caracterizaciÓn y evaluaciÓn del comportamiento de
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CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN DEL
COMPORTAMIENTO DE
HORMIGONES CON ARMADURAS GALVANIZADAS
EN AGUA DE MAR
Tesis para optar al título de
Ingeniero Civil en Obras Civiles
Profesor patrocinante:
DR. ERNESTO ZUMELZU DELGADO
Ing. Civil Metalúrgico
Profesor Copatrocinante:
CARLOS CABEZAS CUEVAS
Magister en Ciencias
PILAR MARGARITA ALBORNOZ VEGA
VALDIVIA-CHILE
2004
INDICE
Resumen/ Summary
Capítulo I: 1.- Introducción 1
Capítulo II: 2.- Aspectos teóricos 3
2.1.- Generalidades 3
2.2.- Corrosión galvánica 3
2.3.- Corrosión del acero 8
2.4.- Corrosión de estructuras de hormigón armado 9
2.5.- Recubrimientos protectores 11
2.6.- Efectos del Zinc como protector del acero 13
2.6.1.- Acción galvánica del Zinc 13
2.6.2.- Adherencia Hormigón- Acero Galvanizado 13
2.7.- Composición química de la capa de galvanizado 15
2.8.- Proceso de galvanizado 16
2.9.- Espesor y aspecto del galvanizado 22
2.10.- Condiciones atmosféricas 24
2.11.- Influencia de la calidad de los hormigones 27
2.12.- El pH de la solución 28
2.13.- Efecto de la temperatura 33
2.14.- Resistencia mecánica del acero galvanizado 33
2.15.- Análisis económico 34
2.16.- Compatibilidad del galvanizado con el medio ambiente 35
2.17.- Fundamentos de la electricidad 36
2.17.1.- Conductores 36
2.18.- Fundamentos de la electroquímica 37
Capítulo III: 3.- Ensayo de laboratorio 39
3.1.- Confección de las probetas normalizadas de hormigón 41
3.1.1.- Materiales 41
3.1.2.- Construcción de las probetas 41
3.2.- Cinética de un proceso de corrosión 45
3.3.- Ensayos de polarización o velocidad de corrosión
y ensayos de medidas de potencial en el tiempo 47
3.3.1.- Método para medir el potencial en el tiempo 47
3.3.2.- Método para medir la velocidad de corrosión 49
3.4.- Resultados de los ensayos de medidas de potencial en el
tiempo y velocidad de corrosión. 52
3.4.1.- Ensayo de medidas de potencial en el tiempo 52
3.4.2.- Ensayo de velocidad de corrosión. 52
3.4.3.- Análisis estadístico 54
3.4.4.- Validez de la técnica experimental 57
3.5.- Destrucción de las probetas de hormigón 58
3.6.- Microscopía electrónica de barrido 59
3.7.- Informe de resultados del análisis con Microscopía
Electrónica de barrido. 61
3.7.1.- Microanálisis de las muestras experimentales 76
Capítulo IV: 4.- Conclusiones 78 Referencias Bibliográficas 80 Anexos 83
RESUMEN
La presente tesis tiene como objetivo principal evaluar e interpretar el comportamiento de
hormigones armados con acero galvanizado (acero bañado con un recubrimiento de zinc) al estar
expuesto en un medio agresivo, como lo es el ambiente salino. Esto se llevó a cabo sumergiendo
probetas de hormigón armado con una barra de acero galvanizado embebida en su interior, en una
piscina con agua de mar. En el estudio efectuado se midió la degradación del sólido debido al
efecto de los cloruros. Esta degradación se estimó a través de ensayos electroquímicos y mediante
microscopía electrónica de barrido.
Para determinar la velocidad de los fenómenos de corrosión que tienen lugar en las armaduras
galvanizadas embebidas en el hormigón se realizó el diseño experimental que contemplo 11
probetas cilíndricas normalizadas de hormigón armado que fueron sumergidas en el medio
salino. Todas las probetas se sometieron a mediciones de potenciales eléctricos y barridos de
polarización a fin de evaluar la velocidad de corrosión durante un período de 30 días.
De los resultados de polarización en el tiempo se obtuvieron valores promedios de velocidad de
corrosión de io= 0.838 (μa/cm2) para el día 0, io= 1.817 (μa/cm2) para el día 15 y io= 1.436
(μa/cm2) para el día 30, resultados que no fueron significativamente diferentes entre sí de
acuerdo al análisis estadístico realizado. De los resultados obtenidos de medidas de potencial en
el tiempo se puede ver una rápida pasivación del sólido para luego mantenerse relativamente
constante en el tiempo.
Posteriormente las armaduras galvanizadas de las probetas se sometieron a microscopía
electrónica de barrido para caracterizar la morfología del daño de la superficie metálica.
De los resultados obtenidos se puede concluir que el zinc proporciona una buena protección de
barrera para el acero. Se evidencia en algunos casos una microcorrosión o deterioro muy puntual
del material que no es muy significativo, debido a la difusión del electrolito a través de algunas
de las capas que conforman el sustrato protector. Se concluye, entonces, un buen funcionamiento
en estructuras de hormigón armado con acero galvanizado.
SUMMARY
The main goal of this Thesis is to evaluate and understand the performance of galvanized steel
concrete, i.e. steel with a zinc coating, in the presence of an aggressive environment, like a salty
one. This was carried out by immersing in a sea water pool, concrete probes with a galvanized
steel rod inside. In this study, degradation of the solid by means of the chlorides effect was
measured. This degradation was estimated by electrochemical tests and Scanning Electron
Microscopy.
To determine the speed of the corrosion phenomena, which takes place in the galvanized
structure inside the concrete, an experimental design was performed in which 11 normalized
cylindrical probes where immersed in brine. Afterwards, electrical potentials and polarization
scanning were measured over all the probes, to evaluate the speed of corrosion over a 30 day
period.
From the polarization vs. time results, mean values of the corrosion velocity were obtained, io=
0.838 (μA/cm2) for day 0, io= 1.817 (μA/cm2) for day 15 and io= 1.436 (μA/cm2) for day 30,
results that weren’t significantly different between them, according to statistical analysis. From
the results of potential vs. time, a quick passivation of the solid was observed followed by a
constant behavior in time.
After that, the morphology of the metallic surface damage of the galvanized structure was
characterized with Scanning Electron Microscopy.
From the results it can be concluded that zinc gives a good barrier protection for the steel. In
some cases micro corrosion or very slight damage of the material can be seen, because of the
diffusion of the electrolyte through the protective substrate, though no to significant. Finally, the
conclusion is that good performance is obtained using galvanized steel reinforcing bars in
concrete structures.
CAPÍTULO I
1.- INTRODUCCIÓN La necesidad de proteger efectivamente los productos de acero contra la corrosión se ve hoy día
acentuada de manera imperiosa por los elevados costos asociados a faenas de mantención y
reemplazo de elementos corroídos. Por otro lado, se aprecia una complejidad creciente de las
contingencias corrosivas ambientales ligadas a centros industriales urbanos, marítimos o rurales,
que exigen soluciones eficientes, económicas, no contaminantes y duraderas, que aseguren el
éxito operativo de proyectos en largos horizontes de tiempo.
La corrosión tarda en aparecer, por lo que no es tan considerada como la resistencia mecánica del
elemento estructural, pero lo cierto es que el costo de la corrosión en metales es enorme, por esto
su prevención es de importancia vital, haciéndose necesario proteger a largo plazo las
construcciones. Además de los costos en dinero que produce la corrosión están los costos de
seguridad, vida útil, pérdidas de características especificadas, tiempo, riesgo, estética.
Cuando la estructura de concreto está en contacto frecuente con agua que contenga iones cloruro
(agua de mar), a través de la propia porosidad del concreto, este puede llegar al acero de refuerzo.
En este momento se inicia la corrosión del acero. La herrumbre que se va formando como
resultado del proceso de corrosión en el acero, por una parte disminuye la sección original del
acero, y por otra, hace perder la adherencia inicial y deseada entre el acero y el concreto. El óxido
de hierro formado (herrumbre) ocupa un volumen aproximadamente siete veces mayor que el
acero sin corroer. A medida que se va formando herrumbre por la corrosión del acero, ésta ejerce
una gran presión sobre el concreto que lo rodea. Las fuerzas son de tal magnitud dentro del
concreto que provocan grietas que lo fragilizan, perdiendo éste sus buenas propiedades
mecánicas. El proceso continúa hasta que la herrumbre llega a aparecer en la superficie del
concreto y se pueden observar las estructuras "manchadas", con evidente daño del material.
Una manera muy eficaz para luchar contra la corrosión del acero es el galvanizado por inmersión
en caliente. El galvanizado tiene una historia comprobada de ser económico, seguir las normas
VOC (componentes orgánicos volátiles) y de proteger contra la corrosión en la mayoría de las
industrias y medio ambientes. El galvanizado es un tratamiento que se aplica industrialmente y
queda metalúrgicamente unido al acero. Esta capa extremadamente adherente le proporciona a la
base del acero una barrera y protección catódica.
1
En la presente tesis se estudiará la funcionalidad de hormigones con innovaciones en las
armaduras con recubrimientos galvanizados que permitan una mayor vida útil de los materiales,
dando una adecuada solución para las necesidades de las atmósferas corrosivas actuales.
Como objetivos específicos se pretende lo siguiente:
1) Estudiar la calidad de recubrimientos galvanizados en armaduras para hormigones. 2) Evaluar el desempeño del hormigón con armaduras galvanizadas mediante ensayos
electroquímicos en ambiente de agua de mar.
3) Caracterizar el daño por corrosión de las armaduras para determinar los mecanismos de deterioro y sus morfologías.
4) Comparar los hormigones tradicionales con el desempeño de hormigones con armaduras
galvanizadas.
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CAPÍTULO II
2.- ASPECTOS TEÓRICOS
2.1.- GENERALIDADES
Para comprender cómo el galvanizado protege al acero de la corrosión, es importante entender
primero lo que es este fenómeno. La corrosión en metales se define generalmente como el
deterioro indeseable en metales o aleaciones, es decir, una interacción del metal con su medio
ambiente que afecta en forma adversa las propiedades del metal.
Los metales escasamente son encontrados en su estado puro. Casi siempre se los encuentra en
combinación química con uno o más elementos no metálicos. El mineral es generalmente una
forma oxidada de metal.
Se debe aplicar una cantidad significativa de energía para transformar el mineral en metal puro.
Esta energía puede aplicarse por vías metalúrgicas o químicas. Se puede entender la corrosión
como la tendencia de un metal, producido y formado gracias a una entrada sustancial de energía,
de volver a su estado natural de menor energía. Desde una perspectiva termodinámica, la
tendencia a disminuir en el nivel de energía es la fuerza principal que induce a la corrosión de los
metales (1).
2.2.- CORROSIÓN GALVÁNICA
La corrosión de los metales es un proceso electroquímico. Esto es, las reacciones corrosivas del
metal normalmente involucran reacciones químicas y flujo de electrones(2). Una reacción
electroquímica básica que provoca la corrosión de los metales, es la corrosión galvánica. La
corrosión galvánica es el resultado del contacto durante un período de tiempo prolongado de dos
metales con potencial eléctrico diferente. En una celda galvánica la corriente es generada
internamente por reacciones física y químicas que ocurren en forma espontánea entre las
componentes de la celda.
Existen dos tipos básicos de celdas galvánicas que causan corrosión: el par bimetálico y la celda
de concentración.
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- Un par bimetálico (Fig.1) es similar a una batería compuesta por dos metales disímiles
sumergidos en un electrolito. Se genera una corriente eléctrica (flujo de electrones)
cuando los dos electrodos se conectan por un camino metálico externo continuo.
Figura 1. Celda galvánica: par bimetálico
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
- Una celda de concentración consiste en un ánodo y un cátodo del mismo metal o
aleación y de un paso de corriente de retorno. Un potencial de electrodo depende de
las concentraciones de los iones implicados, entonces, en la práctica, puede
construirse una celda con dos semiceldas compuestas por el mismo material, pero que
difieran en la concentración de los iones.
El hecho de que los electrones fluyan de un electrodo a otro indica que existe una diferencia de
potencial entre los dos electrodos. Esta diferencia de potencial se llama fuerza electromotriz o
fem (ε). Se mide conectando un voltímetro entre los dos electrodos. Se mide en Volts (voltaje de
la celda o potencial de la celda). La fem no solo depende de la naturaleza de los electrodos, sino
que también de la concentración de los iones y la temperatura de la celda. La fuerza
electromotriz, entonces, es suministrada por una diferencia en la concentración de las soluciones
que conectan el o los metales(1).
En una celda galvánica existen cuatro elementos que son necesarios para que haya corrosión:
A. Un ánodo.- Este es el electrodo donde la reacción anódica genera electrones. La corrosión
ocurre en el ánodo.
B. Un cátodo.- Es el electrodo que recibe electrones. El cátodo está protegido de la
corrosión.
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C. Un electrolito.- Es el conductor a través del cual se transporta la corriente de iones. Los
electrólitos incluyen soluciones acuosas de ácidos, bases y sales.
D. Un camino de retorno para la corriente.- Es un camino metálico que conecta el ánodo al
cátodo. A menudo es el metal base.
Estos cuatro elementos contribuyen a la base de la corrosión y a su prevención. La ausencia de
cualquiera de ellos detendrá el flujo de corriente y la corrosión no ocurrirá. Sustituir el ánodo o
cátodo por un metal diferente, podría causar la reversión de la dirección de la corriente
provocando un cambio en cuanto a qué electrodo se corroe.
Cuando dos metales diferentes entran en contacto mutuo en un ambiente húmedo, en la zona de
contacto entre ellos se forma la célula electroquímica, esto debido a la diferencia de potencial de
disolución existente entre ellos. Cada uno de los metales constituye uno de los electrodos de la
célula y la humedad es el electrolito. De esta manera se genera una pequeña corriente eléctrica
que da lugar a la corrosión de uno de los metales, mientras que el otro permanece inalterado. Este
comportamiento se debe a una de las propiedades fundamentales de los metales, su potencial de
disolución, por lo que puede predecirse cual de los dos metales protegerá al otro
electroquímicamente.
Como ejemplo veamos el ataque producido por una gota de agua salada. Si ponemos una gota de
agua salada sobre la superficie de una lámina de acero, las diferencias en la cantidad de oxígeno
disuelto en el líquido en contacto con la superficie metálica, lo que se conoce como “aireación
diferencial”, crean pilas de corrosión en las que el ataque del metal ocurre en las áreas menos
oxigenadas.
Figura 2. Ataque producido por una gota de agua salada. Se observa un precipitado en medio de
la gota. (3)
La parte periférica o más exterior de la gota, más aireada (con un más fácil acceso para el
oxígeno) que el centro, juega el papel de lo que hemos llamado cátodo, con relación al centro,
que a su vez se convierte en ánodo. Entre estas dos zonas se forma una membrana de hidróxido
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de hierro (herrumbre), y en el centro de la gota se forma sal ferrosa. Los ánodos y cátodos
involucrados en el proceso de corrosión se conocen como electrodos.
Cuando los átomos del ánodo se disuelven para formar los iones, los electrones que se liberan
hacen el ánodo negativo con respecto a la solución (realmente lo que se polariza negativamente
es la capa de difusión entre el ánodo y el electrolito). Los electrones pasan al cátodo a través de la
masa metálica y neutralizan los iones positivos. Por consiguiente, la corrosión es causada por los
procesos simultáneos anódicos y catódicos.
La protección catódica tiene como fundamento la polarización, a potenciales más negativos, de la
superficie metálica hasta alcanzar un grado de polarización, en el cual se acepta que dicha
superficie metálica es inmune a la corrosión. Es decir, se suministra corriente en sentido inverso
de la corriente de oxidación, para anular el potencial de corrosión. Por lo tanto, el área protegida
(ánodo) se convierte en un cátodo, en donde la corrosión no puede ocurrir.
La reacción catódica básica en un medio neutro es la reducción del O2, dando lugar a al elevación
del pH en la interfase metal-solución. Esta alcalinización da lugar a la pasivación del acero, y al
fin de la corrosión, ya que sin O2 la corrosión se detiene.
Según la forma en que la protección catódica entregue un potencial contrarrestante al potencial de
corrosión, se tiene:
- Corrosión galvánica natural: Utiliza un material menos noble que el acero (ánodo de sacrificio).
- Método de la corriente impresa: Utiliza ánodos inertes o consumibles (diferentes a los de la
protección galvánica), además de un rectificador que regula la cantidad de corriente que circula.
Para el caso de la corrosión galvánica natural es posible construir una tabla de metales y
aleaciones listadas en orden decreciente en cuanto a su actividad eléctrica (Fig 3). Los metales
que aparecen al comienzo de la tabla a menudo son llamados metales menos nobles y tienen
mayor tendencia a perder menos electrones que los metales más nobles que aparecen más abajo
de la lista. Cualquiera de estos metales o aleaciones teóricamente se corroerán al tiempo que
ofrecerán protección a cualquier otro que se encuentre más abajo en la serie, en la medida en que
ambos estén conectados eléctricamente. En la práctica, sin embargo, el Zinc es lejos el más eficaz
en este sentido.
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EXTREMO CORROÍDO
Anódicos o menos nobles Magnesio
Zinc Aluminio
Cadmio Acero Plomo
Estaño Níquel
Bronce-Latón
Bronces
Cobre
Aleaciones de Níquel-Cobre
Aceros Inoxidables (pasivos)
Plata
Oro
Platino
EXTREMO PROTEGIDO
Catódicos o más nobles
Figura 3. Orden de metales en las series galvánicas, según su actividad eléctrica.
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
De todos los metales que pueden proteger electroquímicamente al hierro y al acero (magnesio,
aluminio, cadmio y zinc) sólo el zinc es utilizado en la práctica para la protección de los
materiales férricos.
Hay algunos otros metales tales como el níquel, el cobre y los latones que se utilizan también
como recubrimientos aislantes del acero, con resultados aparentemente satisfactorios en algunas
aplicaciones. Sin embargo, si estos recubrimientos sufren algún deterioro, el ataque corrosivo del
medio ambiente se concentrará sobre el acero que quede al descubierto.
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A continuación se detallan las ventajas y desventajas de los sistemas de protección catódica:
Corrosión galvánica natural Corriente impresa
No requieren potencia externa Requiere potencia externa
Voltaje de aplicación fijo Voltaje de aplicación variable
Amperaje limitado Amperaje variable
Aplicable en casos de requerimiento de corriente
pequeña, económico hasta 5 amperios.
útil en diseño de cualquier requerimiento de
corriente sobre 5 amperios
Util en medios de baja resistividad Aplicables en cualquier medio
La interferencia con estructuras enterradas en
prácticamente nula
Es necesario analizar la posibilidad de
interferencia
Solo se los utiliza hasta un valor límite de
resistividad eléctrica hasta 5000 ohm-cm
Sirve para áreas grandes
Mantenimiento simple Mantenimiento no simple
Resistividad eléctrica ilimitada
Costo alto de instalación
Tabla 1. Ventajas y desventajas de los sistemas de protección catódica.
Fuente: www.monografías.com
2.3.- CORROSIÓN DEL ACERO
El proceso de corrosión que tiene lugar en una simple pieza de acero es muy complejo debido a
factores como:
• Variaciones en la composición o estructura del acero
• Presencia de impurezas debido a la instancia máxima de acero reciclado.
• Tensión interna desigual
• Presencia de un medio ambiente no uniforme.
Es muy fácil que áreas microscópicas de metal expuesto se transformen en anódicas o catódicas
relativas. Además, es muy probable que varios tipos distintos de celdas de corrosión galvánica
estén presentes en la misma pequeña área de la pieza de metal en corrosión activa.
A medida que progresa el proceso de corrosión, puede que el electrolito cambie debido a la
disolución o precipitación de materiales. También puede ocurrir que productos corrosivos tiendan
8
a agruparse en ciertas áreas del metal. Con el tiempo, puede producirse un cambio en la ubicación
de áreas catódicas o anódicas relativas, y áreas de metal no afectadas con anterioridad son
atacadas y corroídas.
La velocidad de corrosión de los metales está controlada generalmente por factores como:
• El potencial eléctrico y la resistencia entre áreas anódicas y catódicas.
• pH del electrolito
• Temperatura
• Humedad
2.4.- CORROSIÓN EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ARMADO
El hormigón ofrece una protección al acero no solo por aislarlo del medio ambiente, además, el
líquido encerrado en los poros del hormigón es un electrolito que puede formar un óxido
protector natural. Este proceso es llamado “pasivación”, esto es, cuando en condiciones ideales,
por su elevada alcalinidad (pH>12), el cemento del concreto le provee al acero de refuerzo una
suficiente protección anticorrosiva mediante la formación de una capa fina de óxido estable que
frena el proceso de corrosión.
La solución acuosa existente en los poros del hormigón está formada por iones OH-, a los que se
debe la alta alcalinidad. Gracias a esta alcalinidad, más el oxígeno del ambiente se forma en el
acero una capa pasiva de óxidos muy adherentes, compacta e invisible, lo que protege muy bien
al acero de la corrosión.
Sin embargo, pueden darse ciertas circunstancias en las que no tenga lugar esta pasivación del
acero o que, si se produce, no sea lo suficientemente efectiva como para impedir por completo los
fenómenos de corrosión. Las circunstancias que provocan que la protección puede llegar a
desaparecer son:
- Defectos en el hormigón: grietas, huecos de grava, recubrimientos demasiado delgado de
hormigón sobre las armaduras, etc.
- Carbonatación del hormigón: neutralización de la alcalinidad del hormigón por el
anhídrido carbónico (CO2) del aire que penetra en las aberturas capilares del hormigón y
se combina con el hidróxido de calcio que se libera durante la hidratación del cemento,
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para formar carbonato de calcio. Por consiguiente, la alcalinidad del hormigón que en un
principio correspondía a un valor de pH de 12 a 13, se reduce poco a poco.
- Presencia de cloruros en el hormigón: que pueden provenir tanto de los productos que
entran en la formulación del hormigón (agua aditivos, etc.), como por la exposición
prolongada en ambientes ricos en cloruros (agua de mar, ambiente marino, sal de deshielo
de las carreteras, etc.) que penetran en el hormigón por absorción capilar desde la
superficie hasta alcanzar el acero causando corrosión por picadura.
- Corrientes vagabundas o erráticas: Son aquellas corrientes que circulan a través de un
electrolito fuera de los circuitos previstos o por caminos no conocidos. La fuente de las
corrientes vagabundas puede ser natural o generada por el hombre, por ejemplo: líneas
electrificadas de tranvías, instalaciones de galvanotécnia, equipos de soldadura,
maquinaria de corriente continua, otras instalaciones próximas de protección catódica, etc.
En tal caso el pH se reduce rompiéndose la pasivación, y el acero comienza un proceso de
oxidación y expansión, que en sus etapas iniciales se manifiesta en forma de grietas y manchas de
herrumbre saliendo de ellas y, posteriormente, con desprendimientos y desconchados de partes
del concreto. A medida que este proceso destructivo avanza, las construcciones van requiriendo
reparaciones cada vez más frecuentes y costosas.
En resumen, la pasivación puede verse alterada cuando las condiciones de servicio cambian y a
través del hormigón penetran sustancias agresivas ocasionando el rompimiento de la película de
pasivación. Consecuencia de esto se tiene:
- Disminución de la sección del acero
- Fisuras en el hormigón debido a las presiones que ejerce el óxido expansivo.
- Disminución de la adherencia armadura- hormigón.
Los electrones liberados por el hierro reducen al oxígeno atmosférico a agua en el cátodo, que es
otra región del mismo metal. Esta reacción ocurre en un medio ácido, los iones H+ son aportados
en parte por el H2CO3, que se forma por la reacción del dióxido de carbono (CO2) atmosférico
con el agua.
Los iones Fe2+ formados en el ánodo son después oxidados por el oxígeno. Esta forma hidratada
del óxido de hierro se le conoce como herrumbre.
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Proceso en que el acero se disuelve como ión ferroso:
2 Fe → 2 Fe++ + 4 e- Reacción anódica
O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH- Reacción catódica
Cabe mencionar que la corrosión solamente se presenta si el pH baja hasta valores ácidos, es
decir, menores que 7. En las figuras 4 y 5 se ilustra el proceso de daño.
Figura 4. Sección de viga dañada por corrosión en un medio marino.
Fuente: Universidad técnica Federico Santa María. Instituto de Obras Civiles.
http://www.ramos.utfsm.cl/
La humedad penetra por las grietas capilares y por los poros
Se inicia la formación del óxido
La formación de productos de corrosión voluminosos produce tensiones expansivas
La presión interna produce desprendimiento de porciones de hormigón y las barras de acero quedan expuestas al aire
Figura 5. Influencia de la corrosión sobre las barras de acero sin galvanizar
Fuente: Morgan – Fuenzalida. Galvanización general.
2.5.- RECUBRIMIENTOS PROTECTORES
Los recubrimientos protectores que pueden aplicarse a las armaduras de acero del hormigón
pueden ser de dos tipos: plásticos o metálicos. Los recubrimientos plásticos tales como los de
resina epoxi presentan algunos inconvenientes como:
11
- La adherencia entre el recubrimiento y el acero no siempre es la adecuada.
- El recubrimiento puede dañarse con relativa facilidad durante el transporte, manipulación y
montaje, dejando al descubierto y sin protección al acero subyacente.
En cuanto a los recubrimientos metálicos, el más eficiente desde el punto de vista técnico, es la
galvanización por inmersión en caliente.
Un método antiguo utilizado como protección anticorrosiva es la protección de barrera, como por
ejemplo la pintura. Esta actúa aislando el metal de los electrolitos y del medio ambiente debido a
su adhesión a la base metálica y a la resistencia al desgaste.
Ahora, el galvanizado otorga no solo una protección de barrera, sino que también otorga
protección catódica. Cuando el zinc y el acero se ponen en contacto mutuo en un medio húmedo
se produce una diferencia de potencial eléctrico. Si el recubrimiento de zinc, que aísla el acero
del contacto con el ambiente, se daña en algún punto, esta diferencia de potencial dará lugar a una
pila de corrosión en la que el zinc constituirá el ánodo de la pila y el acero el cátodo. En estas
circunstancias el zinc se oxidará, mientras que el acero permanecerá inalterado.
Pintura en acero:
Figura 6. Corrosión en acero protegido con pintura anticorrosiva.
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
La figura 6 muestra como empieza y progresa inmediatamente la corrosión en una quebradura o
rayadura en un recubrimiento de pintura. El acero expuesto se corroe y forma una bolsa de óxido.
Debido a que el óxido es mucho más voluminoso que el acero, la bolsa se hincha. Esto levanta la
pintura de la superficie metálica y forma una burbuja, y tanto el hoyo de la corrosión como la
burbuja continúan creciendo.
12
2.6.- EFECTOS DEL ZINC COMO PROTECTOR DEL ACERO
2.6.1.- Acción galvánica del Zinc
Acero galvanizado:
Figura 7. Protección que ofrece el galvanizado al acero debido a la acción galvánica..
cificador.
La figura 7 muestra como la corrosión va a ser detenida en la quebradura o ralladura de una
.6.2.- Adherencia hormigón- acero galvanizado
a capa externa de zinc del recubrimiento galvanizado de las barras de refuerzo del hormigón
Figura 8. Formación de sales insolubles de Zinc, que facilitan la adherencia hormigón- armadura
galvanizada. Fuente: Morgan – Fuenzalida. Galvanización general.
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del espe
superficie galvanizada. El recubrimiento de Zinc se sacrifica lentamente debido a la acción
galvánica para proteger al acero base, esto es, debido a la diferencia de potencial electroquímico
que existe entre el zinc y el acero (protección catódica). Esta acción de sacrificio continúa
mientras quede Zinc en el área inmediata.
2
L
reacciona con el hormigón húmedo para formar sales insolubles de zinc. Las capas de aleaciones
zinc-fierro permanecen intactas. Por ello, las armaduras galvanizadas poseen una adherencia al
hormigón igual o superior que la de las barras sin galvanizar.
13
Existe muy buena adherencia entre el reforzamiento galvanizado y el concreto. A menudo toma
ás de tiempo desarrollar la unión de la barra galvanizada y el conun poco m creto que la barra
Figura 9
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
rmaduras con galvanizado por inmersión en caliente es técnicamente el método más eficiente
ica de las zonas desnudas del recubrimiento cuando este es dañado
mecánicamente o por efecto de la soldadura.
uy adherentes, una vez fraguado el
-
y antiestéticas.
simple y el concreto, pero el lazo entre la barra galvanizada y el concreto es mucho más fuerte
según los experimentos de laboratorio y de terreno.
. Adherencia al concreto del acero galvanizado v/s acero negro.
En resumen, se podría garantizar de acuerdo a lo expuesto, que el proceso de recubrir las
a
para proteger las estructuras de hormigón armado de los ataques de corrosión, debido a las
ventajas que se presentan:
- Protección catód
- Pasivación del recubrimiento de zinc dentro del hormigón, por formación de capas de
hidroxicincatos cálcicos, los cuales son m
hormigón.
Eliminación del riesgo de que aparezcan manchas de óxido de hierro, las cuales
resultan mu
- Reducción drástica del riesgo de desconchado de la capa de hormigón que cubre las
armaduras.
14
- Mayor resistencia al ataque provocado por la presencia de cloruros, tanto de los
endógenos como de los que provienen del exterior (exposición en ambientes ricos en
cloruros).
- Aumento de la fiabilidad del hormigón armado en cuanto a su comportamiento en
ambientes agresivos.
- Mayor tolerancia del hormigón armado a las desviaciones de formulación y ejecución,
como pueden ser una relación demasiado alta agua/cemento; una compactación
deficiente; el posicionado incorrecto de las armaduras, que tiene como consecuencia
una capa de hormigón excesivamente delgada sobre las mismas.
2.7.- COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CAPA DE GALVANIZADO
El galvanizado en caliente, por definición, es un proceso industrial que permite la adición de una
capa de compuestos intermetálicos sin hierros, sobre una superficie de acero por medio de la
inmensión, en un baño de zinc en estado líquido. Esta capa está aleada y no pegada. En la figura
10 vemos una microestructura donde se ve, en la parte inferior está el acero, en la parte superior
está el zinc 100%. Todo lo que son las capas intermedias son capas donde la proporción de zinc-
hierro va variando y tienen diferentes estructuras, es decir, son un material multifásico. También
observamos que hay una capa que inclusive es más dura que el acero.
Figura 10. Fotomicrografía de un recubrimiento galvanizado.
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del
especificador.
15
La figura muestra un tratamiento típico de galvanizado que consiste en tres capas de aleaciones y
una capa de Zinc metálico. Partiendo de la superficie del metal subyacente hacia afuera, estas
son:
- La delgada capa Gamma compuesta por una aleación del 75% de Zinc y el 25% de
fierro.
- La capa Delta compuesta por una aleación del 90% de Zinc y el 6% de fierro, y
- La capa externa Eta compuesta completamente de Zinc.
Bajo el nombre de cada capa de la figura 10, aparece su respectivo Número de pirámide de
Diamante, DPN. El DPN es una medida progresiva de microdureza (por ejemplo, mientras más
alto sea el número, mayor es la dureza). Generalmente, las capas gamma, zeta y delta son más
duras que el acero subyacente. La dureza de estas capas internas proporciona protección
excepcional contra daños en el tratamiento de galvanizado debido a la abrasión. La capa Eta del
tratamiento de galvanizado es bastante dúctil. Esto significa que cualquier solicitación de impacto
es absorbida normalmente por esta capa externa de zinc, que se deforma, mientras que la gran
dureza de las capas de aleación zinc-hierro (capas gamma, zeta y delta) proporciona al
recubrimiento una elevada resistencia a la abrasión y a los arañazos. Además, si por causa de un
golpe fuerte se desprendiera una porción del recubrimiento, siempre quedaría adherida al acero la
primera capa de aleación, la capa Gamma, que esta interconectada a nivel atómico con el acero
base y que seguirá proporcionando protección electroquímica al mismo.
Estos tres factores: dureza, ductilidad y adherencia le dan al baño de galvanizado una gran
protección contra daños por manejo severo durante el transporte hacia el lugar de trabajo al igual
que en el trabajo mismo.
2.8.-PROCESO DE GALVANIZADO
El acero negro puede ser recubierto mediante dos tipos de galvanizado: mediante el galvanizado
por inmersión en caliente convencional, esto es, a 450 ºC; y, mediante el galvanizado Delta, que
es un tratamiento de alta temperatura (550 ºC). En la presente tesis sólo se hará referencia al
tratamiento del acero galvanizado por inmersión en caliente, que es el tratamiento que se ocupa
en nuestro país.
El galvanizado por inmersión en caliente es el proceso en el cual se aplica un recubrimiento de
Zinc al acero sumergiéndolo en un baño compuesto principalmente por Zinc fundido. Esta
combinación metalúrgica otorga resistencia contra la corrosión en una amplia variedad de medio
16
ambientes. Proporciona una protección catódica, es decir, el Zinc se sacrifica a sí mismo para
proteger al acero.
Existen tres elementos básicos en el proceso de galvanizado. Estos son:
• Preparación de la superficie
• Galvanizado
• Inspección
1) Preparación de la superficie:
La preparación de la superficie es la etapa más importante en la aplicación de cualquier
recubrimiento. En muchos casos cuando el recubrimiento falla con anterioridad al término de su
esperada vida útil, se debe a la incorrecta preparación de la superficie.
En el galvanizado, el proceso de preparación de la superficie contiene sus propios métodos
incorporados de garantía y control de calidad, ya que el zinc no reacciona simplemente con una
superficie de acero que no esté completamente limpia. Cualquier tipo de fallas o insuficiencia en
la preparación de la superficie será inmediatamente evidente cuando el acero sea retirado del zinc
fundido y aparezcan áreas sin revestimiento.
La preparación de la superficie para el galvanizado consiste en tres etapas:
- Limpieza cáustica
- Decapado por baño ácido
- Fluxing: inmersión en sal flux
Limpieza cáustica:
Para poder galvanizar un material de acero, primero hay que quitarle la grasa, lo sucio, todo lo
que trae de su vida útil anterior.
A menudo se utiliza una solución alcalina caliente para eliminar los contaminantes orgánicos
como la tierra, pinturas solubles, grasa y residuos de aceite de la superficie metálica. Epóxicos,
vinílicos, asfalto o escoria de soldadura no lograrán ser eliminados con la limpieza cáustica, por
lo tanto éstos deben ser eliminados con medios mecánicos antes de galvanizar, como por ejemplo
el arenado.
17
Se dispone de una serie de tanques, en donde se hace toda la etapa previa de desengrase. En esa
planta, hay ciertos efluentes y es importante que estos efluentes deban tratarse, ahí hay desechos
ácidos y alcalinos. A eso se le debe efectuar los procesos de neutralización y regresar al sistema.
Decapado por baño ácido:
Luego de terminar el proceso de desengrase se va a un proceso que se llama decapado, esto es,
quitar la piel. Las incrustaciones, los óxidos de la superficie o escamas del laminado
normalmente se sacan de la superficie del acero, para entregar una superficie metálica
químicamente limpia, esto se logra decapando en una solución diluida de ácido sulfúrico caliente
o ácido hidroclórico a temperatura ambiente. Una vez que se ha quitado la piel, el material está
prácticamente blanco o grisáceo.
Hay que tener especial cuidado con el baño ácido porque el ácido penetra por todas las cavidades
y rendijas, aunque sean muy estrechas, y puede quedar retenido en ellas incluso durante la
inmersión de las piezas en el zinc fundido. Una vez galvanizadas las piezas, este ácido puede
rezumar y atacar el recubrimiento galvanizado de las mismas, produciendo marcas o manchas
indeseables.
La preparación de la superficie también puede lograrse utilizando una limpieza abrasiva como
alternativa o en conjunto con la limpieza química. La limpieza abrasiva es un proceso por el cual
la arena, granallas o granos son propulsados contra el material de acero por chorros de aire o
ruedas que giran a alta velocidad.
Inmersión en sal flux:
Se quita el exceso de ácido por enjuague y se hace una operación llamada fluxado. El fluxado no
es más que otra operación de decapado pero a nivel más profundo; ahí actúa una sal doble, una
sal de zinc, una sal de amonio. Lo que hace es meterse en el borde grano y limpiar bien
profundamente.
Esta inmersión en un baño de flux elimina los óxidos y previene que otros óxidos se formen en la
superficie del metal antes de ser galvanizado y facilita la unión del zinc a la superficie del acero.
El método para aplicar la inmersión en sal flux depende de sí la planta galvanizadora utiliza el
proceso de galvanizado seco o húmedo. En el proceso de galvanizado seco (figura 11), el acero o
material de fierro es sumergido en una solución acuosa de cloruro de amonio de zinc. El material
es secado acuciosamente antes de ser sumergido en zinc fundido.
18
Figura 11. Proceso del galvanizado.
ar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
n proceso de galvanizado húmedo, se utiliza una capa de cloruro de amonio de zinc fundido.
2) Galvanizado:
En esta etapa, la pieza se sumerge en una tina con zinc líquido a una temperatura entre 450ºC y
Fuente: B.BOSH. Galvaniz
E
Esta capa de sal flux se hace flotar sobre el zinc fundido. El fierro o acero que está siendo
galvanizado pasa a través de la sal flux en su camino al zinc fundido.
455ºC, esto toma un tiempo muy corto, sólo el tiempo suficiente para alcanzar la temperatura del
baño. El baño consiste en un mínimo del 98% de zinc fundido puro. Como el material viene
desnudo, en cuanto toca el zinc se produce la aleación hierro-zinc. La química del baño está
especificada por la American Society of testing and materials (ASTM) en el Estándar A123. Los
estándares de la ASTM cubren todos los detalles, desde los espesores mínimos necesarios para el
recubrimiento de acuerdo a distintas categorías de materiales galvanizados, hasta la composición
del metal de zinc utilizado en el proceso. Estándares adicionales relevantes son proporcionados
por la Canadian of State Highways and transportation officials (AasHTo).
19
La siguiente tabla muestra la composición química del baño de zinc:
convencional Delta
Componente Galvanizado Galvanizado
Pb 0.06% 0.07%
Fe 0.0247% 0.0764%
Al 0 0.0014% .0016%
Ni 0.001% 0.001%
Zn 99.9127% 99.8512%
Tabla omposic del ba
Fuente: B.BOSH. Diseño de productos a ser galvanizados por inmersión en caliente
acero, cuando entra el choque térmico, se produce
cierta cantidad de humos, porque la humedad al chocar contra el zinc a 450ºC , hace que ella
ceso de zinc se saca estilando, por vibración
y/o centrifugado.
ímicas que se producen con la formación y estructura del tratamiento de
galvanizado continúan luego que las piezas han sido retiradas del baño.
ires fríos. Luego viene el
proceso de empaque, limpieza, selección y el material está listo.
rmalmente un aspecto metálico
brillante muy característico. Este brillo va desapareciendo con el tiempo hasta adquirir un color
Primero se forma óxido de zinc, el cual dura unas semanas;
- luego se forma hidróxido de zinc, para terminar al cabo de unos meses en
2. C ión química ño de zinc.
después de su fabricación.
En el proceso en que está introduciéndose el
rápidamente se evapore para producir esos efectos.
Luego los artículos son lentamente retirados y el ex
Las reacciones qu
Después de eso hay un proceso de enfriamiento, ya sea en agua o en a
Los recubrimientos galvanizados recién obtenidos presentan no
gris metálico mate. Este cambio se debe a la reacción entre la superficie del zinc y el oxígeno y
anhídrido carbónico del aire. Esto da lugar a la formación de una capa fina de hidróxidos y
carbonatos básicos de zinc, que se conoce como capa de pasivación que constituye una barrera
que aísla la superficie del zinc del medio ambiente. Esta capa es muy fina y muy difícil de
detectar con el microscopio óptico. El proceso de formación de esta capa de carbonato básico de
zinc es:
-
20
- carbonato básico de zinc, que es la etapa final y que permite la protección del
3) Inspección:
El método visual es el método más utilizado en la inspección de artículos galvanizados. Se puede
talyzinc
www.grupocobos.com
En algunos productos galvanizados existen unas manchas blancas conocidas como “white rust”.
Esta se produce cuando la pasivación no sigue el orden indicado anteriormente. Es decir, los
hidróxidos de zinc se producen de inmediato y no en segundo término. Una se las razones para
protector que
disminuye la difusión de O2 hacia el metal subyacente (acero).
recubrimiento.
efectuar una variedad de ensayos tanto físicos como de laboratorio para controlar los espesores de
galvanizado, la uniformidad en el recubrimiento, la adherencia del recubrimiento, y también la
apariencia o estética.
Fuente: Me
Figura 12. Tina de galvanizado.
que esto ocurra es que a veces las piezas se mojan o humedecen durante algún tiempo, y se
encuentran en condiciones de poca aireación. Es más frecuente que este problema aparezca en
invierno y otoño. Es importante mencionar que las manchas blancas no tienen relación con el
proceso de galvanización, es un proceso estrechamente relacionado con las condiciones
ambientales de almacenamiento y transporte de los materiales recién galvanizados.
La resistencia del galvanizado frente a la corrosión en un medio agresivo dependerá entonces de
la habilidad y velocidad del metal para formar una película superficial de carácter
21
22
.9.- ESPESOR Y ASPECTO DEL GALVANIZADO
Figura 13. Sección transversal del recubrimiento de zinc.
Fuente: Morgan – Fuenzalida. Galvanización general.
Lo que tiene una influencia notable sobre el espesor y el aspecto del galvanizado es el contenido
de los elementos aleables habitualmente presentes en el acero: carbono, manganesio y silicio. Al
aumentar la proporción de estos elementos aumenta el espesor del recubrimiento y toma una
coloración gris mate. El efecto mayor lo produce el silicio en concentraciones mayores al 0.12%.
A continuación se presenta una tabla con la combinación química del acero utilizado en la
realización de diversos test para determinar la tasa de corrosión de las superficies de zinc en el
acero galvanizado:
Componentes Acero 1 w/w% Acero 2 w/w%
2
C 0.08 0.173
Si 0.01 0.308
Mn 0.42 1.450
P 0.014 0.016
Al 0.035 0.046
S 0.012 0.009
Tabla 3: Composición química del acero comúnmente utilizado para galvanizado.
Fuente: B.BOSH. Diseño de productos a ser galvanizados por inmersión en caliente
después de su fabricación.
Las especificaciones de la ASTM ( American Society for Testing and Materials) establecen
estándares mínimos de espesor para el galvanizado. Factores que influyen en el espesor y
apariencia del galvanizado son:
22
- Composición química del acero
- Condición de la superficie del acero
- Trabajo en frío del acero antes del galvanizado
- Tiempo de inmersión del baño
- Velocidad de retiro del baño
- Velocidad de enfriado del acero.
Las composiciones del acero varían dependiendo de los requerimientos de esfuerzo y de servicio.
La com ción química del acero que va a ser galvanizado es muy importante. La cantidad de
silicio y fósforo presentes en el acero influyen enormemente en el espesor y apariencia de la capa
n el acero, o un nivel de fósforo de
0.004% do una capa espesa que está
compuesta principalmente por aleaciones de zinc-fierro, y una cantidad muy baja de zinc libre en
de carbono de menos del 0.25%, fósforo de menos del 0.05% o manganeso de menos del 1,35%
r presente en muchos aceros comúnmente galvanizados, aunque no es parte
de la compos a d s acero ayores cantidades de
silicio pueden presentar áreas brillantes adyacentes y áreas gr .
ar para proteger contra la corrosión. Guía del
especificador.
posi
de galvanizado. Un nivel de silicio de 0.04% o mayor e
o mayor en el acero, generalmente darán como resulta
la capa exterior.
En la mayoría de los casos, el acero al carbono de grado estructural se galvanizará produciendo
un recubrimiento típico, como el mostrado en la figura 13. Sin embargo, se sabe que los niveles
son beneficiosos(3).
El silicio puede esta
ición controlad e los aceros. Lo s que contienen m
is mate
Figura 14. Efecto de la Sílice en el espesor del recubrimiento.
Fuente: B.BOSH. Galvaniz
23
Existe también la posibilidad de aplicar una capa de pintura seleccionada adecuadamente sobre el
galvanizado. E a uplex”. Estudios han comprobado que otorga
protección efe v dia más que el sistema individual(4).
2.10.- CONDI O
La presencia de iones sulfatos y cloruros en suelos y ambientes marinos es la causa de los
ndo la porosidad capilar del material. Así factores tales como una baja relación
gua-cemento puede incrementar la resistencia al ataque de iones agresivos(5,6).
. En presencia de humedad, esto se convierte en hidróxido de zinc. El
idróxido de zinc reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de zinc. La película
El tratamiento de galvanizado en distintos ambientes atmosféricos está influenciado por muchos
factores, entre ellos: la dirección predominante del viento, tipo y densidad de vapores y
contaminantes corrosivos, cantidad de rocío marino, número de ciclos de mojado y secado y la
duración de las exposiciones a la humedad.
La duración de servicio de los recubrimientos galvanizados expuestos en la atmósfera depende de
los siguientes parámetros:
- El espesor del recubrimiento
- La acidez de la lluvia a la que están expuestos
- La erosión producida por el polvo y la arena impulsados por el viento
st tecnología es llamada “Sistema D
cti a contra la corrosión por una vez y me
CI NES ATMOSFÉRICAS
numerosos procesos de deterioro del concreto reforzado, en especial debido al ataque de los
sulfatos sobre el concreto y la acción corrosiva de los cloruros sobre el acero, al ingresar estos a
través de la red de poros del hormigón.
El grado de deterioro depende de la intensidad del ataque y las características del material, dentro
de éstas en particular de su microestructura, ya que el ingreso de los agentes agresivos puede ser
controlado reducie
a
Al incorporar el galvanizado al acero de refuerzo, es el óxido de zinc el producto inicial de
corrosión del zinc en aire relativamente seco. Esto se forma por una reacción entre el zinc y el
oxígeno atmosférico
h
de carbonato de zinc es altamente adherente, medianamente insoluble y es la principal
responsable de la excelente y larga protección contra la corrosión proporcionada por el
tratamiento de galvanizado en la mayor parte de las condiciones atmosféricas.
- La presencia de contaminantes ácidos en el aire
24
Por efecto
constituyen to, primero las capas de zinc puro y posteriormente las sucesivas capas
ción
e un sistema de mantenimiento. Como la composición del acero base influye sobre el desarrollo
lativo de las distintas capas de aleaciones zinc-hierro, no puede determinarse a priori el tiempo
ón rojiza.
para proteger contra la corrosión. Guía del
especificador.
o que muestra el espesor del tratamiento de galvanizado contra la
sperada vida de servicio del tratamiento en condiciones de exposición de exterior. La vida
esp d la vida hasta que el 5% de la superficie muestra óxido de
fier r acero base haya sido debilitado o que la
de la agresividad ambiental se van desgastando progresivamente las capas que
el recubrimien
de aleaciones de zinc-hierro. Cuando el desgaste llega a las capas interiores más ricas en hierro,
la superficie del material toma un color marrón rojizo. Esto no significa que se esté oxidando ya
el propio acero de la estructura o pieza, pero sí que es el momento de ir pensando en la aplica
d
re
que tardará en aparecer esta coloración marr
A continuación se muestra un gráfico que ilustra la vida útil de la estructura galvanizada versus el
espesor del zinc y tipo de atmósfera:
Figura 15. Relación entre el espesor del recubrimiento de Zinc, la vida útil de la estructura
galvanizada y el tipo de atmósfera..
Fuente: B.BOSH. Galvanizar
La figura 15 es un gráfic
e
era a de servicio se define como
ro ojo. En esta etapa es poco probable que el
25
inte id de galvanizado haya sido comprometida
por c
os sulfatos presentes en el agua de mar atacan químicamente al concreto. Ocurren reacciones
sivos que causan la progresiva desintegración del concreto.
El proceso de degradación del concreto en presencia de sulfatos puede considerarse como un
proceso que se desarrolla en tres etapas(7):
- Difusión de iones sulfato al interior de la matriz de concreto
- Reacción química entre los componentes de la pasta y los sulfatos presentes
- Pérdida de resistencia y agrietamiento del concreto.
La más importante preocupación en las construcciones en ambiente marino es la despasivación
debido a los cloruros. Los cloruros hasta cierto determinado nivel pueden ocasionar el quiebre de
la capa pasiva. El fenómeno de penetración de cloruros puede ocurrir mediante dos mecanismos:
por difusión en hormigón saturado o por fenómenos de absorción/desorción al producirse ciclos
de humedad/secado(8). La difusión se produce cuando se dan diferencias de concentración entre
dos puntos, por lo que resulta el mecanismo de penetración en estructuras absolutamente
sumergidas o en contacto permanente con agua de mar. En cambio en zonas aéreas o sometidas a
la acción de las mareas o salpicaduras se producen ciclos de humedad y sacado, que dan lugar a
los mecanismos de penetración de los cloruros más rápidos (la concentración de cloruros
umenta) ya que además de la difusión aparecen fenómenos de absorción capilar o de niebla
salina que conducen a difusividades más elevadas(9). Entonces más iones cloruros están
donde la co ruros contenidos en el agua. Además en las zonas
gr ad de la estructura protegida por el tratamiento
la orrosión.
Por ser Chile un país con ambiente marino es toda su extensión, este estudio está enfocado a este
tipo de atmósferas. En este caso, el tiempo de servicio de un tratamiento de galvanizado está
influido por la proximidad a la costa y por el viento predominante y su intensidad. Con el aire
marino, los cloruros del rocío marino y sulfuros pueden reaccionar con los normalmente
protectores productos iniciales de corrosión y formar cloruros de zinc solubles. Cuando estos
cloruros son lavados, el zinc fresco queda expuesto a la corrosión.
L
químicas complejas entre los sulfatos del agua de mar y los componentes del cemento hidratado,
de lo cual resultan compuestos expan
a
disponibles para penetrar el concreto en las zonas de salpicadura que en las zonas sumergidas,
ncentración está limitada por los clo
de salpicadura hay más oxígeno disponible que en las zonas sumergidas.
26
2.11.-INFLUENCIA DE LA CALIDAD DE LOS HORMIGONES
La composición y dosificación de los distintos componentes del hormigón influyen
determinantemente en la corrosión de las armaduras embebidas en él.
a porosidad del hormigón es sin duda un factor crucial en todos estos fenómenos, ya que la
dad más importante, ya que es
versamente proporcional a la porosidad; mientras más alta compacidad, mayor es la magnitud
ateria sólida que está presente en una unidad cúbica.
En amb mento, ya que entregan una
efec a esta cualidad
es e principalmente en la superficie del
ormigón.
L
penetración será tanto más rápida cuanto mayor sea la porosidad del recubrimiento. Así, bajas
relaciones agua/cemento y relativamente altos contenidos en cemento, son una cierta garantía de
lenta difusividades de los cloruros(10). El tipo de cemento y su capacidad de retener o combinar
cloruros es otro parámetro relevante del proceso.
De acuerdo a lo expuesto, la compacidad del hormigón es la propie
in
en que está protegido el acero de la armadura, minimizando significativamente el ataque de los
cloruros y la carbonatación, que son los agentes agresivos más importantes.(11)
La compacidad, es función de la cantidad y calidad de los materiales y de la adecuada proporción
entre ellos, se expresa por la cantidad de m
ientes agresivos, se usan mezclas con baja relación agua-ce
tiv protección a la armadura (baja porosidad y alta alcalinidad). Para mantener
nec sario un curado eficiente que hidrate el cemento,
h
Los factores que garantizan la máxima compacidad y durabilidad del hormigón son:(12)
Forma de proporcionar los áridos componentes de la mezcla, que garantice el menor
volumen de vacíos que será ocupado por la pasta de cemento endurecida.
La influencia que ejerce la cantidad de agua de la mezcla en la consistencia del hormigón
fresco.
Influencia de la relación agua cemento, la cual podrá ser mejorada substancialmente con
el uso de aditivos químicos.
La influencia del grado de hidratación del cemento en la cantidad de poros del hormigón
endurecido.
27
La influencia de la característica de los áridos que se empleen en la calidad final del
hormigón.
La acción positiva de ciertas adiciones activas del cemento.
forma significativa en el
s, pero la disponibilidad de oxígeno es mínima
a que éste tiene que disolverse en el agua de los poros, en consecuencia la velocidad de
xima se alcanzará
n los puntos cercanos a la saturación, cuando ambos factores, el oxígeno y la resistividad
. La carbonatación es un proceso lento que se manifiesta con manchas y fisuras
roducidas por una baja del pH del hormigón, por lo que la acción de los iones cloruro se ve
La dosificación del hormigón es un factor que influye de
comportamiento futuro de éste, como elemento protector del acero de refuerzo.
El grado de saturación del hormigón se verá reflejado en su resistividad eléctrica y la
disponibilidad de oxígeno al nivel de la armadura. Cuando los poros estén totalmente saturados
de agua, la resistividad alcanza los niveles mínimo
y
corrosión se ve reducida por una necesidad de oxígeno. Cuando los poros se empiezan a secar, el
oxígeno puede alcanzar fácilmente la armadura y la corrosión aumentará de acuerdo a la nueva
disponibilidad de oxígeno. Sin embargo, cuando los poros se saturan la resistividad aumenta y la
corrosión disminuirá de nuevo. En consecuencia la velocidad de corrosión má
e
contrarresten sus efectos.
2.12.- EL pH DE LA SOLUCIÓN
Hace 25 años se descubrió que la carbonatación del concreto producía corrosión en la
enfierradura
p
favorecida.
28
Figura 16. Estado de corrosión del acero de refuerzo en una estructura de concreto armado con
problemas de carbonatación.
Fuente: Instituto de corrosión de la Potificia Universidad Católica del Perú.
http://[email protected]
Si el valor del pH llega a valores inferiores a 9,5; la alcalinidad ya no es suficiente para mantener
pasiva la capa de óxido protectora de las armaduras de acero. Entonces la corrosión puede
comenzar ( bajo la acción de humedad y O2). En estas condiciones de pH, el hormigón en
cuestión se conoce como “hormigón carbonatado”.
l dióxiodo de carbono de la atmósfera reacciona con los componentes alcalinos de la fase
na neutralización de todo el material. El cambio abrupto del
H en el interior del hormigón da lugar a la aparición de un “frente carbonatado” produciendo
ara que se dé inicio a la corrosión. Pero para una estructura carbonatada el umbral de
oncentración baja a 100 [ppm](13).
a película pasivante sobre el acero de refuerzo va a depender del pH del agua de poros que lo
dea. El pH de la solución es uno de los principales factores que controla el comportamiento de
s tratamientos de galvanizado en ambientes químicos líquidos. El galvanizado se desempeña
ien en soluciones de un pH sobre 4,0 y bajo 13,0. A esto también hay que agregarle el efecto de
ctores como la agitación, aireación, temperatura, polarización, y la presencia de inhibidores,
ue pueden cambiar la velocidad de corrosión. Dentro del rango de pH de 4,0 a 13.0, se forma
na película protectora en la superficie de zinc y el tratamiento de galvanizado protege el acero
E
acuosa del hormigón y da lugar a u
p
una despasivación de la armadura.
En estructuras no carbonatadas ( pH ≥ 11), se requiere de 7000 a 8000 [ppm] de concentración de
ión cloruro p
c
L
ro
lo
b
fa
q
u
29
bajando el ritmo de la corrosión. La composición química exacta de la película protectora
depende en cierta medida del ambiente químico específico. La resistencia del galvanizado frente
a la corrosión en un medio agresivo, dependerá de la habilidad y velocidad del metal para formar
una película superficial de carácter protector que disminuya la difusión de O2 hacia el metal
subyacente.
Figura 17. nismo de carbonatación.
/hormigon
- Silicato bicálcico (SC2)
tados se produce cal libre a cuyo elevado pH se debe la gran
lcalinidad del medio, lo que asegura la protección química de las armaduras. Pero a la vez, el
dratado (sal de candlot) en un proceso fuertemente expansivo
ue arruina a los hormigones. Sin embargo, es un hecho probado que los cementos de alta (14)
Dentro del hormigón:
Producto del fraguado se forma cal. El CO2 que ingresa se mezcla con l
- - a
humedad de poros, formando ácidoscarbónicos. Los ácidos carbónicos, mas la callibre forman carbonato de calcio, co
- n
menor pH que el hormigón.
Resumen ilustrativo del meca
Fuente: Universidad Técnica Federico Santa María. Instituto de Obras Civiles.
http://www.ramos.utfsm.cl/ociv
El pH de la solución se debe, en efecto, a los componentes químicos del cemento Pórtland. Sus
principales componentes son:
- Silicato tricálcico (SC3)
- Aluminato tricálcico (AC3)
- Aluminioferrito tetracálcico (AFC4)
En la hidratación de los silicatos ci
a
hidróxido cálcico constituye un punto débil para el material en ambientes agresivos, ya que la
presencia de la cal unida a la eventual presencia de sulfatos aportados por el medio marino,
produce sulfoaluminato tricálcico hi
q
saturación en cal (alto contenido de silicato tricálcico) poseen mayores resistencias mecánicas .
Los recubrimientos galvanizados no son adecuados para trabajar en contacto con líquidos ácidos
o fuertemente alcalinos, ni con aguas muy blandas. Los recubrimientos galvanizados se
30
comportan bien con la mayoría de los materiales de construcción, aunque pueden necesitar
alguna protección adicional en contacto con materiales ácidos o en ambientes cerrados y
permanentemente húmedos, ya que el zinc es atacado con facilidad por los medios cuyo pH sea
inferior a 5,5.
El zinc tolera mucho mejor los álcalis que los ácidos. El acero galvanizado se comporta bien en
los medios moderadamente alcalinos. El límite máximo de alcalinidad recomendable es el
correspondiente al pH 12,5. El problema, muchas veces, es reconocer la real alcalinidad del
edio en el que vaya a trabajar el material galvanizado.
Los recubrimientos galvanizados no se afectan por la gran mayoría de disolventes o compuestos
orgánicos. Los compuestos químicos orgáni stituidos
principalmente por cadenas o anillos de átomos de carbono. Productos de este tipo son por
ejemplo los derivados del petróleo, los plásticos, pinturas, etc. Ex
compatibilidad la constituyen los ácidos orgánicos cético).
n los estudios de los procesos de corrosión son empleadas frecuentemente curvas de
olarización, que se realizan para determinar la velocidad de corrosión, y de esta forma estimar la
s y catódicas se obtienen de
ica en
orriente de corrosión se obtiene el
alor de la velocidad de corrosión.
resencia de un electrolito es la diferencia de potencial entre este
lectrodo y un electrodo de referencia, el cual debe ser estable, no debe polarizarse con el paso de
cor ropiedades no cambian con el tiempo. Por otro lado existen
diag as Pourbaix”, los cuales ayudan a realizar el
aná is potencial y el pH, los cuales tienen los siguientes usos(15):
Predecir si hay o no corrosión
m
cos son aquellos que están con
cepción a esta regla general de
, como por ejemplo el vinagre (ácido a
E
p
vida útil de los materiales. Las curvas de polarización anódica
superponer la curva anódica en ausencia de O2 (disolución del metal) y la curva catód
presencia de O2 (reducción de O2). Conociendo el valor de la c
v
El potencial de electrodo en p
e
rientes débiles, y además, sus p
ramas termodinámicos llamados “ Diagram
lis de los valores obtenidos del
-
- Estimar la composición de los productos de la corrosión
- Pronosticar cambios de medio ambiente que ayuden a reducir el ataque corrosivo.
A continuación se presenta un diagrama Pourbaix para condiciones teóricas de corrosión, en
solución acuosa conteniendo CO2 y a 25º C. Dependiendo del pH de la solución y del potencial
del metal se presentan tres zonas de comportamiento para el metal: inmunidad, corrosión y
pasivación.
31
Figura 18. Diagrama Pourbaix para condiciones teóricas de corrosión.
Fuente: V Latincorr 2003.
De la gráfica se puede comprobar que la corrosión del zinc disminuye en soluciones de pH entre
6 y 11, debido a la formación de productos de corrosión que pasivan la superficie del metal
actuando como una barrera al paso del oxígeno. Generalmente dependiendo del medio agresivo
estos productos de corrosión son: óxido, hidróxido y carbonato de zinc(16).
La figura 19 muestra la variaci en función del pH. Entre pH 6 y
Fuente: V Latincorr 2003.
ón de la velocidad de corrosión
12 la pérdida de peso de Zn es mínima y para otras medidas de pH la corrosión aumenta.
Figura 19. Variación de la velocidad de corrosión en función del pH.
32
2.13.- EFECTO DE LA TEMPERATURA
2.14.-RESIS
Diversos estudios han demostrado que la velocidad de corrosión del zinc aumenta con el
incremento de la temperatura hasta 60 ºC, a temperaturas mayores se produce una disminución
en la pérdida de la capa de zinc. Sin embargo a temperaturas aproximadas a 70 ºC el zinc
presenta un comportamiento inverso llegando a ser más catódico que el hierro. El bajo contenido
de O2 y alto contenido de bicarbonato de sodio (NaHCO3) favorecen este comportamiento, en
cambio iones sulfatos, cloratos y oxígeno tienden a mantener el comportamiento anódico del Zn.
Las variaciones en el comportamiento se deben a las distintas morfologías de los productos de
corrosión formados, especialmente la adherencia al metal base(16).
TENCIA MECÁNICA DEL ACERO GALVANIZADO
a amplia experiencia existente y los numerosos ensayos realizados demuestran que la
n, el límite elástico y el
largam
istencia a la tracción y
n otro disminuirla. No obstante, en ningún caso la variación de estas propiedades supera el 10%
Fragilidad por hidrógeno:
La fragilidad por hidrógeno es un cambio de dúctil a frágil que ocurre en algunos aceros de alta
resistencia. El hidrógeno que se escapa durante el decapado puede ser la causa de esto. El acero
puede absorber el hidrógeno durante el decapado ácido, aunque con las temperaturas de
galvanizado es generalmente expulsado del acero. La fragilidad por hidrógeno es más usual en
aceros con una resistencia máxima a la tracción que excede los 150.000 psi, en este caso se
recomienda una limpieza por medios mecánicos en lugar del decapado.
L
galvanización no modifica apreciablemente la resistencia a la tracció
a iento de los aceros comunes.
En el caso de los aceros laminados en frío puede haber alguna pequeña variación de propiedades,
debido a que la temperatura de galvanización (450 ºC) puede producir un efecto de alivio de las
tensiones introducidas en la laminación, esto hace que el acero se fragilice, perdiendo así su
ductilidad. En algunos casos este efecto puede aumentar ligeramente la res
e
de sus valores normales, y por lo tanto, no tiene significación en el contexto de las características
de resistencia de las construcciones metálicas.
33
2.15.- ANÁLISIS ECONÓMICO
l acero que no está protegido se oxida fácilmente y es imposible restaurarlo una vez que ha sido
tacado por la corrosión, por lo que se hace necesario realizar un gasto para sustituir la pieza o la
structura afectada. La corrosión tiene además otros efectos económicos indeseables, como
n temporal de los procesos productivos de algunas
stalaciones, o los costos de los tratamientos necesarios para contrarrestar los efectos de la
ndrá un rango de 0.5% al 50%
el costo del proyecto(4).
, galvanizado y pintura, es
ecesario definir las especificaciones de cada uno de manera de poder hacer una razonable
e acero por tonelada. Por lo tanto el costo del galvanizado
ria de aproximadamente US$370 a US$480 por tonelada.
la Nacional Association of Corrosion Engineers
990), el costo estimado de este sistema de pintura fluctúa entre US$345 y US$689 por tonelada.
stas cifras indican que el galvanizado entra en el rango bajo del costo del sistema de pintura. La
E
a
e
pueden ser los derivados de la interrupció
in
corrosión en estructuras que ya están instaladas.
El acero desprotegido tiene un promedio de vida de tan solo dos años, antes que queden afectadas
su funcionalidad o su integridad estructural. En cambio los recubrimientos galvanizados
obtenidos en las instalaciones de galvanización general duran como mínimo 10 años sin
necesidad de mantenimiento.
El costo de la protección contra la corrosión para una estructura te
d
Mirando los dos principales sistemas de protección contra la corrosión
n
comparación de costos. El material galvanizado seguirá los estándares del ASTM A 123. Esto
indica 2,3 onzas de Zinc por pie cuadrado de acero. Para efectos de esta discusión se asume que
hay 250 pies cuadrados de superficie d
se
Un sistema de pintura de “alto rendimiento” que frecuentemente se menciona como competencia
del galvanizado consiste en una primera capa de zinc inorgánico, una capa intermedia de alta
epoxidad y una capa de poliuretano. Para que este sistema de alto rendimiento funcione
adecuadamente, se debe aplicar sobre una superficie de acero que ha sido aseada por medios
mecánicos según la especificación SP10 del Steel Structures Painting Council. Según la encuesta
bianual sobre recubrimientos, publicada por
(1
E
diferencia de costo entre los dos sistemas es relativamente insignificante cuando se compara con
el costo total del proyecto.
34
El sistema de galvanizado tiene una vida proyectada que sobrepasa los 40 años ( al 5% de óxido
de la superficie). El sistema de pintura, basado en el mismo informe de NACE (Nacional
ssociation of Corrosion Engineers), necesitará un repintado aproximadamente a los once años.
or lo tanto, al diseñar una estructura con una vida anticipada de 40 años, es necesario incluir los
ostos futuros de repintado como parte de los costos totales de protección contra la corrosión.
El método actual para evaluar cualquier sistema de recubrimiento es determinar su costo anual en
alizarse porque estos gastos ocurren durante la
onstrucción.
niveles muy reducidos.
A
P
c
dólares por pie cuadrado sobre la vida de la estructura. El análisis incluye el costo inicial y los
costos de operación y mantención.
Las prácticas de contabilidad comunes, generalmente aceptadas para la mantención de edificios,
indican que la pintura de mantención debe ser considerada como un gasto de operación. En
cambio, los gastos de galvanizado pueden capit
c
El siguiente gráfico compara los costos de galvanizado con los costos de pintura:
Figura 20. Grafica comparativa entre costos del galvanizado v/s pintura anticorrosiva.
Fuente: B.BOSH. Galvanizar para proteger contra la corrosión. Guía del especificador.
2.16.- COMPATIBILIDAD DEL GALVANIZADO CON EL MEDIO AMBIENTE
El recubrimiento de zinc se aplica en los talleres de galvanización en condiciones perfectamente
controladas. Las emisiones de las instalaciones de galvanización están limitadas por la ley a
35
La agencia norteamericana para la protección contra el medio ambiente, EPA, estableció
restricciones en relación a los componentes orgánicos volátiles (VOCs). El tratamiento
galvanizado no contiene VOCs y es compatible con estos reglamentos.
etal
al medio ambiente. La mayoría de las formas de vida animal y vegetal necesitan estas pequeñas
nc, residuos de galvanización, polvos y cenizas de hornos, etc. A diferencia de la
ayoría de los productos plásticos hechos por el hombre, el zinc no se degrada ni sufre alteración
finidamente sin
erma alguna de sus propiedades físicas o químicas.
2.17.- FUNDAMENTOS DE LA ELECTRICIDAD
Hablar de un sistema de protección catódica es hablar de un circuito eléctrico, el cual puede
consistir simplemente en una fuente de poder conectada a uno o más componentes, por medio de
un alambre hecho de un material conductor, como por ejemplo: Cobre. La fuente de poder va a
proporcionar una fuerza electromotriz estableciendo diferencias de potencial a través de los
componentes del circuito e impulsando la corriente a través de ellos. Todos estos componentes
ofrecerán varios grados de resistencia al flujo de la corriente.
2.17.1.- Conductores
La con
eléctrica. La habilidad de diferentes substancias para permitir el flujo de una carga esta
La galvanización también ahorra energía, porque conserva los recursos naturales. Cuando los
materiales de acero se corroen es necesario reemplazarlos, lo cual supone un consumo adicional
de energía y de recursos naturales para producir nuevo acero o reciclar la chatarra.
La utilización de zinc para proteger el acero da lugar a la cesión de cierta cantidad de este m
cantidades de zinc, porque este metal es un elemento natural que está muy extendido por la
corteza terrestre. El zinc que proviene de los materiales galvánicos no rompe el equilibrio de este
metal en la naturaleza.
El zinc además es altamente reciclable. En la actualidad un 30 % aproximadamente de la
producción mundial de este metal proviene de operaciones de reciclado. El zinc se recicla a partir
de las chatarras de diferentes materiales que lo contienen, tales como latones, piezas de fundición
a presión de zi
m
durante el proceso de reciclaje. Puede utilizarse, recuperarse y reciclarse inde
m
ductividad eléctrica es la capacidad de una sustancia para permitir el paso de carga
36
determ ada por la movilidad de los electrones portadores de la carga o de los iones que contenga
primer orden: son aquellos que poseen conductancia eléctrica, en los
rece cuando aumenta la
temperatura.
transferencia
de masa asociada con la conductividad. Su conductividad aumenta cuando se incrementa
n electroquímico y se presentan en la interfase entre un conductor de
rimer orden (eléctrico) y uno de segundo orden (electrolítico). Por ejemplo, si un metal
e ha dicho con anterioridad que la corrosión denota la existencia de una zona anódica (que es la
ue sufre la corrosión), una zona catódica y un electrolito, requiriéndose asimismo de un contacto
el circuito eléctrico a través de un
onductor metálico externo.
in
la sustancia.
- Conductores de
cuales los portadores de la carga son los electrones. Se caracterizan por tener una
conducción sin transferencia substancial de masa. A veces, a estos materiales se les
conoce como conductores metálicos, y su conductividad dec
- Conductores de segundo orden: Poseen conductancia iónica o electrolítica, y los
portadores de la carga son los iones. En este tipo de conductores se da una
la temperatura.
La influencia del proceso de conducción en la conducta electroquímica de las reacciones es muy
importante. Cada reacción de corrosión, así como las presentes en sistemas de protección
catódica, tiene un orige
p
(conductor) tiene una película de óxido sobre su superficie se estaría esperando con esto que
tuviera una alta resistencia a la transferencia de electrones. Esto cambiaría la velocidad de la
reacción y la energía requerida para llevarlo a cabo.
2.18.- FUNDAMENTOS DE LA ELECTROQUÍMICA
S
q
eléctrico entre la zona anódica y la catódica.
En el ánodo se produce la disolución del metal, es decir, se liberan electrones como consecuencia
del paso del metal al electrolito,en forma de iones.
El cátodo es la porción de una superficie metálica en la cual los electrones producidos en el
ánodo se combinan con determinados iones presentes en el electrolito. En el cátodo, la corriente
eléctrica sale del electrolito para entrar al metal, cerrándose
c
37
Figura 21. Dirección del flujo de corriente entre un ánodo y un cátodo en una celda de
En la
solució (-) al cátodo (+), y regresando desde el cátodo al ánodo a través de un
ilo metálico conductor (cobre). La diferencia de potencial creada entre ánodo y cátodo provoca
en el electrolito el transporte de la corriente
será de ánodo a cátodo, por lo tanto el consumo del metal será en aquellos lugares del ánodo en
que la corriente abandona al electrodo para pasar al electrolito.
corrosión(3)
figura 21 las flechas representan corrientes eléctricas (no electrones) fluyendo en la
n desde el ánodo
h
una migración de electrones desde el ánodo al cátodo a lo largo del conductor metálico externo.
El concepto convencional de corriente supone un flujo desde un potencial positivo a uno
negativo. Esto puede llevar a una cierta confusión, ya que la representación convencional del
flujo de la corriente eléctrica es precisamente en la dirección opuesta al flujo de los electrones,
como se indica en la figura 21. Esto indica que en nuestro caso la corriente circulará desde el
cátodo al ánodo, a través del conductor metálico. Y
38
CAPÍTULO III
3.- ENSAYOS DE LABORATORIO
Se realizaron dos ensayos electroquímicos a 11 probetas normalizadas de hormigón armado con
una barra de acero galvanizada embutida en su interior. Estos ensayos fueron: los de medidas de
potencial en el tiempo y los ensayos de polarización o medidas de velocidad de corrosión, y se
realizaron durante un tiempo de 30 días.
- Medidas de potencial en el tiempo: sirven para informar sobre la probabilidad de
corrosión. Las medidas indican que a valores más negativos de potencial el sólido se
- Ensayo de polarización o medidas de velocidad de corrosión: los valores obtenidos
encuentra más protegido de la corrosión.
indican el flujo de corriente que está pasando a la solución (electrolito), por lo tanto se
puede evaluar cuantitativamente la disolución del sólido.
39
A continuación se muestra un diagrama de flujo del diseño experimental utilizado en el presente
studio:
igura 22. Diagrama de flujo del diseño experimental del estudio realizado.
e
Confección de las probetas de hormigón
Barra de acero perforada en un extremo
Confección de 11 moldajes para las probetas (con PVC)
Galvanizado de la barra en planta B.BOSH
F
Ensamble de la barra galvanizada con el alambre de Cu en el moldaje
Hormigonado y posterior fraguado por un lapso de 28 días
Inmersión de las probetas en la piscina con agua de mar por 30 días
Probetas 10 y 11 sometidas a Ensayo de medidas de potencial en el tiempo por 30 días.
Probetas 1 a 9 sometidas a Ensayo de Polarización
Probetas 1, 2 y 3, polarización al día 0.
Probetas 4, 5 y 6, polarización al día 15.
Probetas 7, 8 y 9, polarización al día 30.
Análisis con MEB
40
3.1.- CONFECCIÓN DE LAS PROBETAS NORMALIZADAS DE HORMIGÓN
3.11.- Materiales:
- 11 moldes de PVC sanitario de 20 cm. de alto y 10 cm. de diámetro.
- 11 tapagorros de 10 cm. de diámetro.
- 11 . de largo y 11 de 18 cm. de largo.
- 15 o A44-28H (resistencia última: 4400 kg/cm2, y fluencia: 2800 kg/cm2)
de 10 cm. de alto y 1 cm. de espesor.
- 11 Cable de cobre de 3mm y de largo aprox.
- T
- Vinilit ( adhesivo para tuberías y fittings de PVC).
.12.- Construcción de las probetas
A) Se toman las barritas broca de 3mm se perfora en un extremo un
orificio de 2 cm. de profundidad, luego se mandan a galvanizar a la planta B.BOSH,
ubicada camino a Coronel. Se galvanizaron un total de 15 barras de las cuales solo 11 se
utilizaron en la elabor ricas de hormigón.
B) Se cortan los tubos de PVC con una sierra cada 20 cm.
C) Los tapagorros se perforan en su centro con un taladro, con un diámetro de 15 mm, que es
el diámetro de la manguera de gas.
D) Una vez galvanizados los fierros, se introducen ambre de cobre,
presión las mangueras de gas, la de 18 cm. de largo en su
o superior y la de 12 en su extremo inferior, se introducen 2 cm.
E) Se pega el tapagorro al tubo de PVC, de modo que la manguera de gas que sale del
extremo infer de acero p jero del VC y
sobresalga 2 c
F) Para sellar el posible espacio que queda entre el orificio del tapagorros y la manguera se
aplica en dicho lugar tapagoteras.
mangueras de gas de 12 cm
barritas de acer
30 cm.
apagoteras.
3
de acero y con una
ación de las probetas cilínd
en su orificio superior el al
y en sus extremos se meten a
extrem
ior de la barra
m.
enetre en el agu tapagorros de P
41
G) Los dos centímetros que sobresalen la manguera de gas de la probeta se introducen en un
orificio de igual diámetro, hecho en una tabla de madera, de modo de sentar la probeta de
bla y quede estable, para facilitar así su traslado.
ado de la probeta de
rmigonado la barra de acero se mantenga al centro
I) Se trasladan las probetas a la planta de hormigones Premix S.A, de Valdivia, donde se
p e el HP 35.0 (80) 40/05, es decir, se
ia última de 350 kg/cm2 con un nivel de confianza del 80%, el tamaño
m del cono es de 6 cm.
raguado se procede a desmoldar las probetas, para lo cual se
utiliza una galletera para cortar el PVC.
K)
robetas cilíndricas de hormigón:
Figura n un extremo perforado una profundidad de 2 cm.
Fuente: Elaboración propia (2004)
PVC en la ta
H) Las mangueras de gas se centran con alambres que se pegan al cost
PVC, de modo que al momento de ho
de la probeta. Esto se ilustra mejor en la figura 20.
rocederá a su llenado. El hormigón que se utilizó fu
tiene una resistenc
áximo del agregado es de 40 mm, y el asentamiento
J) Transcurridos los 28 días de f
Se corta con una sierra la manguera que sobresale los dos centímetros en la base de las
probetas y se aplica en dicho lugar tapagoteras para impedir el ingreso del agua una vez
que estas se encuentren sumergidas.
A continuación se muestra el proceso de confección de las p
23. Barras de acero galvanizado co
42
Fig
gas es sujeta al PVC con alambres, de modo que
permanezca centrada. Fuente: elaboración propia (2004).
ix S.A.
ura 24. Moldajes de PVC, con el acero ya en su interior y el alambre de cobre conectado a él.
En la parte superior la manguera de
Figura 25. Llenado de las probetas de hormigón en la planta Prem
Fuente: elaboración propia (2004)
43
Figura 26. Probetas hormigonadas y apisonadas.
Fuente: elaboración propia (2004)
Figura 27. Probetas cilíndricas de hormigón después de ser desmoldadas.
Fuente: elaboración propia (2004)
44
3.2.- CINÉTICA DE UN PROCESO DE CORROSIÓN
Para tener alguna idea acerca de la velocidad de corrosión necesitamos dimensionar que cantidad
de metal por unidad de tiempo se está disolviendo en un medio dado, cuando este sistema esté
desplazado de una situación de equilibrio.
Si tenemos cobre sumergido en una solución conteniendo iones Cu, el sistema se encuentra en
equilibrio dinámico Eº, es decir, existen reacciones de oxidación por las cuales se disuelve el
cobre, y también de reducción en donde el Cu se deposita como metal. Estas reacciones son
iguales en la magnitud de la carga transferida, aunque en sentido contrario. A este flujo de
ión (oxidación), el cual es igual al flujo de
ducción, se le llama densidad de corriente de
tercambio io (característica de un metal en equilibrio). A mayor io, mayor facilidad en la
transferencia de carga. Cualquier desviación que haya en la condición de equilibrio desplazará el
potencial del electrodo y modificará las magnitudes de las velocidades anódicas y catódicas,
produciéndose un flujo neto de electrones.
Si nuestra pieza de Cu inicialmente en equilibrio con sus propios iones, se conecta a una laminilla
de platino sumergida en el mismo electrolito a través de una fuente de poder, y si al manipular la
fuente de poder establecemos una diferencia de potencial entre el Cu y el Pt que haga fluir
electrones entre estos dos metales, entonces el Cu se disuelve, pasando a la solución como iones
cobre Cu2+. Habrá entonces un flujo de electrones generados que viajarán hacia el Platino a través
de las conexiones eléctricas.
Se llama Polarización al desplazamiento de un p tencial de equilibrio hacia otro valor por medio
n la interfase Cobre-solución se dejará sentir un incremento en la velocidad de oxidación del
u. Las reacciones de reducción aún existirán en el Cu, pero serán menores que las de oxidación.
n la lámina de Cu la magnitud de la corriente indicará el grado en que la velocidad de oxidación
rá la corriente neta del proceso.
a velocidad neta del proceso de oxidación o anódico está dada por:
(neta)= i← (reducción) - i→(oxidación)
l flujo neto de corriente varía linealmente con la magnitud de la desviación que tiene el
otencial de equilibrio η, a través de la relación deducida por el científico Tafel:
= a+b log i(neta)
electrones generados en la reacción de disoluc
electrones consumidos en la reacción de re
in
o
de un flujo de corriente eléctrica.
E
C
E
excederá a la reducción. Esto nos da
L
ia
E
p
η
45
Donde: η = sobrepotencial
i(neta)= densidad de la corriente neta anódica o catódica.
uando la desviación del potencial de equilibrio es positiva (+ η) se dice que el proceso es
catódico, habiendo reacciones de reducción en la interfase
ata/electrolito.
precia lo que sucedería si la
mina de Cu es alejada del equilibrio en la dirección negativa o catódica (- η). Esto se realizaría
η = E(aplicado)- E(equilibrio)
Es decir, η es la magnitud de la desviación del potencial electroquímico del sistema a partir de su
valor de equilibrio original.
Esta relación es la ecuación de una recta, en donde la variable independiente es la corriente
presentada en forma logarítmica y la variable dependiente es el sobrepotencial.
Figura 28. Gráfico η v/s log i .Recta de Tafel. (3)
El valor de la constante “a” está relacionado con la velocidad de las reacciones anódicas y
catódicas (i ) bajo condiciones de equilibrio, es decir, cuando el sobrepotencial η es 0.
o
C
anódico. Si la desviación es negativa (- η), el potencial aplicado toma valores más negativos que
el de equilibrio y el proceso es
m
La figura 28 representa la relación η v/s log i para la reacción anódica y catódica. Se incrementa
la desviación en la dirección anódica, cuando el potencial de equilibrio sufre una desviación en la
dirección positiva (+ η) (cuadrante superior derecho). También se a
lá
si se cambiaran la polaridad de las conexiones en la fuente de poder.
46
Figura 29. Gráfico η v/s log i .Rectas anódicas y catódicas de la ecuación de Tafel. (3)
El primer paso fue construir una celda electroquímica, es decir, un dispositivo capaz de generar y
entregar energía eléctrica a partir de reacciones químicas.
Para que la celda tenga utilización practica se requiere que los electrodos tengan distinta
polaridad. Eléctricamente son escogidos de forma que uno presente una polaridad positiva
(ánodo) y el otro una polaridad negativa (cátodo) respecto al electrolito. (17)
ara implementar la celda electroquímica se utilizó como medio electrolito agua salada contenida
en un recipiente, la preparación de esta se realizó a una concentración 0.5 Molar.
a estudiar, utilizando la probeta 10 y 11 para
edición de los potenciales en el tiempo, y las restantes para los ensayos de
.3.1.- Método para medir el potencial en el tiempo
oltaje medido es la diferencia de potencial eléctrico, este potencial distingue si
armadura se está pasivando o no, es decir, el potencial nos va a servir para determinar la
3.3.- ENSAYOS DE POLARIZACIÓN O VELOCIDAD DE CORROSIÓN Y ENSAYOS DE
MEDIDAS DE POTENCIAL EN EL TIEMPO
P
Se sumergieron en la solución las 11 probetas
realizar la m
polarización.
3
El potencial en la armadura del hormigón se mide por medio de un voltímetro conectado a dos
electrodos, uno de referencia y el otro de trabajo, ambos sumergidos en el mismo medio
electrolítico. El v
la
degradación del sólido.
47
Se conectó el electrodo de trabajo (acero) al puerto positivo del voltímetro, de manera que exista
continuidad eléctrica. Esta conexión se efectuó por medio del alambre de cobre que está
mbutido en el interior del acero. Asimismo, se conectó el electrodo de referencia cobre sulfato
de cobre CuSO4 al negativo del voltímetro.
Luego se fueron leyendo y anotando los voltajes por un tiempo de 10 minutos, hasta lograr la
estabilización de la lectura del voltímetro.
Se repitió el mismo procedimiento de lecturas de potencial a las probetas 10 y 11 por un período
de 30 días.
Luego con los datos recolectados se construyó un gráfico Potencial v/s Tiempo (ver Capítulo 3.4)
e
Figura 30. Piscina con las probetas de hormigón sumergidas en agua salada.
Fuente: elaboración propia (2004)
48
Figura 31. Voltímetro conectado al electrodo de trabajo y al de referencia, marcando una
gón se necesita un medio
) y un electrodo auxiliar
finalidad polarizar al
ndolo hacia potenciales
ás negativos (parte
xto o de corrosión. Además
de el barrido de potencial perturbando al
diferencia de potencial de –0.354 Volt.
Fuente: elaboración propia (2004)
3.3.2.- Método para medir la velocidad de corrosión
Para medir la velocidad de corrosión de la armadura del hormi
electrolito, el electrodo de trabajo (acero), uno de referencia (CuSO4
(placa de cobre) que es inerte al medio electrolito y que tiene como
electrodo de trabajo, es decir, sacarlo de su situación de equilibrio llevá
más positivos (parte anódica de la curva de polarización) o hacia potenciales m
catódica de la curva de polarización) que su potencial estacionario mi
se necesitan dos voltímetros y un potenciostato que mi
electrodo de trabajo durante una cierta cantidad de tiempo.
49
Procedimiento:
- Se conecta el voltímetro 1 al potenciostato
- Se sumergen los 3 electrodos. Luego los electrodos se conectan entre ellos y con el
potenciostato.
- Se verifica la no saturación del potenciostato debido a una saturación de corriente.
Para que el potenciostato no se vea sobrecargado se debe ajustar el factor de
conversión, el cual es el encargado de transformar el potencial en intensidad de
corriente.
- Se ajusta en el potenciostato la velocidad de barrido, para este estudio se utilizó
una velocidad constante de 100 mV/s
- Luego se ajusta el potenciostato al potencial que se desea aplicar; para éste estudio
se utilizó 10 mV, 20 mV y 30 mV.
- Se conecta el voltímetro 2 al potenciostato.
- Se verifica que el voltímetro 1 registre el sobrepotencial seleccionado. El
de
te de tiempo. Para este estudio se utilizó un
inutos.
- Esta intensidad de corriente nos ayuda a determinar posteriormente la velocidad de
Figura 32. Potenciostato conectado a los dos voltímetros. El voltímetro de la izquierda indica el
potencial aplicado (20 mV) y el de la derecha muestra el voltaje correspondiente a la
intensidad de corriente.
Fuente: elaboración propia (2004)
voltímetro 2 muestra la lectura del voltaje que corresponde a la intensidad
corriente que se mide en ese instan
tiempo de perturbación de 15 m
corrosión.
50
El ensayo de polarización se realizó a los 0, 15 y 30 días. Y con estos valores se calculó la
intensidad de corriente. Luego se construyeron los gráficos Logaritmo de Intensidad de corriente
v/s sobrep n os). Posteriormente, por medio de una
regresión l a
La celda e ct
descargar en l
corriente”, den
i = io ( T – e α*η*F/RT)
η: sobr
i: in
io : velo
T: T e
R: 8
F: 9650
Debido a que al al sobrepotencial, para potenciales bajos
el comportami
diferencia de potencial). Cuando existe un sobrepotencial positivo pequeño la corriente es
anódica (i>0 cuando η>0), y cuando el sobrepotencial es pequeño y negativo, la corriente es
catódica (i<0 cuando η<0).
La ecuación es de tipo lineal, debido a los bajos valores de potencial directamente ligados a la
resistencia que presentan las probetas.
i = io ( [ 1+ (1-α) η F/RT +...] - [ 1- (1-α) η F/RT+...] ) = io η F/RT
Además al igual que en un conductor óhmico, se puede invertir la relación y calcular la diferencia
de potencial que ha de existir cuando se establece una densidad de corriente i mediante algún
circuito ex rno:
ote cial aplicado, para cada probeta (ver Anex
ine l, se determinó la ecuación de la recta que pasa por el origen de dicho gráfico.
le roquímica utilizada permite determinar la velocidad a la cual los iones pueden
os electrodos. Esta velocidad se mide en “intensidad de corriente” o “densidad de
otada como i de corriente por unidad de área.
e (1-α) *η* F/R
epotencial.
tensidad de corriente
cidad de corrosión
º n grados kelvin
.314 J/ºK mol.
0 cb/mol.
la intensidad de corriente es proporcion
ento se asemeja y se puede representar como un conductor óhmico (corriente α
te
η= (F/RT) i / io
51
3.4.- RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE MEDIDAS DE POTENCIAL EN EL TIEMPO
Y VELOCIDAD DE CORROSIÓN.
3.4.1.- Ensayo de medidas de potencial en el tiempo.
Se puede apreciar en el gráfico la tendencia del comportamiento del acero galvanizado que se
encuentra en el interior de la probeta de hormigón.
Figura 33. Gráfico medidas de potencial en el tiempo
3.4.2.- Ensayo de velocidad de corrosión
En los anexos se presentan las tablas y gráficos de la intencidad de corriente para los días: 0
ién los parámetros “a” y “b” por medio de una regresión lineal, donde “b”
representa la pendiente de la recta del grafico y “a” es el intercepto con el eje de las y
(sobrep
A continuación se muestra un gráfico con los valores recolectados de las mediciones realizadas
durante un tiempo de 30 días del potencial en el tiempo de las probetas 10 y 11.
Medidas de potencial
0.000
Fuente: elaboración propia (2004)
(probetas Nº 1, Nº2 y Nº 3), 15 (probetas Nº4, Nº5, Nº6), y 30 (probetas (Nº 7, Nº8, y Nº9).
Se calculan tamb
otencial).
-1.000
-0.800
-0.600
Tiempo (Días)
Vo
-0
-
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
ltaje
(Vol
t)
0.200
0 2 4
.400 probeta 10
probeta 11
52
Para calcular la velocidad de corrosión en el equilibrio io, se despeja la ecuación:
η = a+b log i(neta)
acemos η = 0, es decir, el proceso está en equilibrio. Existe una corrosión natural sin
Luego se tiene: log io = -a/b
n los Anexos se encuentra detallado las tablas de intensidad de corriente para cada probeta con
sus respectivos gráficos de Log Icorr v/s sobrepotencial aplicado, junto con la obtención para
cada caso de io.
A continuación se muestra una tabla resumen de los promedios de las velocidade de corrosión:
abla 4. Cuadro resumen de promedios de velocidades de corrosión a los días 0, 15 y 30.
raficando los promedios de la velocidad de corrosión se obtuvo:
igura 34. Gráfico Intensidad de velocidad de corrosión v/s tiempo
H
perturvación.
io = 10^ (-a/b)
E
Velocidad de corrosión io
Velocidad de Promedio velocidadNº Probeta corrosión (μa/cm2) de corrosión (μa/cm2)
1 0.745Día 0 2 1.24 0.838
3 0.534 3.331
Día 15 5 2.095 1.8176 0.0247 0.036
Día 30 8 4.242 1.4369 0.031
T
G
Icorr v/s tiempo
00.5
11.5
0 1
Icor
r (μA
/cm
2) 2
5 30
tiempo (días)
F
53
Del gráfico anterior se observa un aumento en la velocidad de corrosión alcanzando una máxima
ara el día 15, y luego un paulatino descenso hasta llegar al día 30.
Debido a la escasa cantidad de muestras utilizadas para cada día de ensayo de polarización, a los
valores obtenidos de velocidad de corrosión para los días 0, 15 y 30, se les aplicó el test de la
es una prueba no paramétrica que se aplica a la
comparación de medidas poblacionales basándose en muestras independientes. Sean entonces n1
vez completada la ordenación, se asigna rango (se enumeran) a cada una de las
bservaciones ordenadas del conjunto, pero de modo tal que estos puedan ser identificados como
Llamemos T1 a la suma de rangos correspondientes a la primera muestra. De nuevo tenemos aquí
que para un valor de n=n1+n2 dado, la suma total de los rangos es fija [en particular es n(n+1)/2
]. Esto nos permite, mediante el uso de tablas adecuadas, determinar los niveles de significancia
asociados con cada una de los tamaños de muestra. Además por medio de la variable tipificada
“Z” podemos transformar cualquier distribución con media μ y varianza σ en una distribución
normal con μ= 0 y σ = 1.
Comparación de las probetas del día 0 y el día 15
p
3.4.3.- Análisis estadístico
suma de rangos de Wilcoxon (18). Esta
y n2 dos muestras independientes. La primera etapa del método consiste en ordenar en forma
ascendente las n1+n2 observaciones combinadas sin importar a que muestra corresponde cada
una de ellas. Una
o
pertenecientes a una de las dos muestras consideradas.
Intensidad 0,024 0,53 0,745 1,24 2,09 3,331
Rango 1 2 3 4 5 6
Tabla 5. Asignación de un rango a las intensidades de corriente de los días 0 y 15 ordenados de
manera ascendente.
n1= número de muestras del día 0.
n2= número de muestras del día 15.
n= suma de las dos muestras =6
1= 3+4+2=9
T1= suma de los rangos de las muestras del día 0.
T
54
Luego se calcula la media de los rangos:
E(T1)= n1(n+1) = 3*7 = 10,5 =μ
2 2
1) = n2*μ Varianza de T1: Var (T = 3*10,5 = 5,25
6 6 Luego podemos definir la normal: Z= ( ⏐ μ - T1 ⏐ - 0.5 ) , donde σT = √ Var (T1) σT Z= ( ⏐ 10,5 - 9 ⏐ - 0.5 ) = 0,437
2,29
Luego en la tabla de valores de la función de distribución Normal Estándar se ve que a este valor
le corresponde un 33%.
Luego se puede concluir que no hay diferencias significativas entre las probetas del día 0 y las del
día 15.
Comparación de las probetas del día 0 y el día 30.
Intensidad 0,031 0,0
36 0,53 0,745 1,24 4,24
Rango 1 2 3 4 5 6
Tabla 6. Asignación de un rango a las intensidades de corriente de los días 0 y 30 ordenados de
n nde
uma de los rangos de las muestras del día 0:
edia de los rangos: E(T1)= 10,5 =μ
ma era asce nte.
S
T1= 4+5+3 = 12
M
Varianza de T1: Var (T1) = 5,25
Luego podemos definir la normal: Z= ( ⏐ μ - T1 ⏐ - 0,5 ) = (⏐10,5 - 12⏐-0,5) / 2,29
σ = 0,437
T
55
Luego en la tabla de valores de la función de distribución Normal Estándar se ve que a este valor
diferencias significativas entre las probetas del día 0 y las del
ía 30.
0,036 2,095 3,331 4,24
le corresponde un 33%.
Luego se puede concluir que no hay
d
Comparación de las probetas del día 15 y el día 30
Intensidad 0,024 0,031
Rango 1 2 3 4 5 6
Tabla 7. Asignación de un rango a las intensidades de corriente de los días 15 y 30 ordenados de
uma de los rangos de las muestras del día 15:
edia de los rangos: E(T1)= 10,5 =μ
uego podemos definir la normal:
manera ascendente.
S
T1= 4+5+1 = 10
M
Varianza de T1: Var (T1) = 5,25
L Z= ( ⏐ μ - T1 ⏐ - 0,5 ) = (⏐10,5 - 10⏐-0,5) / 2,29 = 0 σT
Luego en la tabla de valores de la función de distribución Normal Estándar se ve que a este valor
orresponde a un 50%.
Luego se puede concluir que no hay diferencias significativas entre las probetas del día 15 y las
el día 30.
c
d
56
G el in de za p rminar existen cias significativas
en lo spacios estrales.
Como conclusión final se puede afirmar que no son significativas las diferencias en la velocidad
en el tiempo, ya que tanto las probetas del día 0, 15 y 30, con
ara la media
).
medidas de potencial en el
ir un potencial que se pasiva rápidamente los
eros 5 días para luego mantenerse relativamente constante en el tiempo.
ro a la vez presenta el inconveniente siguiente: exige el empleo de una
edida, esto debido a que el equipo perturba la muestra imponiéndole
l método potenciostático para medir velocidades de corrosión estaría en desventaja
con respecto a otros tipos de ensayos electroquímicos.
Figura 35. ráfica d tervalo confian ara dete diferen
s e mu
de corrosión para las probetas
respecto al análisis realizado, caen dentro del intervalo de confianza (del 95%) p
muestral (con μ=0
Esta conclusión tiene relación también con los resultados de las
tiempo, puesto que en dicha gráfica se puede advert
prim
3.4.4.- Validez de la técnica experimental
El método potenciostático es uno de los métodos que proporciona los valores más exactos para
los potenciales críticos. Pe
nueva probeta para cada m
un sobrepotencial que lo altera dejándolo inhabilitado para realizar en él una nueva medición. De
esta forma e
57
3.5.- DESTRUCCIÓN DE LAS PROBETAS DE HORMIGÓN
Después de llevados a cabo los ensayos de medida de potencial y velocidad de corrosión se
procede a hacer una caracterización de la degradación del acero de refuerzo del hormigón
mediante microscopía electrónica de barrido, para esto se rompieron las probetas mediante un
ensayo de compresión para luego extraer la armadura correspondiente de cada un a de ellas.
áquina de ensayos de compresión realizado en
el LEMCO.
Figura 36. Destrucción de las probetas mediante m
Fuente: elaboración propia (2004)
58
Figura 37. Extracción de la muestra de acero galvanizado del interior de la probeta de hormi
Fuente: elaboración propia (2004).
Luego de extraída la barra de acero galvanizado se sacó una muestra de su centro com
pequeño cilindro de 3 mm de espesor. Se realizó este proceso con las muestras 5, 6, 8 y 9, que
fueron las más representativas del tiempo en el cual se midió la velocidad de corrosión, adem
de una muestra patrón de acero galvanizado que no fue sometida a los ensayos de corrosión, para
gón.
o un
ás
oder ser comparada con el acero de las probetas dañadas. Estas muestras de la armadura fueron
ontadas en portamuestras (fueron embebidas en backelita) para luego ser pulidas con alúminas
e imperfecciones. Luego se llevaron al análisis en el microscopio electrónico de barrido, donde se
s de ser puestas en el MEB.
.6.- MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO
Para entender como opera la micoscopía electrónica de barrido se debe saber que los electrones
acelerados, cuando son liberados del átomo se comportan en el vacío como la luz, y el átomo,
con un electrón menos restaura su estado basal emitiendo su exceso de energía en forma de un
cuanto de rayos X o de un fotón de luz.
p
m
en una máquina pulidora, hasta alcanzar un “pulido espejo”, esto con el fin de eliminar impurezas
desmontaron las muestras de la backelita anta
3
59
El microscopio electrónico de barrido (MEB) (o SEM) ocupa un haz electrónico finamente
enfocado para producir una imagen de la superficie de la muestra.
El MEB esta compuesto por una columna óptica electrónica, un sistema de vacío y un monitor de
visualización. El cañón electrónico en la parte superior de la columna produce un haz de
electrones que se enfoca en un fino punto menor de 4 nm de diámetro sobre el espécimen.
Los electrones producidos cuando el haz primario impacta con el espécimen en el MEB, son
detectados y convertidos en una señal eléctrica; en el monitor, los electrones primarios se
convierten en luz para producir una imagen sobre la pantalla fluorescente. Cabe mencionar que
las muestras deben limpias, secas, deben ser compatibles con el vacío y eléctricamente
conductoras.
La relación entre el tamaño de la pantalla del monitor de visualización y el tamaño de la
superficie explorada sobre el espécimen es la amplificación. Se consigue aumentar la
amplificación reduciendo el tamaño de la superficie barrida sobre el espécimen. El registro se
realiza fotografiando la pantalla del monitor.
sobre el es condiciones
ptimas se puede obtener una resolución de 1 nm. Además, las muestras pueden ser inclinadas en
entos. Estas cantidades
ueden llegar por debajo de una milésima de picogramo (10-12 g). El detector en cuestión se
ama “detector de rayos x por dispersión de energía” (EDX). Con este detector se pueden
s elementos presentes. La intensidad de
s rayos X es una medida de concentración del elemento. El electrón incidente del haz primario
e falta es sustituido por uno de los electrones libres,
En el MEB el aumento está determinado por el tipo de circuitos electrónicos que barren el haz
pécimen. El aumento puede ser tan grande como 300.000 veces, y bajo
ó
ángulos elevados y ser rotadas 360º.
Los MEB tiene una memoria de imagen en la que la imagen es construida cada vez que se efectúa
un barrido y mostrada a velocidad de TV, para que haya una imagen estable y libre de parpadeo
en el monitor de visualización.
Como ya se indicó, los electrones que bombardean la muestra hacen que emita rayos X, cuya
energía esta determinada por la composición elemental. Cuando se coloca un detector adecuado
cerca del espécimen, es posible detectar cantidades muy pequeñas de elem
p
ll
adquirir espectros que muestren valores máximos de lo
lo
puede hacer que el electrón de un átomo del espécimen sea eliminado de su órbita. El átomo
queda en un estado excitado (tiene demasiada energía), y vuelve a su estado fundamental,
transfiriendo a un electrón desde una orbita exterior para sustituir el electrón eliminado.
Finalmente el electrón más externo qu
60
siempre presentes en un material. Cada una de estas transferencias da lugar a la liberación del
exceso de energía en forma de cuanto de rayos X de una longitud de onda característica, o de un
.7.- INFORME DE RESULTADOS DEL ANÁLISIS CON MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA
de las armaduras. En cada microfotografía se tiene en la parte inferior el voltaje
plicado en SEM, una barra que indica escala de tamaño en la foto registrada y por último
STRA Nº 5
cuanto de luz.
3
DE BARRIDO (SEM)
A continuación se dan a conocer los resultados de las distintas muestras obtenidos por
microscopía electrónica de barrido, gracias a los cuales se realiza una caracterización del daño
por corrosión
a
magnificación o aumento.
MUE
Foto 001: SEM, 1.06 kx
Figura 38. Imagen que describe morfología superficial del borde del recubrimiento de zinc a la
izquierda, al centro se puede ver la interfase y a la derecha el acero estructural de la
probeta de hormigón. Se observa un recubrimiento de zinc continuo sobre el acero y
una interfase bien definida.
61
Foto 002: SEM, 3.05 kx
Figura 39. Con mayor magnificación se observa a nivel de interfase del galvanizado la capa de
zinc libre (clara) a la izquierda, con una morfología continua, en vecindad con una zona de
es más separados (zona oscura).
Foto 003: SEM, 1.65 kx
En otra perspectiva (girando la muestra) se ven detalles del sustrato FeZn13 (zonas
más oscuras) sobre el sustrato FeZn7 (derecha) que tiene una morfología más continua
en el espesor.
FeZn13 de granos o cristal
Figura 40.
62
Foto 004: SEM, 2.11 kx
Figura 41. Con mayor aumento se aprecia en esta microfotografía que la interfase con el acero
esta constituida por una delgada capa de Fe3Zn10 que corresponde a la capa Gamma.
El espesor de este sustrato es de aproximadamente entre 1.5 a 2.0 micras (μm).
Inmediatamente hacia afuera de la interfase ( a la izquierda) se tiene un sustrato
FeZn7 que corresponderá a la capa Delta del galvanizado. A la derecha de la interfase
se puede observar el acero que no evidencia en su borde alguna degradación por
corrosión.
63
MUESTRA Nº 6
EM, 1.72 kx Foto 005: S
inc libre (a la izquierda, la parte más clara)
r, impermeabilizando los sustratos para
igón. Este sustrato es equivalente a la capa Eta
inc. No se evidencia degradación del galvanizado.
oto 006: SEM, 849 x
igura 43. En esta microfotografía de menor aumento se observan el zinc libre (en la parte
izquierda, de color claro) conformando la protección superficial.
Figura 42. En el corte se observa la morfología del z
que actúa como recubrimiento protecto
proteger el acero de refuerzo del horm
con 100% de z
F
F
64
A continuación del Zinc en la parte izquierda de la figura 43, hacia el interior hasta alcanzar el
cero (esquina inferior derecha) se tienen las capas intermetálicas obtenidas por el galvanizado
e-Zn. Muestran una morfología irregular con distorsión en los espesores de las capas FeZn13 en
ayor cantidad, y pequeñas zonas del sustrato FeZn7 (partículas blancas). No se evidencia en la
interfase con el acero la capa Gamma.
Foto 007: SEM, 3.09 kx
Figura 44.
debe probablemente
a una consecuencia de la operación del corte de la muestra para ser observada en el
a
F
m
Morfología capa 100% Zinc (izquierda) que se visualiza continua, libre de defectos y
deterioro, en contacto con el sustrato intermetálico.
A la derecha abajo, se aprecia una microfisura del sustrato, que se
SEM.
65
Foto 008: SEM, 2.63 kx
Figura 45. Detalle de la superficie extrema del galvan
inferior de FeZn13 con una morfología de cris
MUESTRA Nº
izado con zinc libre y capa inmediatamente
tales alargados y uniforme.
8
Figura 46 ámica sobre el galvanizado del acero. Se aprecia sustrato extremo ( esquina
inferior izquierda) de 100% zinc seguido de un sustrato intermetálico Fe-Zn y luego
acero (esquina superior derecha).
Foto 009: SEM, 525 x
. Panor
66
Foto 010: SEM, 2.43 kx
galvanizado. No se observan picaduras ni
o barrera frente al electrolito
ustrato libre de zinc superficial (a la izquierda), del sustrato FeZn13, y
sustrato FeZn7 en mayor proporción. No se evidencia degradación del galvanizado.
Figura 47. Interfase acero de refuerzo con sustrato
deterioro por corrosión. El sustrato protector actúa com
ensayado. Morfología con fino sustrato Fe3Zn10 y sustrato FeZn7 en mayor
proporción.
Foto 011: SEM, 2.17 kx
Figura 48. Detalle de s
67
MUESTRA Nº 9
oto 012: SEM, 2.34 kx
F
ap
fa
F
Figura 49. Superficie de galvanizado 100% zinc o capa Eta. Morfología de la capa intermetálica
eZn13 o capa Zeta. Presenta alguna distorsión por el corte metálico de la muestra. Se
recia también una impureza esférica producto del baño del recubrimiento en la
bricación.
68
Foto 014: SEM, 232 x
Figura 50. Panorámica (en corte) de superficie de galvanizado (parte clara) en contacto con el
acero de refuerzo. En la interfase se aprecian sustratos intermetálicos de Fe-Zn.
Si se efectúa un microanálisis químico por energía dispersiva de rayo- X (EDAX) es posible
detectar los elementos químicos de la muestra.
En el microanálisis EDAX 1 (ver figura 51, 52) se tiene una determinación cualitativa de un
cuadrado de 200 μm de lado. Los colores indican la cantidad y ubicación de los elementos
onfigurando un “mapping” de Carbono, Oxígeno, Aluminio, Calcio, Hierro y Zinc.
fluidez, du
Nótese que la interfase del galvanizado y el sustrato de zinc esta bien delimitada.
proximadamente el espesor del galvanizado es de 65 μm.
c
Los elementos C, O, Ca, y Al están presentes en el galvanizado para conferirle propiedades de
reza y permeabilidad como recubrimiento protector.
A
69
uestra 9.
entos químicos existentes de la figura 51 (muestra 9).
Figura 51. Fotografía del recubrimiento de Zinc en la superficie de la m
Figura 52. Microanálisis EDAX 1: Distribución de los elem
70
Foto 016: SEM, 2.53 kx
Figura 53. Se tiene un detalle del sustrato 100% de zinc en la superficie con las capas
intermetálicas Fe-Zn inmediatamente debajo. Se aprecia una fina capa FeZn13 y una
capa del sustrato FeZn7 con una morfología un poco irregular en la distribución de
los cristales.
Al efectuar un microanálisis completo de esta zona, EDAX 2 (ver figura 54, 55), partiendo de la
superficie, se tiene en distintos colores la presencia de los elementos Carbono, Oxigeno, Hierro y
Zinc. Aparece también la presencia de Cloro pero solo en el espesor del galvanizado alcanzando
puntualmente a la interfase con el hierro. Esto evidencia que el electrolito ensayado (agua de
mar) fue capaz de difundir a través del sustrato protector ya sea a través de defectos o por poros
superficiales.
La presencia del ion Cloro implica un ataque al acero y/o degradación por corrosión.
71
Se observa que el aspecto del zinc es bastante homogéneo en todo su espesor ( líneas color lila),
lo que implica como mecanismo de ataque la difusión del Cl- a la interfase a través de este
sustrato.
Figura 54. nálisis químico por energía dispersiva de rayo-X). Se muestra una
linescan (análisis de una línea) de la muestra 9, donde las líneas de colores indican
EDAX 2 ( a
los distintos elementos químicos encontrados en esa línea del sustrato protector.
72
Figura 55. Gráficos correspondientes a cada elemento químico encontrado en el EDAX 2 de la
muestra 9, en donde se puede apreciar las cantidades del elemento con respecto a su
profundidad al interior de la muestra en μm.
Por el contrario, al observar el espectro de rayo-X, EDAX 3, de la muestra 9, observamos que el
ión Cl- alcanza a penetrar hasta el acero de refuerzo del hormigón, por una acción tipo picado o
“pitting” del acero. Esto significa una microcorrosión o deterioro muy puntual del material.
El espectro de Oxígeno a esta profundidad evidencia la formación de productos de corrosión
(óxidos e hidróxidos de hierro).
En este microanálisis el espesor del galvanizado alcanza los 60 μm.
73
Figura 56. EDAX 3 ( análisis químico por energía di
linescan (análisis de una línea) de la mu
los distintos elementos químicos encontrados
muestra hasta el interior de la barra de acero.
spersiva de rayo-X). Se muestra una
estra 9, donde las líneas de colores indican
en una línea desde la superficie de la
entes a cada elemento químico encontrado en el EDAX 3 de la
muestra 9, en donde se puede apreciar las cantidades del elemento con respecto a su
duperficie de zinc hasta el
interior del acero. Se observa que a nivel de los 60 μm se encuentra la interfase con el
acero.
Figura 57. Gráficos correspondi
profundidad al interior de la muestra en μm, desde la
74
75
MUESTRA PATRON
Foto 017: SEM, 2.25 kx
(capa Eta) en la superficie y sustrato
de espesor y a continuación una capa de FeZn13 con
da. Esta muestra no ha sufrido ataque por corrosión, y
ente diferencias morfológicas con las
tas zonas o sustratos protectores.
Figura 59. Panorámica de unión entre el recubrimiento galvanizado (derecha) y el acero
(izquierda). Se evidencian en el acero óxidos y defectos superficiales (zonas
oscuras).
Figura 58. Detalle del galvanizado, con capa 100% zinc
FeZn13 del orden de 5 μm
cristales de morfología alarga
se puede demostrar que no hay prácticam
muestras atacadas, al comparar es
Foto 018: SEM, 100 x
75
3.7.1.- MIC
s muestras permitió detectar los elementos químicos presentes en dichas
uestras. Así por ejemplo la EDAX 4 y la EDAX 5 evidencian los elementos C, O, Al, Si, S, Ca,
P, Cr, Ni, Zn y Fe, que son todos los que participan en este proceso de recubrir al acero para
protegerlo de la oxidación y de la corrosión.
EDAX 4: borde de muestra 6
igura 60. Espectro de la muestra 6. Análisis químico superficial EDAX 4. Se evidencia la
presencia de Zn, Fe, Ca, S, Si, Al, O, C.
EDAX 5: borde de muestra 5
Element Weight% Atomic%
ROANÁLISIS DE LAS MUESTRAS EXPERIMENTALES
El análisis EDAX de la
m
Element Weight% Atomic%
C K 15.93 33.29
O K 26.98 42.32
Al K 1.53 1.42
F
C K 32.62 56.64
O K 11.91 15.53
F K 7.37 8.08
Al K 3.12 2.41
P K 3.18 2.14
Cr K 3.35 1.34
Fe K 10.97 4.10
Ni K 27.47 9.76
Totals 100.00
Figura 61. Espectro de la muestra 5. Análisis químico superficial EDAX 5. Se evidencia la
presencia de F, O, C, Al, P, Cr, Fe, Ni.
Si K 0.56 0.50
S K 0.58 0.45
Ca K 3.95 2.47
Fe K 2.65 1.19
Zn L 47.82 18.36
Totals 100.00
76
A diferencia del EDAX 4 y el EDAX 5, en el EDAX 6 se registra la presencia del ión cloro Cl- ,
ue difundió del electrolito al interior de la muestra hasta alcanzar el acero.
DAX 6: borde de muestra 9
Figura 62. Espectro de la muestra 9. Análisis químico superficial EDAX 6. Se evidencia la
presencia de C, O, Al, S, Cl, Fe, Zn..
Luego se puede afirmar que a pesar de las distintas capas del galvanizado el ión cloro Cl- es capaz
por migración de difundir al refuerzo de acero y atacarlo, pero el microanálisis indica que es
mínimo y de forma muy puntual.
q
E
Element Weight% Atomic%
C K 8.29 24.37
O K 14.62 32.25
Al K 0.75 0.98
S K 0.38 0.41
Cl K 1.48 1.47
Fe K 3.15 1.99
Zn L 71.34 38.52
Totals 100.00
77
CAPÍ IVTULO
4.- CONCLUSIONES
De acuerdo al trabajo desarrollado, materiales seleccionados y condiciones experimentales
conclusiones:
Las medidas de potencial en el tiempo sirven para informar sobre la probabilidad de corrosión.
Estas medidas se realizaron durante un tiempo de 30 días. Se puede observar de dicha gráfica una
caída brusca de potencial de 0 a -0.700 Volt en los primeros cinco días de ensayo, lo cual se
traduce en una rápida pasivación del Zinc. Este potencial alto negativo tendió a mantenerse
constante en el tiempo, con pequeñas alzas puntuales los días 7 y 21. Estos sobresaltos se pueden
entender como el ataque que está sufriendo el zinc por la agresividad del medio. El Zinc se está
degradando, pero finalmente éste es capaz de autoprotegerse y se vuelve a pasivar nuevamente
(se le vuelven a formar óxidos).
Como conclusión, en este proceso gana la formación de óxidos respecto a la degradación del Zinc
ya que después del día 24 se puede ver la curva casi como una recta constante en valores de
Además se puede concluir que la formación de óxidos genera una protección de barrera para el
Las medidas de velocidad de corrosión son un indicador de exactitud y confianza al momento de
determinar la densidad de corriente que pasa del ánodo al electrolito. Cabe destacar que en el
caso del acero galvanizado, por medio del potenciostato se puede cuantificar qué flujo de masa
está siendo transferida a la solución, pero es imposible saber si estos son iones Zn o iones Fe. De
acuerdo a la gráfica de medidas de potencial en el tiempo y los resultados arrojados por
microscopía electrónica de barrido se puede concluir que esta corriente de corrosión corresponde
a la degradación del Zinc.
Las medidas de velocidad de corrosión: io= 0.838 (μa/cm2) para el día 0, io= 1.817 (μa/cm2) para
el día 15 y io= 1.436 (μa/cm2) para el día 30, resultaron ser de acuerdo al análisis estadístico, no
significativamente diferentes entre sí, entonces, se puede estimar de acuerdo a esto, que tuvieron
consideradas, se tienen las siguientes
potencial negativos muy altos, lo que indica que la corrosión se mantuvo en límites muy bajos.
acero, lo cual es mucho más preponderante que la protección que otorga el par galvánico. Es
decir que se puede estimar que el zinc y el acero no están funcionando como par galvánico.
78
un relativamente constante en el tiempo. Este comportamiento concuerda con el
btenido por las probetas 10 y 11 en las medidas de potencial en el tiempo, en el cual se puede
dvertir un potencial que se pasiva rápidamente los primeros 5 días para luego mantenerse
relativamente constante en el e este modo la evidente tendencia a la
pasivación.
iento continuo de Zinc sobre el acero y una
terfase bien definida. Solo se evidencia en la probeta Nº 9 una microcorrosión o deterioro muy
a corrosión del acero de refuerzo en estructuras de hormigón
armado en ambientes agresivos.
el
recubrimiento, como fué en este estudio, y su manipulación y montaje no dañen los sustratos que
do no
tiene b efinidos los criterios de evaluación para los límites de corrosión, entre corrosión
or otra parte, la aplicación de técnicas electroquímicas como la caracterización por microscopía
comportamiento
o
a
tiempo. Se concluye d
La microscopía electrónica de barrido nos muestra una evidente protección del zinc sobre el
acero. Se observa en casi todos los casos un recubrim
in
puntual del material no tan significativa. El mecanismo de interacción entre el electrolito y el
acero de refuerzo fue por difusión. El electrolito fue capaz de difundir a través del sustrato
protector hasta llegar a la interfase, ya sea a través de defectos o por poros superficiales. El ión
Cl- detectado en el EDAX 3 es el causante del picado del acero, y el oxígeno detectado a esa
misma profundidad evidencia la formación de productos de corrosión.
Como conclusión final, en términos generales se puede augurar un buen funcionamiento del Zinc
como método protector contra l
La protección de refuerzos de acero con galvanizado, para su utilización en ambientes marinos,
da una buena protección siempre y cuando se logre una calidad estandarizada de la aplicación d
conforman la barrera protectora superficial del acero.
Cabe mencionar como punto de discusión que a diferencia del acero puro el acero galvaniza
ien d
activa y pasividad. Para el acero de refuerzo común y corriente este valor fluctúa entre 0.1 y 0.2
μA/cm2, este límite se aplica cuando el proceso da lugar a la formación de herrumbre (óxidos
expansivos que fisuran el recubrimiento). Para el caso de la presente tesis, por ser un material de
utilización poco frecuente en obras civiles, no se han creado patrones de comparación para la
caracterización del nivel de corrosión del acero galvanizado de acuerdo a los valores arrojados
por los ensayos de velocidad de corrosión.
P
electrónica, para la evaluación del comportamiento del desempeño de galvanizados en acero,
permiten adecuadas correlaciones y validaciones en el estudio de hormigones, que otorgan
información del comportamiento real que tendrán estos materiales en el tiempo.
79
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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2. Apuntes del Instituto de obras civiles de la Universidad Técnica Federico Santa María.
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10. . Vera, A. Madrid. Información tecnológica, 14(3), 49-56. 2003
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Metals Handbook. Vol 7. “Atlas o
82
ANEXOS
83
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 0
PROBETA Nº1
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.427 0.333 0.111 20 0.909 0.709 0.2361 0.406 0.301 0.168 20 0.864 0.640 0.3572 0.370 0.308 0.145 20 0.787 0.655 0.3093 0.345 0.282 0.238 20 0.734 0.600 0.5064 0.354 0.297 0.145 20 0.753 0.632 0.3095 0.327 0.302 0.120 20 0.696 0.643 0.2556 0.300 0.264 0.143 20 0.638 0.562 0.3047 0.280 0.250 0.174 20 0.596 0.532 0.3708 0.277 0.274 0.139 20 0.589 0.583 0.2969 0.277 0.276 0.154 20 0.589 0.587 0.32810 0.239 0.265 0.146 20 0.509 0.564 0.31111 0.254 0.252 0.165 20 0.540 0.536 0.35112 0.239 0.261 0.152 20 0.509 0.555 0.32313 0.25 0.238 0.125 20 0.532 0.506 0.26614 0.236 0.200 0.127 20 0.502 0.426 0.27015 0.230 0.219 0.140 20 0.489 0.466 0.298
Promedio= 0.418
Tabla 8. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº1 al día 0
Figura 63. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta 1 al día 0.
y xSobrepotencial In rr xy x2
(mV) cortensidad de Log Ico
riente (μa/cm2)0.489 -0.31110 -3.107 0.097
20 0.466 -0.332 -6.632 0.11030 0.298 -0.526 -15.774 0.276
Totales 60 -1.168 -25.513 0.483
b= -76.451a= -9.767
η= a+b ln i
log io = -a/b = -0.128io(μA/cm2)= 0.745
io prom. día 0= 0.838 (μΑ/cm2)Varianza= 0.088
Desv. standard= 0.297
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
0
10
20
30
40
-0.311 -0.332 -0.526
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al (m
V)
Serie1
84
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 0
PRO
Ti
BETA Nº2
empo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV0 1.320 0.127 0.255 20 2.809 0.270 0.5431 0.617 0.162 0.212 20 1.313 0.345 0.4512 0.440 0.161 0.234 20 0.936 0.343 0.4983 0.420 0.184 0.192 20 0.894 0.391 0.4094 0.383 0.137 0.196 20 0.815 0.291 0.4175 0.352 0.155 0.178 20 0.749 0.330 0.3796 0.325 0.173 0.206 20 0.691 0.368 0.4387 0.299 0.143 0.178 20 0.636 0.304 0.3798 0.275 0.149 0.202 20 0.585 0.317 0.4309 0.256 0.158 0.171 20 0.545 0.336 0.36410 0.274 0.145 0.198 20 0.583 0.309 0.42111 0.283 0.150 0.200 20 0.602 0.319 0.42612 0.240 0.151 0.156 20 0.511 0.321 0.33213 0.246 0.134 0.172 20 0.523 0.285 0.36614 0.234 0.138 0.149 20 0.498 0.294 0.31715 0.225 0.130 0.176 20 0.479 0.277 0.374
(
romedio= 0.377P
Tabla 9. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº2 al día 0
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 0.479 -0.320 -3.197 0.10220 0.277 -0.558 -11.150 0.31130 0.374 -0.427 -12.814 0.182
Totales 60 -1.304 -27.161 0.595
b= -37.872a= 3.534
η= a+b ln i
log io = -a/b = 0.093io(μA/cm2)= 1.240
io prom. día 0= 0.838 (μa/cm2)Varianza= 0.088
Desv. standard= 0.297
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
010203040
-0.320 -0.558 -0.427
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al
(mV) Serie1
Figura 64. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta Nº2 al día 0.
85
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 0
PROBETA Nº3
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.530 0.154 0.240 20 1.128 0.328 0.5111 0.520 0.188 0.230 20 1.106 0.400 0.4892 0.396 0.158 0.221 20 0.843 0.336 0.4703 0.392 0.169 0.180 20 0.834 0.360 0.3834 0.380 0.139 0.142 20 0.809 0.296 0.3025 0.287 0.169 0.185 20 0.611 0.360 0.3946 0.224 0.147 0.200 20 0.477 0.313 0.4267 0.223 0.151 0.170 20 0.474 0.321 0.3628 0.257 0.065 0.201 20 0.547 0.138 0.4289 0.269 0.139 0.176 20 0.572 0.296 0.37410 0.295 0.216 0.210 20 0.628 0.460 0.44711 0.260 0.207 0.196 20 0.553 0.440 0.41712 0.255 0.040 0.138 20 0.543 0.085 0.29413 0.215 0.102 0.124 20 0.457 0.217 0.26414 0.201 0.099 0.145 20 0.428 0.211 0.30915 0.201 0.150 0.155 20 0.428 0.319 0.330
Promedio= 0.359
Tabla 10. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº3 al día 0.
igura 65. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta Nº3 al día 0.
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 0.428 -0.369 -3.686 0.13620 0.319 -0.496 -9.924 0.24630 0.330 -0.481 -14.445 0.232
Totales 60 -1.346 -28.054 0.614
b= -115.765a= -31.950
η= a+b ln i
log io = -a/b = -0.276io(μA/cm2)= 0.530
io prom. día 0= 0.838 (μa/cm2)Varianza= 0.088
Desv. standard= 0.297
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
0
10
20
30
40
-0.369 -0.496 -0.481
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al (m
V)
Serie1
F
86
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 15
PROBETA Nº4
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 1.625 1.180 0.780 20 3.457 2.511 1.6601 1.451 1.158 0.899 20 3.087 2.464 1.9132 1.232 1.120 0.892 20 2.621 2.383 1.8983 1.175 1.118 0.900 20 2.500 2.379 1.9154 1.127 1.115 0.900 20 2.398 2.372 1.9155 1.070 1.113 0.904 20 2.277 2.368 1.9236 1.030 1.116 0.904 20 2.191 2.374 1.9237 1.022 1.112 0.902 20 2.174 2.366 1.9198 1.006 1.114 0.902 20 2.140 2.370 1.9199 0.997 1.112 0.907 20 2.121 2.366 1.93010 0.988 1.102 0.903 20 2.102 2.345 1.92111 0.982 1.105 0.906 20 2.089 2.351 1.92812 0.980 1.108 0.902 20 2.085 2.357 1.91913 0.977 1.104 0.902 20 2.079 2.349 1.91914 0.978 1.100 0.900 20 2.081 2.340 1.91515 0.980 1.097 0.897 20 2.085 2.334 1.909
Promedio= 2.109
Tabla 11. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº4 al día 15.
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 2.085 0.319 3.191 0.10220 2.334 0.368 7.362 0.13530 1.909 0.281 8.424 0.079
Totales 60 0.968 18.977 0.316
b= -100.020a= 52.273
η= a+b ln i
log io = -a/b = 0.523io(μA/cm2)= 3.331
io prom. día 15= 1.817 (μa/cm2)Varianza= 2.230
Desv. standard= 1.493
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
010203040
0.319 0.368 0.281
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al
(mV) Serie1
87
Figura 66. Gráfico de la Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta Nº4 al día 15
Tabla 12. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº5 al día 15
Figura 67. Gráfico de Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado para probeta 5 al día 15.
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 15
PROBETA Nº5
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 2.190 1.413 1.215 20 4.660 3.006 2.5851 1.800 1.376 1.252 20 3.830 2.928 2.6642 1.662 1.373 1.266 20 3.536 2.921 2.6943 1.555 1.371 1.274 20 3.309 2.917 2.7114 1.492 1.372 1.282 20 3.174 2.919 2.7285 1.438 1.374 1.287 20 3.060 2.923 2.7386 1.400 1.380 1.293 20 2.979 2.936 2.7517 1.361 1.386 1.297 20 2.896 2.949 2.7608 1.334 1.386 1.300 20 2.838 2.949 2.7669 1.319 1.390 1.307 20 2.806 2.957 2.78110 1.304 1.395 1.309 20 2.774 2.968 2.78511 1.293 1.398 1.313 20 2.751 2.974 2.79412 1.283 1.406 1.316 20 2.730 2.991 2.80013 1.278 1.413 1.319 20 2.719 3.006 2.80614 1.274 1.414 1.321 20 2.711 3.009 2.81115 1.274 1.418 1.324 20 2.711 3.017 2.817
Promedio= 2.848
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 2.711 0.433 4.331 0.18820 3.017 0.480 9.592 0.23030 2.817 0.450 13.494 0.202
Totales 60 1.362 27.416 0.620
b= 150.426a= -48.318
η= a+b ln i
log io = -a/b = 0.321io(μA/cm2)= 2.095
io prom. día 15= 1.817 (μa/cm2)Varianza= 2.230
Desv. standard= 1.493
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
010203040
0.433 0.480 0.450Sobr
epot
enci
al (m
V)
Serie1
Log Icorr (μA/cm2)
88
Tabla 13. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº6 al día 15
igura 68. Gráfico de la Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta 6 al día 15.
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 15
PROBETA Nº6
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.009 0.009 0.008 20 0.019 0.019 0.0171 0.009 0.009 0.008 20 0.019 0.019 0.0172 0.017 0.009 0.008 20 0.036 0.019 0.0173 0.015 0.009 0.008 20 0.032 0.019 0.0174 0.013 0.009 0.007 20 0.028 0.019 0.0155 0.012 0.008 0.007 20 0.026 0.017 0.0156 0.012 0.008 0.007 20 0.026 0.017 0.0157 0.011 0.008 0.007 20 0.023 0.017 0.0158 0.011 0.008 0.007 20 0.023 0.017 0.0159 0.010 0.008 0.007 20 0.021 0.017 0.01510 0.010 0.008 0.007 20 0.021 0.017 0.01511 0.010 0.008 0.007 20 0.021 0.017 0.01512 0.009 0.008 0.007 20 0.019 0.017 0.01513 0.009 0.008 0.007 20 0.019 0.017 0.01514 0.009 0.008 0.006 20 0.019 0.017 0.01315 0.009 0.008 0.006 20 0.019 0.017 0.013
Promedio= 0.016
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 0.019 -1.721 -17.212 2.96320 0.017 -1.770 -35.391 3.13130 0.013 -1.886 -56.582 3.557
Totales 60 -5.377 -109.185 9.651
b= -114.799a= -185.752
η= a+b ln i
log io = -a/b = -1.618io(μA/cm2)= 0.024
io prom. día 15= 1.817 (μa/cm2)Varianza= 2.230
Desv. standard= 1.493
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
010203040
-1.721 -1.770 -1.886
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al
(mV) Serie1
F
89
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 30
PROBETA Nº7
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.056 0.015 0.012 20 0.119 0.032 0.0261 0.041 0.013 0.012 20 0.087 0.028 0.0262 0.032 0.013 0.011 20 0.068 0.028 0.0233 0.025 0.013 0.011 20 0.053 0.028 0.0234 0.021 0.013 0.011 20 0.045 0.028 0.0235 0.021 0.013 0.012 20 0.045 0.028 0.0266 0.021 0.013 0.012 20 0.045 0.028 0.0267 0.020 0.012 0.011 20 0.043 0.026 0.0238 0.018 0.012 0.011 20 0.038 0.026 0.0239 0.017 0.012 0.011 20 0.036 0.026 0.02310 0.016 0.012 0.010 20 0.034 0.026 0.02111 0.016 0.012 0.010 20 0.034 0.026 0.02112 0.016 0.011 0.010 20 0.034 0.023 0.02113 0.015 0.011 0.010 20 0.032 0.023 0.02114 0.015 0.011 0.010 20 0.032 0.023 0.02115 0.014 0.011 0.010 20 0.030 0.023 0.021
Promedio= 0.025
Tabla 14. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº7 al día 30
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 0.030 -1.523 -15.229 2.31920 0.023 -1.638 -32.765 2.68430 0.021 -1.678 -50.333 2.815
Totales 60 -4.839 -98.328 7.818
b= -119.550a= -172.832
log io = -a/b = -1.446io(μA/cm2)= 0.036
io prom. día 30= 1.436 (μa/cm2)Varianza= 3.936
Desv. standard= 1.984
η= a+b ln i
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
010203040
-1.523 -1.638 -1.678
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al
(mV) Serie1
Figura 69. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta 7 al día 30.
90
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 30
PROBETA Nº8
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.014 1.475 1.335 20 0.030 3.138 2.8401 0.012 1.410 1.356 20 0.026 3.000 2.8852 2.658 1.340 1.347 20 5.655 2.851 2.8663 2.590 1.315 1.383 20 5.511 2.798 2.9434 2.594 1.380 1.294 20 5.519 2.936 2.7535 2.552 1.299 1.290 20 5.430 2.764 2.7456 2.446 1.261 1.327 20 5.204 2.683 2.8237 2.359 1.269 1.355 20 5.019 2.700 2.8838 2.302 1.281 1.361 20 4.898 2.726 2.8969 2.235 1.289 1.353 20 4.755 2.743 2.87910 2.163 1.286 1.341 20 4.602 2.736 2.85311 1.789 1.284 1.294 20 3.806 2.732 2.75312 1.654 1.293 1.339 20 3.519 2.751 2.84913 1.559 1.294 1.324 20 3.317 2.753 2.81714 1.448 1.324 1.341 20 3.081 2.817 2.85315 1.420 1.229 1.347 20 3.021 2.615 2.866
Promedio= 2.834
91
Figura 70. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta 8 al día 30.
Tabla 15. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº8 al día 30
y x
Sobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2(mV) corriente (μa/cm2)10 3.021 0.480 4.802 0.23120 2.615 0.417 8.349 0.17430 2.866 0.457 13.718 0.209
Totales 60 1.355 26.869 0.614
b= -113.685a= 71.344
η= a+b ln i
log io = -a/b = 0.628io(μA/cm2)= 4.242
io prom. día 30= 1.436 (μa/cm2)Varianza= 3.936
Desv. standard= 1.984
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
0
1020
30
40
0.480 0.417 0.457
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al
(mV) Serie1
Tabla 16. Medidas de Intensidad de corriente para la probeta Nº9 al día 30
Figura 71. Gráfico Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado de la probeta 9 al día 30.
INTENSIDAD DE CORROSIÓN AL DÍA 30
PROBETA Nº9
Tiempo POTENCIAL (Volt) FACTOR Intensidad (μA/cm2)(min) 10 mV 20 mV 30 mV (µA) 10 mV 20 mV 30 mV
0 0.070 0.013 0.009 20 0.149 0.028 0.0191 0.044 0.012 0.008 20 0.094 0.026 0.0172 0.035 0.011 0.008 20 0.074 0.023 0.0173 0.027 0.011 0.008 20 0.057 0.023 0.0174 0.024 0.010 0.008 20 0.051 0.021 0.0175 0.019 0.010 0.008 20 0.040 0.021 0.0176 0.018 0.009 0.008 20 0.038 0.019 0.0177 0.017 0.009 0.007 20 0.036 0.019 0.0158 0.016 0.009 0.007 20 0.034 0.019 0.0159 0.015 0.009 0.007 20 0.032 0.019 0.01510 0.014 0.008 0.007 20 0.030 0.017 0.01511 0.013 0.008 0.007 20 0.028 0.017 0.01512 0.012 0.008 0.007 20 0.026 0.017 0.01513 0.012 0.008 0.007 20 0.026 0.017 0.01514 0.011 0.008 0.007 20 0.023 0.017 0.01515 0.011 0.007 0.007 20 0.023 0.015 0.015
Promedio= 0.018
y xSobrepotencial Intensidad de Log Icorr xy x2
(mV) corriente (μa/cm2)10 0.023 -1.638 -16.383 2.68420 0.015 -1.824 -36.478 3.32730 0.015 -1.824 -54.717 3.327
Totales 60 -5.286 -107.578 9.337
b= -80.803a= -122.377
η= a+b ln i
log io = -a/b = -1.515io(μA/cm2)= 0.031
io prom. día 30= 1.436 (μa/cm2)Varianza= 3.936
Desv. standard= 1.984
Intensidad de corriente v/s Potencial aplicado
0
1020
30
40
-1.638 -1.824 -1.824
Log Icorr (μA/cm2)
Sobr
epot
enci
al (m
V)
Serie1
92