corrosion de acero
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Prevención de la Corrosión del Acero de
Refuerzo en Climas Tropicales y Marítimos
Roberto Torrent
Materials Advanced Services, Buenos Aires, Argentina
torrent.concrete@gmail.com
CONEIC, Huaraz, Perú, Agosto de 2012
2
Objetivos
� Presentar los principales mecanismos de incubación y
propagación de la corrosión del acero en el concreto
� Analizar los factores clave que influyen sobre el
desarrollo de la corrosión del acero en el concreto
� Revisar críticamente la normativa actual
� Presentar recomendaciones prácticas para prevenir la
ocurrencia de la corrosión
3
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
4
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
5
Atmósfera
Concreto
Acero
Capa de Pasivación
pH > 11Cloruros < 0.4% Cemento
Acero Pasivado en el Concreto
pH < 8.2 (fenolftaleína)
6
Concreto
Acero
Capa pasiva rota
pH < 10cloruros > 0.4%
Depasivación del Acero en Concreto: Incubación
CO2 + humedad Cloruros (mar)
Re
cu
bri
nie
nto
Atmósfera
7
Concreto
Cátodo (+)
Corrosión del Acero Depasivado en Concreto
O2 + humedad
Anodo (-)
Fe2+
Acero
OH-
e-
Fe2O3 . 2H2O
Atmósfera
8
Consecuencias de la Corrosión del Acero
� Aparición de manchas de óxido en la superficie del
concreto
� Aparición de fisuras paralelas a la dirección de las
barras
� Desprendimiento del recubrimiento (puede ser peligroso
para el público)
� Pérdida de adherencia (y de capacidad portante)
� Disminución gradual de la sección de acero
� Colapso estructural de los elementos afectados
9
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
10
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
Tiempo (años)
Dete
rio
ro
Incubación Propagación
f (ambiente, recubrimiento, permeabilidad, humedad)
Incubación y Propagación: Principales Factores
f (resistividad, O2, humedad)
11
Avance del Frente Crítico
x = A . t½
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tiempo (años)
Pe
ne
tra
ció
n F
ren
te C
ríti
co
(m
m)
Mayor
Perm
eabilidad
12
Estimación del Período de Incubación
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tiempo (años)
Pe
ne
tra
ció
n F
ren
te C
ríti
co
(m
m)
Barra de Acero
x = A . t½
13
Estimación del Período de Incubación
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
Tiempo (años)
Pe
ne
tra
ció
n F
ren
te C
ríti
co
(m
m) Barra de Acero
x = A . t½
14
0
10
20
30
40
50
60
50 60 70 80 90 100
Humedad Relativa (%)
Velo
cid
ad
de C
orr
osió
n
(µm
/añ
o)
Propagación de la Corrosión por CO2
(Límite de Fisuración: 100 µm)
15
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
16
Corrosión de Acero en Concreto: Condiciones
Necesarias
CO2 y/o Cl-
Depasivación
O2 y H2O
Combustible
Humedad (+ Cl-)
Baja Resistividad
Corrosión
17
Definición de Durabilidad
Durabilidad: La aptitud de una dada estructura para
desempeñar su función prevista (mantener la
resistencia requerida y su funcionalidad o
“serviciabilidad“) durante la vida útil especificada o
tradicionalmente esperable*, en sus condiciones
específicas de exposición ambiental.
*Vida útil esperable = 50 años
18
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50
Tiempo (años)
Det
erio
ro
Incubación Propagación
Vid
a U
til
Nivel Crítico
Concepto de Vida Util
19
Tiempo
Dete
rio
ro
Iniciación/Incubación Propagación
Sin deteriorovisible
Deteriorolocalizado
Deterioro generalizado
Fases Típicas de los Problemas de Durabilidad
20
De Sitter: Ley de los “Cinco”
Tiempo
Co
sto
Co
rre
cti
vo
De
teri
oro
Dis
eñ
o y
Co
nstr
ucció
n
15
25
125
Sin deteriorovisible
Deteriorolocalizado
Deterioro generalizado
21
CO2 Cl-
Acero
“Recubrimiento”de Peor Calidad
Debido a:
• Segregación
• Compactación
• Curado
• Exudación
• Acabado
• Microfisuras
Calidad del Hormigón en la Estructura
22
CO2 Cl-
Acero
“Recubrimiento”de Peor Calidad
Debido a:
• Segregación
• Compactación
• Curado
• Exudación
• Acabado
• Microfisuras
Calidad del Hormigón en la Estructura
Las probetas moldeadas y curadas en forma normalizada,
NOrepresentan la vital calidad del ‘recubrimiento’
23
LA VIDA EN SERVICIO DEPENDE DE
LA CALIDAD (‘Penetrabilidad’) delHORMIGON DE RECUBRIMIENTO “IN SITU”
y, para el caso de corrosión del acero,
del ESPESOR DE DICHO RECUBRIMIENTO
que dependen, en gran medida, de:
• Una correcta especificación (Proyectista)• Calidad adecuada del concreto (Proveedor)• Una cuidadosa ejecución (Contratista)• Controles adecuados (Propietario/Inspección)
Factores Vitales para la Durabilidad
24
Origen de Problemas de Durabilidad en Obras
Civiles (s/Helene)
Diseño40%Materiales
18%
Uso10%
Planific.4%
Ejecución28%
25
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
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Normas Prescriptivas: Análisis Crítico
Norma a/c Cemento ResistenciaMáx (kg/kg) Mín (kg/m³) Mín (N/mm²)
EN 0,50 300 30 Costa XS1EN 0,45 320 35 Mareas XS3ACI 0,40 --- 35 C2NMX 0,55 300 30 4. Amb. Marino
Requisitos prescriptivos para estructuras en ambiente
marino según 3 normas de concreto: Norma Europea
EN206-1:2000, ACI 318-08, Norma Mexicana NMX C403-
99.
27
Máxima relación a/c para distintos países EN206-1
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
XC
1
XC
2
XC
3
XC
4
XD
1
XD
2
XD
3
XS
1
XS
2
XS
3
XF
1
XF
2
XF
3
XF
4
a/c
má
xim
a
12 1 1 11
CO2 Sales Marino Hielo
28
Enfoque reglamentario clásico (EN, CIRSOC y ACI)
�Estas normas se basan mayoritariamente en
especificaciones prescriptivas: a/c máxima, contenido de
cemento mínimo
�CUAL ES EL PROBLEMA?
29
0.01
0.1
1
10
100
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8Relación a/c
kO
(10
-16 m
²)OPC
Slag
Fly Ash
Pozz
S. Fume
Filler
fib Model Code ’90 Eq. 2.1-107
Permeabilidad al O2 - kO vs a/c (distintos cementos)
7 días a 95% HR + 21 días a 50% HR
30
Enfoque reglamentario clásico (Europa y America)
�Se basa mayoritariamente en especificaciones
prescriptivas: a/c máxima, contenido de cemento mínimo
� La relación a/c no es un indicador absoluto ni robusto de
la permeabilidad del concreto
�No hay métodos de ensayo precisos ni criterios de
aceptación para verificar el cumplimiento de a/cmax
� Los registros de la planta pueden ser engañosos:
� humedad de los áridos: indicada vs. real
� agua de “ajuste de consistencia“ (en planta o en obra) no
registrada
� remanente de agua de lavado en los tambores
31
Espesor
Calidad= K-1
Recubrimiento DISEÑO PRACTICA CONTROL
Especific. deRecubrimien-
to mínimo����
Conformidad? (pachómetro)
����
Producción de
Hormigón
Especific.Prescriptiva
(a/c max)
���� Ejecución:• Colado
• Compact.
• Acabado
• Desmolde
• Curado
Ubicación y fijación
cuidadosa de las barras
Ensayos “in situ”
(permeabilidad, resistividad)
����
K = ‘Penetrabilidad’
Factores Vitales: Tratamiento Reglamentario
Relación a/c?
����
32
Métodos de Ensayo Normalizados de Laboratorio
24 horas
6 horas
60-90 días
1-7 días
4 días
1-5 horas
Duración
AASHTO TP 64,
SIA 262/1-B
Tang y NilssonTrans.Migración de Cl-
ASTM C1202WhitingTrans.RCPT??
Conductividad
ASTM C1556 ,
AASHTO T 259
Perfil Cl-Trans.Difusión de Cl-
RILEM 116-PCD,,
SIA 262/1-A, ASTM
C1585
FagerlundTrans.Succión Capilar
EN 12390-8Agua a
Presión
Trans.Permeabilidad H2O
RILEM 116-PCDCembureauEstac.Permeabilidad O2
NormaRecomendación
MétodoEstadoTransporte
33
Espesor
Calidad= K-1
Recubrimiento DISEÑO PRACTICA CONTROL
Especific. deRecubrimien-
to mínimo����
Conformidad c/ tolerancias?
����
Producción de
Hormigón
Especific.por
Desempeño: Kmax de
probetas����
Ejecución:• Colado
• Compact.
• Acabado
• Desmolde
• Curado
Ubicación y fijación
cuidadosa de las barras
Permeabilidad in Situ?
����K = ‘Penetrabilidad’
Tratamiento Reglamentario
K sobreProbetas Normales
☺☺☺☺
34
Enfoque de la Norma Suiza 262: 2003
2.4 Durabilidad
2.4.1 General
2.4.1.1 Se deben especificar medidas que garanticen la
durabilidad en las bases de diseño y en el plan de
mantenimiento.
2.4.1.2 Respecto a la durabilidad, la calidad del
concreto de recubrimiento es de particular importancia
(ver Sección 6.4.2).
35
Enfoque de la Norma Suiza 262: 2003
6.4.2 Producción de un recubrimiento“impermeable”:
6.4.2.2 La “impermeabilidad” del recubrimiento será
verificada por medio de ensayos de permeabilidad (p.ej.
medición de permeabilidad al aire) sobre la estructura o
sobre núcleos extraidos de ella.
36
≤ 2 min
2 horas
≤ 6 min
Duración
ASTM G57-95a , RILEM 154-EMC
WennerEstac.Resistividad Elec.
BS 1881 : Part 5ISATTrans.Succión Capilar
SIA 262/1-ETorrentTrans.Permeabilidad al Aire
Norma/ Recomend.MétodoEstadoTransporte
Métodos de Ensayo Normalizados “in Situ” (y lab)
37
Ejemplo de Especificación por Desempeño:
Normas Suizas
20092012
?
2008
2000
Año
XD3XD2bXD2aXD1XC4XC3XC2XC1
0.50.52.02.02.0---------kTmax „in situ“
(10-16 m²)
1010------------------DClmax (10-12 m²/s)
Migración de Cl -
------101010---------qwmax (g/m².h)
Succión Capilar
0.450.450.500.500.500.600.650.65a/cmax
320320300300300280280280Cmin (kg/m³)
3030252530252525f‘cmin (MPa)
ClorurosCarbonataciónClase de Exposición
38
Espesor
Calidad= K-1
Recubrimiento DISEÑO PRACTICA CONTROL
Especific. deRecubrimien-
to mínimo����
Conformidad c/ tolerancias?
����
Producción de
Hormigón
Especific.por
Desempeño: Kmax de
probetas e “In Situ”
☺☺☺☺
Ejecución:• Colado
• Compact.
• Acabado
• Desmolde
• Curado
Ubicación y fijación
cuidadosa de las barras
Kin Situ
☺☺☺☺K = ‘Penetrabilidad’
Tratamiento Reglamentario
K sobreProbetas Normales
☺☺☺☺
39
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
40
Prevención de la Corrosión: Diseño
� Especificar concretos de calidad adecuada al tipo de exposición y la vida útil esperada, preferentemente incluyendo ensayos de desempeño
� Especificar espesores de recubrimientos suficientes (en función del tipo de acero y de la permeabilidad del concreto superficial)
� Forma y dimensiones de los elementos estructurales
� Evitar diseños que favorezcan la acumulación de agua
� En casos especiales especificar aceros de alta resistencia a la corrosión y/o revestimientos y/o inhibidores de corrosión
41
Prevención de la Corrosión: Concreteras
� No usar materiales (agregados, aditivos) que contengan
tenores altos de cloruros
� Cementos con adiciones (puzolanas, escoria, humos de
sílice) son preferibles a los portland puros. El tipo V,
resistente a los sulfatos, no es el más recomendable en
ambiente marino
� Diseñar mezclas de concreto de baja permeabilidad (baja
relación a/c, agregados limpios, mezclas cohesivas)
� Tener control estricto de la cantidad de agua efectiva en el
concreto (humedad de arenas, camiones sin remanente de
agua de lavado, evitar el añadido incontrolado de agua)
� Control de calidad con ensayos de permeabilidad para
proponer las mejores mezclas a los clientes
42
Prevención de la Corrosión: Contratista
� Disponer de personal idóneo para las tareas de concretado
� Colocación del concreto evitando segregación
� Correcta compactación, especialmente en las zonas
expuestas
� Prácticas de acabado de las superficies que mejoren y
ciertamente que no comprometan la permeabilidad
� Evitar la aparición de fisuras plásticas
� Curado eficiente de los elementos por los períodos
estipulados en los códigos (y más también)
� Uso de separadores y fijaciones adecuadas de las
armaduras de acero, de modo que resulten en los
recubrimientos mínimos especificados
43
Prevención de la Corrosión: Dueño/Inspección
� Controlar la calidad del concreto recibido, preferentemente
con ensayos de desempeño
� Controlar las etapas críticas de la ejecución:
� Disposición y fijación de las barras de refuerzo antes del
vaciado
� Correcta colocación, compactación y acabado del concreto
� Protección y curado de las estructuras Evitar la aparición
de fisuras plásticas
� Control del producto terminado por métodos preferentemente
no-destructivos:
� Medición de la permeabilidad del elemento terminado
� Medición del espesor de recubrimiento obtenido
44
Contenido
1. Pasivación y Depasivación del acero
2. Período de Incubación (Iniciación) y Propagación
3. Corrosión del Acero en el Concreto: Condiciones
Necesarias y Factores Determinantes
4. Análisis Crítico de la Normativa Actual
5. Medidas de Prevención
6. Conclusiones
45
� La corrosión del acero es la causa principal de deterioro
de estructuras de concreto a nivel mundial, en especial:
� debida a la carbonatación en climas tropicales
� debida a los cloruros en zonas marítimas
� debida a cloruros (acoplada con congelación) en
zonas de climas fríos (marítimos o donde se usen
sales descongelantes)
� El factor clave de control de la corrosión es un
recubrimiento de hormigón de espesor suficiente y de baja
permeabilidad
Conclusiones
46
Conclusiones
� La solución estriba en que todos los actores reconozcan y
tomen conciencia de la importancia del tema
� En primer lugar, es esencial modificar el enfoque
reglamentario, reemplazando el prescriptivo actual por
uno basado en indicadores de desempeño
� Existen en el mercado diversos instrumentos (de
laboratorio y de obra) para medir la permeabilidad y el
espesor del recubrimiento de hormigón, varios de ellos
normalizados
� Esto abre el camino a especificaciones para durabilidad
más orientadas al desempeño y al control de conformidad
sobre la estructura terminada (p.ej. Normas Suizas)
4727 años 26 años
Cuesta tanto alcanzar la Vida Util esperada?
48
La Durabilidad de las Estructuras de Hormigón es un tema
que concierne, afecta y debe preocupar a toda la Industria
de la Construcción en Concreto
Proyectista Contratista
Proveedores
de Materiales
Propietario/
Usuario
SOCIEDAD
Conclusiones
49
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Bibliografía Complementaria Ensayos
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