Corrosión en suelosRevisión bibliográfica

Franky Esteban Bedoya Lora*

1. IntroducciónExiste mucha bibliografía sobre los procesos de corro-

sión en estructuras enterradas. Extensos estudios se hanrealizado desde hace mas de 30 años como los reportadospor Romanoff [1] en los cuales se expusieron cerca de37.000 probetas a 97 tipos de suelo diferentes durante17 años. Organizaciones para la creación de ensayosestándar como la ASTM han desarrollado métodosque contribuyen a la interpretación de los procesos decorrosión en suelos.

¿A que se debe esta gran cantidad de bibliografía? Larespuesta es sencilla. Miles de kilómetros de estructu-ras enterradas usadas principalmente para el transportede agua, gas natural, petróleo e hidrocarburos refinados,siguen siendo el mejor método para su comercio y distri-bución. En la tabla 1 se reportan las extensiones aproxi-madas de tuberías enterradas:

Lugar(Uso) Extensión (km)Canadá 580.000EE.UU (Gas natural) 2.000.000EE.UU (Petróleo) 280.000

Tabla 1: Cantidad de estructuras enterradas en EE.UU y Canadá

El uso de tanques para almacenamiento se ha exten-dido debido al continuo crecimiento de la industria pe-trolera y química, por esto se ha hecho necesario el usode almacenamiento bajo tierra principalmente por los si-guientes motivos:

Los peligros de incendios son reducidos cuando lostanques se encuentran enterrados en tierra inerte.

No ocupan espacio abierto que puede ser usado paraotros propósitos.

Reducen la contaminación visual que generan losgrandes tanques.

Antes de 1960 los tanques se construían tradicional-mente en acero, sin embargo después de esa década

*Autor responsable: Universidad de Antioquia, Grupo de Co-rrosión y Protección, e-mail: franky.bedoya@udea.edu.co

los tanques de plásticos reforzados con fibra de vidriohicieron su aparición, y su uso se hizo popular a partir de1980, actualmente se han vuelto casi obligatorios debidoa regulaciones y normas de seguridad. Finalmente lostanques de plásticos reforzados con fibra de vidrio sevolvieron de uso común y por lo tanto el deteriorode estas estructuras ya no recibe tanta atención, sinembargo Cheremisinoff el al. [2] describen en detallelos mecanismos de corrosión que se pueden presentaren tanques enterrados fabricados en acero, y ademásrealizan un comparativo respecto a tanques fabricadoscon fibra de vidrio.

Es fácil notar que el mantenimiento y reemplazo detoda esta infraestructura requiere grandes cantidades deesfuerzo y dinero, por esto al estudio del deterioro demateriales bajo suelo se le ha dada tanta importanciaen las últimas décadas.

La corrosión de estructuras enterradas es un fenómenoelectroquímico, en el cual la reacción anódica es laoxidación del metal, mientras la catódica es la reduccióndel oxígeno, para que el proceso corrosivo se prolonguees necesario que ambas reacciones se den de manerasimultánea.

Si queremos estudiar los mecanismos de corrosión ensuelos y obtener los medios para proteger las estructuras,es necesario definir que es el suelo, y que propiedadesfísicas y químicas tiene.

2. Definición de suelo

Según el Departamento de Agricultura de los EstadosUnidos, la tierra es “La colección de cuerpos naturalesocupando porciones de la superficie del planeta quesoportan las plantas y que tiene propiedades depen-dientes de efectos del clima y de la materia vivienteque actúa sobre ella, que a su vez están condicionadospor los periodos de tiempo”. En otras palabras la tierraes un sistema físico, químico y biológico, complejo ydinámico, que está en constante cambio. No hay dossuelos que sean exactamente iguales, incluso aunqueestén geográficamente cerca; además sus propiedades

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dependen mucho de factores ambientales como la lluvia,temperatura, movimiento del aire, luz solar e incluso elpaso del tiempo, que pueden causar marcadas alteracio-nes en el suelo afectando directamente las velocidades ymecanismos de corrosión en metales enterrados.

Muchos esquemas se han propuesto para clasificar lostipos de tierra, sin embargo los sistemas de estructurasenterradas pueden ser tan complejos que su definiciónsigue dependiendo enteramente de los intereses de laspersonas que estudian los efectos y propiedades de latierra en un sistema dado.

Existen suelos como los que podemos encontrar en pan-tanos, muskegs o turbas, que están compuestos princi-palmente de agua; una tierra tipo turba puede contenercerca de 95% de agua y un contenido de 17% de carbonoen base seca, en cambio existen otros tipos de tierra queprácticamente no tienen materia orgánica y que consistencasi enteramente de material inorgánico. Las tierras tipoarena tienen cerca de 0.5% de material orgánico mientrasque las tierras de pradera aproximadamente 6%. Comose puede observar esta gran cantidad de clases de suelospuede producir variados tipos o mecanismos de corrosión.

3. Propiedades del sueloEl suelo es un medio bastante heterogéneo y sus carac-

terísticas dependen bastante de la granulometría y con-centración o capacidad de difusión de especies, por estoes preciso separar sus características físicas y químicas.

3.1. Propiedades físicasLa cualidad física más importante de un suelo es su

permeabilidad, sea relativa a la humedad o al oxígeno. Lapermeabilidad depende fuertemente de la granulometríao tamaño de partícula, por ejemplo, la arena provee unabuena circulación de aire y por lo tanto provee suficienteoxígeno para producir reacciones de tipo catódico; porotro lado se puede tener suelos de tipo arcilloso que alser de una textura tan fina tienden a retener la humedadpero que proveen una pobre aireación.

Las tierras suelen clasificarse en tres grandes gruposde acuerdo a su granulometría:

Arenas gruesas: 0.07 a 2 mm

Cieno: 0.005 mm a 0.07

Arcillas: menores a 0.005 mm

Los primeros son generalmente suelos secos y bien ai-reados, con alta resistividad y poco agresivos, mientras

que los últimos suelen ser húmedos, conductores y agresi-vos desde el punto de vista de la corrosión [3]. Una clasi-ficación más detallada de los tipos de suelo se encuentraen la figura 1 [4].

Fig. 1: Clasificación de tierras según el tamaño de partícula [4]

Sin embargo nunca se encontrará un suelo compues-to enteramente por partículas del mismo tamaño, es poresta razón que además del tamaño de partícula prome-dio, también se debe tener en cuenta la distribución deltamaño de partícula, o la proporción de estos tres tiposde suelo en una misma tierra, y los perfiles granulomé-tricos que el suelo presenta según la profundidad. Otraclasificación de acuerdo a la distribución de tamaño departícula se puede observar en la figura 2 [1].

Fig. 2: Porciones de arena, cieno y arcilla en distintos grupos de suelos[1]

La permeabilidad del suelo, medida en Darcies, estáaltamente influenciada también por la distribución del

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tamaño de partícula, y es un factor importante al con-siderar los mecanismos electroquímicos que suceden enacero enterrado porque controla el flujo de líquidos o ga-ses en el suelo. La figura 3 relaciona la permeabilidad conel tamaño promedio de partícula (izquierda) y la ampli-tud de la distribución de la granulometría (derecha) [4].

Fig. 3: Variación de la permeabilidad en arena respecto al tamaño departícula promedio y granulometría [4]

Aunque no ha sido muy estudiado, el color de los sue-los puede usarse para diagnosticar la permeación de oxí-geno; un buen drenaje y temperaturas altas produce óxi-dos de Fe(III) que son de un color rojo característico.Suelos de color café o café-rojizo suelen indicar presenciade material orgánico. Colores amarillos o naranjas estánasociados con tierras ligeramente húmedas debido a lapresencia de óxidos de Fe(III) hidratados.

3.2. Propiedades químicas

Las propiedades químicas de un suelo pueden a su vezcatalogarse en dos subgrupos:

Composición química de elementos solubles en aguapresentes en el suelo.

Mineralogía y composición química de los suelos.

El primer grupo, junto con la humedad, está muy re-lacionado con la habilidad conductora del suelo, el cuales inversamente proporcional a su resistividad. El pH yla concentración de contaminantes (de origen orgánico oinorgánico) también juegan un papel fundamental en lacorrosión de estructuras enterradas. Los suelos húmedosy conductores suelen ser más agresivos que los secos yresistivos, por esto es importante clasificar los suelos enfunción de la resistividad, la cual depende fuertementede:

Sales solubles

Composición propia del terreno

Estratigrafía

Granulometría

Estado higrométrico

Temperatura

Compactación

Esta propiedad usualmente se mide con el método deWenner, este dispositivo consta de cuatro electrodos co-locados en línea recta y a una misma profundidad depenetración, las mediciones de resistividad dependeránde la distancia entre electrodos y de la resistividad delterreno, y por el contrario no dependen en forma aprecia-ble del tamaño y del material de los electrodos, aunquesí depende de la clase de contacto que se haga con latierra. Como consecuencia del paso de corriente entre loselectrodos de corriente (externos) se genera un campoeléctrico, de manera que los dos electrodos intermediosadquieren distinto potencial (ver fig. 4). Teniendo las lec-turas de voltaje, amperaje y distancia entre electrodos,la resistividad se puede calcular usando la ecuación [3]:

δ =dπ∆Ea

I

Fig. 4: Esquema del dispositivo de Wenner para medir resistividad ensuelos [3]

Existen otros métodos como el de Schlumberger, queno es más que una modificación del método de Wenner,y en el cual la distancia entre los electrodos centralespermanece constante, pero se varía la distancia de loselectrodos de corriente con múltiplos enteros de la sepa-ración de los electrodos internos.

El segundo grupo de propiedades está más relacionadocon las características que tienen ciertos suelos debido asu composición química, generalmente se suele clasificaren:

Arcillas: se pueden agrupar en cuatro grandes gru-pos según su composición química, ver tabla 2 [4].

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Arena: compuesta principalmente por silicatos.

Carbonatos: contienen cal y dolomita, aun en peque-ñas cantidad, pero suficiente para formar solucionesbuffer que ayudan a la formación de carbonatos in-solubles en la superficie de un metal protegido ca-tódicamente, produciendo una capa impermeable yprotectora.

Evaporites: son suelos que resultan de lagos u océa-nos evaporados. Tienen un alto contenido de sales,que se traduce en alta conductividad eléctrica, ace-lerando el proceso de corrosión.

Las tierras también se puede agrupar de acuerdo a losperfiles asociados a factores climáticos, entre los gruposmás comunes se tienen:

Regiones áridas: bajo contenido orgánico, y pocosminerales solubles debido a la baja precipitación.Alto contenido de sales. Algunas regiones con aguapueden actuar de manera bastante agresiva.

Climas tropicales: alto contenido de minerales solu-bles debido a la gran cantidad de lluvia. Tempera-turas cálidas tienden a aumentar la degradación derecubrimientos orgánicos.

Zonas templadas: tienen perfiles de suelos muy va-riados que dependen del régimen de lluvias.

Condiciones árticas: los ciclos de congelamiento ydescongelamiento afectan considerablemente el es-trés mecánico de las estructuras.

4. Mecanismos de corrosión ensuelos

El mecanismo de corrosión de los materiales metálicosenterrados es electroquímico, siempre y cuando exista unmínimo de humedad. La reacción anódica en estas con-diciones es la disolución del metal:

Me→Men+ + ne−

La reacción catódica cuando existe reducción por pre-sencia de oxígeno es:

O2 + 2H2O + 4e− → 4OH−

En terrenos ricos en material orgánico producidos poractividad bacteriana, la presencia de H+ puede llegara ocasionar una reducción catódica según la siguientereacción:

2H+ + 2e− → H2

5. Factores que influyen en la co-rrosión de estructuras enterra-das

Ya conocidas las propiedades que caracterizan un sue-lo, se estudiará a continuación el efecto de cada uno deestos factores en la corrosión de estructuras enterradas:

5.1. AireaciónEl efecto de la aireación se basa en la cantidad de

oxígeno y humedad que alcanzan el metal. El oxígeno alcombinarse con iones del metal forma óxidos, hidróxidosy sales. Si estos productos son solubles o removidosde la superficie del metal, la corrosión continúa. Si losproductos no son removidos forman una capa protectoraque puede llegar a reducir la corrosión. La aireacióndepende bastante de las propiedades físicas del suelo.

Los metales en tierras con bajo contenido de oxí-geno son generalmente anódicos cuando se comparan conaquellos con alto contenido de oxígeno. En general unsuelo muy bien aireado tiende a disminuir la corrosióndebido a que impide la retención de la humedad, y gene-ralmente es de forma generalizada, es decir, sobre todala superficie.

5.2. Contenido de HumedadLa cantidad de humedad presente depende tanto de la

porosidad del terreno como de las condiciones climáticas.En suelos muy húmedos, se mantiene sobre el metal unafina película de agua, y es a través de esta película pordonde tendrá lugar la difusión del oxígeno procedente dela atmósfera. Dado este fenómeno se pueden presentartres casos:

En terrenos muy húmedos la reacción anódica se des-polariza, pero la catódica se dificulta debido a que eloxígeno debe disolverse en agua para penetrar y lle-gar al metal, como en los suelos no existe convecciónforzada, el proceso está bajo control catódico.

Cuando el suelo es muy seco y no hay presencia depelícula húmeda conductora, la corrosión tiende aser nula o mínima debido al control anódico (altaresistencia).

Los terrenos agresivos son por lo tanto, aquellos quepresentan niveles intermedios de humedad.

En general, los suelos húmedos y conductores son másagresivos que los secos y resistivos. La humedad tambiénestá muy relacionada con la disponibilidad de iones, yaque estos se pueden difundir más fácilmente y disminuir

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Característica Caolín Illita Clorita MontmorillonitaOcurrencia Común Abundante Común ComúnClase estructural 2 Capas 3 capas 3 capas 3 capasTamaño de partícula (µ) 4.0-0.3 0.3-0.1 0.3-0.1 0.2-0.02Permeabilidad Alta Moderada Moderada PequeñaAbsorción de agua Leve Moderada Moderada Muy altaÁrea superficial (m2/g) 5-20 100-200 700-800Capacidad de intercambio catiónico Leve Moderado Moderado Alto(meq/100 g) 7-12 18-24 25-30 90-100

Capacidad de intercambio aniónico(meq/100 g) 7-20 4-17 5-20 20-30

Plasticidad Leve moderada Moderada Alta

Tabla 2: Propiedades de los grupos principales de arcilla mineral [4]

considerablemente la resistividad del suelo. Básicamenteexisten tres fuentes de agua:

Agua gravitacional, proveniente de las lluvias o nie-ve.

Agua capilar, la cual es retenida dentro de los capi-lares o porosidades del suelo.

Agua subterránea, resultado histórico de la acumu-lación de agua gravitacional.

Se define, entonces, la tabla de agua (water table) ocapa freática como la profundidad en donde la zona deagua saturada forma una fase continua en el suelo yno cambia su concentración con la profundidad. En lafigura 5 [4] podemos encontrar un esquema de las zo-nas de agua que normalmente se encuentran en los suelos.

En términos de corrosión, una humedad mayor a 20%puede ser potencialmente agresiva, pero puede resultarbajo la forma de corrosión uniforme. Humedades meno-res a 20% suelen generar corrosión por picadura. Esteefecto se puede explicar como resultado de aireación di-ferencial, generando gradientes de oxígeno y propiciandola formación de una pila en el suelo. Es de resaltar que, demanera similar a la aireación, existen perfiles de hume-dad en el suelo, por lo tanto la posición de la estructuraen relación con la capa freática es de importancia parala estimación de la corrosión.

5.3. Resistividad del sueloEn general se considera que a bajas resistividades (alto

contenido de electrolitos) la corrosión de una estructuraenterrada aumenta. Sin embargo esto solo aplica parametales que no están bajo protección catódica, ya queésta se torna más efectiva cuando la resistividad tambiénes baja.

Para metales sin protección catódica, los suelos se cla-sifican de acuerdo a su agresividad en función de la re-sistividad, tal como se presenta en la tabla 3 [4]. Valo-res comunes de resistividad para varios tipos de suelo sepueden observar en la figura 6 [5]. Se destaca también lafigura 7 [5], la cual correlaciona el pH y la resistividadcon el tiempo de vida útil de tuberías de acero galvaniza-do, se debe tener en cuenta que este tipo de nomogramasdesprecia otros efectos que pueden ser relevantes, comolos factores biológicos.

Rango de resistividad (Ωcm) Corrosividad0 - 1000 Muy severo

1001 - 2000 Severo2001 - 5000 Moderado5001 - 10.000 Ligero

> 10.000 Muy ligero

Tabla 3: Clasificación de suelos de acuerdo a su resistividad [4]

Fig. 6: Resistividades típicas de algunas aguas y suelos

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Fig. 5: Esquema de las zonas de agua en suelos [4]

Fig. 7: Tiempo de vida estimado de acero galvanizado en suelos [5]

5.4. Contenido de iones

La concentración de iones está muy ligada con laresistividad, mientras más concentración de sales másconductor el suelo, y por tanto menor su resistencia. Sinembargo hay ciertos iones que tienen el efecto opuesto.Los iones de calcio y magnesio generan carbonatosinsolubles que se depositan en la superficie del metalresultando en una baja velocidad de corrosión; porotro lado, estas incrustaciones pueden generar corrosióndiferencial debido a la dificultad del oxigeno para llegaral metal en las partes con presencia de estas capas dematerial insoluble.

Entre las sales más comunes presentes en los suelos es-tán los silicatos y carbonatos de calcio y magnesio, óxidosde aluminio y hierro insolubles, y otras sales solubles co-mo cloruros y sulfatos de sodio, potasio, calcio y magne-

sio. Los aniones cloruro y sulfato contribuyen a la corro-sión ya que pueden romper localmente películas pasivas,facilitando la aparición de corrosión por picadura en elcaso del cloruro, y por su posible partición en reaccio-nes biológicas con baterías sulfatorreductoras en el casode sulfatos. En la tabla 4 se pueden estimar los gradosde corrosión asociados a la concentración de cloruros ysulfatos [5].

Concentración (ppm) Grado de corrosividadCloruro> 5000 Severo1500-5000 Considerable500-1500 Corrosivo< 500 Leve

Sulfato> 10000 Severo1500-10000 Considerable150-1500 Corrosivo< 150 Insignificante

pH< 5.5 Severo5.5-6.5 Moderado6.5-7.5 Neutral9-7.5 Insignificante

Tabla 4: Efectos de clururos, sulfatos y pH en la corrosión de tuberíasde acero enterradas [5]

5.5. pH

Los suelos generalmente tienen un pH de 3.5 a 10.Tierras con material orgánico tienden a ser ácidas, aligual que suelos minerales con presencia de dióxido de

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carbono, gas que usualmente se encuentra en aguas pro-fundas. Para estas condiciones se promueve la reaccióncatódica por reducción de H+. La corrosión de aceroy hierro aumenta considerablemente a pH menores a4. Sin embargo, los terrenos generalmente son de tipoalcalino, condiciones en las cuales no resulta ser muyagresivo, aquellos que presentan pH superiores a 9originan la corrosión alcalina en metales anfóteros que sedisuelven formando aniones solubles, como los ferritos,cincatos, aluminatos, etc. Una clasificación general de laagresividad de los suelos respecto a su pH se presenta alfinal de la tabla 4 [5].

Con un nivel de detalle mayor, en la figura 8 se pre-senta un nomograma que relaciona el pH, la resistividady las velocidades de corrosión para una tubería de ace-ro enterrada, es importante resaltar que este nomogramaignora factores microbiológicos y el potencial redox delsuelo, por lo tanto se recomienda el uso para condicionesaerobias [4].

Fig. 8: Tiempo de vida estimado de acero galvanizado en suelos [4]

5.6. Potencial redoxEl potencial de oxidación-reducción (ORP) de un

suelo es el potencial generado por un electrodo inertecomo el platino, respecto a un electrodo de referencia porejemplo de calomel saturado o sulfato de cobre/cobre.Es de anortar que no es directamente una medición dela concentración de oxígeno, sino un indicador de lacapacidad reductura/oxidante del suelo. En condicionesaerobias la concentración de oxígeno será alta y por lotanto el ORP será más positivo que bajo condicionesanaerobias. Se ha demostrado que el ORP aun siendo un

valor abstracto puede ser de ayuda en la predicción dela corrosividad en suelos. La tabla 5 pretende clasificarla agresividad de los suelos dependiendo de su potencialredox [4].

Al dar una idea de la cantidad de oxígeno disuelto enel suelo, el potencial redox informa sobre la posibilidadde un ataque corrosivo al metal favorecido por bacteriasanaeróbias como las sulfatoreductoras.

Rango de ORP (mV) Grado de Corrosión<100 Severo100-200 Moderado200-400 Leve>400 No corrosivo

Tabla 5: Clasificación de la corrosividad de suelos respecto al potencialredox [4]

5.7. Microorganismos y otros factoresbiológicos

La influencia de microorganismos en la corrosión porsuelos esta bien documentada, sin embargo, la mayoríade estudios se han centrado en el efecto de bacterias sul-fatorreductoras, las cuales se identifican como las respon-sables de los casos de corrosión mas severos; este procesose da para ambientes anaerobios, húmedos y en terrenosdenominados como tierras negras. Estas bacterias en sumetabolismo convierten el sulfato presente en aguas sub-terráneas en sulfuros, causando la precipitación de sul-furos de hierro negros asociados a la corrosión agresivaen sistemas de tuberías. Un esquema de este proceso sepuede observar en la figura 9, la reacción total que sesuele dar en este proceso es la siguiente [4]:

8H+ + 4Fe+ SO−24 → FeS + 3Fe+2 + 4H2O

Fig. 9: Tiempo de vida estimado de acero galvanizado en suelos [4]

Como se ha dicho anteriormente, los suelos ácidos sue-len estar asociados con material orgánico en descomposi-ción, esta concentración de ácidos orgánicos se atribuye

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a bacterias productoras de ácidos (APB), que a diferen-cia de las bacterias sulfatorreductoras no necesariamentese presentan bajo condiciones anaerobias. Existen otrosmicroorganismos o efectos biológicos que pueden atacarlas estructuras como:

Organismos productores de cieno que pueden depo-sitar residuos y generar la formación de celdas poraireación diferencial.

Hongos que pueden atacar recubrimientos orgánicos.

Raices enterradas que crecen lo suficiente como paracausar daños físicos a recubrimientos o estructuras.

6. Determinación de la corrosivi-dad de los suelos

Básicamente existen dos métodos para caracterizar laagresividad de un suelo:

Clasificación de severidad por un solo parámetro.

Escalas numéricas de corrosividad (AWWA C-105 yDVGW GW9).

En el primer método, la clasificación basada en la resis-tividad del suelo es lo más común, de ahí la importanciade la medición de esta propiedad; esta característica esmuy usada y generalmente es considerada como la varia-ble que más peso tiene en ausencia de actividad micro-bial [6].

Sin embargo se sabe que el proceso de corrosión nuncase debe a una propiedad aislada, en general se asume quela resistividad, el pH y el potencia redox son los factoresque más importancia tienen en la corrosión [6], es por estoque se han desarrollado escalas numéricas que asignanvalores o pesos a ciertas propiedades del suelo con el finde establecer un índice de corrosividad del mismo.

6.1. Escala numérica AWWA C-105Ver tabla 6.

6.2. Escala numérica DVGW GW9Ver figura 10.

7. Tipos de corrosión en suelosEn el suelo se puede presentar desde corrosión uni-

forme en medios homogéneos, hasta corrosión localizadacuando existen heterogeneidades significativas del sueloo del propio metal. Generalmente los tipos de corrosiónen suelos pueden ser:

Parámetros del suelo Asignación de puntosResistividad (Ωcm)

< 700 10700-1000 81000-1200 51200-1500 21500-2000 1>2000 0pH0-2 52-4 34-6.5 06.5-7.5 07.5-8.5 0>8.5 3

Potencial redox (mV)>100 050-100 3.50-50 4<0 5

HumedadSiempre húmedo 2

Generlamente húmedo 1Generalmente seco 0

Tabla 6: Asignación de puntos según AWWA C-105

Suma de puntos (s) Agresividad10 ≤ s Muy corrosivo

8 ≤ s ≤ 10 Corrosivo5 ≤ s ≤ 8 Moderado2 ≤ s ≤ 5 Poco corrosivo0 ≤ s ≤ 2 Muy poco corrosivo

Tabla 7: Categorías de corrosividad segun AWWA C-105

7.1. Micro y macropilas

En terrenos altamente resistivos la corrosión se da através de micropilas, generadas por heterogeneidades enla superficie del propio metal o del medio, su resistenciainterna no dependen o dependen muy poco de la resis-tividad del medio. La corrosión por micropilas produceuna corrosión de tipo uniforme a lo largo de toda lasuperficie y no suele ser severa, por esto se define como“corrosividad absoluta” del terreno.

Cuando el terreno es altamente conductor se puedengenerar zonas anódicas-catódicas separadas por unadistancia considerable, se forman entonces las macro-pilas, que se originan principalmente por fenómenosde aireación diferencial y constituyen lo que se llama“corrosividad relativa” del terreno. Este tipo de pilas se

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Fig. 10: Escala numérica segun la German Gas and Water Works Enginners’ Association Standar (DVGW GW9)

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da por diferentes permeabilidades en el suelo provocandouna zona catódica con alta concentración de oxígeno yotra anódica pobre en oxigeno, el ataque se da localizadoen la parte anódica y suele ser agresivo. Por ejemplo,una tubería enterrada en un suelo heterogéneo dondeun lado sea rico en arena y bien aireado, mientras queen otra parte es arcilloso, compacto y con presencia dehumedad, bajo estas condiciones la zona rica en arcillaes el ánodo y sobre ella se localizaría el ataque.

Fig. 11: Esquema del proceso de corrosión por macropilas

Además de la aireación diferencial, también puede ge-nerarse celdas de temperatura por exposición del metal asuelos con diferente temperatura, aquellas áreas con ma-yor temperatura se convierten en ánodos y las bajas encátodos.

7.2. Corrosión galvánicaMetales diferentes, enterrados y unidos físicamente,

suelen formar una celda galvánica. En esta el voltaje dela celda puede ser determinado por la diferencia de po-tencial entre los dos metales, aunque depende de otrosfactores como la temperatura, condiciones superficialesdel electrodo, y concentración de iones en el suelo. Asípor ejemplo, si a una tubería de acero o fundición le co-locamos un accesorio de aleación de cobre, como latóno bronce, la diferencia de materiales hará que se formeuna pila de corrosión, en donde, para este este caso, elacero o fundición sufrirá la oxidación. En la figura 12 serepresenta el fenómeno de corrosión por medio de celdasgalvánicas entre metales.

7.3. Corrosión por corrientes vagabun-das

En ocasiones se pueden producir fugas de corriente di-recta a través del suelo, que puede tener varios orígenes(rieles de un ferrocarril, instalaciones de soldadura, etc),

Fig. 12: Esquema del proceso de corrosión por par galvánico

si estas corrientes encuentran alguna estructura metáli-ca enterrada, se incorporan dentro de ésta debido a laalta conductividad del metal, y salen de nuevo por otraregión de la misma. Esto produce un fenómeno similaral mecanismo electroquímico de corrosión, la entrada dela corriente constituiría la región catódica y la salida laanódica, si la relación de áreas favorece la zona catódi-ca se puede originar un ataque severo en el ánodo. Si latubería está protegida por algún recubrimiento, un fa-llo o discontinuidad en este daría lugar a una corrosiónaltamente localizada. En el caso de fugas de corrientealterna se pensaría que este efecto es nulo, sin embargose ha encontrado que el efecto corrosivo puede llegar aser del 40-50% respecto a si se tratara de una corrientecontinua.

7.4. Corrosión microbiológica

El caso más severo se produce a condiciones anaero-bias, para este caso en particular las bacterias sulfato-rreductoras, especialmente del genero desulfovibro, sonresponsables de la corrosión. Estas generan ácido sulfhí-drico y sulfuro a partir de sulfatos, sustancias bastantecorrosivas, que en contacto con hierro causan su deterio-ro. Estas bacterias también pueden causar corrosión enplomo, cobre y otros metales.

7.5. Corrosión por picaduras

La corrosión por picaduras es un fenómeno muy comúnen estructuras enterradas. Acompañada generalmente decorrosión uniforme, la aparición de este tipo de corrosiónpuede deberse a:

Fenómenos locales de aireación diferencial.

Fallos locales en revestimientos como poros o grietas.

Zonas muy reducidas de salida de corrientes vaga-bundas.

Regiones de resquicio.

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Efecto de aniones agresivos como el cloruro en cer-canías al mar.

Este tipo de corrosión en realidad es una forma quepuede ser resultado de varios de los mecanismos anterio-res. Debido a su frecuencia se ha estudiado por medio decorrelaciones que generalmente son a base de potencias:

P = Ktn

Donde P es la penetración de la picadura, t el tiempo,K y n constantes que dependen del terreno. Las veloci-dades de corrosión se pueden calcular con la derivada dela ecuación anterior:

V =dP

dt= Kntn−1

Se puede observar que la velocidad disminuye más rá-pidamente con el tiempo a medida que n es más pequeño.

Otra correlación propuesta por Scott involucra la re-lación entre la profundidad de la picadura más profundaP , el área expuesta A y la profundidad media de las pi-caduras por unidad de área b, de igual forma a es unaconstante que depende del terreno:

P = bAa

8. Medidas preventivas

Son varios los métodos utilizados para reducir o evitarel daño por corrosión de los metales enterrados:

8.1. Modificar o cambiar medio

El medio que rodea la estructura puede cambiarse porotro menos corrosivo, o bien mezclarlo con algún produc-to químico para neutralizar su corrosividad, por ejemplocon cal. Otra medida a aplicar sería drenar la zanja endonde se halla la tubería, esto con el objetivo de reducirla humedad.

8.2. Cambiar el metal

En ocasiones es conveniente cambiar a otro materialmás resistente a la corrosión, siempre y cuando un estu-dio previo demuestre que es más económico a largo plazo.Cuando se hacen necesarios los cambios por tramos detubería, esté debe quedar aislado eléctricamente del restode la estructura para evitar la corrosión galvánica.

8.3. Aislar el metal del medio

Es práctica habitual el proteger las estructuras conalgún tipo de revestimiento, con el fin de aislarlas delsuelo corrosivo. En ocasiones es suficiente una simplepintura bituminosa o asfáltica, mientras que en otroscasos se recurre a cintas protectoras o incluso a vainas dematerial plástico como el polietileno. En algunos casos,la estructuras se llevan por una zanja que se rellenacon hormigón, quedando la tubería embebida totalmente.

Las pinturas constituyen uno de los métodos deprevención más común en la protección anticorrosivade estructuras enterradas, la preparación de superficierecomendada en estos casos es hasta metal blanco, obte-nida usando abrasivos a presión: SSPC – SP 5 ó NACEN 1 y un perfil de anclaje entre 2.0 y 3.0 mills. Lostiempos de vida útil estimados (antes del primer man-tenimiento de pintado) suelen alcanzar entre 8 a 10 años.

Sin embargo junto a este sistema de protección y cuan-do las estructuras se encuentran expuestas a medios decomprobada agresividad corrosiva, se diseña en parale-lo un sistema de protección catódica. Esta combinaciónprotege al acero contra la corrosión en todos los sueloscon eficacia y economía, mientras se mantenga adecua-damente la protección catódica.

8.4. Protección catódica

El procedimiento moderno para minimizar las pér-didas de corrosión de estructuras enterradas es laprotección catódica en conjunto con algún recubrimientoprotector. En esta situación la influencia de los suelossuele ser de alguna manera diferente si fuera el caso demetal desprotegido. Un suelo con alto contenido de saleso baja resistividad es deseable para la localización delánodo.

La protección catódica confiere protección a cualquierárea en donde el revestimiento haya quedado incompletoo deteriorado y en la que el metal queda expuesto direc-tamente al medio. El sobrepotencial al cual es llevada laestructura de acero, tomando como electrodo de referen-cia el electrodo de cobre–sulfato, es de –850 mV y –950mV en el caso de sospechar la presencia de bacterias.

Referencias

[1] L.L. Shreir and R.A Jarman. Corrosion (3rd Edi-tion). 1994.

[2] N.P. Cheremisinoff and P.N. Cheremisinoff. Fiber-glass Reinforced Plastics. 1995.

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[3] E. Otero Huerta. Corrosión y Degradación de Mate-riales. Ed. Síntesis.

[4] H.H. Uhlig. Uhlig’s Corrosion Handbook. John Wileyand Sons, inc., 2000.

[5] R. Baboian. NACE Corrosion Engineer’s ReferenceBook (3rd Edition). 2002.

[6] Calderon J.A., Delgado J., Peñaranda S., and Res-trepo A. Análisis estadístico de los factores que in-tervienen en la corrosión de tuberías enterradas. dela facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia,2005.

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