corrosion de acero

Prevención de la Corrosión del Acero de

Refuerzo en Climas Tropicales y Marítimos

Roberto Torrent

Materials Advanced Services, Buenos Aires, Argentina

[email protected]

CONEIC, Huaraz, Perú, Agosto de 2012

2

Objetivos

� Presentar los principales mecanismos de incubación y

propagación de la corrosión del acero en el concreto

� Analizar los factores clave que influyen sobre el

desarrollo de la corrosión del acero en el concreto

� Revisar críticamente la normativa actual

� Presentar recomendaciones prácticas para prevenir la

ocurrencia de la corrosión

3

Contenido

1. Pasivación y Depasivación del acero

2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación

3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones

Necesarias y Factores Determinantes

4. Análisis Crítico de la Normativa Actual

5. Medidas de Prevención

6. Conclusiones

4

Contenido







6. Conclusiones

5

Atmósfera

Concreto

Acero

Capa de Pasivación

pH > 11Cloruros < 0.4% Cemento

Acero Pasivado en el Concreto

pH < 8.2 (fenolftaleína)

6

Concreto

Acero

Capa pasiva rota

pH < 10cloruros > 0.4%

Depasivación del Acero en Concreto: Incubación

CO2 + humedad Cloruros (mar)

Re

cu

bri

nie

nto

Atmósfera

7

Concreto

Cátodo (+)

Corrosión del Acero Depasivado en Concreto

O2 + humedad

Anodo (-)

Fe2+

Acero

OH-

e-

Fe2O3 . 2H2O

Atmósfera

8

Consecuencias de la Corrosión del Acero

� Aparición de manchas de óxido en la superficie del

concreto

� Aparición de fisuras paralelas a la dirección de las

barras

� Desprendimiento del recubrimiento (puede ser peligroso

para el público)

� Pérdida de adherencia (y de capacidad portante)

� Disminución gradual de la sección de acero

� Colapso estructural de los elementos afectados

9

Contenido







6. Conclusiones

10

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50

Tiempo (años)

Dete

rio

ro

Incubación Propagación

f (ambiente, recubrimiento, permeabilidad, humedad)

Incubación y Propagación: Principales Factores

f (resistividad, O2, humedad)

11

Avance del Frente Crítico

x = A . t½

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo (años)

Pe

ne

tra

ció

n F

ren

te C

ríti

co

(m

m)

Mayor

Perm

eabilidad

12

Estimación del Período de Incubación

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo (años)

Pe

ne

tra

ció

n F

ren

te C

ríti

co

(m

m)

Barra de Acero

x = A . t½

13

Estimación del Período de Incubación

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Tiempo (años)

Pe

ne

tra

ció

n F

ren

te C

ríti

co

(m

m) Barra de Acero

x = A . t½

14

0

10

20

30

40

50

60

50 60 70 80 90 100

Humedad Relativa (%)

Velo

cid

ad

de C

orr

osió

n

(µm

/añ

o)

Propagación de la Corrosión por CO2

(Límite de Fisuración: 100 µm)

15

Contenido







6. Conclusiones

16

Corrosión de Acero en Concreto: Condiciones

Necesarias

CO2 y/o Cl-

Depasivación

O2 y H2O

Combustible

Humedad (+ Cl-)

Baja Resistividad

Corrosión

17

Definición de Durabilidad

Durabilidad: La aptitud de una dada estructura para

desempeñar su función prevista (mantener la

resistencia requerida y su funcionalidad o

“serviciabilidad“) durante la vida útil especificada o

tradicionalmente esperable*, en sus condiciones

específicas de exposición ambiental.

*Vida útil esperable = 50 años

18

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40 50

Tiempo (años)

Det

erio

ro

Incubación Propagación

Vid

a U

til

Nivel Crítico

Concepto de Vida Util

19

Tiempo

Dete

rio

ro

Iniciación/Incubación Propagación

Sin deteriorovisible

Deteriorolocalizado

Deterioro generalizado

Fases Típicas de los Problemas de Durabilidad

20

De Sitter: Ley de los “Cinco”

Tiempo

Co

sto

Co

rre

cti

vo

De

teri

oro

Dis

eñ

o y

Co

nstr

ucció

n

15

25

125

Sin deteriorovisible

Deteriorolocalizado

Deterioro generalizado

21

CO2 Cl-

Acero

“Recubrimiento”de Peor Calidad

Debido a:

• Segregación

• Compactación

• Curado

• Exudación

• Acabado

• Microfisuras

Calidad del Hormigón en la Estructura

22

CO2 Cl-

Acero

“Recubrimiento”de Peor Calidad

Debido a:

• Segregación

• Compactación

• Curado

• Exudación

• Acabado

• Microfisuras

Calidad del Hormigón en la Estructura

Las probetas moldeadas y curadas en forma normalizada,

NOrepresentan la vital calidad del ‘recubrimiento’

23

LA VIDA EN SERVICIO DEPENDE DE

LA CALIDAD (‘Penetrabilidad’) delHORMIGON DE RECUBRIMIENTO “IN SITU”

y, para el caso de corrosión del acero,

del ESPESOR DE DICHO RECUBRIMIENTO

que dependen, en gran medida, de:

• Una correcta especificación (Proyectista)• Calidad adecuada del concreto (Proveedor)• Una cuidadosa ejecución (Contratista)• Controles adecuados (Propietario/Inspección)

Factores Vitales para la Durabilidad

24

Origen de Problemas de Durabilidad en Obras

Civiles (s/Helene)

Diseño40%Materiales

18%

Uso10%

Planific.4%

Ejecución28%

25

Contenido







6. Conclusiones

26

Normas Prescriptivas: Análisis Crítico

Norma a/c Cemento ResistenciaMáx (kg/kg) Mín (kg/m³) Mín (N/mm²)

EN 0,50 300 30 Costa XS1EN 0,45 320 35 Mareas XS3ACI 0,40 --- 35 C2NMX 0,55 300 30 4. Amb. Marino

Requisitos prescriptivos para estructuras en ambiente

marino según 3 normas de concreto: Norma Europea

EN206-1:2000, ACI 318-08, Norma Mexicana NMX C403-

99.

27

Máxima relación a/c para distintos países EN206-1

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

XC

1

XC

2

XC

3

XC

4

XD

1

XD

2

XD

3

XS

1

XS

2

XS

3

XF

1

XF

2

XF

3

XF

4

a/c

má

xim

a

12 1 1 11

CO2 Sales Marino Hielo

28

Enfoque reglamentario clásico (EN, CIRSOC y ACI)

�Estas normas se basan mayoritariamente en

especificaciones prescriptivas: a/c máxima, contenido de

cemento mínimo

�CUAL ES EL PROBLEMA?

29

0.01

0.1

1

10

100

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8Relación a/c

kO

(10

-16 m

²)OPC

Slag

Fly Ash

Pozz

S. Fume

Filler

fib Model Code ’90 Eq. 2.1-107

Permeabilidad al O2 - kO vs a/c (distintos cementos)

7 días a 95% HR + 21 días a 50% HR

30

Enfoque reglamentario clásico (Europa y America)

�Se basa mayoritariamente en especificaciones

prescriptivas: a/c máxima, contenido de cemento mínimo

� La relación a/c no es un indicador absoluto ni robusto de

la permeabilidad del concreto

�No hay métodos de ensayo precisos ni criterios de

aceptación para verificar el cumplimiento de a/cmax

� Los registros de la planta pueden ser engañosos:

� humedad de los áridos: indicada vs. real

� agua de “ajuste de consistencia“ (en planta o en obra) no

registrada

� remanente de agua de lavado en los tambores

31

Espesor

Calidad= K-1

Recubrimiento DISEÑO PRACTICA CONTROL

Especific. deRecubrimien-

to mínimo��

Conformidad? (pachómetro)

��

Producción de

Hormigón

Especific.Prescriptiva

(a/c max)

�� Ejecución:• Colado

• Compact.

• Acabado

• Desmolde

• Curado

Ubicación y fijación

cuidadosa de las barras

Ensayos “in situ”

(permeabilidad, resistividad)

��

K = ‘Penetrabilidad’

Factores Vitales: Tratamiento Reglamentario

Relación a/c?

��

32

Métodos de Ensayo Normalizados de Laboratorio

24 horas

6 horas

60-90 días

1-7 días

4 días

1-5 horas

Duración

AASHTO TP 64,

SIA 262/1-B

Tang y NilssonTrans.Migración de Cl-

ASTM C1202WhitingTrans.RCPT??

Conductividad

ASTM C1556 ,

AASHTO T 259

Perfil Cl-Trans.Difusión de Cl-

RILEM 116-PCD,,

SIA 262/1-A, ASTM

C1585

FagerlundTrans.Succión Capilar

EN 12390-8Agua a

Presión

Trans.Permeabilidad H2O

RILEM 116-PCDCembureauEstac.Permeabilidad O2

NormaRecomendación

MétodoEstadoTransporte

33

Espesor

Calidad= K-1



to mínimo��

Conformidad c/ tolerancias?

��

Producción de

Hormigón

Especific.por

Desempeño: Kmax de

probetas��

Ejecución:• Colado

• Compact.

• Acabado

• Desmolde

• Curado



Permeabilidad in Situ?

��K = ‘Penetrabilidad’

Tratamiento Reglamentario

K sobreProbetas Normales

☺☺☺☺

34

Enfoque de la Norma Suiza 262: 2003

2.4 Durabilidad

2.4.1 General

2.4.1.1 Se deben especificar medidas que garanticen la

durabilidad en las bases de diseño y en el plan de

mantenimiento.

2.4.1.2 Respecto a la durabilidad, la calidad del

concreto de recubrimiento es de particular importancia

(ver Sección 6.4.2).

35

Enfoque de la Norma Suiza 262: 2003

6.4.2 Producción de un recubrimiento“impermeable”:

6.4.2.2 La “impermeabilidad” del recubrimiento será

verificada por medio de ensayos de permeabilidad (p.ej.

medición de permeabilidad al aire) sobre la estructura o

sobre núcleos extraidos de ella.

36

≤ 2 min

2 horas

≤ 6 min

Duración

ASTM G57-95a , RILEM 154-EMC

WennerEstac.Resistividad Elec.

BS 1881 : Part 5ISATTrans.Succión Capilar

SIA 262/1-ETorrentTrans.Permeabilidad al Aire

Norma/ Recomend.MétodoEstadoTransporte

Métodos de Ensayo Normalizados “in Situ” (y lab)

37

Ejemplo de Especificación por Desempeño:

Normas Suizas

20092012

?

2008

2000

Año

XD3XD2bXD2aXD1XC4XC3XC2XC1

0.50.52.02.02.0---------kTmax „in situ“

(10-16 m²)

1010------------------DClmax (10-12 m²/s)

Migración de Cl -

------101010---------qwmax (g/m².h)

Succión Capilar

0.450.450.500.500.500.600.650.65a/cmax

320320300300300280280280Cmin (kg/m³)

3030252530252525f‘cmin (MPa)

ClorurosCarbonataciónClase de Exposición

38

Espesor

Calidad= K-1



to mínimo��

Conformidad c/ tolerancias?

��

Producción de

Hormigón

Especific.por

Desempeño: Kmax de

probetas e “In Situ”

☺☺☺☺

Ejecución:• Colado

• Compact.

• Acabado

• Desmolde

• Curado



Kin Situ

☺☺☺☺K = ‘Penetrabilidad’

Tratamiento Reglamentario

K sobreProbetas Normales

☺☺☺☺

39

Contenido







6. Conclusiones

40

Prevención de la Corrosión: Diseño

� Especificar concretos de calidad adecuada al tipo de exposición y la vida útil esperada, preferentemente incluyendo ensayos de desempeño

� Especificar espesores de recubrimientos suficientes (en función del tipo de acero y de la permeabilidad del concreto superficial)

� Forma y dimensiones de los elementos estructurales

� Evitar diseños que favorezcan la acumulación de agua

� En casos especiales especificar aceros de alta resistencia a la corrosión y/o revestimientos y/o inhibidores de corrosión

41

Prevención de la Corrosión: Concreteras

� No usar materiales (agregados, aditivos) que contengan

tenores altos de cloruros

� Cementos con adiciones (puzolanas, escoria, humos de

sílice) son preferibles a los portland puros. El tipo V,

resistente a los sulfatos, no es el más recomendable en

ambiente marino

� Diseñar mezclas de concreto de baja permeabilidad (baja

relación a/c, agregados limpios, mezclas cohesivas)

� Tener control estricto de la cantidad de agua efectiva en el

concreto (humedad de arenas, camiones sin remanente de

agua de lavado, evitar el añadido incontrolado de agua)

� Control de calidad con ensayos de permeabilidad para

proponer las mejores mezclas a los clientes

42

Prevención de la Corrosión: Contratista

� Disponer de personal idóneo para las tareas de concretado

� Colocación del concreto evitando segregación

� Correcta compactación, especialmente en las zonas

expuestas

� Prácticas de acabado de las superficies que mejoren y

ciertamente que no comprometan la permeabilidad

� Evitar la aparición de fisuras plásticas

� Curado eficiente de los elementos por los períodos

estipulados en los códigos (y más también)

� Uso de separadores y fijaciones adecuadas de las

armaduras de acero, de modo que resulten en los

recubrimientos mínimos especificados

43

Prevención de la Corrosión: Dueño/Inspección

� Controlar la calidad del concreto recibido, preferentemente

con ensayos de desempeño

� Controlar las etapas críticas de la ejecución:

� Disposición y fijación de las barras de refuerzo antes del

vaciado

� Correcta colocación, compactación y acabado del concreto

� Protección y curado de las estructuras Evitar la aparición

de fisuras plásticas

� Control del producto terminado por métodos preferentemente

no-destructivos:

� Medición de la permeabilidad del elemento terminado

� Medición del espesor de recubrimiento obtenido

44

Contenido







6. Conclusiones

45

� La corrosión del acero es la causa principal de deterioro

de estructuras de concreto a nivel mundial, en especial:

� debida a la carbonatación en climas tropicales

� debida a los cloruros en zonas marítimas

� debida a cloruros (acoplada con congelación) en

zonas de climas fríos (marítimos o donde se usen

sales descongelantes)

� El factor clave de control de la corrosión es un

recubrimiento de hormigón de espesor suficiente y de baja

permeabilidad

Conclusiones

46

Conclusiones

� La solución estriba en que todos los actores reconozcan y

tomen conciencia de la importancia del tema

� En primer lugar, es esencial modificar el enfoque

reglamentario, reemplazando el prescriptivo actual por

uno basado en indicadores de desempeño

� Existen en el mercado diversos instrumentos (de

laboratorio y de obra) para medir la permeabilidad y el

espesor del recubrimiento de hormigón, varios de ellos

normalizados

� Esto abre el camino a especificaciones para durabilidad

más orientadas al desempeño y al control de conformidad

sobre la estructura terminada (p.ej. Normas Suizas)

4727 años 26 años

Cuesta tanto alcanzar la Vida Util esperada?

48

La Durabilidad de las Estructuras de Hormigón es un tema

que concierne, afecta y debe preocupar a toda la Industria

de la Construcción en Concreto

Proyectista Contratista

Proveedores

de Materiales

Propietario/

Usuario

SOCIEDAD

Conclusiones

49

� De Sitter, W.R., "Costs for service life optimization: The Law of Fives", 'Durability of Concr. Struct.', Workshop

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� Annex B: Resistance to Chlorides

� Annex E: On Site Air Permeability

Bibliografía Ensayos

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Bibliografía Complementaria Ensayos

corrosion de acero

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