corrosión civil 3

7/23/2019 Corrosin Civil 3

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ARTICULO

5405EVALUACIN DE LAS MEZCLAS DE CONCRETO DISEADAS POR VENEZUELA

PARA EL PROYECTO INTERNACIONAL DURACON, MEDIANTE ENSAYOSACELERADOS

Anzola Emi lia, kissner Miguel, Perdomo Solangel, Anzola Fel imar, MjicaGabriela, Malav Rosa, Bolognini Humberto

Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado. Decanato de ingeniera civilAvenida Las Salle con Avenida Las Industrias

Barquisimeto-Venezuela

Rincn Oladis, Snchez MiguelCentro de Estudios de Corrosin. Universidad del Zulia.

Avenida GuajiraMaracaibo Venezuela

RESUMEN

Este trabajo tiene como finalidad evaluar las mezclas de concreto diseadas porVenezuela para el proyecto internacional DURACON, mediante ensayos acelerados.Para la evaluacin se elaboraron 12 probetas, siguiendo las instrucciones del proyecto,

de dimensiones 15x15x30 cm., seis con un concreto de 0.65 de relacin agua/cementoy seis de 0,45. De cada seis probetas se disearon tres sin acero de refuerzo y tres conaceros de refuerzo colocados con diferentes recubrimientos: 1.5, 2.0 y 3.0 cm. Todaslas probetas fueron colocadas en una cmara de niebla salina, que simul el ambientemarino en forma acelerada. La exposicin se realiz con ciclos de 8 hrs. de exposicin y16 hrs. de aireacin, diariamente, por cinco das a la semana, durante 1080 hrs. Para elestudio se realizaron ensayos de control en el concreto a los 28 y 90 das de resistenciaa la compresin y a la traccin, resistividad, porosidad y sorcin capilar. A las probetasarmadas se le realizaron ensayos de potenciales elctricos y velocidad de corrosin conun corrosimetro GECOR 6.0, semanalmente y a las probetas sin armaduras seutilizaron para efectuar un perfil de cloruros al final de la exposicin, extrayendo

muestras a tres profundidades 1.0, 2.0 y 3.0. Del anlisis de los resultados se puededecir que el concreto preparado es de alta absorcin capilar y porosidad tanto el de0,45 como el de 0.65, en cuanto a la evaluacin electroqumica realizada se comprobque el recubrimiento del acero juega un papel muy importante en la proteccin del aceroy ms aun si va acompaado de una relacin agua/cemento baja, con respecto alcontenido de cloruros libres mnimo suficientes para despasivar el acero se estima entre0.2 y 0.4 %.


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INTRODUCCIN

Concientes de los problemas que acarrea la corrosin, sus dificultades de solucin y laausencia de trabajos normalizados, la Red DURAR, (Durabilidad de la Armaduras),

dentro del contexto del Sub Programa XV:Corrosin e Impacto Ambiental Sobre losMateriales del programa CYTED (Programa de la Ciencia y Tecnologa para elDesarrollo), se organiz un grupo de investigadores Iberoamericanos, que lleva pornombre: DURACON Influencia de la accin del medio ambiente en la durabilidad delconcreto, conformado por especialistas de Argentina, Brasil, Chile, Colombia, Cuba,Espaa, Mxico, Per Portugal y Venezuela, donde se plantea la posibilidad decaracterizar la durabilidad de concretos expuestos en condiciones ambientalesdiferentes.

Venezuela se une a este grupo con la responsabilidad de estudiar la accin de cuatrotipos de ambientes en el pas, adems de efectuar ensayos acelerados que en cortoplazo, pueden dar informacin sobre la durabilidad de los concretos seleccionados. LaUniversidad Centroccidental Lisandro Alvarado U.C.L.A., como integrante de estegrupo, tiene bajo su responsabilidad, estudios en dos estaciones en ambientesnaturales ubicados en Tarabana, Municipio Palavecino del Estado Lara (AmbienteUrbano) y Base Naval de Puerto Cabello, Municipio Puerto Cabello del EstadoCarabobo (Ambiente Marino) propuso la realizacin de ensayos acelerados, pararealizar una evaluacin de mezclas de concreto con relaciones a/c diferentes y distintosespesores de recubrimiento, diseadas por el Proyecto DURACON, mediante ensayosacelerados en ambiente marino simulado, contribuyendo con estos, aportando resultadopreliminares sobre el comportamiento de las probetas, generando recomendacionesiniciales acerca de concretos durables.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Diseo de la Probeta

Se elaboraron probetas rectangulares de Concreto armado con dimensiones de 15 cm x15 cm x 30 cm., los materiales utilizados fueron: Cemento Prtland Tipo I, rido Silceotriturado de 13 mm de dimetro, provenientes del Estado Zulia, arena cuarzosa,Relaciones a/c de 0.45 y 0.65, aditivo plastificante para la relacin a/c 0.45, encofradometlico y acero de refuerzo de Dimetro =3/8 Pulg ( 0,95 cm) de 50 cm de longitud,segn especificaciones del Proyecto Internacional DURACON. Con la finalidad decontrolar la difusin de iones cloruros en las probetas, se les aplic una capa de pinturaepxica en las caras superiores e inferiores para las probetas armadas y en las carassuperiores, inferiores y laterales de menor dimensin, para las probetas sin armar con elacero de refuerzo.


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Ambiente de Exposicin:

Las probetas fueron expuestas en la cmara niebla salina para ensayos acelerados quesimula el ambiente marino acelerado al 5% de cloruro de sodio, con ciclos diarios de

exposicin y aireamiento de 8 y 12 horas respectivamente. Para un total de 1080 hrs deexposicin.

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Resistencia a la Compresin

Esta evaluacin se realizo a los 28 y 90 das de acuerdo a las especificaciones de laNorma ASTM C39 mediante un ensayo destructivo a compresin empleando moldescilndricos de 15 cm de dimetro y 30 cm de altura.

Resistencia a la Traccin

Este ensayo se realizo siguiendo lo descrito en la Norma ASTM C 496.

Resistividad Elctrica

La resistividad elctrica es una propiedad de cada material y corresponde al reciprocode su conductividad; su unidad de medida es el Kohm.cm. Depende en gran proporcindel grado de saturacin de los poros del concreto. Es funcin de variables tales como eltipo de cemento, la relacin agua/cemento y la porosidad entre otras.

Este ensayo se realizo siguiendo las especificaciones de la Norma G 57-84, utilizandoun medidor de resistividad elctrica RESI, basado en el mtodo de los cuatro pines oMtodo de Wenner dichas mediciones fueron tomadas garantizando una buenasaturacin de los elementos adems de un buen contacto del instrumento y elespcimen, teniendo cuidado de que los puntos de medicin no coincidiesen con elacero.

Porosidad

La porosidad de un concreto se define como los espacios vacos que quedan en su

interior a consecuencia de la evaporacin del agua excedente de amasado y del aireatrapado durante su manipulacin. El valor de porosidad puede aportar indicacionessobre la calidad del concreto y puede ser un ndice directo de su permeabilidad. Elensayo consiste en tomar al espcimen o probeta y secarlo a 105 C por 24 horas ohasta peso constante, posteriormente se sumerge totalmente en agua durante 24 horas,al cabo de ese tiempo se registra su peso (saturado de agua) y sumergido, ste ltimose determina con ayuda de una balanza hidrosttica.


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La porosidad total se expresa en porcentaje aplicando la siguiente ecuacin:% Porosidad Total = Wsaturado - W105C (I)

Wsaturado WsumergidoDonde:

Wsaturado= peso de la muestra saturadaWsumergido= peso de la muestra sumergida en agua.W105C= Peso de la muestra secada a 105 C

El ensayo se realiz siguiendo la Norma ASTM C642-90.

Sorcion Capilar

Este ensayo se realiza luego de un pre-acondicionamiento de secado a 50C por 48horas (hasta peso constante) y posterior enfriamiento en desecador. Luego de registrarsu peso inicial, Wo, la muestra es colocada sobre una esponja hmeda en el interior deuna cubeta de fondo plano, teniendo cuidado de que el nivel del agua slo llegue a 3mm por encima de la parte inferior de la probeta de ensayo. Luego se cubri conparafina las reas laterales curvas de la probeta y a lo largo del ensayo mantuvocubierto el recipiente para evitar evaporacin. El cambio de peso (Wt - Wo) de laprobeta por unidad de rea expuesta del espcimen se registra a intervalos de tiempode 1/12, 1/6, 1/4, 1/2, 1, 2, 3, 4, 6, 24, 48 horas.

La absorcin capilar se determino mediante la siguiente ecuacin:

S = 1 / m (mm / h1/2) o (m / s1/2) (II)

Evaluacin Electroquimica

Potenciales de Corrosin

Este ensayo fue realizado semanalmente, con el multmetro digital WAVETEK DM27XTy electrodo de referencia de Cu/CuSO4siguiendo lo establecido en la norma ASTM C-876-87. Las probetas son humedecidas por un lapso de media hora previo al ensayo afin de garantizar la misma condicin para todos los especimenes.

Velocidades de Corrosin.

Se determin utilizando el corrosmetro GECOR 6 modelo LG-ECM0, el cual mide lamagnitud de la intensidad de corrosin (icorr), que refleja la velocidad a la cual laarmadura pierde seccin. Este equipo aplica a la armadura una perturbacin elctricade pequea amplitud, obteniendo la Resistencia ala polarizacin Rp.


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La velocidad de corrosin (icorr) se define como la prdida de metal por unidad desuperficie y tiempo.El equipo aplica a la armadura una seal elctrica de pequea amplitud, obteniendo laResistencia a la Polarizacin "R" mediante el cociente entre la variacin del potencial yde la intensidad. La velocidad o intensidad de corrosin "icorr" est relacionada con

dicha resistencia a travs de la ley de Stern y Geary I = B / R, siendo B un valorconstante para el Gecor 6 de 26 mV.

Para ello se utilizar una expresin matemtica que calcula la velocidad de corrosin,como se define a continuacin:

icorr = B / Rp (III)Donde:icorr = Velocidad de Corrosin (A / cm2)B = Constante (26 mV - 53 mV)Rp = Resistencia a la Polarizacin en* cm2.

Penetracin de Cloruros.

Este ensayo se realiz de acuerdo a la Norma ASTM D- 1411, a fin de determinarcuantitativamente la cantidad de cloruros que penetraron a travs del concreto al finaldel tiempo de exposicin, para lo cual se cortaron rodajas de 1 cm., de espesor,ubicadas a 1,2 y 3 cm., del borde no revestido de las probetas, con una cortadora apresin, diseadaespecialmente para el proyecto.La cortadora es de disco, para cortaren seco y as evitar que se laven los iones de Cloruros.

Para la determinacin de iones cloruros en las muestras se emple el mtodo detitulacin potenciomtrica, los datos de las determinaciones del contenido de cloruroobtenidas a travs de las titulaciones con el Titrino 716 DMS, en partes por milln(ppm).

ANLISIS DE LOS RESULTADOS

Evaluacin Mecnica

En base a la durabilidad, el valor de la resistencia mecnica por si solo no es indicativode la durabilidad del concreto. Sin embargo, en general, se aceptan que concretos deelevada resistencia (>45 Mpa) se consideran durables y que concretos por debajo de 20Mpa son de baja durabilidad. Los resultados obtenidos indican valores de 27 Mpa y 31Mpa para las probetas de relacin a/c de 0.65 para los 28 y 90 das respectivamente, yde 34 Mpa y 40 MP para la relacin a/c de 0.45, lo cual expresa segn los criteriossealados moderada durabilidad de la mezcla frente al deterioro por corrosin.


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Resistividad Elctrica

Siguiendo el criterio de evaluacin descrito en por la Red DURAR-CYTED, donde seestablece que para valores de > 200 K*cm existe poco riesgo de corrosin, para200 K*cm > > 10 K*cm el riesgo se considera moderado y para < 10 K*cm un

alto riesgo, los resultados obtenidos indican resistividades menores de 10 K*cm loque expresa un alto riesgo de deterioro por corrosin.

Porosidad

La porosidad es una propiedad del concreto que puede aportar indicaciones sobre lacalidad del concreto y puede ser un ndice directo de su permeabilidad. Los criterios devaloracin utilizados segn DURAR sealan que para porcentajes de porosidad menoro iguales a 10 el concreto se cataloga de buena calidad, para valores entre 10% y 15 %el concreto se considera de moderada calidad y valores superiores a 15% indica unconcreto de durabilidad inadecuada. Los resultados obtenidos para la relacin a/c 0.65

es de 19 % y 15 % para la relacin a/c 0.45, indicando durabilidad inadecuada segnlos criterios establecidos.

Sorcion Capilar

La absorcin capilar se considera como la masa de agua por unidad de rea que puedeser absorbida en los capilares cuando el concreto se encuentra en contacto con el agualiquida.

Segn el criterio de evaluacin establecido en el DURAR, en ambientes agresivos el

valor mximo aceptado es del orden de los 3 mm/ h

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para espesores de recubrimientosde 3 cm, al aumentar el recubrimiento, la sorcion capilar podr modificarseproporcionalmente. Comparando el valor recomendado con los resultados obtenidos seobservaron valores de sorcion capilar superiores a 3 mm/ h1/2 lo que expresa unconcreto inadecuado para ambientes severos.

Evaluacin Electroqumica

Potenciales de Corrosin

Las medidas de potenciales ofrecen informacin sobre la posibilidad de corrosin en elacero de refuerzo de una determinada estructura. En la Figura 1 se muestran lospotenciales del promedio de las probetas empleadas para la evaluacin delcomportamiento de los espesores estudiados, con relacin a/c 0.45. Todos losespesores de recubrimiento superaron la barrera de la zona pasiva prcticamente almismo tiempo. Las Probetas que llegan a superar los -350 mV y pasar a la zona activason las de espesor 1.5 cm., a las 480 horas, las de 2.0 cm., a las 640 horas y las de 3.0cm., a las 600 horas. Al final de la exposicin, los valores de potenciales disminuyeron


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para los tres recubrimientos, el de 1.5 cm., se mantuvo en la zona activa, el de 2.0 cm.,lleg al lmite inferior de esta zona, sin embargo para el espesor de 3.0 cm., los valoresde potenciales bajaron hasta ubicarse en la zona de incertidumbre, aun cuando en lasltimas horas tendieron al aumento de los valores negativos. En la Figura 2 se muestranpotenciales para la relacin a/c 0.65 y los tres espesores, se nota que es el espesor de

1.5 cm., la que supera al inicio el estado pasivo, mientras que los espesores de 2.0cm.,y 3.0 cm., los hacen a partir de las 200 horas de exposicin aproximadamente. Elestado activo los alcanza primero las probetas de espesor 1.5cm., seguido de losespesores de 2.0cm., y 3.0 cm. Al final de la exposicin (1080 horas), se observa quetodas las probetas presentan una alta probabilidad de corrosin y que la tendenciaanterior se mantiene, es decir valores cada vez ms negativos para 1.5cm., seguidos de2.0 cm., siendo el ltimo el de 3.0 cm.

Velocidades de Corrosin.

La velocidad o intensidad de corrosin (icorr) permite determinar la velocidad a la cualla armadura pierde seccin, por corrosin de la misma. Los criterios de valoracinutilizados son los de DURAR CYTED (1998), y son los siguientes para valores de icorr(A/cm2) inferior a 0.1 el nivel de corrosin es despreciable, valores entre 0.1 y 0.2A/cm2 se consideras corrosin baja, entre 0.2 y 0.5 corrosin moderada y para valoressuperiores a 1 A/cm2 el nivel de corrosin es elevada. En la Figura 3 se muestranvelocidades promedio de las probetas para la evacuacin del comportamiento de losdiferentes espesores de recubrimiento y relacin a/c 0.45. Para el tiempo de exposicinen la cmara, se puede observar que el espesor de 1.5cm., presenta aumentoprogresivo, llegando a 0.1 A/cm2 a las 280 horas, los aceros con 2.0cm., lo hicieronalas 600 horas mientras de los de 3.0 cm., a las 680 horas. Solo Las probetas conespesor de 1.5 cm., fueron las que superaron las velocidades de 1 A/cm2 a las 760

horas. A pesar que todas las velocidades fueron altas es innegable lo fundamental quees el recubrimiento frente al ambiente agresivo y an mejor si lo acompaa una relacina/c baja. En la Figura 4 se muestra el desarrollo de las velocidades de corrosin en eltiempo para las probetas con relacin a/c 0.6 y todos los espesores de recubrimientoslas de espesor 1.5cm., presentan aumento acelerado, lo que evidencia un elevado nivelde corrosin, en tanto las de 2.0cm., muestran incremento hasta llegar a valores de 1A/cm2 en la ltima medicin a las 1080 horas. Las probetas con 3 cm., derecubrimiento alcanzan los 0.1 A/cm2 posterior a los otros recubrimientos y supera los0.5 A/cm2 a las 1040 horas, pero no alcanza llegar a 1 A/cm2.

Penetracin de Cloruros

Una vez determinados el porcentaje de cloruros libres en base a peso de cemento seprocedi a comparar el avance del Ion cloruro, estableciendo para cada relacin a/c atres profundidades 1 cm, 2 cm y 3 cm. En la tabla 1 se muestran los resultadospromedios obtenidos.


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De la tabla 1 se evidencia la disminucin del % de cloruros en la matriz del concreto amedida que aumenta la profundidad de este, lo cual se corresponde con elcomportamiento esperado, para este fenmeno.

Para determinar si la cantidad de cloruros libres, estn presentes en cantidad suficiente

para despasivar el acero, se tomaron como criterios de valoracin los estimados porAlonso, Castro y otros (2000), los cuales indican que los umbrales de cloruros estn enun rango comprendido entre 0.39 % y 1.16% de cloruros en base a peso de cemento.Como puede observarse en la tabla 1, a la mayor profundidad el % de cloruros no llegaal mnimo propuesto por los referidos autores para despasivar la armadura de refuerzo,sin embargo, la evaluacin electroqumica indica que existe un alto nivel de corrosin, aexcepcin de las probetas de relacin a/c de 0.45 y 3 cm. de recubrimiento. Esto hacepensar que en nuestros materiales y clima, estos valores de umbral de cloruros puedenser menores.

CONCLUSIONES

Luego del estudio realizado, se puede concluir lo siguiente:

1. Una vez analizados los resultados electroqumicos se concluye que losespesores de recubrimientos juegan un papel importante en la proteccin delacero. A menor recubrimiento se observa un ataque ms inmediato de losagentes agresivos, mientras que a medida que se incrementa la despasivacindel acero es ms lenta.

2. De los resultado obtenidos se pude concluir que la menor relacin a/c ejerce unainfluencia importante en la proteccin de la armadura, siempre que el espesor derecubrimiento sea mayor.

3. Segn los resultados, se observa que el acero de refuerzo esta activo en todoslos casos, a pesar de que los % de cloruros libres en base a peso de cementoestn por debajo de la referencia empleada. Esto hace suponer que los umbralesde cloruros libres para despasivar el acero de refuerzo en un ambiente tropicalcomo el de Venezuela pueden ser menores que los citados, como referencia.

AGRADECIMIENTOSSe agradece la subvencin y apoyo logstico para la ejecucin de este trabajo alConsejo de Desarrollo Cientfico, Humanstico y Tecnolgico (CDCHT) y al Decanato deIngeniera Civil de la Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado (UCLA).


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

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Potenc iales de Corrosin a/c 0.45

0

100

200

300

400

500

600

700

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo(horas)

PotencialCu/CuSo4(m

V)

Espesor 1.5 cm Espesor 2 cm. Espesor 3 cm. Figura 1.Potenciales de Corrosin para las probetas con relacin a/c 0.45 y diferentes

espesores de recubrimientos.

Potenciales de Corrosin a/c 0.65

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

0 500 1000 1500

Tiempo ( horas)

Potenciales

Cu/CuSo4(mV)

Espesor 1.5 cm. Espesor 2 cm. Espesor 3 cm.

Figura 2.Potenciales de Corrosin para las probetas con relacin a/c 0.65 y diferentesespesores de recubrimientos.


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Velocidad de Corros ion a/c 0.45

0

0.5

1

1.5

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (Horas)

Icorr(uA/c

m2)

Espesor 1.5 cm Espesor 2 cm. Espesor 3 cm.

Figura 3.Velocidades de Corrosin para las probetas con relacin a/c 0.45 y diferentes


Velocidad de Corros in a/c 0.65

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 200 400 600 800 1000 1200

Tiempo (Horas)

Icorr(uA/cm2)

Espesor 1.5 cm. Espesor 2 cm. Espesor 3 cm.

Figura 4.Velocidades de Corrosin para las probetas con relacin a/c 0.65 y diferentes


Profundidad (cm)

0-1 1-2 2-3a/c 0,45 0.28 0.23 0.15

a/c

a/c 0,65 0.33 0.32 0.23

Tabla 1.Penetracin de Cloruros promedio en % a base de peso de cemento

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