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SENSORES PERMANENTES ENSENSORES PERMANENTES ENESTRUCTURAS DE HORMIGESTRUCTURAS DE HORMIGÓÓNN

ARMADO PARA EVALUARARMADO PARA EVALUARPARPARÁÁMETROS DE CORROSIMETROS DE CORROSIÓÓNN

Gustavo S. Duffó

Comisión Nacional de Energía AtómicaDepto. Materiales – Div. Corrosión (CNEA)

Comisión Nacional de InvestigacionesCientíficas y Técnicas (CONICET)

Corrosión en Estructuras de Hormigón ArmadoLEMIT – 4 de julio de 2008

• Las estructuras civiles tales como puentes, represashidroeléctricas y edificios requieren enormes esfuerzosde construcción, grandes inversiones y una vida útilconsiderable.

• Tales estructuras son vitales para los estándar de vidade la población y su rotura prematura y/o inesperadasuele ser catastróficas en términos de tiempo y dineroy, en algunos casos, generando pérdidas de vidas.

• Todo esto lleva a la necesidad del monitoreo delproceso de degradación para conocer la situación de laestructura y tomar decisiones respecto a la necesidadde aplicar estrategias de remediación, en caso deser necesarias.

Deterioro del hormigón armado

DeterioroFísico

DeterioroQuímico

Corrosión de lasarmaduras

• Fisuración• Congelamiento• Fuego• etc.

• Ataque por sulfato• Ataque ácido• Agua de mar• Reacción álcali – agregado• Lixiviación• etc.

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19/sept/1999

PARÁMETROS A CONOCER

EcorrJO2

Icorr

[Cl-]

TρH

> -0,200< 5 %

-0,200 a -0,350aprox. 50%

< -0,350> 95 %

Ecorr(VCu/CuSO4)

Probabilidadde corrosión

POTENCIAL DE CORROSIONNorma ASTM C-876

ASTM C 876, “Standard test method for half-cell potential for uncoated reinforcing steel in concrete”,American Society of Testing and Materials, Philadelphia (1987).

DENSIDAD DE CORRIENTEDE CORROSION

> 11,6Alta> 1

5,8 a 11,6Moderada0,5 a 1

1,2 a 5,8Baja0,1 a 0,5

< 1,2Despreciable< 0,1

Vcorr(µm/año)

CorrosiónIcorr(µA/cm2)

M.C. Andrade y M.C. Alonso, Construction and Building Materials, 15, 141 (2001).

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RESISTIVIDAD ELÉCTRICA

La resisitividad no es un parámetro que controle la velocidad de corrosión

< 10

Moderada a alta velocidad de corrosión si el acero está activo en hormigones carbonatados y/o contaminados con cloruro.

10 a 50

Bajas velocidades de corrosión 50 a 100

Hormigón muy seco. Las velocidades de corrosión serán muy bajas independientemente del contenido de cloruros y del nivel de carbonatación.

> 100

Fenómeno probableResistividad (kΩ.cm)

M.C. Andrade y M.C. Alonso, Construction and Building Materials, 15, 141 (2001).

CONCENTRACIÓN DE CLORURO

FLUJO DE OXÍGENO

TEMPERATURA

No está estandarizada su medición, pero esdeseable que disminuya con el tiempo paraque disminuya la velocidad de corrosión.

Es un parámetro importante porque de elladependen todos los fenómenos de transportey cinéticos (difusión de especies, velocidad delas reacciones electroquímicas, etc.).

• Mediciones desde “afuera” de la estructura

• Mediciones desde “adentro” de la estructura

⇒ SENSORES

FORMAS DE MEDIR PARÁMETROSRELACIONADOS CON LA

CORROSIÓNDE LAS ARMADURAS

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Gecor – 6Gecor – 8

• Potencial de corrosión• Velocidad de corrosión• Resisitividad eléctrica del hormigón• Temperatura ambiente• Humedad relativa ambiente

Datos que provee el Gecor 6/8

GERMANN INSTRUMENTSIn-Situ Test Systems for Concrete and Reinforced Concrete Structures

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CuerdavibranteTermocupla

Electrodo dereferencia

ResistividadFlujo deoxígeno

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• Potencial de corrosión• Resistencia de polarización• Resistividad eléctrica• Nivel de cloruros• Temperatura

R. Kelly et al.Materials Science and Engineering

University of Virginia

I < 15 µA (15 s)I < 1,5 µA (24 hs)SIN CORROSIÓN

I > 15 µA (15 s)I >> 1,5 µA (24 hs)CORROSION

M. Raupach and P. SchießlNDT&E International, 34 (2001) 435-442

Macrocell Sensor System

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I < 15 µA (15 s)I < 1,5 µA (24 hs)SIN CORROSIÓN

I > 15 µA (15 s)I >> 1,5 µA (24 hs)CORROSION

Macrocell Sensor System

Análisis de los resultados

Anode-Ladder System

Anode-Ladder System

Expansion-Ring Anode

8

Expansion-Ring Anode

Modo de instalación

Barra de acerode construcción

Electrodos dematerial inerte

Termómetro

Electrodoespecífico

de Cl-

Electrodo deReferencia

Resina epoxy

Ecorr (A y B)Icorr (A, B, C y D)RΩ (C y D)Joxígeno (B, C y D)[Cl-] (B y E)Temperatura (F)

ELECTRODOS NECESARIOSEN UN SENSOR

C D

A BE

F

ELECTRODOS DE REFERENCIAPARA EMBEBER EN UNA

ESTRUCTURA DE HORMIGON ARMADO

CONDICIONES

• estable• invariante a cambios térmicos y químicos• tolerante a cambios climáticos• capaz de dejar circular bajas corrientes con una mínimapolarización y efectos de histéresis

• tener buena performance a largos períodos• ser fabricado por un método no contaminante• económico

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ELECTRODOS DE REFERENCIAEMBEBIBLES

• Grafito• Plata/Cloruro de Plata• Dióxido de Manganeso• Titanio/Oxido de Titanio Activado• Plomo

ELECTRODO DE REFERENCIA

7 8 9 10 11 12 13 14-0,1

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

2 IrO2 + 2 H ++ 2 e - = Ir

2 O3 + H

2 O

Pote

ntia

l (V

ESH)

pH

MOMTi/TiO2Iridio

Tantalio

E= f (pH)E= f (t)C.P.E.I.S.E = f [O2]

MEDICION DE LACONDUCTIVIDAD ELECTRICA (κ)

2 electrodos dematerial inerteΔE = 10 mV

f = 1 kHz

R= V/I

101 102 103 104 105101

102

103

104

105

106

107

Res

istiv

idad

(ohm

.cm

)

Resistencia (ohm)

ohm.cm

Soluciones patrón de KCl

DETERMINACIÓN DEL FLUJO DE OXÍGENO

-1,2 -1,1 -1,0 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,110-7

10-6

10-5

10-4

10-3

pH 13,5[O2]= 8,5 ppm

Den

sida

d de

cor

rient

e (A

/cm

2 )

Potencial (VoltsMOM

)

2 electrodos dematerial inerte

& MOM

E = -0,950 VMOM @ 300”

10

10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1000.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

Electrodo Ag/AgCl

Pendiente = -0,051 Volts

Pote

ntia

l (V S

CE)

KCl Concentration/(Molar)

ELECTRODO ESPECÍFICO DE CLORURO

MEDICION DE Ecorr y Icorr

Ecorr - Potencial entre una barra de acero deconstrucción y el electrodo de referencia MOM

Icorr – Aplicación de corriente catódica (I) a labarra de acero de construcción, empleandomaterial inerte como contraelectrodo, y midiendoel potencial de la barra frente al MOM, luegode 1’ de polarización (E).

pcorr R

BI =s

corrp R

IEER −

−−=

Ag/AgCl

Pt 100

Acero deconstrucción

Electrodo dereferencia (MOM)

Electrodos dematerial inerte

SENSOR CON “CAPUCHÓN”DE MORTERO DE REPARACIÓN

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SENSOR – HORMICOR 400 - PC

PANTALLA DE RESULTADOS

PLANILLA DE RESULTADOS

INSTALACIÓN DE SENSORES ENUNA ESTRUCTURA NUEVA

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INSTALACIÓN DE SENSORES ENUNA ESTRUCTURA EXISTENTE

Sensor en ambiente de laboratorio

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.01

0.1

1

10

-200

-180

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

I corr (

µA.c

m-2)

Tiempo (días)

Icorr µA.cm-2 mVMOM

Ecorr (m

VM

OM )

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100102

103

104

105

106

107

108

Res

istiv

idad

Elé

ctric

a (o

hm.c

m)

Tiempo (días)

Resistividad (ohm.cm)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.1

1

10

100

Fluj

o de

oxí

geno

(µA

.cm

-2)

Tiempo (días)

Oxig µA/cm2

CONCLUSIONES

• La utilización de sensores en la determinación de parámetros relacionados con la corrosión de armaduras es una de las herramientas más promisorias para establecer la vida útil de una estructura de hormigón armado

• Hay que tener en cuenta que la “filosofía” de medición empleada en el laboratorio y en una estructura real pueden llegar a ser muy diferentes.

CONCLUSIONES

• Aunque en los últimos años se han presentado gran cantidad de sensores cuyo empleo ha sido exitoso, es necesario llevar a cabo más investigaciones para resolver problemas reales en estructuras nuevas o ya existentes.

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MUCHAS GRACIAS POR SUAMABLE ATENCION

Dra. Gustavo S. DuffóComisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)

Consejo Nacional de InvestigacionesCientíficas y Técnicas (CONICET)

República Argentinaduffo@cnea.gov.ar