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ASOCIACION VENEZOLANADE GALVANIZADORES
Acero Galvanizado
como refuerzo del concreto
Prof. Laura Viloria RendónCoord. Técnico AVGAL
ASOCIACION VENEZOLANADE GALVANIZADORES Contenido
Comportamiento del acero negro en el concretoComportamiento del acero galvanizado en el concretoFabricación de productos galvanizadosAspectos económicosEvaluaciones de campo Ejemplos de construcciones
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Comportamiento del acero negro en el concreto
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La protección del acero en el concreto
El acero dentro del concreto se mantiene pasivo debido al medio muy alcalino del concreto hidratado pH > 12,5
Mientras se mantenga este ambiente el acero no se sigue corroyendo
Para una protección a largo plazo el concreto debe limitar el transporte de especies como H2O, Cl-, CO2, O2 y otros gases hacia el refuerzo
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La protección del acero en el concreto
Diseño estructural apropiadoObservar normativasAdecuado espesor
Calidad del concretoDenso e impermeable
Buenas prácticasMano de obra calificadaSupervisión de la mano de obra
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La calidad del concreto
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Las buenas prácticas
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Corrosión del acero en el concreto
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Corrosión del acero en el concreto
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Proceso electroquímico
Corrosión: formación de una celda electroquímica, con cuatro elementos principales: un ánodo, donde ocurre la oxidación; un cátodo, donde ocurre la reducción; un conductor metálico, donde la corriente eléctrica fluye en forma de electrones yun electrolito (el concreto), donde la corriente eléctrica es generada por el flujo de iones en un medio acuoso.
Migración de electrones
Corriente
ANODO CATODO
Me - 2 e- → Me++
Me++ + OH- → ΜeΟ + Η2Ο
Ο2 (gas) + 2 Η2Ο + 4 e- → 4 ΟΗ−
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Corrosión del acero en el concreto
Condiciones Presencia de Oxígeno y agua
Humedad relativa en el ambiente >70-80%
Clima tropical Marino: 98% del tiempo la HR > 80%
Diferente potencial electroquímicoVariaciones locales en la composición del concreto
Disponibilidad de agua y oxígeno
Condición de la superficie del concreto
Contactos metálicos distintos
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La corrosión del acero en concreto
Causada por el efecto de la carbonataciónDisminución del pH cuando los gases ácidos de la atmósfera (CO2, SO2, NO2) se disuelven en la solución de poro del concreto.
Causada por la concentración de iones clorurosobre un nivel umbral en la profundidad del refuerzo.
Agregados contaminados del concreto (arenas marinas) agua salobre en el curado del concreto exposición al ambiente marino o aguas subterráneas salinas, uso de sales de descongelar.
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Corrosión del acero en el concreto
El refuerzo de acero desnudo comienza a perder la pasividad a medida que el pH que rodea al acero disminuye de 11,5 Comienza y progresa el herrumbre que ocupa más espacio que el acero consumido Se generan esfuerzos por la expansión del volumen en una matriz rígida de concreto
Antes de corrosión
Comienza la herrumbre
Grietas en el concreto y manchas en la
superficie
Entallamiento y desprendimiento
del concreto.
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La corrosión del acero en concreto
El tiempo transcurrido hasta que la permeación de la solución ácida y/o los cloruros alcanza el acero es función de:
AmbienteCiclos de mojado/secadoPorosidad y composición del concreto Dificultad de atravesar el laberinto (porosidad conectada) hasta la superficie del refuerzo.
Profundidad del cubrimiento del refuerzoPresencia de fisuras en el concreto
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Durabilidad
En ambientes normales, la durabilidad de una estructura está garantizada mediante un adecuado diseño y correcta preparación del concreto . Para condiciones ambientales muy agresivas, es necesario la aplicación de métodos de protección adicional.
Acero galvanizadoRecubrimiento epoxiAcero inoxidable.
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Comportamiento del acero galvanizado en el concreto
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Galvanización en caliente
Recubrimiento metálico del acero por inmersión en baño de cinc metálico fundido
Temperatura de fusión del cinc 419°C
Sobre 450°C el acero y el cinc son afines y forman aleaciones
El revestimiento forma una unión metalúrgica con el acero base
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Refuerzos galvanizados
Estribos y amarresCabillas
Malla soldada
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Armaduras galvanizadas
No hay necesidad de retoques en dobleces, cortes y soldaduras.
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GALVANIZADO EN CALIENTE
Es el más común de los recubrimientos de secciones estructurales
El zinc facilita:Protección por barrera al refuerzo
Protección por sacrificio al acero expuesto
Mayor tolerancia a los cloruros
Resistencia a la reducción del pH del concreto
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Vida útil del galvanizado
Espesor del recubrimientoAgresividad del ambiente Standard ISO 9223
Espesor mínimo del recubrimiento por norma es 86 μm
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Normas de galvanización en caliente de armaduras de acero
Estados Unidos ASTM-A767 Barras de acero recubiertas con zinc (galvanizadas) para hormigón armado
Francia NF A35-025 Barras y bobinas galvanizadas en caliente para hormigón armado
Italia UNÍ 10622Barras y varillas de acero recubiertas de zinc (galvanizadas) para hormigón armado
India IS12594Recubrimientos en caliente de barras de acero estructurales para aplicaciones con hormigón armado
Organización Internacional de Normalización
IS0 14657 Acero revestido con zinc para hormigón armado
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Efecto del pH en la corrosión del zinc
En el rango de pH de 5.5 - 12.5:
Se forma una película protectora en la superficie
La velocidad de la corrosión es muy lenta.
El galvanizado no se ve afectado por la carbonatación.
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Resistencia a los cloruros
El refuerzo galvanizado puede tolerar valores de concentración de cloruros muy por encima del valor umbral que causa corrosión en el acero negroConsideremos:
Un umbral en 0,4% de cloruros por masa de cemento para el acero desnudo y 1 % para el galvanizado0,35% de cloruros en la superficie del concreto30 mm de espesor de concretoCoeficiente de difusión en el concreto D=1,4x10-12 m2/sCalculando el tiempo de penetración de los cloruros hasta el refuerzo por la ley de Fick
El ataque del refuerzo desnudo comenzará en 15 años mientras que en el galvanizado comenzará después de 44 años
Una extensión de la vida de servicio de tres veces, seguida de un largo período de protección del zinc antes de que se inicie la corrosión del acero base.
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Vida útil del refuerzo
Inicio: tiempo transcurrido hasta que la acidez por carbonatación o la penetración de cloruros alcanza la superficie del refuerzo.
Propagación: tiempo transcurrido hasta que se alcanza el nivel permitido de corrosión
Modelo de TuuttiACERO NEGRO
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Vida útil del refuerzo galvanizado
Inicio: período más largo que en el acero desnudo porque los valores umbrales son mayores.
Protección: tiempo transcurrido hasta que la corrosión consume todo el galvanizado.
Propagación: período de corrosión activa del acero base
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Etapa de protección
El recubrimiento se disuelve lentamente formando productos de corrosión del zinc
Son menos voluminosos que la herrumbre del acero y no perturban al concretoMigran desde la interfase del refuerzo hacia la masa del concreto sellando poros y grietasSe extiende considerablemente la vida útil del concreto reforzado
¡De cuatro a doce veces!
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Fabricación de productos galvanizados
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Diseño de estructuras
El acero galvanizado reemplaza directamente al acero negro como refuerzo del concreto.
No se requieren consideraciones especiales de diseño
No se requieren aditivos especiales en la mezcla del concreto.
No hay que ampliar las longitudes de anclaje como en las cabillas recubiertas con epoxi.
No conviene mezclar acero negro con acero galvanizado para evitar uniones galvánicas.
El galvanizado no suple la protección de un concreto pobre, o las malas prácticas. Con la mejor calidad del concreto se alcanzará su máximo desempeño.
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Las propiedades mecánicas del acero
Aceros endurecidos por deformación en frío serie 410C: requieren un recocido de liberación de esfuerzos para evitar que sea fragilizado durante el galvanizado.
Aceros templados y revenidos o micro aleados (410Y) no son afectados por el galvanizado
Barras de nueva generación de 500 Mpa (500N): sus propiedades mecánicas superiores son retenidas con el galvanizado
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Adherencia en el concreto
Numerosos estudios reportan excelente adherencia, inclusive superior a la del acero negro
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Adherencia en el concreto
Cargas de deslizamiento en pruebas de extracción a cualquier nivel de carga
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Fabricación del refuerzo galvanizado
El corte, la soldadura y perforación del acero se deben hacer antes de la galvanización para reducir al mínimo la exposición de bordes desprotegidos y para aprovechar la protección de la capa del cinc.
Hay las situaciones que ameritan que los productos galvanizados sean fabricados en el campo. En estos casos, el contratista debe estar conciente de las características y de las limitaciones de la capa.
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Antes del galvanizadoMínimo de 3xd
Para evitar deformación en frío y fragilizado durante el galvanizado.
Después del galvanizadoPara minimizar el agrietamiento para doblados de 90º
Barras de φ =16 mm 5xd
Barras de φ >16 mm 8xd
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Soldadura
El acero galvanizado se puede soldar por las técnicas convencionales, ajustando los parámetros para asegurar una penetración adecuada
Recomendaciones*Remover el recubrimiento antes de soldarDisponer de suficiente ventilación o extracción de gasesReparar la zona soldada para reponer el Zn
* Boletín técnico, octubre 2006, www.avgal.net
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Reparación del recubrimiento
ACTIVE STANDARD: ASTM A780-01(2006) Standard Practicefor Repair of Damaged and Uncoated Areas of Hot-Dip GalvanizedCoatings
Soldaduras base Zn: Se aplica en forma de barras o polvo sobre la superficie calentada y se extiende con la ayuda de una espátula. Aplicar un espesor mínimo de 85 μm.Pinturas ricas en Zn (92% de Zn metálico en pintura seca): El método más común y práctico para reparación en campo. Espesor de película de 100 μm para protección contra la corrosiónMetalizado con Zn: termorrociado sobre la superficie puede alcanzar espesores equivalente al galvanizado original. Requiere buena experticia.
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Aspectos económicos
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El costo de galvanizar
El galvanizado añade el 30 %-50% al costo del aceroEl acero representa el 25 % del costo del concreto (CR)
El galvanizado es menos del 10 % del costo del concreto
El concreto representa el 25-30 % del costo de la obraEl costo del galvanizado se reduce al 2-3 % del costo de la obraSi se utiliza galvanizado selectivo este costo se reduce a 1%
El galvanizado es la fracción más pequeña del valor total de construcción
Representa un aumento mínimo de 4 a 5 veces en la vida útil de la obra
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El costo extra pagado por galvanizar
Varía de país a país dependiendo de la ubicación específica de la obra y su proximidad de la planta galvanizadora por el costo de transporte y manejo
Este costo extra se debe relacionar con el ahorro potencial enorme, por la reparación no programada del concreto reforzado
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Parlamento de Australia
1800 revestimientos precolados y unidades de ventanas
600 ton de refuerzo galvanizado
3,5 % del precio del proyecto
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Evaluaciones de campoEstudios financiados por ILZRO
Presentación del Dr. Luis Maldonado López Taller de Refuerzo Galvanizado México,
mayo 2007
17 años
27 años
26 años
31 años
27 años
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Ejemplos de aplicaciones
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Aplicaciones
PuentesCarpetas de rodamientos Barreras de contención en autopistasMuelles y atracaderosPlantas petroquímicasEdificaciones de prestigioEstructuras costa afuera
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Onomichi - Japón
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La experiencia en las Bermudas
Después de 42 años de antigüedad el espesor del revestimiento remanente en el refuerzo superaba con creces el mínimo aún con niveles de cloruros en el hormigón de hasta 4 Kg/m3
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Gracias