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INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA
PROBLEMAS PATOLÓGICOS DERIVADOS DE LA CORROSIÓN DEL
ACERO DE REFUERZO EN ESTRUCTURAS DE CONCRETO
TITULACIÓN POR TESIS PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
PRESENTA
Gabriel Antonio Martínez Culebro
CD. OBREGÓN, SONORA OCTUBRE DEL 2004
i
DEDICATORIA
A MIS PADRES
A MI ESPOSA
ii
AGRADECIMIENTOS
A Dios, por darme vida suficiente para cumplir una de mis más
importantes metas en compañía de mis seres queridos.
A mis padres, Raúl y Margarita, por darme el apoyo, cariño y
comprensión a lo largo de mi vida y sobre todo en los momentos
difíciles. Porque sin ustedes y sin su ejemplo no hubiera llegado a ser
quien soy. MUCHAS GRACIAS LOS QUIERO MUCHO, que Dios me los
bendiga y me los conserve bien muchos años.
A mi esposa, Aitza, gracias por tenerme la paciencia suficiente y por
brindarme ese apoyo incondicional que me diste, TE AMO VIEJA.
Al Ing. Francisco Santoyo Peraza y familia, por siempre brindarme apoyo
incondicional en las buenas y en las malas.
A todas aquellas personas y amigos que siempre están presentes en mi
vida.
A los civiles, gracias a todos los compañeros que estuvieron conmigo a
lo largo de mi carrera y a los que compartieron conmigo en alguna
ocasión alguna actividad, gracias por su paciencia ayuda y amistad.
Al Ing. Dagoberto López López, por el apoyo y tiempo proporcionado
para la realización de este proyecto.
Al Ing. José Dolores Beltrán, por brindarme su confianza, su
conocimiento y su apoyo incondicional, además de encontrar en él a un
amigo mas.
A todos y cada uno de mis maestros del Departamento de Ingeniería
Estructural e Hidráulica por haberme dado las bases de mis
conocimientos y por ofrecerme su amistad.
iii
RESUMEN
La presentación de este trabajo, tiene por objetivo hacer ver los beneficios que trae
una inspección periódica a las estructuras así como también llevar a cabo servicios
de mantenimiento ya sean preventivos o correctivos para lograr mantener la
estructura en buen estado. Se realizó una investigación bibliografía sobre los
problemas que trae la corrosión del acero de refuerzo en el concreto, describiendo
métodos existentes para su reparación así como también productos. Se desarrolla un
caso práctico que consta en un estudio preliminar a una estructura de concreto
usada como edificio de aulas escolares en la primaria Benito Juárez No.1 la cual
muestra alto grado de corrosión en dos de sus aulas del segundo piso y daños leves
aislados producidos por la misma corrosión en el resto del edificio. Se observa la
falta de cuidados y mantenimientos por las autoridades encargadas de la seguridad
estructural de dichos edificios.
iv
ÍNDICE
Pag.Dedicatoria i Agradecimientos ii Resumen iii Índice. iv Índice Tablas y figuras. vi CAPITULO 1.- Introducción.
1.1.- Antecedentes. 2 1.2.- Justificación. 4 1.3.- Planteamiento del problema. 4 1.4.- Objetivos. 5
1.4.1.- Objetivos específicos. 6 1.5.- Hipótesis. 6
CAPITULO II.- Marco Teórico.
2.1.- Propiedades del concreto. 7 2.2.- Componentes del concreto. 8 2.3.- Principios generales de la corrosión. 8
2.3.1.- Definición de corrosión. 9 2.3.2.- Fuerza generadora de la corrosión. 9
2.4.- Tipos de corrosión. 9 2.4.1.- Corrosión bimetálica. 10 2.4.2.- Corrosión uniforme. 10 2.4.3.- Corrosión localizada. 10 2.4.4.- Corrosión por picadura. 12 2.4.5.- Corrosión en grietas o hendiduras. 12 2.4.6.- Corrosión bajo esfuerzo. 13
2.5.- Sistemas de reparación para estructuras dañadas por corrosión 13
2.5.1.- Reparación por parcheo. 13 2.5.1.1.- Imprimaciones al acero de refuerzo. 16 2.5.1.2.- Agente de unión. 19 2.5.1.3.- Morteros de reparación. 19 2.5.1.4.- Las pinturas para el concreto. 24 2.5.1.5.- Efectos de los sistemas de reparación formadas
por mortero tradicional y diferentes tipos de imprimaciones sobre las áreas no reparadas. 27
2.5.2.- La remoción de cloruros y la re-alcalinización del concreto. 27
2.5.2.1.- Mecanismos utilizados para la remoción de cloruros o re-alcalinización del concreto. 28
2.5.2.2.- Problemas y limitaciones que se presentan al alcalinizar concreto o remover cloruros. 29
2.5.3.- Protección catódica. 30 2.5.4.- Inhibidores de corrosión. 31
v
CAPITULO III.- Metodología.
3.1.- Elaboración y aplicación de instrumentos. 33 3.1.1.- Inspección preliminar. 35 3.1.1.1.- Antecedentes de la estructura y el medio. 35 3.1.1.2.- Examen visual y general de la estructura. 37 3.1.2.- Inspección detallada. 41 3.1.2.1.- Muestreo con croquis de localización de puntos
para pruebas. 41 3.1.2.2.- Selección de técnicas de medición. 42
3.1.2.3.- Resistividad de suelos. 43 3.1.2.4.- Contenido de cloruros. 44 3.1.2.5.- Profundidad de carbonatación. 44 3.1.2.6.- Potencial de corrosión. 44
CAPITULO IV.- Caso práctico. 4.1.- Localización de la corrosión en el edificio. 48 4.2.- Procedimiento experimental. 50
CAPITULO V.- Resultados y Discusiones.
5.1.- Resultados 54 5.2.- Discusiones 55
CAPITULO VI.- Conclusiones y Recomendaciones
6.1.- Conclusiones 56 6.2.- Recomendaciones 57
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA 58
vi
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
Pag.Figura 2.1. Algunos tipos de corrosión 11 Figura 2.2 Esquema genérico de un sistema completo de reparación por
parcheo. 14 Figura 2.3 Naturaleza del componente ligante de los materiales empleados
en reparaciones por parcheo. 15 Figura 3.1 Inspección en obra: procedimiento general. 34 Figura 3.2 Modelo de ficha de antecedentes de la estructura para
inspección preliminar. 38 Tabla 3.1 Clasificación de los daños en las estructuras. 39 Tabla 3.2 Niveles de daños según los clasifica el boletín 162 del CEB. 45 Figura 3.3 Ejemplo de formato de inspección detallada. 46 Figura 4.1 Plano ilustrativo del edificio (planta baja). 48 Figura 4.2 Plano ilustrativo del edificio (planta alta). 49
CAPÍTULO UNO
INTRODUCCIÓN
El presente trabajo consiste en el desarrollo de una investigación bibliográfica, donde
se describen las distintas soluciones contra el efecto de la corrosión del acero de
refuerzo en el concreto, buscando la solución más apropiada y económica sin llegar
a una decisión más drástica como la demolición.
Cuando el concreto reforzado es elaborado en condiciones que no favorecen una
vida útil larga, los problemas asociados a su durabilidad aumentan. Estos problemas
pueden presentarse por: un recubrimiento insuficiente de concreto sobre el refuerzo,
una relación agua/cemento (a/c) alta, uso de agua y agregados contaminados con
cloruros, sulfatos, mala compactación del concreto, un curado inadecuado y
exposición a condiciones y agentes agresivos del medio. Para disminuir los riesgos
que conllevan estas condiciones es necesario conocer bien el material y su
respuesta a los diferentes ambientes en que es expuesto.
El capítulo primero consiste en definir el problema, partiendo desde sus
antecedentes como punto inicial para posteriormente dar seguimiento a lo que se
llama planteamiento de problema, punto central que da origen a la investigación.
2
Además de los puntos mencionados también se incluyen en el capítulo la hipótesis,
objetivo y la justificación.
En el segundo capítulo se elabora el marco teórico desarrollado a partir de una
revisión bibliográfica, que tiene la función de ampliar el horizonte del estudio tocando
los aspectos relevantes del tema, como las propiedades del concreto, los agentes
que actúan sobre el acero de refuerzo y causan la corrosión y los métodos de
reparación.
El tercer capítulo que lleva por nombre metodología, es una guía a seguir en la que
se hace una descripción breve de cada uno de los aspectos a tratar para el
desarrollo de la investigación, como los procedimientos, equipos a utilizar y los
materiales a emplear para llevar a cabo una reparación.
El capítulo cuarto muestra un caso práctico de un edificio escolar el cual se
encuentra muy dañado por la falta de un mantenimiento preventivo, este caso es
meramente informativo, no se puede hacer mas profundo ya que no se cuenta con
las herramientas y equipo adecuados para realizarlo al detalle.
El análisis e interpretación de resultados se muestran en el capítulo cinco como base
de referencia para dar origen al sexto y último capítulo donde se dan las
conclusiones y recomendaciones de esta investigación.
1.1 ANTECEDENTES
La historia del cemento es la historia misma del hombre en la búsqueda de un
espacio para vivir con la mayor comodidad, seguridad y protección posible. Desde
que el ser humano superó la época de las cavernas, ha aplicado sus mayores
esfuerzos a delimitar su espacio vital, satisfaciendo primero sus necesidades de
vivienda y después levantando construcciones con requerimientos específicos.
Un material volcánico muy apropiado para estas aplicaciones lo encontraron los
romanos en un lugar llamado Pozzuoli con el que aun actualmente lo conocemos
como puzolana.
3
Investigaciones y descubrimientos a lo largo de miles de años, nos conducen a
principios del siglo pasado, cuando en Inglaterra fue patentada una mezcla de caliza
dura, molida y calcinada con arcilla, al agregársele agua, producía una pasta que de
nuevo se calcinaba se molía y batía hasta producir un polvo fino que es el
antecedente directo del cemento de nuestro tiempo.
El nombre del cemento Pórtland le fue dado por la similitud que éste tenía con la
piedra de la isla de Pórtland del canal inglés.
La aparición de este cemento y de su producto resultante el concreto ha sido un
factor determinante para que el mundo adquiera una fisonomía diferente.
Edificios, calles, avenidas, carreteras, presas y canales, fábricas, talleres y casas,
dentro del mas alto rango de tamaño y variedades nos dan un mundo nuevo de
comodidad, de protección y belleza donde realizar nuestros mas ansiados anhelos,
un mundo nuevo para trabajar, para crecer, para progresar, para vivir.
El concreto de cemento Pórtland ha probado ser el material en construcción más
adecuado para las estructuras, superando con grandes ventajas otras alternativas
viables, como la madera, acero, etc.
No obstante el concreto podría ser considerado como un material eterno - siempre
que reciba un mantenimiento sistemático y programado – hay construcciones que
presentan manifestaciones patológicas de significativa intensidad e incidencia,
acompañadas de elevados costos para su reparación.
Ante estas manifestaciones patológicas se observa en general una actitud
inconsecuente, que conduce en unos casos a simples reparaciones superficiales y
en otros a demoliciones o refuerzos injustificados. Ninguno de los dos extremos es
recomendable, la existencia de hoy en día de gran cantidad de técnicas y productos
desarrollados específicamente para subsanar estos problemas.
Hoy en día se presenta una discusión de cómo puede ser planificada una corrección
de los problemas patológicos derivados de la corrosión del acero de refuerzo en el
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concreto, que a su vez actualmente, la manifestación de mayor incidencia en las
obras, en muchas ocasiones, la degradación de mas graves consecuencias
estructurales, y sin duda, una de las mas costosas intervenciones en obras
terminadas.
1.2 JUSTIFICACIÓN
En la vida diaria con frecuencia consideramos a la corrosión de los metales como
algo molesto que debemos prevenir y evitar desechar nuestros utensilios o bien tener
que limpiarlos o pintarlos frecuentemente para que puedan darnos servicio durante
un poco mas de tiempo.
Por lo que se refiere a los perjuicios que el fenómeno de la corrosión ocasiona a la
industria de la construcción, cabe mencionar que hoy en día se tiene plena
conciencia de que el factor más determinante para la reducción en la durabilidad del
concreto estructural es la falta de control de la corrosión en los aceros de refuerzo.
La realidad es que el inicio de la corrosión en las estructuras metálicas es observable
con toda claridad y permite tomar medidas oportunas mientras que en las estructuras
de concreto el fenómeno permanece encubierto y cuando se descubre el daño,
muchas veces, ya es irreparable.
Sin embargo si se tuviera la costumbre de realizar inspecciones periódicas a las
estructuras, se podría solucionar a tiempo los problemas que ocasiona la corrosión,
con esto se beneficiarían los dueños del inmueble y así evitarse gastos innecesarios.
Por lo que en nuestro trabajo se planificara una corrección de los problemas
patológicos derivados de la corrosión del acero de refuerzo en el concreto,
presentando también las alternativas posibles de intervención, discutiéndose las
ventajas y desventajas de cada una de ellas.
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1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En la actualidad gracias a los avances que se han dado con el paso del tiempo se
encuentra con una diversidad de métodos o procesos para la reparación del concreto
erosionado, causa de la corrosión del acero de refuerzo, lo cual representa una
ventaja tanto para el propietario del edificio como para el constructor. El contar con
una diversidad de métodos representan una ventaja si se saben aprovechar, ya que
la elección del método en particular dependerá ampliamente de las condiciones en
que se desarrolló dicha erosión, pero sobre todo, también deberá tomarse en cuanta
la aplicación correcta del método a emplear, para la obtención de resultados
satisfactorios, como resistencia, durabilidad y buena apariencia sin dejar afuera el
factor económico.
Los resultados a obtener de la investigación darán una mejor forma de aplicación de
los productos y además se tendrá la opción de elegir entre diferentes marcas, que
hasta cierto punto, esto da margen para que se comparen costos por lo referente a la
cantidad de aplicación del producto de acuerdo a la marca, lo que significa que
algunas de las marcas a estudiar será la mas efectiva, pero tal vez requiera de una
dosificación mayor y entre mas grande sea la dosis que se requiera, mas se
incrementara el producto utilizado y tomando en cuenta la efectividad y el costo de
cada uno de los productos se hará la elección del producto y el método mas efectivo
para la reparación.
De ahí llegamos a la siguiente pregunta de la cual se desprende la investigación:
¿Cómo llevar a cabo la localización, clasificación y la correcta reparación de la corrosión del acero de refuerzo en el concreto?
Tomando en cuenta que se conoce: Las causas que producen las corrosiones.
1.4 OBJETIVOS
Realizar el diagnóstico a un edificio de concreto armado (utilizado como escuela
primaria) al cual se le implementarán los procedimientos de inspección preliminar
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para la localización y evaluación, se presentará un pre-diagnóstico de acuerdo al
grado del daño que presente.
Implementar procedimientos sencillos para solucionar este problema (en caso de
tener solución) y se presentarán productos especializados que ya son utilizados para
la reparación del concreto dañado por la corrosión así como también productos que
se pueden utilizar para evitar que químicos actúen sobre el acero de refuerzo.
1.4.1 Objetivos específicos.
1.- Como llevar a cabo una adecuada localización preventiva de la corrosión del
acero de refuerzo en el concreto.
2.- Dar una clasificación adecuada al tipo de corrosión del acero y valorar el daño
hecho directamente al concreto.
3.- Proponer y comprobar el método mas adecuado para la reparación del daño así
como también los materiales específicos a utilizar para dicha reparación.
1.5 HIPÓTESIS
• La corrosión del acero de refuerzo en estructuras de concreto se debe a:
Variables dependientes.
La causa del fenómeno: Estos problemas pueden presentarse por un recubrimiento
insuficiente de concreto sobre el refuerzo, una relación agua/cemento (a/c) alta, uso
de agua y agregados contaminados con cloruros, sulfatos, mala compactación del
concreto, un curado inadecuado y exposición a condiciones y agentes agresivos del
medio.
Otra de las causas del fenómeno es: Que los materiales de agregado (por ejemplo;
Arena, Grava, etc.), no estén libres de impurezas (Ramas, Tierra), La mala utilización
de productos químicos (retardadores, aceleradores de fraguado, etc.).
CAPÍTULO DOS
MARCO TEÓRICO
2.1 PROPIEDADES DEL CONCRETO
El concreto es el mejor material, para construir, que se ha inventado hasta la fecha,
considerando que es el mas versátil de todos los materiales y basándose en la
exclusiva combinación de las propiedades convenientes que posee. Un ejemplo muy
palpable de ello es que el concreto fragua o endurece bajo el agua, propiedad que
adquiere gran importancia en las construcciones que se hacen sobre la tierra o en
lugares húmedos. Prácticamente puede dársele cualquier forma y una gran variedad
de acabados, texturas y colores. Como el concreto está compuesto solamente de
materiales incombustibles, no le afectan los climas extremos y sobre todo una de las
ventajas mas importantes que los ingredientes básicos que lo componen (cemento y
agregados) se consiguen casi en todas partes a precios accesibles. Todo este gran
número de propiedades mencionadas se combinan para dar al concreto durabilidad,
buena apariencia y economía duradera, características y factores que no se
consiguen con ningún otro material.
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2.2 COMPONENTES DEL CONCRETO
El concreto es una mezcla de dos componentes: pasta y agregado. La pasta está
compuesta de cemento agua y aire. Los agregados son materiales inertes como
arena, grava y piedra triturada. Los agregados se dividen en dos tamaños, finos y
gruesos. El agregado fino es por lo regular arena y el agregado grueso es
usualmente grava o piedra triturada y auque la pasta del cemento constituye la
menor parte del volumen total del concreto, la calidad del concreto está directamente
relacionada con la calidad de la pasta de cemento. A su vez, la calidad de la pasta
está directamente relacionada con la cantidad de agua que se mezcla con el
cemento y el grado de curado, al reducir la cantidad de agua, la resistencia de la
pasta aumenta, haciendo el concreto mas fuerte y mas durable.
Durante el mezclado el cemento y el agua forman una pasta que rodea a cada
partícula del agregado. A las pocas horas, el concreto empieza a endurecerse debido
a la hidratación. Al darse la hidratación, la pasta une entre si las partículas del
agregado, formándose una masa resistente, durable y sólida. La cantidad de agua
que se utiliza para mezclar el concreto es mayor que la que necesita para la
hidratación completa, lo cual es necesario para hacer el concreto plástico y
manejable. Sin embargo, al adelgazar la pasta con agua su calidad disminuye; baja
su resistencia y soporta menos los cambios climáticos. Para obtener buenos
resultados, es indispensable que la relación cemento concreto sea la correcta.
2.3 PRINCIPIOS GENERALES DE LA CORROSIÓN
Para entender la importancia de la corrosión es necesario definirla, conocer los
factores que influyen en su iniciación y propagación, y saber como se puede
diagnosticar y controlar. Además de definir el término de corrosión y su origen, se
explicará la naturaleza de la corrosión y también se mencionarán algunas de las
diferentes formas de corrosión que afectan las estructuras de acero y concreto.
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2.3.1 Definición de corrosión.
Una de las manifestaciones más comunes de la corrosión es la herrumbre, la cual
puede observarse en automóviles, utensilios de cocina, latas de conserva, etc. Sin
embargo la seriedad de los efectos se hace patente en grandes construcciones de
concreto y acero. Con el tiempo el material corroído se desintegra como cualquier
otro material en cuya obtención se haya ejercido una gran energía. Debido a eso se
puede definir la corrosión como un proceso de deterioro y destrucción de un material
(generalmente un metal) o de sus propiedades debido a su reacción con el medio
ambiente.
2.3.2 Fuerza generadora de la corrosión.
La mayoría de los metales no se encuentran en estado puro en la naturaleza sino
que están combinados con otros elementos formando diferentes compuestos
llamados menas. Para obtenerlos es necesario separarlos de éstas invirtiendo para
ello una gran cantidad de energía. La cantidad de energía requerida para la
extracción del metal varía de elemento a elemento. Sin embargo al separarse todos
los metales almacenan energía, originando de este modo, una tendencia a regresar a
su estado original, es decir oxidándose. La corrosión ocasiona que el metal regrese a
un estado más estable, en otras palabras, ocasiona que los metales regresen a su
estado natural.
2.4 TIPOS DE CORROSIÓN.
Se puede hacer una clasificación de acuerdo a la manera en la que se produce la
corrosión. Entre los tipos mas comunes (ver figura 2.1) encontramos: corrosión
bimetálica, corrosión uniforme, corrosión localizada, corrosión por picadura, corrosión
en grietas o hendiduras, corrosión ínter-granular, corrosión bajo esfuerzo, corrosión-
fatiga, corrosión-erosión y corrosión bacteriológica.
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2.4.1 Corrosión bimetálica.
También se conoce como corrosión galvánica. Ocurre cuando están en contacto
eléctrico dos metales distintos expuestos a soluciones corrosivas o atmosféricas
húmedas. Uno de ellos se comportará como ánodo y otro como cátodo de acuerdo a
la posición que tengan en la serie galvánica. Así el más electronegativo (activo) se
corroerá con mayor intensidad mientras más alejado este del menos electronegativo
en la serie galvánica.
En la corrosión galvánica hay que tener en cuenta la relación de las áreas que se
corroen (anódicas y catódicas). Es sumamente perjudicial una relación entre una
gran área catódica y un área anódica pequeña, como la que hay, por ejemplo,
cuando láminas de un determinado metal están unidas mediante remaches de un
metal menos noble. En el caso del concreto reforzado, la corrosión galvánica puede
presentarse cuando el acero más externo empieza a corroerse por acción de los
cloruros, mientras que el más interno permanece pasivo.
2.4.2 Corrosión uniforme.
Este tipo se puede dar cuando el ataque se extiende casi por igual sobre la
superficie. Ejemplos de este tipo se pueden apreciar cundo se exponen piezas de
acero en soluciones diluidas ácidas o expuestos a agentes atmosféricos normales.
En el área de construcción se presenta comúnmente en los marcos de estructuras
metálicas. Sin embargo, es también común cuando la capa pasiva del acero de
refuerzo ha sido destruida como resultado de la carbonatación del concreto, o
cuando hay una cantidad suficiente de cloruros a lo largo de la barra.
2.4.3 Corrosión localizada.
Este ataque actúa solamente en determinadas áreas de superficie. Tiende a
profundizar mucho mas rápido que la corrosión generalizada, pudiendo ser extremo
peligroso ya que puede conducir al fallo prematuro de una pieza.
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CORROSIÓN UNIFORME
CORROSIÓN IRREGULAR
CORROSIÓN LOCALIZADA
CORROSIÓN POR PICADURAS
CORROSIÓN POR AGRIETAMIENTO
FIG. 2.1.- Algunos tipos de corrosión.
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2.4.4 Corrosión por picadura.
Puede definirse como un tipo de corrosión localizada en el que el ataque se
manifiesta, como su nombre lo indica, en forma de picaduras estrechas y profundas.
Son difíciles de descubrir debido al pequeño diámetro de éstas y porque
comúnmente están recubiertas de productos de corrosión. El mecanismo de ataque
consta de un periodo de iniciación de la picadura debido a heterogeneidades, algún
daño metálico, o a diferencias de composición de la solución, etc. Una vez iniciada la
picadura, se forma una zona anódica en la parte del metal desnudo y como cátodo el
metal pasivo, generándose una diferencia de potencial muy grande.
Para prevenir este tipo de corrosión se debe evitar el uso de materiales propensos a
ella, tales como los metales pasivos, como los aceros inoxidables o el aluminio en
ambientes muy específicos tales como soluciones que contengan iones de cloro. La
corrosión por picaduras generalmente se presenta en el acero de refuerzo de
puentes, muelles y otras estructuras que estén propensas al ataque de cloruros.
2.4.5 Corrosión en grietas o hendiduras.
Se presenta en uniones de piezas metálicas, en rendijas, de bajo de arandelas,
tuercas y remaches, en juntas solapadas o debajo de depósitos (óxidos o impurezas)
u objetos localizados sobre la superficie metálica. En cierta medida otra forma de
corrosión localizada que generalmente ocurre cuando la unión de los materiales
(metal/metal, metal/pintura, metal/concreto, metal/material rellenante) existen
espacios vacíos a los cuales no puede llegar el oxigeno.
Un caso de este tipo de corrosión podría presentarse en estructuras de concreto
armado cuando existen grietas formadas por la expansión de los productos de
corrosión que son rellenadas con selladores de fisuras (epóxicos, alquitranes, etc.)
que limitan el acceso de oxigeno al fondo de la grieta.
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2.4.6 Corrosión bajo esfuerzo.
Esta es otra forma del ataque localizado; sin embargo se requieren de dos factores
fundamentales: la presencia de un medio corrosivo específico y la presencia de
esfuerzos a tensión, ya sea aplicados o residuales en el material. Por ejemplo, en
países de clima frio, algunos puentes presentan daños de este tipo, ya que
generalmente durante el invierno se depositan sales anticongelantes, las cuales
contienen cloruro que es agresivo para la barra de refuerzo y además están
sometidos a cargas que el trafico proporciona normalmente.
2.5 SISTEMAS DE REPARACIÓN PARA ESTRUCTURAS DAÑADAS POR CORROSIÓN
Después de haber detectado el daño por corrosión en una estructura, es necesario
emprender acciones para repararla y alargar su vida útil residual. Debido al carácter
electroquímico la corrosión puede ser evitada o minimizada si se logra controlar el
proceso anódico o el catódico o la movilidad de iones entre la región anódica o
catódica. Existen varias opciones, algunas tradicionales y otras recientes, que
permiten una adecuada reparación. Entre los sistemas presentados están la técnica
de reparación por parcheo, las técnicas electroquímicas de re-alcalinización,
remoción de cloruros y protección catódica y los inhibidores de corrosión. El sistema
a emplear depende de la gravedad del problema y de las condiciones internas o
externas a la que este expuesta la estructura. La selección del sistema también
depende de los recursos económicos, humanos y tecnológicos de que se disponga.
2.5.1 Reparación por parcheo. Un sistema completo de reparación por parcheo incluye, por lo general, la remoción
del concreto dañado, la limpieza del acero, una imprimación al acero, la aplicación de
un agente de unión que incremente la adherencia entre el mortero o lechada de
reparación y el concreto viejo, la reconstitución de la sección de la estructura por
medio de la aplicación de un mortero y, por último, la aplicación de una pintura
superficial para evitar la entrada de agentes agresivos.
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La Figura 2.2 muestra la disposición de los cuatro materiales empleados en un
sistema completo de reparación por parcheo y la Figura 2.3 las bases de esos
materiales. Sin embargo, cada parte del sistema tiene su propio comportamiento y
puede ser aplicado en una forma aislada dependiendo del grado de degradación y de
seguridad requerido. El empleo de uno y otro material puede llevar el cambio del
mecanismo de la protección. Los materiales de reparación pueden proteger el acero
a través de uno o más de los siguientes mecanismos de protección: barrera,
repasivación, protección catódica e inhibición.
Los materiales tradicionales son aquellos basados en el cemento Pórtland, como la
pasta de cemento, empleada en protecciones temporales del refuerzo expuesto a la
intemperie, y el mortero tradicional de cemento y arena, empleado como material de
relleno. Debido a la retracción, las reparaciones hechas con estos materiales no
logran buenos resultados.
Cuando a los materiales tradicionales se les añaden aditivos especiales como los
súper-plastificantes y adiciones minerales como la micro-sílice, se forman los
materiales no tradicionales. Estos materiales son empleados para la producción de
morteros de reparación e imprimaciones.
ELEMENTO DE CONCRETO ACERO DE REFUERZO
FIG. 2.2.- Esquema genérico de un sistema completo de reparación por parcheo
MORTERO O CONCRETO
AGENTE DE UNIÓN (EPOXICO PARA UNIR CONCRETO NUEVO Y VIEJO)
PINTURA SUPERFICIAL (ESMALTE ALQUIDALICO)
IMPRIMACIÓN
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FIG. 2.3.- Naturaleza del componente ligante de los materiales empleados en reparaciones por parcheo
MATERIALES DE REPARACIÓN
BASE INORGÁNICA BASE ORGÁNICA
TRADICIONALES NO TRADICIONALES CON ADICIONES MINERALES
Y ADITIVOS POLIMÉRICOS PIGMENTOS ESPECIALES
INHIBIDORES Y FIBRAS
MEZCLAS DE CEMENTO Y POLÍMERO
POLÍMEROS ESPECIALES
MEZCLAS POLIMÉRICAS ESPECIALES
En general, los agentes de unión son materiales compuestos por polímeros
termoplásticos, como el acrílico o termoestables, como el epóxi. Las imprimaciones
basadas en epóxi también forman parte de ese grupo, así como casi todas las
pinturas para la protección superficial del concreto.
La unión de los materiales no-tradicionales con los poliméricos da origen a los
materiales mixtos, que son empleados para la producción de morteros e
imprimaciones.
Existen propiedades especiales de inhibición y protección catódica que son
conferidas a los materiales poliméricos y mixtos cuando se les incorporan pigmentos
como el zinc o el plomo, o inhibidores de corrosión.
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A continuación se describirán los sistemas por separado haciendo énfasis en los
resultados que han brindado bajo diversas circunstancias. De esta manera, el lector
puede adquirir criterios básicos para que, dependiendo del mecanismo y grado de
deterioro de la estructura, sea la intervención seleccionada.
2.5.1.1 Imprimaciones al acero de refuerzo. Tradicionalmente, la imprimación se utiliza como parte de un sistema completo de
reparación. Sin embargo, por sí misma tiene una gran importancia para proteger al
acero de refuerzo de la acción de agentes agresivos, toda vez que es el material
ubicado más próximo al acero y el que tiene la responsabilidad final de la protección.
En la actualidad hay pocos códigos y trabajos que hacen consideraciones sobre la
función de las imprimaciones en reparaciones por parcheo. La imprimación debe ser
aplicada sobre una barra de acero después de haberla limpiado de acuerdo a
procesos apropiados. Así lo recomienda la buena práctica de reparación, aún que en
situaciones especiales, como en hospitales o industrias, donde no se puede producir
polvo y sonido, típicos del proceso de remoción del concreto dañado y del chorro de
arena.
Imprimaciones con limpieza previa. Las imprimaciones pueden realizarse con
buenos resultados si se limpia la superficie del acero adecuadamente a través de
chorro de arena y/o chorro de agua a alta presión. Cada tipo de imprimación puede
aportar mecanismos de protección diferentes de otras. La selección de una clase u
otra de imprimación dependerá, no sólo del tipo de reparación que se realice sino
también de la experiencia del ingeniero responsable y de los obreros. Los
mecanismos de protección más conocidos de una imprimación son el de
repasivación, el de inhibición, el de protección catódica y el efecto barrera. Algunos
de ellos actúan en conjunto dependiendo del tipo de imprimación.
El mecanismo de repasivación tiene como función la realcalinización de la superficie
de la barra de tal manera que se formen óxidos protectores. Por lo general se logra
muchas veces pintando con una lechada de cemento la barra de acero, o usando un
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material alcalino. Es posible que este tipo de imprimación funcione poco tiempo si el
ambiente en el que se usa está contaminado con cloruros. Por su parte, el
mecanismo de inhibición se consigue utilizando pigmentos anticorrosivos, con
propiedad inhibidora, o con productos químicos.
El proceso de inhibición puede darse antes del inicio de la corrosión, a través de
inhibidores de iones agresivos, o después del inicio de aquella, a través de la
formación de subproductos de inhibición procedentes de la reacción con los
productos de corrosión.
Los nitritos son los inhibidores del ión cloruro más empleados y estimulan la
formación de una capa pasiva, compacta y adherente sobre la barra, existiendo una
relación ideal nitrito/cloruro para que ello ocurra. También se consigue la inhibición
añadiendo pigmentos inhibidores, como el plomo, a los revestimientos. Sin embargo,
deben tomarse en cuenta las regulaciones del uso del plomo debido a sus
limitaciones en términos de salud y ecología.
La protección catódica es otro mecanismo de protección que puede ofrecer las
imprimaciones y que se presenta debido a la presencia de zinc en sus formulaciones.
Para que pueda darse este mecanismo se necesita que la imprimación contenga al
menos un 88% de protección catódica; se presenta cuando el zinc del revestimiento
es “sacrificado” ya que al ser más electronegativo que el hierro se disolverá primero
que éste. Después de que el zinc se disuelve, hay evidencias de que sus productos
de corrosión rellenan la porosidad de la imprimación, densificándola e incrementando
su efecto barrera y por lo tanto, retrasando la llegada de agentes agresivos al acero.
El efecto barrera es el mecanismo que por lo regular se espera cuando se aplica
cualquier sistema de reparación, en especial los compuestos por imprimaciones.
Consiste en crear una barrera física entre el acero y el ambiente que lo rodea. El
efecto se consigue conforme menor porosidad tenga el sistema de reparación. El
efecto barrera se puede incrementar aumentando el espesor de la capa de
18
imprimación, pero es más importante que se tenga continuidad a lo largo de toda el
área reparada, ya que de ello dependerá que no se formen celdas de corrosión
puntuales en los defectos. Entre los aspectos más importantes para lograr el efecto
barrera con una imprimación está su preparación y aplicación.
Entre las imprimaciones disponibles en el mercado hay las que son el tipo mixtas
(cementíceas y polimétricas) que además contienen inhibidores en su composición.
Un sistema de reparación por parcheo compuesto por este tipo de imprimación y un
mortero tradicional (cemento y arena) muestra un adecuado comportamiento frente a
la carbonatación y a los cloruros.
Imprimaciones sobre acero de refuerzo corroído. Algunas de las imprimaciones
que se han utilizado bajo estas circunstancias incluyen epóxicos e inhibidores en su
composición. Bajo este efecto, se evita el contacto eléctrico entre el acero de
refuerzo y el electrolito quedando impedidas las reacciones anódica y catódica. La
utilización inadecuada de este sistema, sin embargo, puede ocasionar defectos
puntuales por los que el agresor llegue al acero de nuevo ocasionando serios
problemas posteriores de corrosión.
Los resultados indican una disminución paulatina de la velocidad de corrosión, que
es un comportamiento típico de esta imprimación en la que se tiene un pigmento de
función inhibidora. Este mecanismo tiene la propiedad de ocasionar una reacción
entre el óxido de hierro hidratado y la imprimación formando una capa protectora de
hematita y magnetita. La aplicación de esta imprimación tiene que ser cuidadosa y de
acuerdo a sistemas de salud vígentes, pues el plomo puede representar problemas
de salud.
La enseñanza más importante es que se pueden utilizar imprimaciones sobre
estructuras con corrosión, siempre y cuando se asegure un efecto barrera o inhibidor.
Se recuerda que la buena práctica de reparación aconseja la limpieza completa de la
superficie del acero.
19
2.5.1.2 Agente de unión. En la práctica se han visto casos en que el mortero de reparación se desplazó del
concreto viejo. Para incrementar la adherencia entre el substrato y el mortero de
reparación se puede usar un agente de unión.
El agente de unión es aplicado después de la remoción del concreto dañado y de la
limpieza completa de la superficie del concreto viejo y del acero de refuerzo. Su
composición debe ser compatible con la del mortero de reparación y con la condición
del substrato. Para substratos húmedos y morteros de base cementícea, con o sin
polímero termoplástico, se suelen emplear agentes de unión de base cemento. En
cambio, los morteros basados solo en polímeros, como los epoxídicos, solo son
aplicados sobre substratos secos y usando agentes de unión de la misma base.
Para evaluar la eficiencia de los agentes de unión se emplean probetas cilíndricas o
prismáticas cortadas a la mitad de forma oblicua en su diagonal, haciendo la unión
de las mitades a través del agente de unión. Lo que se espera del agente de unión
es que devuelva la capacidad de soporte inicial.
2.5.1.3 Morteros de reparación. Cuando se tiene un problema de corrosión en una estructura de concreto armado
debe escogerse un sistema de reparación cuya función principal sea la de restaurar
el ambiente alcalino, dificultar el acceso de oxígeno y de humedad a la estructura y
disminuir el acceso de agentes agresivos al concreto.
Los morteros son una posibilidad de reparación y protección de las áreas dañadas.
El mortero de reparación es un material dosificado para presentar tixotropía en el
estado plástico, posibilitando su aplicación con las manos o cuchara de albañil y en
el estado endurecido tener baja permeabilidad y alta resistencia. Están compuestos
de cemento Pórtland y arena, y además, para modificar algunas propiedades pueden
20
contener polímeros, aditivos y fibras. Las lechadas son una mezcla de material
cementante y agua, con o sin arena o grava, dosificado para producir un material
fluido sin agregación de los componentes. En el estado endurecido deben tener alta
resistencia, buena adherencia y retracción prácticamente nula. De acuerdo a la
Figura 2.3, los morteros de reparación pueden ser de base cemento (tradicionales y
no tradicionales), de base cementos y polímeros termoplásticos y los aglomerantes
orgánicos a base de polímeros termoestables. A continuación se describen
brevemente las tres familias, procediendo después a dar algunos ejemplos con
relación a su durabilidad.
Morteros a base de cemento (tradicionales). Una de las principales ventajas es
que, por lo general, se hacen con material de la misma base (cemento) con que está
construida la estructura. Esto conlleva, como es natural, una mayor compatibilidad
mecánica, física y química. Para garantizar su éxito y ya que son aplicados siempre
de manera artesanal, deben aplicarse con cuidado y tener una trabajabilidad que les
permita moldearlos y adaptarlos a la configuración de la reparación. Para ello deben
de prepararse utilizando aditivos superfluidificantes.
Por lo general, y para que la reparación cumpla su cometido, se recomienda que el
espesor del mortero de la reparación sea aplicado en capas no superiores a 2-3 cm,
aunque ciertos códigos sugieren campos menores entre 1.2 y 2.5 cm. Al emplearse
una lechada el espesor puede ser aumentado hasta 5 cm. El espesor de la
reparación es muy importante debido a las posibles retracciones que sufra el
mortero, sobre todo cuando es aplicado sobre grandes superficies. De esta manera
el curado y la humectación del concreto viejo debe ser tomado en cuenta con rigor.
Morteros a base de cemento con adiciones. Una de las principales características
de estos morteros y lechadas es su retracción compensada. Esto significa que las
posibles grietas producidas al unir materiales de diferente edad y composición se
minimizarán. En este grupo están las lechadas más empleadas en trabajos de
recuperación. Entre las más comunes están las que tienen cementos Pórtland en su
composición modificados con agentes expansivos (óxidos metálicos o polvos de
21
aluminio) y los que poseen cementos a base de sulfoaluminatos. La característica
principal de estos últimos es que al contener una mayor cantidad de sulfato y óxido
de calcio favorecen la formación de etringita, la cual se expande de manera
controlada.
Un mortero a base de cemento con fosfato de magnesio es otro material de
reparación que presenta buenas resistencias durante las primeras horas de
fraguado, lo cual los hace ideales cuando se requiere que la estructura vuelva a
entrar en servicio pronto. Entre sus características se encuentra también su
autocompactabilidad por lo que es muy usado en la reparación de pavimentos, losas
de puentes. Etc.
Morteros a base de cemento Pórtland modificados con polímeros. Estos son los
morteros más utilizados en el mercado pues vienen ya listos para utilizarse. Para que
funcionen deben mantener ciertas características de los morteros tradicionales como
la alcalinidad y trabajabilidad, pero además proporcionan una mayor adherencia,
impermeabilidad y resistencia a la penetración de sustancias agresivas como los
cloruros. Entre los polímeros más utilizados se encuentran el SBR, acrílico y PVA.
Cuando se prepara el mortero o lechada con cemento y látex (polímero y agua) se
desarrollan tres etapas para que se forme la película polimérica. El polímero rellena
los poros grandes y las microgrietas. Los morteros que se modifican con estos
polímeros tienen propiedades que varían en función de la relación polímero/cemento,
del contenido de cemento, la relación agua/cemento, del tipo de polímero y del
curado entre otros. Los morteros y lechadas modificados con látex tienen por lo
general una mayor resistencia a la tracción, mejor adherencia con el substrato, más
impermeabilidad y mayor resistencia al ataque químico.
Morteros poliméricos. Consiste en mezclar agregados con un líquido ligante de
base orgánica que cuando sodifica forma un polímero termoestable. Los ligantes
orgánicos termoestables más comunes son las resinas epóxicas, los poliuretanos y
22
los poliesteres no saturados, que tienen buena adherencia, resistencia y poder de
envolver los granos del agregado.
Los epóxicos y los poliuretanos están constituidos de dos componentes que se
polimerizan después de puestos en contacto para formar una red macromolecular. La
polimeración de los poliesteres se produce después de la adición de un catalizador.
Entre las limitaciones más importantes para emplear los polímeros como materiales
de reparación están sus cambios en tiempo de endurecimiento en función de que es
mayor que el del concreto. Se recomienda su aplicación sobre substrato seco para
evitar problemas de adherencia.
No se sabe con exactitud lo que ocurre en la superficie del acero cuando entra en
contacto con los polímeros, pero si se sabe que su protección se basa en un fuerte
efecto barrera que dificulta la penetración de agua y de oxígeno. Sin embargo, su
comportamiento frente a la corrosión ha presentado resultados mixtos y por eso su
uso no debe generalizarse sin tomar las previsiones adecuadas.
Comparaciones entre diversos morteros de reparación. Se han realizado trabajos
para evaluar el comportamiento frente a la corrosión de diferentes tipos de morteros.
A continuación se describirán los tipos de mortero utilizados en estos trabajos:
Mortero A. Es un mortero base cemento que sirvió como referencia
Mortero B. Es el mortero A pero modificado con un aditivo de resina sintética y
humo de sílice.
Mortero C. Es el mortero A pero modificado con un aditivo súperfluidificante.
Mortero D. Es un mortero de retracción.
Mortero E. Mortero a base de resinas acrílicas.
Mortero F. Mortero con retracción compensada.
Mortero G. Mortero de cemento Pórtland modificado con estireno butadieno.
Mortero H. Mortero a base de fosfato de magnesio.
23
Mortero L. Mortero a base de resina epóxica.
Después de evaluar estos materiales bajo diferentes condiciones de exposición y un
curado de siete días, se pudo deducir su resistencia a la corrosión por carbonatación
y por cloruros.
De esta manera, la mayor resistencia a la corrosión por carbonatación se presentó
en el mortero F y la menor en el mortero A. El orden en el que se presentó la
resistencia a la corrosión por carbonatación fue el siguiente:
F>G>B>C>D>E>A
Esto da a entender que en términos de corrosión por carbonatación, cualquier
mortero a emplear mejora las características ofrecidas por el mortero patrón.
Por otra parte la mayor resistencia a la corrosión por cloruros en pruebas aceleradas
se obtuvo en el mortero D sin retracción, siendo el mortero I, a base de resina
epóxica el más susceptible a corroerse. El orden en el que se presentó la resistencia
a la corrosión por cloruros fue el siguiente:
D>E>F>B>C>A>G>H>I
Se puede apreciar que el mortero de referencia funciona mejor, en estas
circunstancias., que los morteros G (a base de estireno-butadieno), H (con fosfato de
magnesio) e I (con resina epóxica).
Los resultados anteriores que forman parte de un trabajo completo no pueden aún
ser generalizados a estructuras reales debido a que cada ambiente actuará sobre
ellos de manera diferente a la que se planteó en el laboratorio. Actualmente, algunos
de estos sistemas están siendo evaluados en vigas pequeñas.
24
El análisis del módulo de deformación de los morteros y lechadas de reparación debe
de ser considerado cuando la estructura soporta grandes cargas,. Cuanto mayor el
módulo de deformación de un material mayor es su deformación en comparación a
otro material de menor módulo de deformación. En reparación por parcheo, lo
descrito suele ocurrir y puede llevar a problemas de desempeño del sistema de
reparación.
2.5.1.4 Las pinturas para el concreto. Las pinturas para el concreto se usan de acuerdo a las circunstancias de exposición
a determinados ambientes. Existen muchos tipos de estos recubrimientos y sus
características particulares pueden consultarse directamente con los proveedores.
Este inciso tendrá como objetivo describir las características generales de una
pintura, las propiedades que requiere cuando va a ser aplicado al concreto y
finalmente, cuales son los motivos que inducen su uso en estructuras.
Propiedades necesarias en una pintura para concreto. Las pinturas son el
producto más utilizado para proteger a los materiales de la acción del medio
ambiente que los rodea. Su principal función es separar dos materiales que puedan
reaccionar entre sí. También se usan para separar las estructuras metálicas del
medio que las rodea y para separar al concreto de su entorno. Las pinturas
proporcionan un efecto barrera a los contaminantes. Por este motivo tienen que
formar placas adherentes, continuas y estables, y dada la dificultad para conseguir
esto es que se presentan numerosos problemas como consecuencia de su mala
aplicación o de sus pobres características químicas. Una pintura debe tener
características específicas para cumplir su función.
Deben ser resistentes al agua, es decir, el agua no debe tocar el substrato (concreto)
lo cual se logra solo cuando la pintura posee una excelente impermeabilidad y
adhesión.
25
Una de las características más deseables es que impidan el paso de sustancias
agresivas (iones) que luego pueden llegar al acero a través del concreto. Una pintura
con elevado peso molecular y estructura molecular densa permite lograrlo. El ataque
de algunos tipos de iones, de los rayos UV o de otras sustancias, como ácidos puede
dañar la pintura, por lo que su resistencia química es otra característica deseable.
Otra propiedad deseable es la de adhesión, que se crea a través de fuerzas químicas
y físicas que interactúan entre el substrato y la pintura.
Las pinturas son aplicadas sobre una estructura de concreto que muchas veces
están expuestas a gradientes de temperatura, por lo cual deben presentar cierta
habilidad para encogerse y expandirse sin romperse.
Una pintura debe mantener una continuidad a lo largo de la estructura a proteger. Si
esta continuidad es rota, entonces las imperfecciones pueden causar la entrada de
agentes agresivos.
Existen muchos tipos de pinturas que pueden ser aplicadas sobre el concreto y su
elección puede depender de la función del edificio, del aspecto deseado y de la
agresividad del ambiente. En los casos en que las estructuras de concreto están
sujetas a severas solicitaciones químicas y/o mecánicas se suele protegerlo con
barreras espesas de base epóxi, coaltar-epóxi, neopreno, caucho-butílico, vinílicas y
poliéster, entre otras. Para concreto en general se usan pinturas hidrofugantes, que
actúan en la porosidad del concreto o pinturas que forman películas sobre la
superficie del concreto como los barnices. Los hidrofugantes repelen el agua en los
poros de hasta 2 mm de apertura superficial. Los orgánicos tales como los sílanos y
siloxanos dispersos en solventes. Los barnices son aplicados en superficies lisas con
poros de apertura inferior a 0.1 mm y por eso en general necesitan la aplicación de
un aplanado previo a la aplicación de la pintura. En general se emplean los basados
en poliuretano o acrílico.
26
Cuando se quiere proteger una estructura de concreto de la agresividad del medio,
debe verificarse que la pintura utilizada sea capaz de penetrar lo suficiente en la
porosidad del concreto como para obtener adhesión. De esta manera, también se
consigue alargar la vida del recubrimiento pues forma un elemento mixto con el
concreto. Para que la pintura penetre dentro del concreto, debe poseer una
viscosidad baja.
Los álcalis son uno de los agresivos más fuertes para la pintura y son uno de los
componentes del concreto. Las sales al ser transportadas por la humedad forman
eflorescencias en la superficie del concreto, lo que perjudica la durabilidad de la
pintura.
También se daña la pintura, cuando el Ca (OH)2 llevado por difusión a la superficie,
reacciona con el dióxido de carbono del aire formando un depósito blanco y cristalino
en la superficie del concreto. Este material presiona hacia fuera a la película de
pintura ocasionando ampolladuras. Las pinturas deben soportar estas presiones y
ser impermeables al dióxido de carbono y agua para evitar la reacción de los álcalis.
Para su uso en concreto, la pintura debe de ser también flexible para soportar los
golpes y esfuerzos a los que está sometido aquel. Cuando va a estar expuesta a
usos rudos, especialmente al paso de vehículos o de gente, debe entonces ser
resistente a la abrasión.
Motivos para usar pinturas para concreto. Las características anteriores dan una
idea de cómo utilizar las pinturas para proteger el concreto. Sin embargo, es
importante señalar que los motivos principales para utilizarlas están sustentados en
la garantía de la durabilidad del concreto y de la armadura. De esta manera, pueden
usarse pinturas para impermeabilizar el concreto, para darle una resistencia a la
penetración de agentes químicos, para aislarlo de ambientes agresivos como los
urbanos, industriales, marinos o aquellos en los que hay continuamente heladas y
deshielo.
27
2.5.1.5 Efectos de los sistemas de reparación formados por mortero tradicional y diferentes tipos de imprimaciones sobre las áreas no reparadas. Las reparaciones pueden tener cierta repercusión en las áreas adyacentes de la
región reparada. Esta dependencia de las condiciones de exposición y de las
características del sistema de reparación. Hay autores que han detectado que al usar
imprimaciones base epóxi en un sistema de reparación se reduce el carácter anódico
del área adyacente a la reparación hasta en un 50% y que la acción de otros
cátodos sobre la macrocelda es más significativa que la de la reparación. Sin
embargo, también se ha detectado que el efecto galvánico se reduce a relaciones de
áreas (anódica/catódica) menores de 10.
El efecto de macrocelda, es decir cuando la reparación obliga a las áreas adyacentes
a convertirse en anódicas, depende de factores tan variados como el agrietamiento,
la relación agua/cemento, los ciclos de humectación y secado, los cambios de
temperatura y humedad del concreto y el espesor del recubrimiento.
Como conclusión se puede decir que bajo las circunstancias del estudio anterior no
se detecta que un sistema de reparación formado por mortero tradicional e
imprimaciones con efecto inhibidor, barrera o de protección catódica disminuya el
carácter anódico de las zonas que no se repararon.
2.5.2 La remoción de cloruros y re-alcalinización del concreto. En los últimos años las técnicas basadas en principios electroquímicos fueron
desarrolladas y aplicadas con éxito para reparar estructuras de concreto. La
realcalinización y la remoción de cloruros han sido aplicadas con algunas ventajas
sobre las técnicas convencionales. Consisten, fundamentalmente, en aplicar un
gradiente de potencial entre la armadura y la superficie de concreto que permita la
salida de los iones cloruro que afectan al acero o la entrada de iones alcalinos que
permitan la restauración del pH del concreto en las zonas carbonatadas. En ambos
28
casos se logra la repasivación del refuerzo, o si no estaba corroyéndose aún, se
disminuye la cantidad de agresor que estuviese a punto de causarle daño.
Como todo método, tiene ventajas y desventajas. Algunas de las desventajas son los
problemas relacionados con la fragilización por hidrógeno del acero, la aceleración
de la reactividad álcali-agregado y la disminución de la adherencia entre acero y
concreto.
2.5.2.1 Mecanismos utilizados para la remoción de cloruros o re-alcalinización del concreto. Se reconocen cuatro mecanismos básicos de transporte a través del concreto que
son la difusión simple de los agentes agresivos, hacia el exterior, la electro-migración
de especies como resultados de la aplicación de un campo eléctrico, la absorción de
una sustancia externa hacia el interior y la permeabilidad que resulta del gradiente de
presión entre el exterior y el interior del concreto.
El mecanismo de difusión se lleva a cabo por gradientes de concentraciones de tal
manera que los iones que se mueven hacia la superficie de la estructura son el
cloruro y los hidroxilos cuando se hace una remoción de cloruros y el sodio, potasio y
carbono, hacia el acero cuando se hace una re-alcalinización. La difusión natural es
muy lenta e incosteable por lo que no es recomendable para casos de intervención.
La absorción es otro mecanismo que permite la re-alcalización pero no la remoción
de cloruros. Tiene la ventaja que es rápida en concretos secos o de alta porosidad
que son los que regularmente pierden alcalinidad por reacción con el medio
ambiente.
29
2.5.2.2 Problemas y limitaciones que se presentan al re-alcalinizar concretos o remover cloruros. Al convertir el acero de refuerzo en un cátodo, no solo puede lograrse la generación
de iones OH- que ayudan a restaurar la alcalinidad del material y reforzar la capa de
pasividad, sino también se puede producir H2 que puede fragilizar al acero. Ambos
efectos se aprecian en la ecuación 1 y por esto no se recomiendan estas técnicas
para concreto presforzado. El efecto de fragilización es menor cuando el concreto a
intervenir es poroso y el gas H2 puede difundir a través de los poros o de la superficie
del mismo acero hacia la atmósfera.
2H2O +2 ē H2 + 2 OH- 1
Por otra parte, aunque en poca cantidad, en el ánodo ocurren otras reacciones que
son peligrosas para la salud como la generación de gas CI2 que se aprecia en la
ecuación 2:
2 CI- CI2 + 2 ē 2
También se pueden presentar problemas de aceleración de las reacciones álcali-
agregado cuando se aplican estas técnicas por lo que no deben utilizarse en
concretos en los que se sospeche la existencia de agregados reactivos. Por último,
también se tienen evidencias de que la aplicación de estas técnicas bajo
determinadas condiciones podrían afectar la adherencia entre el acero y el concreto.
Cuando la carbonatación o los cloruros avanzan mas allá del recubrimiento de
concreto, la eficiencia de las técnicas pueden disminuir debido a la existencia de
concreto carbonatado y de cloruros fuera del campo eléctrico.
30
2.5.3 Protección catódica.
La protección catódica es el método que más ha sido probado entre los demás
métodos electroquímicos de reparación. El empleo de la técnica para estructuras de
concreto fue desarrollado en USA a finales de los años 70.
El método de protección catódica puede ser empleado como método preventivo de la
corrosión o para reparar estructuras dañadas. Aunque tenga elevado costo de
mantenimiento, es el método más eficiente para detener la corrosión iniciada.
La protección catódica consiste en impedir las reacciones de oxidación en la
armadura al transformarlas en cátodos, ya sea por la utilización de ánodos de
sacrificio o por el método de corriente impresa.
La protección por ánodos de sacrificio se hace mediante la utilización de metales
como menor potencial de reducción que el hierro, como el zinc y el aluminio. Estos
materiales son conectados a la estructura para que ocurra la formación de
macropilas de corrosión, donde la oxidación se produce en el metal de sacrificio.
El método de corriente impresa es la forma más común de protección catódica. En
este caso, se emplea una fuente externa de corriente continua (3 – 20 mA/m2) que
mantiene polarizada negativamente la armadura que va a ser protegida, en general
alrededor de 1000 mV (ECS), de tal forma que se impidan las reacciones de
oxidación en su superficie. El sistema se completa con la conexión de un ánodo
suplementario al terminal positivo de la fuente.
Para que la técnica aporte buenos resultados, la corriente aplicada (3 – 20 mA/m2)
tiene que distribuirse en forma homogénea por toda la estructura. Diferencias de
potenciales entre cualquiera de las partes de la estructura protegida mayores que 50
mV (ECS) pueden indicar problemas significativos en la distribución de la corriente.
El valor de la despolarización, que es la diferencia de potencial entre el potencial de
31
protección y el potencial medido pasadas 4 horas de la interrupción de la corriente,
puede ser empleado para evaluar la eficiencia del sistema. Valores alrededor de 100
mV indican eficiencia del sistema. Las concentraciones localizadas de OH- sobre la
armadura, benéfica para la realcalinización, pueden inducir las reacciones álcali-
silicatos en el concreto. Aunque en pequeñas cantidades, debido a la baja intensidad
de corriente aplicada, puede ocurrir una disminución de la concentración de cloruros
en el concreto del recubrimiento. En cambio, cuando la polarización es superior a
1,350 mV (ECS) la adherencia entre la armadura y el concreto puede disminuir.
2.5.4 Inhibidores de corrosión. Los inhibidores de corrosión son sustancias químicas que al disolverse en el
electrólito, junto a la superficie del metal, reducen la velocidad de corrosión mediante
algún mecanismo definido. A los inhibidores se les atribuye, algunas veces, la
función de manutención de la capa pasiva, impidiendo la disolución de los iones
metálicos en el agua intersticial del concreto. Los inhibidores se absorben en la
superficie de la armadura, reaccionando y formando una capa protectora de óxidos.
Así se cree que el mecanismo de acción de los inhibidores se acerca más a la
absorción de sus iones sobre el metal que a la influencia de los compuestos
provenientes de reacciones.
Los inhibidores de corrosión son de tres tipos:
a) Anódicos
b) Catódicos y
c) Mixtos
Los inhibidores anódicos actúan controlando las reacciones anódicas a través de la
formación de una capa protectora de óxido de hierro (γ-Fe2O3) sobre el metal,
reduciendo la velocidad de corrosión. Estos productos aumentan la polarización
anódica desplazando el potencial de corrosión hacia la dirección positiva. Cuando se
32
presentan en cantidades insuficientes, estos inhibidores estimulan las reacciones
catódicas sin impedir el proceso anódico, favoreciendo el comienzo de la corrosión
localizada de forma aún más intensa que en la ausencia del inhibidor. Los inhibidores
anódicos pueden ser oxidantes como los nitritos y cromatos o no oxidantes como los
benzoatos y molibdatos.
Los inhibidores catódicos controlan la corrosión desplazando el potencial de
corrosión hacia la dirección más negativa. Los más eficientes son los sulfitos, las
hidracinas y las sales de Ca y Mg.
Los inhibidores mixtos son aquellos que interfieren tanto en las reacciones anódicas
como en las catódicas provocando el desplazamiento del potencial de corrosión en
las dos direcciones. Entre los inhibidores mixtos están los polifosfatos y los de base
orgánica, como los de base amina.
En general los inhibidores son empleados como método de prevención siendo
añadidos al agua de amasado. Algunos estudios demuestran un buen desempeño de
algunos inhibidores empleados como método de prevención. Pero otros no dejan
claro su eficiencia inhibidora.
La forma más reciente de utilización de los inhibidores es como método de
reparación, aplicados sobre la superficie de estructuras dañadas por corrosión. Las
evaluaciones llevadas a cabo en disolución han probado la eficiencia de estos
inhibidores pero cuando son aplicados directamente sobre la superficie de
estructuras reales no se ha podido comprobar su eficiencia.
CAPÍTULO TRES
METODOLOGÍA.
La metodología tiene como objetivo dar a conocer el proceso a seguir para el
desarrollo de la investigación, tomando como base un problema real ya planteado y
un marco teórico estructurado. Se darán a conocer las características generales de
cada una de los procedimientos que vendrán a dar respaldo a dicha investigación,
partiendo desde los materiales y equipo requeridos, hasta los procedimientos y
expresiones a emplear en cada una de ellas. Además de los aspectos antes
mencionados en esta metodología, también se incluye una breve descripción de los
criterios a seguir para llevar a cabo el análisis de resultados y el establecimiento de
conclusiones y recomendaciones.
3.1 ELABORACIÓN Y APLICACIÓN DE INSTRUMENTOS.
Los instrumentos que conforman esta investigación es una serie de métodos en las
que se combinan tres variables independientes, la localización, clasificación y
reparación de la corrosión del acero de refuerzo en el concreto. Para ello se van a
llevar a cabo procedimientos para determinar daños en estructuras corroídas los
cuales son la inspección preliminar y la inspección detallada. (ver figura 3.1)
34
EVALUACIÓN
INSPECCIÓN PRELIMINAR
INSPECCIÓN DETALLADA
EXAMEN VISUAL ANTECEDENTES ENSAYOS Y MEDICIONES
PRE-DIAGNÓSTICO
MAYOR INFORMACIÓN
EJECUCIÓN DEL PLAN DE TRABAJO / CONCRETO
EJECUCIÓN DEL PLAN DE TRABAJO / REFUERZO
SEL. DE ENSAYOS Y MEDICIONES
SELECCIÓN DE ZONAS
PLAN DE MUESTREO
FICHAS PLANOS
FIG. 3.1.- Inspección en obra: procedimiento general
Si
No
35
3.1.1 Inspección preliminar.
La inspección preliminar consiste en un examen visual para determinar todos los
problemas que pudiera tener la estructura, así como un número pequeño de ensayos
que permitan señalar el problema. Esta inspección permite tener una idea general del
ambiente que rodea a estas.
En base a la complejidad del problema y de la experiencia de la persona responsable
de la evaluación, se procederá a la preparación de actividades para la llamada
inspección detallada.
A continuación se muestran cada una de las partes de las que consta una inspección
preliminar:
3.1.1.1 Antecedentes de la estructura y el medio.
Antes de empezar la inspección de la estructura se debe reunir toda la información
de esta en una ficha de antecedentes de la estructura y del medio. Esta debe
contener lo siguiente:
Datos generales de la estructura: primeramente se deben de examinar toda la
documentación y planos antes de salir a campo a inspeccionar la estructura. El tipo
de información útil que se debe de obtener es:
• Localización y ubicación de la estructura.
• Tipo de estructura (si es de concreto reforzado, presforzado, etc.).
• Tipo de obra (si es edificio público, apartamentos, puentes, naves industriales,
etc.).
Datos específicos de la estructura: en este apartado se debe detallar la siguiente
información:
• Detalles constructivos, incluyendo cimentaciones, juntas, refuerzos, etc.
36
• Características del concreto: naturaleza y procedencia de los materiales
constituyentes de éste, así como la dosificación y resistencia características,
especificaciones y tecnología utilizada para su fabricación, etc.
• Planos, croquis y detalles estructurales.
Historial de la vida en servicio de la estructura: la historia de la vida de servicio
corresponde a los datos desde su fecha de construcción hasta los primeros síntomas
de deterioro, así como reparaciones previas, en resumen esta sección debe
contener:
• Edad de la estructura, así como mantenimiento y reparaciones previas.
• Edad de inicio de los problemas, niveles de tensiones a los que esta sujeto el
elemento o elementos estructurales.
Datos del medio: el ambiente al cual está expuesta la estructura debe ser
investigado ya que permite caracterizar su agresividad. Es primordial señalar la
forma de interacción entre el ambiente y la estructura, y corresponde al criterio y
experiencia del evaluador el determinar y calificar la intensidad de dicha interacción.
La información básica que debe obtenerse es:
• Tipo de atmósfera. Puede calificarse en predominantemente urbana, rural,
marina, industrial, o una combinación. Además debe señalarse su grado de
contaminación así como las condiciones de la temperatura, humedad relativa
y vientos.
• Tipos de agua. Se clasifican en naturales (salobres, dulces, subterráneas),
potable, de desecho (uso doméstico e industrial); así mismo, es importante
investigar el grado de contaminación que tengan éstas.
• Naturaleza del terreno o suelo. Debe señalarse si es natural o de relleno,
ácido o alcalino, así como su resistividad eléctrica, características especiales
y evaluación de posible contaminación.
• Presencia de agentes químicos. Por ejemplo sales utilizadas para el
deshielo, en plantas industriales, etc.
37
• Presencia de corrientes de interferencia.
La selección de los datos anteriores puede organizarse para que la toma de ellos sea
ágil y rápida. Veace un ejemplo de una ficha de antecedentes en la figura 3.2.
3.1.1.2 Examen visual general de la estructura.
Siempre se recomienda una visita de inspección a la estructura antes de planear
cualquier investigación. Esta inspección visual debe ser minuciosa y sistemática,
poniendo atención tanto a las áreas que muestren daños como a las áreas en
buenas condiciones para efectos de comparación. En términos generales la
inspección visual consta de:
Levantamiento de daños: la inspección visual implica una elaboración de
croquis/planos donde se muestre un levantamiento de daños el cual debe permitir
determinar si el problema se presenta por igual en todos los elementos de las
mismas características, o si existen diferencias por causas locales (puntuales). Para
tal efecto debe realizarse un examen detallado de cada elemento, registrando los
signos aparentes de corrosión (manchas de óxido, -color, extensión y curso-, fisuras-
ubicación, dirección y dimensiones-, zonas de desprendimiento del recubrimiento del
concreto con o sin exposición del refuerzo, etc.). la tabla 3.1 muestra los tipos de
daños que se pueden observar en las estructuras así como un código de clasificación
para diferenciarlos en el tipo de daño.
38
CORROSIÓN EN EL ACERO DE REFUERZO FICHA DE ANTECEDENTES
ESTUDIO: _______________________________________________ OBRA: ________________________ FECHA: ________________________ LUGAR: ________________________
A) DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA: LOCALIZACIÓN: _______________________________ ORIENTACIÓN: ________________________________ _______________________________ TIPO DE OBRA: ________________________________ ________________________________
TIPO DE ESTRUCTURA: ________________________________ ________________________________
B) DATOS ESPECÍFICOS DE LA ESTRUCTURA: Características del concreto Características del acero de refuerzo Dosificación cemento: _________ Grado: __________ Arena: _________ Resistencia a la fluencia: __________ Agua: _________ Tipo de recubrimiento: __________ Grava: _________ Tipo de cemento: _________ Detalles constructivos Plano No: Resistencia a compresión ________________ ________ A los 28 días (f´c): _________ ________________ ________ Relación a/c: _________ ________________ ________ Reglamento usado: _________ ________________ ________ Concreto fabricado en: _________
C) HISTORIAL DE SU VIDA DE SERVICIO: Edad de la estructura: __________________________________________ Mantenimiento dado: ___________________________________________ ____________________________________________________________ Reparaciones Previas: _________________________________________ ____________________________________________________________
D) DATOS DEL MEDIO: Tipo de atmósfera: ________________________________________________________ Temperatura ambiente: _____________________________________________________ Humedad relativa: _________________________________________________________ Precipitación pluvial: _______________________________________________________ Tipo de suelo: ____________________________________________________________ Tipo de agua manto: _______________________________________________________ Agentes agresivos en el ambiente: ____________________________________________
FIG. 3.2.- Modelo de ficha de antecedentes de la estructura para la inspección preliminar
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Código Daño Descripción Causa Detalles proporcionados en inspección
A1 Agrietamiento (general)
Separaciones irregulares del concreto sin formación de modelos o patrones.
Sobrecarga, corrosión, contracciones.
Dirección, ancho, profundidad. Agrietamiento
A2 Patrón de agrietamiento
Como el anterior solo que estos siguen un patrón (una sola dirección ya sea perpendicular o paralela al refuerzo)
Cambios diferenciales de volumen entre el concreto interno y externo
Área de la superficie, ancho
B1 Exudación Material de tipo viscoso que va exudando a través de los poros del concreto
Reacción álcali en el agregado Severidad
B2 Incrustación Cubierta blanca en la superficie del concreto
Lixiviación de la cal del cemento Severidad, humedad Depósitos en la
superficie
B3 Manchas de oxido Manchas de color café
Corrosión del refuerzo o de alambres pegados a la superficie
Severidad
B4 Humedad Agua acumulada en la superficie Filtraciones, depósitos Severidad
C1 Brotes Depresiones superficiales y cónicas
Desarrollo de presiones externas por ej. expansión del agregado
Área de superficie profunda
C2 Desprendimiento Fragmentos separados de una masa considerable de concreto
Inducción de esfuerzos internos por ej. por la corrosión del refuerzo o por fuerzas externas
Área, profundidad Pérdida de concreto
C3 Delaminaciones Esquirlas delgadas Formación de esfuerzos internos sobre un área grande.
Área, profundidad
C4 Interperismo Pérdida de la superficie del concreto
Acción del medio ambiente despoja el acabado y la pasta de la superficie
Área, profundidad
D1 Desgarramiento Similar a grietas Adhesión a la cimbra o molde Ancho, profundidad Defectos de
construcción
D2 Alveolado (panal de abeja)
Vacíos entre el agregado grueso. Falta de vibración. Ancho, profundidad,
severidad
E1 Juntas de construcción
Línea en la superficie del concreto, puede ser biselado o de apariencia porosa
Juntas entre dos colados Cualquier deterioro asociado a estas
Características de const.
E2 Juntas de tablero Ranuras en la superficie del concreto
Marcas formadas para evitar agrietamientos por contracciones en los tableros
Cualquier deterioro asociado a estas
TABLA 3.1.- Clasificación de daños en las estructuras.
40
Fotografías: las fotografías son un excelente método para preservar la información y
pueden ser de gran valor para análisis posteriores. Además de una cámara
fotográfica se pueden utilizar binoculares en zonas donde no es posible la
observación directa.
Ensayos mínimos: una vez dados los pasos anteriores, si el problema no es
complejo y el evaluador es experimentado puede ser suficiente la información hasta
aquí obtenida para determinar la o las causas y elaborar un pre-diagnóstico. Si el
evaluador indica que se requieren de mas datos para realizar el pre-diagnóstico se
puede hacer una serie ensayos o mediciones que se ejecutan en obra durante la
inspección preliminar. Estos ensayos mínimos a realizar son:
• Medición del espesor del recubrimiento del concreto.
• Determinación de la profundidad de carbonatación.
• Determinación de los iones cloruro y sulfato en el concreto.
Estos ensayos se deben realizar en zonas de la estructura que sean representativas
del daño observado. Estas zonas pueden ser:
• Zonas expuestas a las condiciones ambientales más agresivas.
• Zonas sometidas a mayores exigencias mecánicas y estructurales.
• Zonas que representan los mayores daños o signos evidentes de corrosión.
• Zonas de vientos predominantes y asoleamiento.
• Zonas que representan la situación contraria en cada caso.
Después de obtener todos los datos necesarios para evaluar la estructura se realiza
un pre-diagnóstico en el que se describen los daños visibles en la estructura y sus
posibles causas. Por último, el evaluador tendrá que decidir si es imprescindible
llevar a cabo una inspección detallada de la estructura y especificar los ensayos y
mediciones que tengan que realizarse en esta etapa.
41
3.1.2 Inspección detallada.
Después de realizada la inspección preliminar de una estructura dañada por
corrosión, se puede determinar la necesidad de una inspección mas pormenorizada
de acuerdo con la problemática observada. Para esto es imprescindible la realización
de un plan de trabajo. La concepción de un plan de trabajo requiere la evaluación de
la información básica obtenida previamente (antecedentes, examen visual general y,
eventualmente, resultados de los ensayos de campo) en la inspección preliminar. El
plan debe incluir las actividades que se describen a continuación.
3.1.2.1 Muestreo con croquis de localización de puntos para pruebas.
La estructura debe ser dividida en elementos que sean representativos de la
situación de deterioro, tomando uno o varios de éstos para hacer la evaluación.
La clasificación de las zonas en las que se practicará la evaluación debe estar
basada en criterios orientados a facilitar la determinación de las causas que han
originado los daños por corrosión en el refuerzo. Se sugiere seguir los criterios
básicos siguientes:
• Diferenciar las zonas con diferentes exigencias estructurales/mecánicas.
• Determinar las características originales del concreto cuando fue puesto en
servicio.
• Diferenciar las zonas sometidas a distintos medios agresivos.
• Establecer grados de deterioro en el concreto y en el acero.
De acuerdo con estos criterios, se puede dividir la estructura en porciones
representativas en las que, por un lado se represente la calidad homogénea del
concreto, por otro se identifique aquellas que estén sometidas a una agresividad y,
finalmente se ubiquen en un croquis aquellas zonas deterioradas en apariencia con
igual intensidad. Deben tomarse muestras de las porciones representativas de la
estructura a evaluar. Estas muestras servirán para realizar los diferentes análisis que
se le practiquen al concreto y tiene que reflejar fielmente los efectos del problema
42
que se estudie. Así mismo deberá extraerse el menor número posible de testigos
para no afectar la estructura y elevar los costos de operación. El numero de
determinaciones necesarias para que cada tipo de ensayo resulte representativo de
la muestra, dependerá de la dispersión del parámetro a determinar y de la
variabilidad de los tipos de ambiente a los que se encuentre sometida la estructura.
3.1.2.2 Selección de técnicas de medición.
Una vez realizada la división de la estructura, debe redefinirse que tipos de ensayos,
mediciones o análisis deberán realizarse en la inspección detallada, y en que puntos
los muestreos serán aplicados. Para poder efectuar un dictamen sobre las causas
que produjeron los daños por corrosión y su propagación en la estructura de concreto
reforzado deben realizarse los ensayos siguientes:
a) Evaluación de las condiciones del concreto que rodea el acero de refuerzo
desde el punto de vista de los parámetros que intervienen en la corrosión del
acero de refuerzo:
• El espesor del recubrimiento del concreto.
• Las concentraciones de iones que despasivan el acero (cloruro y sulfato).
• La absorción de agua y porosidad del concreto.
• El pH o la profundidad de carbonatación del concreto.
b) Evaluación de la corrosión del acero de refuerzo.
• Mediciones de potenciales electroquímicos expresados por mediante un
mapeo.
• Extracción de porciones del acero de refuerzo para evaluar la pérdida de
sección.
• Estimación de las velocidades de la corrosión.
• Identificación de los productos de corrosión.
c) Evaluación de la calidad del concreto.
43
• Es importante realizar estudios para determinar la integridad física del
concreto, con la finalidad de evaluar su calidad, su estado de degradación y su
comportamiento con el tiempo.
La calidad del concreto se determina mediante:
• El ensayo de resistencia a la compresión sobre muestras extraídas.
• Exámenes petrográficos.
• Ensayo de la velocidad de pulso ultrasónico.
• Prueba del martillo de rebote (esclerómetro).
• Las determinaciones del contenido de cemento.
• Las mediciones de permeabilidad del concreto.
Su degradación por agrietamiento y delaminación se evalúa a través de:
• Exámenes visuales.
• Mapeo de infrarrojo, mapeo de radar y ensayos acústicos.
La evaluación de su comportamiento es estudiado por:
• Mapeo de grietas (levantamiento de daños).
• Ensayos de carga (evaluación estructural).
Para realizar una evaluación por corrosión en una estructura, no es indispensable
realizar todas y cada una de las pruebas, ya que esto seria costoso y poco
redituable. Lo mejor es seleccionar las que servirán para resolver el problema
específico.
3.1.2.3 Resistividad de suelos.
La resistividad de un material se define como la resistencia eléctrica de un cubo
unitario. La resistividad de un suelo depende específicamente de su estructura, de su
porosidad y permeabilidad, del contenido de humedad y del contenido de iones.
44
Puede variar especialmente en los estratos superiores, con la precipitación pluvial, la
actividad agrícola, industrial, etc.
3.1.2.4 Contenido de cloruros.
El principal agente corrosivo en el concreto armado expuesto a ambientes marinos
es el ión cloruro proveniente de la sal del mar. Conocer su concentración en la
vecindad de la barra arroja un indicativo del estado de corrosión que se puede
esperar en ella. Precisamente a la concentración de cloruro en la superficie de la
barra al momento en que la probabilidad de que el acero se pasive sea igual a
aquella en la que se despasive se denomina nivel iniciador de corrosión por cloruro.
Para conocer la cantidad de cloruros que realmente están afectando el acero, se
tienen muchos métodos. El verdadero problema estriba en el método de extracción,
ya que dependerá de éste la cantidad de cloruros que pasen a la solución. La parte
de determinación no constituye un problema ya que existen métodos bien definidos
para hacerla.
3.1.2.5 Profundidad de carbonatación.
Para determinar la profundidad de carbonatación se utiliza un indicador, el cual
consiste en una disolución al 1% de fenolftaleína en alcohol etílico. Esta solución es
incolora en valores de pH inferiores a 8. para valores superiores a 9.5 se torna de un
color púrpura. De esta manera el frente de carbonatación, cuyo valor de pH es bajo
no presenta coloración y se distingue claramente de la zona no carbonatada del
concreto.
3.1.2.6 Potenciales de corrosión.
El flujo de electrones entre las áreas anódicas y catódicas cuando existe corrosión en
la barra de refuerzo produce una caída de potencial llamada potencial de corrosión.
La medida de potencial de corrosión indica aproximadamente la situación de
corrosión o pasividad de refuerzo. Es, por lo tanto, un método puramente cualitativo,
45
y siempre se debe complementar con otro tipo de ensayo, tales como la medición o
velocidad de la corrosión.
Para ejecutar la inspección detallada es importante organizar la información que se
vaya obteniendo en formatos (ver figura 3.3) que incluyan fotografías del elemento en
evaluación, detalle con localización de puntos para ensayes, tipo de afección,
pruebas realizadas, equipo necesario para las pruebas, resultados obtenidos y
diagnósticos. En estos formatos deben también ser incluidos datos que indiquen el
tipo de estructura que se está evaluando, su edad, su ubicación, el ambiente en el
que esta expuesto, su orientación, fecha de inspección, etc. Para ayudarse en la
clasificación de los daños es también de gran ayuda utilizar la tabla 3.2.
NIVELES DE DAÑOS Indicaciones Visuales A B C D E
Cambio de color Manchas de oxido Como en A Como en A Como en A Como en A
Fisuración Alguna longitudinal Varias longitudinales algunas en estribos
Generalizada Como en C Como en C
Delaminación del recubrimiento Algo Generalizada
En zonas el acero no esta en contacto con el concreto
Como en D
Mermas seccion acero (*) ~ 5% ~ 10% ~ 25%
Rotos algunos estribos
Flechas Posibles Visibles
T1
(*) Mermas seccion = ∆As/As = to/aΦ siendo: to = espesor de los óxidos Φ = diámetro nominal de las barras a = 1 para óxidos puros a = 2 para óxidos con material cementante
TABLA 3.2.- Niveles de daños según los clasifica el boletín 162 del CEB
46
CORROSIÓN EN EL ACERO DE REFUERZO INSPECCIÓN DETALLADA DE LA ESTRUCTURA
Tipo de estructura:_________________ Edad: ______________________ Ubicación:________________________ Ambiente:___________________ Orientación: ______________________ Fecha de Inspección:__________
Fotografía del elemento en particular:
Detalle del elemento con localización de puntos para pruebas:
Tipo de afección: Pruebas realizadas: Equipo necesario: Resultados: ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________ ______________ _______________ ______________ _____________
FIG. 3.3.- Ejemplo de formato de inspección detallada
CAPÍTULO CUATRO
CASO PRÁCTICO En este capítulo se realiza un estudio experimental en el cual se van a ver todos los
datos que influyen sobre la estructura, se realizará un llenado de formatos especiales
donde se incluirá un croquis ilustrativo para la localización del problema, datos como
la historia del edificio incluyendo sus propiedades físicas y mecánicas, así como
también los datos del medio que actúan sobre el.
Dentro de la información que se maneja en el formato se incluirán un registro
fotográfico así como también la extensión y gravedad de los daños, un
prediagnóstico el cual dará pie al quinto y último capítulo donde se presentarán los
resultados y discusiones así como para concluir la investigación.
48
4.1.- LOCALIZACIÓN DE LA CORROSIÓN EN EL EDIFICIO
DAÑO TOTAL POR CORROSIÓN
DAÑOS PARCIALES AISLADOS POR
CORROSIÓN
N
Fig. 4.1 Plano ilustrativo del edificio (planta baja)
Losa de entrepiso vista de abajo
49
DAÑO TOTAL POR CORROSIÓN (ALA OESTE)
DAÑOS PARCIALES AISLADOS POR
CORROSIÓN
N
Fig. 4.2 Plano ilustrativo del edificio (planta alta)
Losa de azotea vista de abajo
50
4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
CORROSIÓN EN EL ACERO DE REFUERZO FICHA DE ANTECEDENTES
ESTUDIO: Monitoreo de Corrosión en estructuras de concreto reforzado. OBRA: Esc. Primaria Lic. Benito Juárez N° 1 FECHA: Abril 2003 LUGAR: Cd. Obregón Sonora.
A) DATOS GENERALES DE LA ESTRUCTURA: LOCALIZACIÓN: Lerdo de Tejada # 485 esq. Donato Guerra Col. Constitución. ORIENTACIÓN: Vigas en Voladizo N-S Trabes E-O TIPO DE OBRA: Escuela Primaria Pública. TIPO DE ESTRUCTURA: Concreto Reforzado.
B) DATOS ESPECÍFICOS DE LA ESTRUCTURA: Características del concreto Características del acero de refuerzo Dosificación cemento: No Disponible Grado: 42 Arena: No Disponible Resistencia a la fluencia: 4200 Kg/cm2 Agua: No Disponible Tipo de recubrimiento: No disponible Grava: No Disponible Tipo de cemento: Tipo 1 Detalles constructivos Plano No: Resistencia a compresión Cimentación: No Disponible A los 28 días (f´c): 200 Kg/cm2 Trabes: No Disponible Relación a/c: No disponible Columnas: No Disponible Reglamento usado: No Disponible Losas: No Disponible
C) HISTORIAL DE SU VIDA DE SERVICIO: Edad de la estructura: 50 años. Mantenimiento dado: Pintura, Impermeabilización Reparaciones Previas: Algunas reparaciones de recubrimiento en losa con mortero, el cual vuelve a desprenderse a causa de la fuerte corrosión que presenta el acero estructural.
D) DATOS DEL MEDIO: Tipo de atmósfera: Desértica. Temperatura ambiente: 18.6 °C Humedad relativa: 63 % Precipitación pluvial: 0.0 mm Tipo de suelo: Expansivo (arcillas) Tipo de agua manto: agua dulce. Agentes agresivos en el ambiente: cloruros y sulfatos.
Ficha de antecedentes de la estructura para la inspección preliminar Hoja 1
51
Ficha de antecedentes de la estructura para la inspección preliminar Hoja 2
E) REGISTRO FOTOGRÁFICO:
52
Ficha de antecedentes de la estructura para la inspección preliminar Hoja 2
E) REGISTRO FOTOGRÁFICO:
53
F) EXTENSION Y GRAVEDAD DE LOS DAÑOS: 1. Agrietamiento y desprendimiento de recubrimiento de concreto en losa,
acompañado de corrosión en el acero de refuerzo en la totalidad de la losa de una sección de dos aulas de clases del edificio. Los agrietamientos se presentan en forma general (A1). Presenta daños severos como consecuencia de desprendimientos puntuales (C2).
2. Interperismo (C4) y vacíos entre agregados (D2) por falta de vibración en el concreto de las losas. Esto aunado a un mal servicio de mantenimiento a los techos (impermeabilización) facilita la entrada de agentes agresivos.
3. En otras secciones del edificio se han detectado algunos desprendimientos (C2), de los cuales por el momento no se puede obtener mas información porque no se autorizo a descubrir aun mas la parte afectada porque las aulas aun las están ocupando para impartir las clases.
4. En algunas trabes se observa un patrón de agrietamiento (A2) a lo largo de la junta de la trabe con la losa, únicamente en las trabes exteriores del edificio.
5. en varios muros de la estructura se observa humedad (B4) en exceso, la cual ya presenta exudación (B1) por ello se está presentando el desprendimiento del recubrimiento de los muros.
G) PREDIAGNÓSTICO: De acuerdo con la inspección visual de los daños y la tipificación de los mismos se observa que la estructura sufre su deterioro por la acción de humedad y cloruros que están penetrando a causa de la conservación y mantenimiento deficiente que se le da al edificio. Los cloruros están accesando al acero de refuerzo por el techo y por los muros. De acuerdo a la inspección visual respaldada por las imágenes que aquí se presentan a la antigüedad del inmueble y a las estadísticas de servicio no es una opción el reparar esas losas, se debe de demoler y construir de nuevo. Existen una variedad de productos para resolver estos problemas pero serían útiles si los problemas fueran empezando y por la gravedad del problema no son una buena opción de reparación.
Ficha de antecedentes de la estructura para la inspección preliminar Hoja 3
CAPÍTULO CINCO
RESULTADOS Y DISCUSIONES
En este capítulo se desarrollaran los datos arrojados por medio de los
resultados del estudio preliminar realizado al edificio de aulas escolares, la cual
presentó un alto grado de corrosión.
5.1 RESULTADOS Considerando todos los aspectos mencionados en el caso práctico del estudio
preliminar realizado a la escuela primaria Benito Juárez No 1 ubicada en Cd.
Obregón Sonora, se obtienen los siguientes resultados:
Agrietamiento y desprendimiento de recubrimiento de concreto en losa,
acompañado de corrosión en el acero de refuerzo en la totalidad de la losa de
una sección de dos aulas de clases del edificio en la planta alta. Los
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agrietamientos se presentan en forma general. Presenta daños severos como
consecuencia de desprendimientos puntuales.
Interperismo y vacíos entre agregados por falta de vibración en el concreto
de las losas. Esto aunado a un mal servicio de mantenimiento a los techos
(impermeabilización) facilita la entrada de agentes agresivos.
En otras secciones del edificio se han detectado algunos desprendimientos,
de los cuales por el momento no se puede obtener mas información porque
no se autorizó a descubrir aun mas la parte afectada porque las aulas aún las
están ocupando para impartir las clases.
En algunas trabes se observa un patrón de agrietamiento a lo largo de la junta
de la trabe con la losa, únicamente en las trabes exteriores del edificio.
En varios muros de la estructura se observa humedad en exceso, la cual ya
presenta exudación por ello se esta presentando el desprendimiento del
recubrimiento de los muros.
5.2 DISCUSIÓN Los resultados anteriormente señalados, pueden llevar, según la información
recabada en el marco teórico, a la utilización de algunos instrumentos
mencionados en la teoría, siempre y cuando la corrosión se hubiera detectado
a tiempo en la zona mas dañada.
En donde existen daños pequeños hay oportunidad de aplicar alguno de los
métodos de reparación. Lo apto es proceder a demoler la área afectada y
construir de nuevo, también es recomendable realizar un plan de conservación
y mantenimiento al edificio.
CAPÍTULO SEIS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Este es el último de los capítulos en el cual se proporcionarán las conclusiones
obtenidas dentro del caso práctico y algunas recomendaciones necesarias que
le ayudarán a los directivos de la escuela, quizá a tomar alguna o algunas
decisiones mas acertadas del presente trabajo.
6.1 CONCLUSIONES Obtenida la información para el caso práctico, y después de haberlo analizado
se puede concluir que es de suma importancia llevar a cabo las reparaciones
correspondientes al edificio el cual muestra un alto grado de corrosión en losa
de azotea y trabes del segundo piso en el ala oeste siendo éstas las mas
dañadas de todas y no tienen reparación, además en el resto del edificio se
presentan daños aislados, algunos reparados con pasta de mortero-arena,
otros con yeso, los cuales no se pudieron estudiar puesto que no se permitió
descubrirlos mas.
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Hay que tomar en cuenta que el edificio es de uso educativo y están en juego
las vidas de los alumnos que ahí reciben sus clases por lo que no hay que
dejar de pasar tiempo y realizar las reparaciones correspondientes lo mas
rápido posible así como también llevar un control de mantenimiento del edificio.
5.2 RECOMENDACIONES
Es importante que la organización encargada de llevar a cabo las inspecciones
de seguridad en planteles educativos, verdaderamente los lleven a cabo, y no
olviden que un edificio tiene una vida útil siempre y cuando se le den sus
servicios periódicos como son la impermeabilización y pintura.
Es bueno aplicar un plan de inspección cuando menos cada año, en el cual se
revise la estructura desde sus cimientos hasta la losa de azotea, ya que no solo
pueden ocurrir daños por la corrosión sino también pueden surgir cuarteadoras
o hasta derrumbes a causa de asentamiento, o simplemente por el tiempo de
uso del edificio.
58
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
* STAFF-PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION, Proyecto y control de mezclas de concreto. Edit. LIMUSA, México, 1982.
* STAFF-PÓRTLAND CEMENT ASSOCIATION, Fabricación de concretos y acabados. Edit. LIMUSA, México, 1981.
* INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), Corrosión en estructuras de concreto armado. “Teoría, inspección, diagnóstico, vida útil y reparaciones”, Producción Editorial: Arq. Heraclio Esqueda Huidobro e Ing. Raúl Huerta Martínez, Derechos reservados: INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), 2001.
* INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), Acción de los agentes químicos y físicos sobre el concreto, Producción editorial: Arq. Heraclio Esqueda Huidobro e Ing. Raúl Huerta Martínez, Derechos reservados: INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), 2001.
* INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), Tecnología del concreto (modulo II). “Concreto Fresco”, Producción Editorial: Arq. Heraclio Esqueda Huidobro e Ing. Raúl Huerta Martínez, Derechos reservados: INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO (IMCYC), 1988.
* Instituto de Corrosión y Protección (ICP-PUCP). 1997. Corrosión en estructuras de concreto armado, Pontificia Universidad Católica del Perú. (Ver: http://www.pucp.edu.pe/~icp/concesp.html).
* Revista de construcción y Tecnología. 2000. Concreto Durable, Instituto Mexicano del Concreto y del Cemento (IMCYC). (Ver: http://www.imcyc.com.mx/revista/2000/feb2000/durable.html