Primer Seminario Internacional PATOLOGÍA Y TERAPÉUTICA DEL CONCRETO (ACI Perú – 2014)

Diagnóstico de corrosión del acero de refuerzo en estructuras de concreto armado: Evaluación de casos representativos.

Prof. Isabel Díaz Tang ICP-PUCP

¿POR QUÉ SE CORROE EL ACERO DE REFUERZO?

Diagnóstico de corrosión del acero de refuerzo en estructuras de concreto armado: Evaluación de casos representativos.

Del mineral de hierro al acero

ACERO

Hematita

Limonita

energía

Magnetita (óxidos Fe II y III) [3]

Siderita (carbonato) [4]

Distintos compuestos, distintas cantidades de agua, distintos estados de oxidación AL ESTADO NATURAL distintos colores.

Conformado

(+ energía)

[5]

Del acero a sus orígenes

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[2]

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[7]

[8]

El acero embebido en concreto

Contacto con la pasta de cemento (pH 12-14): acero cubierto con película de óxido protectora (estado pasivo).

Influencia del potencial.

[10]

[11]

Causas de la corrosión del acero de refuerzo Cualquier factor que afecte la estabilidad o integridad de la película pasiva sobre el acero.

Aspectos fundamentales: calidad del concreto, condiciones del entorno y tiempo.

[13] [12]

Corrosión del acero de refuerzo

A través de la inspección visual y el conocimiento de la ‘historia clínica’ de la estructura se obtiene información fudamental para el diagnóstico de corrosión.

[14] [14] [9]

HACIA LA ELABORACIÓN DEL DIAGNÓSTICO DE CORROSIÓN DEL ACERO DE REFUERZO

Diagnóstico de corrosión del acero de refuerzo en estructuras de concreto armado: Evaluación de casos representativos.

ETAPAS DEL PROCESO

Levantamiento de información

•Datos de la estructura, inspección visual, morfología de corrosión, plan de trabajo.

Ejecución del plan de trabajo

•Ensayos y mediciones en campo y en laboratorio, toma de fotografías.

Elaboración del diagnóstico

•Análisis de resultados, evaluación global, conclusiones y recomendaciones.

MEDICIONES Y ENSAYOS TÍPICOS

Profundidad de carbonatación (bloque desprendido de baranda de puente peatonal, estación de tren eléctrico en Villa el Salvador; 20 años) [14].

Medición de potencial acero/concreto [14].

MEDICIONES Y ENSAYOS TÍPICOS

Medición del espesor de recubrimiento de concreto [14]. Toma de muestras de polvo de

concreto (para análisis en laboratorio) [14].

Morfologías de corrosión

Corrosión leve (50 años, ambiente urbano). [14].

Corrosión uniforme moderada y además signos de corrosión localizada (30 años, ambiente marino). [14].

Morfologías de corrosión

Corrosión uniforme muy severa, deslaminación del acero (20 años, ambiente urbano-marino) [14].

Corrosión severa “catastrófica” (4 años, ambiente urbano). [14].

Morfologías de corrosión

Tres zonas con distintas morfologías de corrosión en un mismo elemento (zona aérea, zona de marea/salpicaduras, zona de inmersión) [15].

Al analizar la morfología de corrosión del acero durante la inspección visual debe registrarse además: colores, volumen y características de los productos de corrosión.

DIFICULTADES EN LA ELABORACIÓN DEL DIAGNÓSTICO - EJEMPLOS

Diagnóstico de corrosión del acero de refuerzo en estructuras de concreto armado: Evaluación de casos representativos.

Información difícil de conseguir

• Resistencia del concreto o relación a/c.

• Duración total del proceso de construcción (¿hubo acero expuesto por “x” tiempo antes de vaciar el concreto?).

• Cambios de uso de los ambientes a lo largo de la vida en servicio de la estructura.

• Historial de reparaciones.

Ejemplo 1: Diferente calidad de concreto en la misma estructura

Colegio, columnas, zona inferior; 18 años, 10 mm espesor concreto, ambiente urbano. (Izq.) 4 mm de profundidad de carbonatación; pH = 12,32; [Cl-] = 0,01% (respecto a peso de concreto); potenciales entre -185 y -201mV (Cu/CuSO4). (Der.) Totalmente carbonatado; presencia de cangrejeras; [Cl-] = 0,54%; potenciales entre -276 y -349 mV (Cu/CuSO4) [14].

Ejemplo 2: Diferente calidad de concreto y distintas condiciones de exposición en la misma estructura

Columnas, estructura de un piso ubicada a 1,5Km de distancia del mar, 4 años de antigüedad. (Izq.): 40 mm de espesor de recubrimiento, sin carbonatación, [Cl-] = 0,38% (respecto a peso de concreto); potenciales acero/concreto entre -277 y -306 mV (Cu/CuSO4). (der.) 34 mm de espesor de recubrimiento, sin carbonatación en zonas compactas, totalmente carbonatado en zonas con cangrejeras; [Cl-] = 0,21%; potenciales acero/concreto entre -299 y -344 mV (Cu/CuSO4) [14].

Ejemplo 3: Sin áridos gruesos

[14] [14]

Ejemplo 4: Dificultades en evaluación global de información

Punto Profundidad

de carbonatación

Corrosión del acero de

refuerzo

Concentración Cl-

(%)

1 (V,E) Carbonatado/60mm Sí, severa; concreto

agrietado 0,25

2 (V,E) 22/66mm Incipiente 0,36

3 (C,E) 28/45mm Incipiente 0,07

4 (V,E) 28/64mm Incipiente 0,21

5 (V,4°) Carbonatado/63mm Sí, severa; concreto

agrietado 0,38

6 (V,4°) 24/72mm Incipiente 0,31

Color rojo = Potenciales acero/concreto indicando estado de corrosión muy activo. Color rosado = Potenciales acero/concreto indicando estado de corrosión activo. Edificio de 4 años de antigüedad.

Efecto de humedad, carbonatación y calidad de concreto sobre concentración crítica de cloruros

[6]

CONCLUSIONES

• La calidad del concreto (resistencia + dosificación, características de agregados + espesor de recubrimiento + proceso constructivo) es fundamental para la durabilidad de estructuras de concreto armado.

• Condiciones de exposición (macro- y microclimas) también juegan un papel importante.

• La historia clínica de la estructura debe ser lo más completa posible.

• No se debe interpretar resultados parciales; evaluación debe ser global (comprender toda la información). Conocimientos y experiencia.

Referencias bibliográficas y de imágenes 1. http://vignette4.wikia.nocookie.net/ceramica/images/4/45/Hematite-

1.JPG/revision/latest?cb=20080607062918

2. http://nevada-outback-gems.com/mineral_information/Limonite.jpg

3. http://geology.com/minerals/photos/magnetite-302.jpg

4. http://www.dakotamatrix.com/images/products/siderite31054a.jpg

5. http://static.amarillasinternet.com/pictures/500000_600000/560000_570000/563000_564000/563400_563500/563459/gallery/13903133942.jpg

6. https://warriorpublications.files.wordpress.com/2014/09/knife-rust-1.jpg

7. http://merus-ts.net/merus/images/corroded_carbon_%20steel_%20pipes.jpg

8. http://www.corrosionlab.com/Failure-Analysis-Studies/Failure-Analysis-Images/29273.oxygen-corrosion.carbon-steel-tubes/pit&tubercle.jpg

9. http://www.homelandsecuritynewswire.com/sites/default/files/imagecache/standard/con1-1.jpg

10. J.A. González, C. Andrade (1984). “La corrosión de estructuras de hormigón armado. Formas de evaluarla y prevenirla”. En: J. A. González (Coord.). Teoría y Práctica de la Lucha contra la Corrosión. CSIC, CENIM (Madrid).

Referencias bibliográficas y de imágenes 11. http://www.cement.org/for-concrete-books-learning/concrete-

technology/durability/corrosion-of-embedded-materials (adaptada).

12. http://www.concrete-experts.com/pages/Newsletter/05/05.htm

13. P. Bennison. The design of reinforced cement-based protective coatings. http://www.cortecvci.com/Publications/Papers/MCIProducts/Aston_U/Aston.html

14. Archivo del ICP-PUCP.

15. O. Trocónis de Rincón, A. Romero de Carruyo, C. Andrade, P. Helene e I. Díaz (Eds.) (1997). Manual de Inspección, Evaluación y Diagnóstico de Corrosión en Estructuras de Hormigón Armado. Red DURAR, Subprograma XV - Corrosión/Impacto Ambiental sobre los Materiales, Programa CYTED.

16. S. Feliú, C. Andrade (Coords.) (1989). Manual de Inspección de obras dañadas por corrosión de armaduras. Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Metalúrgicas.