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Corrosión y pasivación: malestar y beneficio en nuestras ciudades

por Abierto_ Ciudad Viva — Martes, 27 de diciembre de 2011

La arquitectura erige ciudades con cada ladrillo que sobrepone, con cada pared que levanta. Pero en la construcción de la ciudad no solo se levantan formas y se construyen espacios. La arquitectura siempre ha sido parte diseño y parte ciencia y, aunque este artículo no pretende responder a una necesidad científica, debe hacerlo –al menos modestamente. El maridaje ‘ciencia del diseño’ –y resalto la palabra ciencia, porque sin obviar el innegable contenido artístico del diseño, quiero hacer un mínimo aporte al cientificismo de las ciudades, tan desatendido en la actualidad– es crucial para que científicos y diseñadores progresen sus respectivos campos del conocimiento, especialmente en el contexto de las ciudades sostenibles. Los diseñadores pueden ayudar a los científicos a pensar “fuera de la caja”, mientras que los científicos ofrecen tecnologías recién descubiertas y teorías a las disciplinas del diseño y al proceso arquitectónico.

En la práctica, desde una perspectiva fuera del terreno de la arquitectura, todo se limita al aspecto estético y funcional de las construcciones, dejando sin resolución variables y conceptos técnicos de importancia innegable. Quizás esto sea una de las principales causas del desencadenamiento posterior de las patologías y malestares de la construcción. Es bien sabido que obras de arquitectura de todas tallas son susceptibles al colapso, cuyas causas principales incluyen errores de proyecto, fallas de dirección técnica o ejecución y errores de utilización. En menor grado, fallas en los materiales son las responsables de colapsos de las construcciones. Adentrarse en el primer conjunto de fallas requeriría un análisis demasiado personalizado a cada caso de estudio. Abordar el tema desde el punto de vista de los materiales no es más sencillo, pero al menos se antoja más objetivo.

Hay que resaltar que no existen ‘buenos’ o ‘malos’ materiales, sino aquellos que son aptos o no para ciertas funciones y para tolerar las condiciones a que son sometidos. Una breve discusión sobre materiales y sus ‘patologías’ es apropiada en el contexto de La Ciudad Viva, dado que la industria de la construcción consume el 50% de todos los recursos mundiales y se ha convertido en una de las actividades menos sostenibles del planeta [IDAE e Institut Cerdá, 1999]. Más aun, en el contexto de la arquitectura sostenible o eco-arquitectura, aquellas condiciones incluyen el entorno geográfico y climático, y las funciones comprenden: una eficacia y moderación en el uso de materiales, potencial para reducir el balance energético de las edificaciones, así como el cumplimiento de los requisitos de confort higrotérmico, salubridad, iluminación y habitabilidad de las edificaciones. Además, los materiales más adecuados para su uso en edificios sustentables deben poseer características de bajo contenido energético, baja emisión de gases de efecto invernadero y ser reciclados o contener el mayor porcentaje de materiales de reutilización. Entre los materiales posibles de reciclar se encuentran la mampostería, maderas, concreto (hormigón), aislantes, revestimientos cerámicos y metales estructurales.

El término corrosión es familiar para muchas personas. La primera imagen que probablemente viene a nuestra mente es la de “herrumbre”, propia de los materiales basados en hierro, como si éste metal fuera el único susceptible de presentar este fenómeno. Sin embargo, la corrosión es causa frecuente de destrucción de la mayor parte de los materiales (no sólo metales) fabricados por el hombre. La producción de los materiales de construcción y la mejora de sus propiedades mecánicas han hecho posible su uso en las aplicaciones más variadas; desgraciadamente, el desarrollo de materiales va acompañado, paralelamente, de un aumento en lo que cada año se paga a este ‘malestar’. Para tener una idea de lo que la corrosión puede suponer, aproximadamente 10-25% de la producción anual de acero es destruida por la corrosión [Ávila Mendoza y Genescá Llongueras, 1995 y 1996], además en los países industrializados se destina 2-6% del producto interno bruto (PIB) para prevenir y mitigar dicho problema [Domínguez-Benetton, 2007]. Por tanto, la corrosión de los materiales constituye quizás el despilfarro más grande en que incurre la civilización moderna [Ávila Mendoza y Genescá Llongueras, 1996].

La corrosión forma parte de nuestro quehacer cotidiano, más allá de lo que imaginamos. No es de extrañarse, la corrosión en términos generales se trata de la tendencia de los materiales a regresar a su estado original, por ejemplo, a su forma mineral en el caso de los metales. Desgraciadamente, no sufrimos sus efectos hasta que estos se hacen visibles. Por ejemplo, la rotura de tuberías de agua, la aparición de humedad y goteras, son consecuencias que no se dejan esperar. En las grandes ciudades, la aparición de manchas de herrumbre en las estructuras de concreto, debido a la corrosión de las varillas interiores de acero, es otra consecuencia visible y peligrosa de la corrosión. Numerosos estudios han señalado que entre 20 y 25% de los costos de corrosión pudiesen haberse evitado mediante el uso de diferentes técnicas ‘anti-corrosión’ existentes, pero más allá de los frívolos números, los problemas derivados de la corrosión pueden impactar en el agotamiento de las reservas naturales a partir de las cuales se forman los materiales de construcción, así como en la seguridad humana y pérdida de vidas, como consecuencia de fallos fatales en los materiales. Por tanto, no solo el costo económico de la corrosión es elevado, sino el costo social asociado a la ignorancia de cómo y cuándo puede ocurrir la corrosión y el modo de prevenirla o evitarla.

La corrosión puede ocurrir en prácticamente todos los materiales, especialmente metales, expuestos –generalmente o al menos– a humedad. En la práctica, existen diferentes maneras de prevenirla, entre las cuales la más común en la vida diaria es el aislamiento del material mediante el empleo de pinturas, resinas, depósitos metálicos o recubrimientos diversos. Estos recubrimientos se utilizan para aislar el metal del medio agresivo.

El bienestar del hombre depende en gran parte de los materiales que fabrica y emplea para construir estructuras y viviendas. Espero que con este breve artículo se ayude a reconocer y tomar conciencia del fenómeno de corrosión, sus efectos y como la ciencia y la tecnología contribuyen a su entendimiento, prevención, control y remedio.

Sin embargo, la corrosión no es el único fenómeno que puede ocurrir en los materiales y más concretamente los metales. Sin bien la corrosión podría ser el peor mal de los materiales, la pasivación podría ser uno de los más grandes beneficios. Curioso que ambos procesos compartan la misma naturaleza.

La humanidad ha sido capaz de desarrollar una civilización basada en los metales primeramente porque muchos de estos materiales son estables en diversos ambientes. La razón para esta estabilidad se conoce desde los años 1830s, gracias a la formación de una finísima película que se forma protegiendo la superficie del material, aislándola del ambiente corrosivo. Alrededor de 1830 el científico Inglés Michael Faraday descubrió que el ácido nítrico diluido ataca el acero, pero el ácido nítrico concentrado no. El intento de explicar este descubrimiento llevó a los avances en la Electroquímica, en la cual se fundamenta la corrosión. La clave para resolver la paradoja es la pasivación. El ácido nítrico es un fuerte agente oxidante. Cuando este se concentra lo suficiente, el metal se desplaza hacia ciertas condiciones en que una capa estable se forma en la superficie del acero; al arañar la superficie se provoca un estallido de burbujas (corrosión). El ácido nítrico diluido no es un agente oxidante tan fuerte y por lo tanto la capa de superficie no puede formarse. En este caso el metal se corroe libremente.

Cuando ocurre la pasivación, bajo ciertas condiciones, los metales son inmunes al ataque por corrosión. El silicón, aluminio, hierro y níquel son susceptibles de pasivarse. Especialmente, la pasivación espontanea en presencia de aire es un pre-requisito para el uso de materiales metálicos en construcciones. Los esfuerzos científicos de obtener nuevos materiales que se pasiven espontáneamente y sean resistentes a la corrosión, serán fundamentales para nuevas aplicaciones de la arquitectura. Por ejemplo, en el año 2008 se reportó la posibilidad de almacenar dióxido de carbono en el concreto, siendo este gas ‘consumido’ en la estructura para formar carbonatos (carbonatación del concreto). Esta es una de las actuales promesas hacia la arquitectura sostenible. Sin embargo, si durante el proceso hay presencia de agua, se forma una solución moderadamente acida. En ausencia de agua, se forma carbonato de calcio insoluble a través de la estructura de concreto. Este proceso puede alcanzar la estructura de acero, exponiéndolo al aire o a la humedad, haciéndolo susceptible de pasivación o corrosión, respectivamente.

Pese a la aparente simplicidad de los conceptos de corrosión y pasivación, estos procesos están fuertemente relacionados con la durabilidad de las edificaciones y tienen sólidos fundamentos científicos. Aun en el profesional de arquitectura, el pobre entendimiento de los mismos puede crear una percepción de que los edificios son eternos. La imagen no debe prevalecer sobre la ciencia del diseño. Si a ello se suma la poca conciencia social a cerca de la importancia de detectar estos fenómenos, el mantenimiento de las construcciones no tendrá suficiente interés y seguiremos perdiendo significativos recursos en ello.

Imagen de una capa pasiva formada en acero expuesto a concreto carbonatado. Tomada de: http://www.cemconres.com/Research%20Areas/TEM/TEM.html

Al ser capaces de comprender y transformar las propiedades de los materiales, seremos capaces de construir y adaptar aquellos que resulten óptimos en el contexto de la arquitectura sostenible, según sus posibilidades para proveernos de estructuras mecánicamente resistentes para la construcción, así como con capacidades para ser recicladas o bien  regresar a su entorno natural después de un tiempo de uso razonable.

Por otra parte, desarrollar y abrir líneas de comunicación, aun las más simples, entre la arquitectura y la ciencia es crucial, desde cada ‘lado’ se puede informar al otro sobre nuevas formas en que la ciencia pueda encontrar soluciones creativas, mientras que el diseño pueda desarrollar más creaciones innovadoras como campo de acción para la ciencia.

Referencias

Ávila Mendoza J., Genescá Llongueras J. (1996) Más allá de la herrumbre I. Fondo de Cultura Económica, segunda reimpresión.

Ávila Mendoza J., Genescá Llongueras J. (1995) Más allá de la herrumbre II. La lucha contra la corrosión. Fondo de Cultura Económica, tercera reimpresión.

Domínguez-Benetton X. (2007) Biocomplejidad e influencia electroquímica de biopelículas microbianas en la corrosión del acero al carbón, Tesis Doctoral, Instituto Mexicano del Petróleo.

IDAE & Institut Cerdá. (1999). Guía de la edificación Sostenible. Calidad energética y medioambiental en edificación. Madrid.

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3 comentarios a “Corrosión y pasivación: malestar y beneficio en nuestras ciudades”

  1. ETowers dice:

    Disculpe usted Ingeniera, me podría explicar ¿qué es la pasivacion?
    Por otro lado estas hablando de materiales que conforman la ciudad o las ciudades, pero la objetividad de la Ciudad donde queda.
    Tu bien sabes que en la mayor parte de las ciudades, a los científicos, como tu los llamas, no se les pregunta sobre los materiales a utilizar en la construcción de edificios, y demás emplazamientos que hay o existen en la ciudad, aun cuando tenga que ser un trabajo en conjunto, en donde los hacedores de ciudad sean cientificos, pero en dónde dejarías los procesos de autoproducción como los que se dan en las colonias populares de nuestro país, donde la cercanía con la ciencia es casi nula. La producción social del hábitat aun cuando sea desde una perspectiva participativa en donde se involucre a diversos actores, el último en tener la palabra es el morador de la misma.
    A menos de que exista una normativa sobre materiales a utilizar, pero por qué no mejor le preguntamos a Gehry sobre el uso de materiales, o en su caso a Gaudí, o a Julián Salas.
    Rebuscado el articulo diría el Maestro Yoda, pero a todo esto, ¿Qué pasa con las ciudades?

  2. Xochitl Domínguez (Bélgica) dice:

    Estimado Eduardo:
    Como procuré indicarlo en el artículo, la pasivación (en términos muy generales) consiste en la formación espontanea de una finísima película sobre la superficie de los materiales. Esta película en realidad está formada por productos de corrosión; es decir, para poder formarse la corrosión debe primero ocurrir. Sin embargo, la acumulación de dichos productos sobre la superficie del material formarán una barrera entre el mismo y el medio ambiente—corrosivo. Una de las propiedades interesantes de las películas o capas pasivas es su capacidad para ‘auto-sanar’, por ejemplo, al raspar la superficie se descubre el material y la capa pasiva es capaz de volver a formarse (bajo ciertas condiciones), aislándolo y protegiéndolo nuevamente del ambiente corrosivo.
    La objetividad al hablar de los materiales, la corrosión y la pasivación empieza al considerar que sus procesos viven y permiten vivir en las ciudades y también las afectan. No todo en las ciudades es sobre las viviendas, aunque generalmente este problema suele únicamente preocuparnos como individuos cuando afecta visiblemente alguna estructura de nuestros hogares. Sin embargo, la corrosión y pasivación no son hechos tan triviales, puedo decir que son asuntos de prioridad económica en los países así como asuntos de seguridad estructural y nacional en muchos casos. Sin embargo, para no poner las cosas tan complicadas y ponernos en el mismo contexto, daré ejemplos concretos de su importancia cotidiana y ciudadana en México.
    En 1992, en la Ciudad de Guadalajara, la explosión de ductos de desagüe causaron la muerte de 215 personas, daños a 1,500 más, así como 1,600 viviendas estropeadas. La causa de dicha explosión: la corrosión. En 1980 en México, colapsó a causa de la corrosión el techo del auditorio Benito Juárez en la Ciudad de Guadalajara, Jalisco, que pudo costar la vida a más de 10,000 personas. En 2005, el reactor nuclear 2 de Laguna Verde, presentó agrietamientos por corrosión, aunque no hubo daños a la población es un riesgo inminente. En 1985, el puente Papagayo (325 kilómetros) en la carretera costera del pacifico, tramo Acapulco-Pinotepa Nacional, colapsó por corrosión del acero de refuerzo.
    Uno de los actuales temores en este contexto es el puente La Unidad, segundo más largo del Estado de Campeche con 3,280 metros; comunica las poblaciones de las Islas Aguada y del Carmen. Es el primer puente que permitió una comunicación entre la Isla del Carmen y la Península de Yucatán y su construcción ha evitado que millones de vehículos rodeen Campeche por Escárcega, reduciendo tiempo vital en caso de contingencia en las zonas de estragos por huracanes (de Yucatán y Quintana Roo), agilizando el comercio y creando una vía de transito seguro después del hundimiento de un transbordador (conocido en México como panga) a causa de la corrosión de su casco metálico, a finales de los años 70; ello creo más de 100 muertes. Casi 30 años después de ese trágico accidente, la estructura del puente La Unidad (fabricada de concreto armado) ya presentaba corrosión visible. Las autoridades ignoraron esto durante largo tiempo y hasta 2002 tomaron algunas medidas fallidas de protección contra la corrosión. Según el gobierno hace falta liquidez para financiar un nuevo puente, por lo que se espera un inminente colapso.
    En lo personal, con una alumna de Química Industrial la Universidad Autónoma de Yucatán, Adriana Chable, y otros dos Doctores (en Ciencia de Materiales) de la UADY, estudiamos un tiempo los procesos de corrosión de diferentes materiales estructurales de uso en la restauración de monumentos Mayas y en la construcción de viviendas y estructuras actuales. Se probó un recubrimiento muy simple y económico que favorece la ‘salida’ de agua o humedad del material pero no su entrada, disminuyendo así sus procesos de deterioro, especialmente en las condiciones medioambientales de la Península de Yucatán. Ese trabajo nos valió un reconocimiento en 2008 en el contexto de la preservación y restauración de monumentos históricos, dentro del Simposio “Archeological and Arts Issues in Materials Science” liderado por el INAH, del Congreso Internacional de Investigación en Materiales (IMRC 2008). Estas acciones ‘simples’ en el contexto Universitario, pueden aplicarse a nivel de cualquier comunidad o material, pero siempre se necesitaran manos disponibles y el contexto para estudiarlo.
    La sensibilización tan solo con los conceptos de corrosión y pasivación pueden hacer conciencia en quienes lean esto y quizás no sea tarde para hacer algo al respecto en este u otros casos.
    Darse cuenta de que la corrosión y la pasivación existen mas allá de lo que ven nuestros ojos o mas allá de la ligera importancia que damos a estos procesos es fundamental para mejorar la habitabilidad y funcionalidad urbanas.
    En efecto, me cuesta trabajo exponer esto en el contexto de las colonias populares de nuestro país. No porque no exista ahí, seguramente tu y muchos hemos sido testigos del incontable numero de (por ejemplo) varillas de acero que sobresalen en un sinfín de hogares mexicanos, por ejemplo. Seguramente a ningún científico (no es que yo así nos llame, pero creo que es el termino comúnmente asignado) se le preguntó si había que poner un tipo u otro de varilla en ese contexto, pero para que esas varillas existiesen en primer lugar y se mejorasen con el paso del tiempo, si han participado científicos. En el caso del acero, por ejemplo, hay una ‘mezcla’ de metales que lo conforman; el acero no es hierro puro sino un material que incluye su aleación con otro metales (Níquel, Cobalto, Aluminio, boro, Cromo, etc.). Esa información detallada muchos no la conocemos, pero se ha seleccionado por su combinación de propiedades mecánicas, resistencia a muchos tipos de corrosión y economía, principalmente. Aun en las colonias populares de México, el acero constituye un material esencial de construcción y ha sido estudiado y procesado antes de llegar a los usuarios.
    Efectivamente existen normativas y manuales para la selección y uso de materiales de construcción. Lamentablemente en muchos casos se aplican como recetas de cocina sin preguntarse de donde provienen o a dónde van los “ingredientes”.
    Los Arquitectos e Ingenieros que mencionas son 3 entre millones que no logran obras de su calidad. Julián Salas tiene un trasfondo científico en su historia y estoy segura no desconoce ni obvia estos conceptos en su trabajo. A Gehry podríamos preguntar cuánto se gasta anualmente en prevenir la corrosión de sus majestuosas obras arquitectónicas. Gaudí no vive para ser testigo de la restauración de muchas de sus obras que ya han colapsado a causa de la corrosión. Sin duda sus trabajos son magníficos, pero no están exentos de los procesos de degradación.
    Regresando al contexto de las colonias populares… quizás es donde más se sufre. A nivel de las viviendas, en la mayoría de los casos no pueden usarse sino materiales de baja calidad y los primeros efectos que se palpan son los de la humedad y la contaminación. El adobe reforzado, muy utilizado para la construcción de viviendas relativamente económicas desde tiempos prehispánicos, también se corroe, especialmente cuando este es de mala calidad (mala materia prima o técnica de producción). Esto hace a las viviendas vulnerables y es necesario y se hace—aun para los materiales destinados a construcciones de los más escasos recursos—una caracterización de sus propiedades. De este modo pueden al menos detectarse y proponerse formas de mejorar sus características. Quizás los factores más relevantes de estudiar son la permeabilidad, absorción capilar, velocidad de corrosión y resistencia estructural (mecánica). Por supuesto esas pruebas pueden realizarse en laboratorios complejos, pero también proponerse y estandarizarse para comunidades de escasos recursos. Esto al menos generaría una conciencia por tener procesos “estandarizados” de preparación, dentro de las mejores posibilidades. Por ejemplo, se puede estandarizar en la proporción cemento/adobe/agua y en el uso de recubrimientos. La mejor combinación dará materiales más durables y mejor adaptados a la agresividad atmosférica de la Ciudad de México y su Zona Metropolitana, por ejemplo. Desde la UNAM hasta la Universidad Centroccidental de Venezuela se hacen estos estudios, que son posibles gracias a los vínculos que se establecen entre los científicos y actores de cambio en las comunidades.
    Es posible que mi respuesta no satisfaga del todo tus expectativas pero espero haya mejorado el entendimiento. Rebuscado el artículo, quizás… pero como indicas, abriendo el dialogo es que uno se entiende y se van creando puntos de convergencia.

  3. Kelly Dulce dice:

    Hola Buena tarde. Después de leer el artículo, me ha surgido una duda, ¿Cual es la diferencia entre la pasivación y la Corrosión?

    Agradezco de antemano la colaboración.

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