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5/27/2018 Corrosion Del Acero en Elementos de Concreto
Armado
CORROSIN DEL ACERO EN ELEMENTOS DE HORMIGN ARMADO:VIGAS Y
COLUMNAS
Josu Paredes (1), Juan Prieto (2), Ing. Eduardo Santos (3)
Facultad de Ingeniera en Ciencias de la Tierra(1) (2) (3)Escuela
Superior Politcnica del Litoral (ESPOL) (1) (2) (3)
Campus Gustavo Galindo, Km 30.5 va PerimetralApartado
09-01-5863. Guayaquil-Ecuador
[email protected] (1), [email protected] (2),
[email protected] (3)
Resumen
Mediante este trabajo se pretende establecer las causas por las
que se produce la corrosin en las varillas de
refuerzo en elementos de hormign armado enfocndonos
especficamente en la corrosin por carbonatacin del
hormign, la corrosin por accin de cloruros y en los factores
acelerantes de la corrosin; adems, se fijarn los
puntos plausibles de anlisis que permitan identificar los
efectos de la corrosin en el hormign, en el acero y en el
sistema de hormign armado y los diferentes problemas que pueden
producirse en los siguientes elementos de
hormign armado: vigas y columnas. Por ltimo, una vez
identificados estos problemas, se desea precisar algunas
soluciones para prevenir o mitigar los daos que puedan surgir en
una estructura, entre estas posibles solucionestenemos la reparacin
de las estructuras de hormign armado deterioradas por la corrosin,
los diferentes mtodos
electroqumicos de rehabilitacin y los inhibidores de la
corrosin.
Palabras Claves: Corrosin, Carbonatacin, Iones de Cloruro,
Proteccin Catdica, Inhibidores
Abstract
This work is intended to establish the causes by which there is
corrosion on the rods of reinforcement in reinforced
concrete elements focusing specifically on the corrosion by
carbonation of concrete, corrosion by chlorides and action
on the acelerantes factors of corrosion; In addition, plausible
reparse points that identify the effects of corrosion in
concrete, steel and the system of reinforced concrete and the
various problems that can occur in the following elements
of reinforced concrete shall be fixed: beams and columns.
Finally, once identified these problems, you want to specifysome
solutions to prevent or mitigate damages that may arise in a
structure, among these possible solutions have the
repair of reinforced concrete structures damaged by corrosion,
different electrochemical methods of rehabilitation and
corrosion inhibitors.
Keywords: Corrosion, Carbonation, Chloride Ions, Cathodic
Protection, Inhibitors
1. Introduccin
La corrosin en los metales es uno de los procesosqumicos que ms
ha repercutido de forma negativaen la industria del ltimo siglo. Se
estima que el costoque genera el dao de materiales por
corrosinasciende en los pases desarrollados aaproximadamente el 3.5
% del PIB (Producto InternoBruto). De esta cantidad, el 20% podra
ser ahorradode aprovechar al mximo las tecnologas y
cuidadosexistentes para mitigar este proceso qumico.
Del total de daos por corrosin en metales en laindustria en
general, aproximadamente un 18% seproduce en la industria de la
construccin. El acero esel metal ms usado en la construccin de
viviendas,edificios, puentes y dems estructuras. Ya sea que se
utilicen perfiles estructurales de acero, o varillas deacero de
refuerzo en hormign, la corrosin es unfenmenos crtico, que de no
ser debidamenteprevenido y controlado, podra ocasionar el
colapso
de las estructuras construidas junto a la prdida devidas humanas
en los casos extremos.
Adems, el problema de la corrosin produce ladesvalorizacin de
los bienes inmuebles por losagrietamientos y desprendimiento del
material queprovoca el deterioro esttico y funcional de
laestructura, aun cuando no se produzca el colapso de lamisma.
Cuando un metal se corroe, lo hace con unavelocidad que es
directamente proporcional a lacantidad de energa que requiri pasar
de su estadonatural al industrial. Por lo tanto, existen
metalescomo el aluminio y el hierro que son ms proclives a
la corrosin que otros como la plata y el oro.
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2. Corrosin
La corrosin es la interaccin de un metal con elmedio que lo
rodea, produciendo el consiguientedeterioro en sus propiedades
tanto fsicas comoqumicas. La caracterstica fundamental de este
fenmeno, es que slo ocurre en presencia de unelectrlito,
ocasionando regiones plenamenteidentificadas, llamadas estas
andicas y catdicas.(Fsicanet Corrosin)
La corrosin puede ser mediante una reaccinqumica (xido-reduccin)
en la que intervienen lapieza manufacturada, el ambiente y el agua
o pormedio de una reaccin electroqumica.
2.1 Prevencin de la corrosin
Para prevenir que exista la posibilidad de que enun futuro la
corrosin provoque un deterioro en laestructura de hormign armado,
se debe tomar encuenta 3 parmetros que son:
Que el hormign tenga una estructura deporos adecuada
Que el recubrimiento tenga el espesorsuficiente
Que el hormign est libre de cloruros
A partir de los parmetros anteriores, es
importante tener en cuenta:
Los procesos de difusin de los ataques yasea por carbonatacin o
por la presencia deiones de cloruro
La humedad La temperatura
Estos parmetros indicados nos ayudarn de una uotra forma para
poder prevenir la corrosin y que stano cause dao en la estructura
de hormign armado.
2.2 Corrosin por carbonatacin delhormign
Cuando el CO2 que es liberado de forma masivaen la atmsfera
penetra en el hormign se produceuna reaccin entre los hidrxidos de
la fase lquidaintersticial y los compuestos hidratados del
cemento,de tal manera que cuando todo el Ca(OH)2, Na(OH) yK(OH)
presentes en los poros han sido carbonatados,el pH empieza a
decrecer, dando como resultado unmedio cido que produce un
constante y progresivoefecto corrosivo en el acero.
Figura 1. Proceso de carbonatacin del hormign(Vida til residual
de estructuras de hormign armado
afectadas por corrosin. Leticia Prez Mndez.)
2.3 Corrosin por accin de cloruros
Este fenmeno generalmente se produce en laszonas costeras, los
iones de cloruros que seencuentran en el ambiente penetran en el
hormigndestruyendo la capa protectora que cubre al acero
yprovocando una pequea zona andica con relacin ala catdica, las
condiciones desfavorables de lasuperficie producen una profunda y
aceleradapenetracin de la corrosin en el acero de refuerzo.
La presencia de cloruros en el concreto puedeprovenir de sus
componentes como en el cemento,agua, agregados, aditivos o tambin
en el ambiente.
El componente del cemento que reacciona con losiones de cloruro
es el Aluminato triclcico (C3A),formando Cloro aluminato clcico lo
cual provoca ladisminucin del pH provocando el medio cido quegenera
la corrosin.
Figura 2. Fenmeno electroqumico de la corrosinpor iones de
cloruro (Vida til residual de estructurasde hormign armado
afectadas por corrosin. Leticia
Prez Mndez)
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3. Principales problemas presentados enlas estructuras por
corrosin
La corrosin es una de las causas ms comunes dedeterioro de las
estructuras de hormign armado, estapuede afectar al acero (por
reduccin de su seccin y
propiedades mecnicas), al hormign (por sufisuracin) y a la
seccin en conjunto acero-hormign(por prdida de adherencia).
3.1 Efectos en el hormign
Debido a la formacin de productos derivadosdurante el proceso de
corrosin de armaduras dentrode un elemento estructural, ocurre un
fenmeno deexpansin volumtrica, esta expansin a su vezprovoca
tensiones radiales que generan esfuerzos detraccin al hormign.
Cuando la generacin de estos
productos de corrosin es excedida por la capacidadde migracin de
los mismos a travs de los poros delhormign, en algn punto los
esfuerzos de traccindel hormign son superados por los esfuerzos
detraccin producidos por los productos derivados de lacorrosin.
Esto provoca fisuracin y desprendimientodel recubrimiento.
Cuando se trata de un elemento sometidoprincipalmente a
compresin (por ejemplo, lascolumnas) y se llega a desprender el
hormign, laconsecuencia es la prdida de seccin resistente, locual
disminuye la rigidez del elemento.
Cuando se trata de un elemento sometidoprincipalmente a flexin,
como las vigas, se producela prdida de resistencia a la compresin
del hormigncircundante a la armadura corroda, lo cual disminuyela
ductilidad y aumenta la presencia de grietas.
Figura 3. Efectos en el hormign
3.2 Efectos en el acero
La reduccin de la seccin transversal de laarmadura de refuerzo
es el efecto ms inmediato de lacorrosin, debido a la disolucin del
metal en laszonas andicas. Esto implica la prdida de capacidad
resistente de forma progresiva y afecta la seguridad yla
funcionalidad de la estructura. La corrosin puedeproducirse de
manera uniforme a lo ancho de seccinde la armadura, en estos casos
la prdida deresistencia es aproximadamente proporcional a laprdida
de seccin. Distinto caso supone la presenciade picaduras, las
cuales suponen una concentracinde esfuerzos de tensin triaxiales
que producen uncomportamiento mecnico frgil en el material.
(Tesisdoctoral Esther Moreno)
Bajo la accin de cloruros se produce unacorrosin localizada o
corrosin por picaduras, que
reducen asimtricamente la seccin transversal. Bajola accin de
carbonatacin la penetracin de ataque yla reduccin de la seccin de
las armaduras de aceroson homogneas.
Figura 4. Efectos en el acero
3.3 Efectos en el sistema HormignArmado
Una de las caractersticas que permiten que elacero y el hormign
trabajen conjuntamente es laadherencia junto con el anclaje entre
ambos, durante
el proceso de corrosin aparecen productos quequedan expuestos al
contacto con el hormign, por lotanto, la naturaleza de la frontera
entre el acero yhormign es variable, y se pierde la adherencia con
elacero.
Al incrementarse las tensiones radiales ejercidaspor los
productos de la corrosin, se producen enmayor medida las fisuras en
el hormign. A nivelespequeos de corrosin se aumenta la adherencia
entreel acero y el hormign, pero con niveles de corrosinque
producen las primeras fisuras, la adherencia entreambos materiales
disminuye sbitamente
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Una varilla corroda, presenta mayoresafectaciones, como es
lgico, en la corruga que en laseccin en s. En barras de refuerzo en
las que se haperdido el 3% de seccin transversal, puede
haberseperdido hasta un 20% de la corruga, lo cual perjudicael
acuamiento entre el acero y el hormign
Figura 5. Efectos en el sistema Hormign Armado
4. Soluciones al problema de la corrosin
Debido a los daos que ocurren en las estructurasde hormign
armado a causa de la corrosin y laprdida econmica que este fenmeno
qumicogenera, se han realizado investigaciones durantevarios aos
que nos han dado como resultado algunassoluciones para evitar que
la corrosin sea un mal
para el mbito de la construccin y as lograr que lasestructuras
de hormign armado sean confiables,duraderas y logren un mayor
tiempo de durabilidad yuna resistencia que no disminuya a causa de
estefenmeno
4.1. Reparacin de estructuras dehormign armado deterioradas por
lacorrosin
Una vez que se ha detectado mediante anlisis o asimple vista que
una estructura de hormign armado
ah sufrido un dao a causa de la corrosin,inmediatamente se
debera reparar la estructura paraas evitar que la corrosin aumente
el dao producidoy por ende un dao irreparable en la estructura,
paraesto existen algunos mtodos:
Eliminacin del hormign deteriorado: si seobserva que existen
sntomas de corrosincomo mancha de xidos o fisuraciones en elacero
de la estructura, se debe eliminar todo elhormign de esas
zonas.
Restauracin de la capacidad resistente de lasarmaduras: si las
prdidas de seccin que
existen en el acero son menores al 15% no esnecesario restaurar
la capacidad nominal delacero ya que con ese porcentaje no
existenproblemas estructurales, pero si las prdidaspasan el 15% se
deber recalcular la estructurao restaurar la capacidad inicial del
acero.
Colocacin de un nuevo material dereparacin: pueden ser con
materiales de baseorgnica, materiales de base inorgnica omateriales
de base mixta
Aplicacin de un tratamiento superficial:pueden ser pinturas y
sellantes, hidrfugos oimpregnantes, obturadores de poros
4.2. Mtodos electroqumicos derehabilitacin
Los procedimientos ms utilizados para larehabilitacin de EHA
mediante mtodoselectroqumicos se basan en la polarizacin catdicadel
acero y son:
Proteccin catdica (PC). Extraccin electroqumica de cloruros
(EEC) La realcalinizacin electroqumica (RAE)
Tabla 1. Caractersticas de los tratamientos derehabilitacin
electroqumica. (Tesis Doctoral Esther
Moreno)
La proteccin catdica es uno de los mtodoselectroqumicos que ms
se utiliza para evitar que
exista corrosin en las estructuras, puede ser pornodo de
sacrificio el cual consiste en utilizar unelemento con una
electronegatividad menor el cualactuar como nodo mientras que el
elemento aproteger actuar como ctodo produciendo as que elflujo de
electrones vaya de ctodo a nodo haciendoque el nodo de sacrificio
sufra el proceso decorrosin, otra forma de proteccin catdica es
porcorriente impresa el cual consiste en proporcionarcorriente
continua, el terminal positivo de la fuentedebe conectarse a un
nodo auxiliar, mientras que elnegativo se conecta a la armadura a
protegerproduciendo as que el elemento a proteger acte
como ctodo y as evitar la corrosin.
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Figura 6. Proteccin catdica con nodo de sacrificio(Artculo:
Proteccin catdica con nodos galvnicos)
4.3. Inhibidores de corrosinLos aditivos inhibidores de la
corrosin son
sustancias qumicas que, aadidas al agua deamasado, mantienen
pasivo al acero de las armadurasen presencia de los factores
agresivos, por lo quepueden resultar eficaces para prevenir el
efecto de lacarbonatacin o de los iones cloruro en las
estructurasde hormign armado, la accin de los inhibidores noes
definitiva, simplemente retrasan el proceso decorrosin.
La aplicacin de inhibidores en la proteccin deestructuras ya
construidas se lleva a cabo directamentesobre la superficie del
hormign. El compuestoorgnico migra a travs de la estructura
porosaendurecida del hormign llegando a la armadura porfenmenos de
accin capilar, difusin de vapor yatraccin inica. Una vez ha
alcanzado la armadura,forma una capa debido a un triple efecto:
laseparacin en iones de las sales, reaccin y enlace conla
superficie del metal y, por ltimo, fijacin de lacapa por adsorcin
fsica. Como consecuencia, seproduce una drstica reduccin de la
corrosin alproducirse un cambio de potencial en las reas
andicas y catdicas, por formacin de una capahidrofbica que
impide la penetracin de ionescloruro y desplazando los que puedan
estar presentesen la superficie del acero. En estructuras de
nuevaconstruccin, la aplicacin de este sistema se lleva acabo
mediante la adicin de inhibidores directamentedurante el amasado
del hormign.
Figura 7. Periodo de iniciacin de la corrosin sinproteccin y con
inhibidores de corrosin. (Artculo:
Inhibidores de corrosin CODEMET)
Conclusiones
Existen varios factores que pueden potenciar elproceso de
corrosin. En este trabajo se haanalizado el efecto de la variacin
de la relacinagua/cemento y espesor de recubrimiento. Amayor
relacin agua/cemento, mayorpermeabilidad del hormign, el cual ser
msproclive ante factores desencadenante decorrosin. A menor espesor
de recubrimiento, laagresividad del medio circundante afectar msal
hormign.
Se han analizado varios factoresdesencadenantes de la corrosin,
especialmentela carbonatacin y la accin de iones de
cloruro.Respecto a la carbonatacin, se estableci que enambientes
con altas concentraciones de CO2 ycon humedades bajas en el
ambiente, se acelerael proceso de corrosin. Respecto a la accin
deiones de cloruro, se presentan estos casos enambientes
salinos.
En ambientes con altas concentraciones de CO2,
en que la humedad sea baja, se produce en elacero un proceso de
corrosin que afectahomogneamente su seccin. En ambientessalinos,
por otro lado, ante relacionesagua/cemento bajas y recubrimientos
mnimos,la accin de los iones de cloruro pueden afectaral acero,
principalmente de manera localizada,producindose una corrosin de
tipo picadura,que afecta heterogneamente la seccin yfavorece la
concentracin de esfuerzos triaxialesen las armaduras.
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Recomendaciones
Si en el hormign se observa que existensntomas de corrosin como
mancha de xidos ofisuraciones en el acero de la estructura, se
debeeliminar todo el material. Es necesario que esta
medida se realice hasta la parte posterior de laarmadura dejando
libres unos dos centmetrosalrededor de la misma con el fin de
poderrealizar una correcta limpieza, y as eliminarcompletamente
todos los productos de corrosindel acero y permitir que el material
de reparacinenvuelva correctamente las barras.
El tiempo de iniciacin del proceso de corrosin,as como el perodo
de propagacin pueden seraumentados significativamente mediante
lautilizacin de inhibidores de corrosin. Estospueden aplicarse en
el proceso constructivo, o
pueden emplearse para retardar el inicio delproceso en
estructuras ya construidas.
Si las prdidas de seccin que existen en el aceroson menores al
15% no es necesario restaurarla capacidad nominal del acero ya que
con eseporcentaje no existen problemas estructurales,pero si las
prdidas pasan el 15% se deberrecalcular la estructura o restaurar
la capacidadinicial del acero
Referencias
[1] Corrosin de Armaduras en estructuras dehormign: Estudio
experimental de la variacinde ductilidad en armaduras corrodas
aplicando elcriterio de Acero Equivalente. Esther Moreno.
Tesis Doctoral
[2] Corrosin de armaduras en estructuras dehormign armado:
causas y procedimientos derehabilitacin. Alfonso Cobo Escamilla
[3] Extraccin electroqumica de cloruros delhormign armado:
estudio de diferentes variablesque influyen en la eficiencia del
tratamiento.Mara Jos Snchez. Tesis Doctoral
[4] Corrosin de armaduras en estructuras dehormign armado. Pedro
Garcs Terradillos,
Miguel ngel Climent Llorca, Emilio ZornozaGmez
[5] Vida til residual de estructuras de hormignarmado afectadas
por corrosin. Leticia PrezMndez. Trabajo de Fin de Mster.
