Introducción

La realización de estructuras en presencia de aguas subterráneas siempre se ha resuelto históricamente con sistemas llamados "envolventes", esto es, en los cuales la impermeabilidad de la estructura resultante quedaba asegurada mediante la aplicación externa de cubiertas asfálticas o de pvc, membranas autoadhesivas, sistemas cemento-plásticos aplicados con brocha o pulverizados, cubiertas asfálticas líquidas, sistemas poliuretánicos, etc. Estas técnicas de construcción tienen la desventaja de tener que ser instaladas por operadores especializados para asegurar una colocación perfecta y por tanto su eficacia, requieren tiempos de espera desde el desencofrado al momento del reentierro, a veces largos en caso de condiciones meteorológicas adversas. Además, al ser materiales "externos" a la colada, requieren una posterior gestión de artículos en almacén, desechos, embalajes para eliminar, etc.

Un enfoque diferente al problema de la impermeabilización de las estructuras subcapa, que desde hace algunos años se está imponiendo con fuerza como la técnica constructiva principal en este segmento del mercado, consiste en la realización de estructuras intrínsecamente impermeables, realizadas con hormigones impermeabilizados mediante el añadido de los aditivos en polvo adecuados, que se conciben como la realización propiamente dicha de la estructura y de la estanqueidad hidráulica integrada en ella.

Las mamposterías y la solera de hormigón impermeable deberán, sin embargo, incorporar como coadyuvantes productos y sistemas que garanticen también la impermeabilidad de las juntas, de las conexiones y de los separadores de encofrado, que forman parte del sistema integral.

Permeabilidad e impermeabilidad del hormigón

En general, la permeabilidad es la propiedad de los materiales de permitir el paso de fluidos (líquidos, en el presente caso), sin alterar su estructura. Se definen como materiales permeables los materiales que permiten el paso de cantidades relativamente altas de líquido, mientras que son impermeables aquellos materiales a través de los cuales el flujo de líquido es irrelevante. La rapidez con la que un fluido atraviesa un cuerpo sólido depende del tipo de sustancia que constituye el cuerpo, de la presión del fluido y de la temperatura. Para ser permeable, un material debe ser poroso, es decir, debe tener espacios vacíos, poros, capaces de absorber líquido. Los poros, además, deben estar conectados por una red de intersticios, que permita al fluido atravesar la sustancia sólida. Para ser impermeable, por el contrario, un material debe poseer una estructura densa y compacta, libre de intersticios que se comunican entre sí. La impermeabilidad del hormigón es uno de los requisitos esenciales para la durabilidad de las estructuras en el tiempo. El conglomerado de cemento o piedra de cemento es asimilable por naturaleza a una piedra natural compacta para la cual la impermeabilidad al agua de un mármol compacto, por ejemplo, corresponde a la de un hormigón con coeficiente A/C  = 0,48. El agua introducida en la masa de hormigón, para la hidratación y para la formabilidad que requiere la colocación, deja en la matriz del hormigón, después de la maduración, una red de galerías densas que determinan una porosidad de la masa de cemento, constituida por los poros del gel y por los poros capilares. La "porosidad capilar", que rige en gran medida la permeabilidad "intrínseca" del conglomerado, depende del coeficiente agua/cemento, y del grado de hidratación y puede variar de "0" hasta el 40% en volumen, respecto al volumen de la masa de cemento. Con un coeficiente agua/cemento superior a 0,38, la permanencia de poros capilares, incluso tras la completa hidratación, excepto intervenciones específicas a través de la aportación de "rellenos reactivos" es prácticamente ineludible. Los poros capilares no son visibles más que con el microscopio electrónico, su diámetro es del orden de micras (entre 0,1 y 10 micras), son de estructura variable y forman una canalización continua e interconectada en el ámbito de la matriz: la permeabilidad del hormigón, por tanto, no es una simple función de su porosidad, sino que depende también del tamaño, de la distribución, de la fisicidad y de la continuidad de los poros. La fórmula empírica Vp = 5.9 α + 42 (1 - α) proporciona indicaciones para valorar la entidad volumétrica de los poros capilares en función del grado de hidratación y del agua total de masa fijada (donde Vp es el volumen de los poros capilares, α es el grado de hidratación, variable de 0 a 1). A la porosidad capilar se añade, en general, en términos de interconexión de los poros, la difundida presencia de "aire incorporado, o atrapado" en el hormigón fresco, que debería ser expulsado por una correcta compactación del conglomerado y que crea macrovacíos (desde alrededor de 1 mm a varias decenas de mm). Una variable adicional, capaz de incrementar tanto la porosidad como la interconexión de los poros, se verifica en la "zona de transición", esto es, aquella parte de la masa de cemento (a menudo algunas micras o decenas de micras) que se encuentra en contacto directo con el agregado pétreo; la zona de transición puede resultar notablemente más porosa que la matriz de cemento adyacente en función del agua de "bleeding" (recogida de agua en la superficie del hormigón) que, durante el ascenso, permanece parcialmente atrapada bajo los agregados pétreos más gruesos. La mayor o menor presencia de vacíos (capilares) intercomunicantes entre las superficies de colada opuestas, "porosidad continua", entre las cuales se pueda producir, por diferencia de presión hidrostática, un flujo de agua, representa la "permeabilidad" de un hormigón y, como ya se ha señalado, depende tanto de las características del propio hormigón como de la mayor o menor corrección de la colocación, del curado y secado húmedo, además de la posible aparición de manifestaciones de micro y macrofisuras por contracción plástica e higroscópica. Durante el proceso de endurecimiento del hormigón, fenómenos climáticos como la temperatura, la humedad relativa y la ventilación pueden determinar la pérdida, más o menos repentina, del agua de amasado. En ausencia de las medidas adecuadas de curado y secado húmedo, se puede producir un significativo descenso de la calidad, que afecta también a la permeabilidad. 

Conseguir la impermeabilidad del hormigón

Tal como se ha señalado, la permeabilidad del hormigón está en estrecha relación con la microestructura porosa del cemento endurecido, a su vez en estrecha relación con el coeficiente agua/cemento. Esto significa que el hormigón puede tener distintos grados de impermeabilidad, según cómo se confecciona y se coloca. Los factores que influyen en esta característica son los mismos que determinan las otras propiedades: composición, preparación y tratamientos posteriores. En teoría no existen dificultades especiales para la obtención de un hormigón impermeable, más pragmáticamente, conviene considerar que el hormigón "realmente" impermeable requiere esfuerzos y atenciones distintas de las prácticas normales en la obra. Desde el punto de vista técnico y de diseño, es fundamental tener presente que esta impermeabilidad debe considerarse relativa y no absoluta. Para obtener un hormigón impermeable son indispensables un diseño preciso, una confección atenta y una adecuada colocación, sin olvidar el imprescindible tratamiento de curado y secado que debe ser efectivo y eficaz, al contrario de procedimientos claramente manifiestos que " a menudo" se adoptan en numerosas obras. En términos prácticos, es necesario antes de nada reducir el coeficiente agua/cemento al mínimo compatible con una adecuada formabilidad; se deben usar agregados de naturaleza y granulometría adecuadas; hay que impedir una desecación demasiado rápida de las coladas para evitar la formación de grietas externas e internas debidas a la contracción; durante la colada hay que evitar la sedimentación del hormigón, impedir, esto es, que el mismo pierda la homogeneidad que se ha obtenido con la mezcla. Dado que con coeficientes agua/cemento superiores a 0,38 es prácticamente inevitable la permanencia de cantidades no despreciables de poros capilares, incluso tras la completa hidratación, unas intervenciones específicas, mediante la aportación de "rellenos reactivos" pueden resultar ineludibles.

Materiales innovadores y norma UNI EN 206-1

La norma UNI EN 206‐1 introduce, en el punto 3.1.23, el concepto de "adición", definida como material dividido finamente que se usa en el hormigón con la finalidad de mejorar ciertas propiedades o para obtener propiedades especiales. Esta norma considera dos tipos de adiciones inorgánicas: las adiciones prácticamente inertes (tipo I) y las adiciones puzolánicas o de actividad hidráulica latente (tipo II). En el punto 5.2.5.2.1 de la misma norma se incorpora asimismo el concepto del valor k (que no debe confundirse con el parámetro homónimo de permeabilidad). El concepto k referido a las adiciones permite que las adiciones de tipo II se tomen en consideración sustituyendo el término "coeficiente agua/cemento" (definido en 3.1.31) con el término "coeficiente agua/cemento + k adición", en el requisito de la dosificación mínima de cemento (véase 5.3.2). El valor efectivo de k depende de la adición específica. Para las "adiciones puzolánicas" (tipo MICROSIL 90), se precisa que su cantidad ideal deberá estar comprendida entre el 7%-12% del peso del cemento utilizado (mínimo 330 kg/m³ de 42,5R o 360 kg/m³ de 32,5R). La disponibilidad de "especialidades" de alto contenido tecnológico, como las "adiciones puzolánicas", es reconocida por tanto como oportunidad adecuada en los planos tecnológico y terotecnológico para construir obras impermeables a través del uso combinado de "hormigones intrínsecamente impermeables", guarniciones específicas y técnicas de ejecución adecuadas. El progreso de las adquisiciones terotecnológicas ha puesto a disposición recientemente productos de nueva creación, más conocidos como "agentes cristalizantes", basados en la peculiar acción catalítica en el ámbito reológico del diseño de mezcla del hormigón, dosificados en alrededor del 1% en peso respecto al peso del cemento. Estos aditivos permiten sellar los vacíos y las microfisuraciones hasta 400 micras, a través de una reacción cristalina capilar que aprovecha los compuestos minerales todavía presentes tras la reacción principal del hormigón, actuando en combinación con el agua y con la humedad presentes en la matriz de cemento. Se trata de tecnologías innovadoras que, además de suponer notables reducciones de la permeabilidad del hormigón y de "su" contracción higrométrica, ya en los primeros 28 días de maduración, promueven una auténtica capacidad "autocicatrizante" de la matriz de cemento. Los procesos reactivos mencionados no requieren coeficientes agua/cemento específicos o especialmente reducidos, ya que su eficacia está en todo caso asegurada incluso con valores A/C del orden de 0,50/0,60, claramente más habituales en las obras.

Guarniciones herméticas y accesorios

Todo lo mencionado anteriormente describe en líneas generales cómo se confecciona y se coloca un hormigón definido intrínsecamente como "impermeable". La estructura general, sin embargo, presenta inevitablemente algunas discontinuidades volumétricas necesarias para su realización. Estas discontinuidades, fácilmente sujetas al paso del agua bajo presión, son, por ejemplo, las conexiones entre solera y muros de elevación, las juntas de reanudación de colada y de movimiento, los separadores de encofrado, los tubos pasantes, etc. Con el fin de evitar el paso del agua por todas esta discontinuidades, este sistema está equipado con: bordillos estancos waterstop de bentonita sódica o goma hidroexpansiva, juntas de estanqueidad waterstop de PVC, selladores hidroexpansivos en cartucho, juntas de estanqueidad hidráulica para separadores de encofrado, tanto "de hoja" como tubulares de PVC, fibras de polipropileno para la reducción de las microfisuraciones por contracción plástica, pastas hidroexpansivas para el sellado hermético de tubos pasantes, etc.