce la formación de una especie de gel salino en esta zona de borde, que hace que el material se agriete y vaya perdiendo progresivamente su resistencia.

El tercer aspecto a observar son los huecos. Hasta el momento en el que no me puse a estudiar hormigones no me di cuenta de cuanta información nos pueden proporcionar sobre un material.

Si alguna vez habéis pasado por una obra en la que estaba hormigonando y os habéis parado a ver todo el proceso, habréis asistido a la violación del hormigón. Me explico. El hormigón se vierte en el suelo, mientras unos esforzados albañiles lo distribuyen, o en las columnas previamente armadas. Entre todas las herramientas utilizadas hay un vibrador, un enorme vibrador con un cable larguísimo. Este vibrador es introducido en el hormigón para que vibre y la razón no es otra que sacar todo el aire posible del interior del material. Si se vertiera el hormigón y no se vibrara el material, al ser sumamente viscoso, tendría unas burbujas de aire enormes y por lo tanto menor resistencia.

Todo el aire del hormigón es prácticamente imposible de eliminar en una obra, pero si el proceso de vibrado ha estado bien hecho habrán pocas burbujas, que en las mejores condiciones tenderán a ser esféricas o casi esféricas. Si hay muchas burbujas tenemos un problema, pero si hay pocas y estas son sumamente irregulares, también lo tenemos.

Los huecos irregulares pueden ser producto de disoluciones del cemento, por lo que tendremos cristalizaciones en las paredes de la oquedad. Esto puede deberse a que había un exceso de agua en la mezcla. También pueden darse huecos irregulares en hormigones que se han trabajado bien en fábrica y en obra, pero que en el momento de ser echado, la temperatura estaba por debajo de 0ºC, lo que produce pequeños cristales de hielo en el hormigón y pueden llevar a una obra a ser paralizada cuando las probetas de control no den con las capacidades mínimas, ya que el hielo al descongelarse producirá un fracturas al aumentar su volumen. Por esperar unas horas puede perderse mucho dinero.

Por último hay que revisar porcentajes, que son los que dan el volumen de huecos vacios, el cemento más el árido fino y el árido grueso. Este cálculo permite estimar cuán bien fue la estimación de recursos en la fabricación.

Cuando me retaron a hacer descripciones de hormigones pensé que se trataría de algo sencillo. Que equivocado estaba, pero también descubrí un procedimiento que jamás pensé en realizarlo, y como el estudio de este material puede proporcionar una información tan importante que de otra manera es posible que no se pudiera conseguir. Todo un campo para explorar.

“Esta publicación participa en el X Carnaval de Geología alojado por Biblioteca de Investigaciones”