CORROSIÓN DE METALES EN EL CONCRETO
El conc concre reto to por por ser ser un mate materia riall con con una una alca alcalilini nida dad d muy elev elevad ada a (pH > 12.5), y alta resistividad eléctrica constituye uno de los medios idea ideale less para para prot proteg eger er meta metale less intr introd oduc ucid idos os en su estr estruc uctu tura ra,, al repres represent entar ar una barrer barrera a protec protector tora a contr contra a la corros corrosión ión.. ero ero si por circunstancias internas o e!ternas se cambian estas condiciones de prot protec ecci ción ón,, se prod produc uce e el proc proces eso o elec electr tro" o"u# u#mi mico co de la corr corros osió ión n gener$ndose compuestos de ó!idos de %ierro "ue llegan a triplicar el volume volumen n origin original al del %ierro, %ierro, destru destruye yendo ndo el concr concreto eto al %inc%a %inc%arse rse y generar es&uer'os internos.
En el concreto pueden incluirse una serie de metales dependiendo de la utilidad "ue "ueramos darle, pero lo real es "ue el acero es el metal de mayor uso desde "ue se desarrolló el concreto re&or'ado y sus mltiples aplicaciones, por lo "ue en este ac$pite nos limitaremos a considerar sólo el caso de la corrosión del acero de re&uer'o.
MECANISMO DE LA CORROSIÓN
En la igura 12.1 (*e&. 12.1+) se describe el es"uema t#pico general de la celda electro"u#mica, consistente en un $nodo de ierro, un c$todo de otro metal "ue para nuestro caso también ser#a e, con iones en su medio $cido, un elemento "ue permita el &luo iónico del c$todo al $nodo, y una una cone! one!ió ión n entr entre e $nod $nodo o y c$to c$todo do para para cana canalili'a 'arr el &lu &luo o de electrones. En las ig. 12.2 y 12.12.- (*e&. 12.1+) se establece establece el es"uema de la celd celda a elec electr tro" o"u# u#mi mica ca en le caso caso del del acer acero o de re&u re&uer er'o 'o,, y el mecanismo de acción sobre el concreto, permitiéndonos las siguientes conclusiones
1. El $nodo y c$todo est$n separados, pero dic%a separación puede ser una micra o una distancia muy grande e igualmente se veri&ica el &enómeno, por lo "ue en el acero de re&uer'o se puede dar la corrosión por micro celdas (ig. 12.+) o macro celdas (ig. 12.5. (*e&. 12.15).
2. El o!#geno no est$ involucrado en el lugar donde se produce la corrosión, "ue es e!clusivamente el $nodo, sin embargo s# es imprescindible "ue en el c$todo %aya o!#geno y agua para el proceso electro"u#mico. -. /ebe e!istir la su&iciente concentración de iones para "ue se inicie el &luo electro"u#mico, lo "ue en la pr$ctica se produce cuando ingresan cloruros en cantidad su&iciente, se reduce la alcalinidad (pH 0 .) y se dan las condiciones de %umedad en el c$todo. +. El &luo se interrumpe y consecuentemente la corrosión, cuando se elimina el conductor met$lico entre $nodo o evitando "ue %aya o!#geno en el c$todo o eliminando el agua entre ambos "ue es el medio de transporte de los iones. En consecuencia., anali'ando el mecanismo es evidente "ue deben cumplirse varias condiciones para "ue se produ'ca la corrosión y en general salo casos especiales esto no ocurre con &recuencia. 3ólo si tenemos cloruros en una determinada concentración re&erida al peso del cemento estimada normalmente del orden del .24 e!iste la posibilidad de corrosión si a la ve' se cumplen los otros re"uisitos (*e&. 11.1).
Es importante aclarar "ue tanto el 678 como otras instituciones dan porcentaes menores o mayores dependiendo de si se trata de concreto pretensado o si las condiciones de e!posición son muy severas, ero lo real es "ue no %ay evidencia concluyente "ue permita establecer l#mites aplicable a todos los casos particulares, por lo "ue siempre es
imprescindible anali'ar todos los par$metros involucrados para establecer el verdadero riesgo potencial. 7omo re&erencia se establecen en la 9abla 12.+ las recomendaciones del *eglamento 678 : -1 con respecto al contenido m$!imo de cloruros en &unción del tipo de concreto y condición de e!posición e!presado en porcentae re&erido al peso del cemento. ;a &orma de aplicar estas limitaciones, consiste en primero determinar el contenido de cloruros de cada uno de los componentes mediante an$lisis "u#micos< luego en base a los pesos del agua, los agregados, los aditivos y el cemento en la me'cla, se calcula el aporte de cloruros de cada uno en peso y se suman constituyendo este valor el contenido total de cloruros del concreto. /ividiendo esta cantidad entre el peso del cemento en el dise=o y multiplic$ndolo por 1, obtenemos el porcentae de cloruros re&erido al peso del cemento "ue se comparara con los valores de la tabla 12.+
TABLA 12.4. CONTENIDO CORROSIÓN TIPO DE ELEMENTO
MÁXIMO
DE ION
CLORURO
PARA PREVENIR
CONTENIDO MÁXIMO DE ION CLORURO EN CONCRTO (% EN PESO DEL CEMENTO) .
7?7*E9 *E9E?36/ 7?7*E9 6*@6/ EABE39 6 .15 7;*B*3 7?7*9 6*@6/ *9EC8/ /E ;6 1. HB@E/6/ 9* 98 /E 7?7*E9 .-
En la tabla 12.5 se detallan las recomendaciones de 678 : -1 sobre las relaciones 6guaD7emento m$!imas a aplicarse bao condiciones especiales de e!posición. TABLA 12.5 – RELACIONES AGUA/CEMENTO MÁXIMAS PARA CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICIÓN
CONDICION EXPOSICIÓN
RELACIÓN DE AGUA/CEMENTO MÁXIMA (CONCRETO NORMAL)
!" MINIMO (CONCRETO NORMAL # LIGERO) ($/"&2)
7?7*E9 7? 6F6 E*@E68;8/6/ 6; .5 6CB6
2
7?7*E9 EABE39 6 H8E; G /E3H8E; E? 1. 7?/878? HB@E/6
-15
6*6 *EE?8* 7**38I? E? 7?7*E9 EABE39 .+ 6 36;E3 6*6 /83;E* H8E;
-5
COMO COMBATIR LA CORROSIÓN
;os cloruros pueden estar dentro del concreto desde su colocación, si los agregados, el agua de me'cla o los aditivos ya los inclu#an, luego el primer paso consiste en evaluar los materiales del concreto para estimar si contribuir$n a la corrosión, y de ser as# e!isten alternativas en cuanto a cambiarlos por otros "ue no los contengan o en le caso de los agregados someterlos por otros "ue no los contengan o en el caso de los agregados someterlos a lavado para reducir su concentración.
;a otra &orma como se pueden introducir es entrando en solución por los poros capilares del concreto. Esto se veri&ica cuando el concreto est$ en e!posición directa a agua con cloruros como es el caso de estructuras
marinas o en el aire con alta %umedad relativa, y en muc%os casos se va depositando sobre el concreto por la %umedad ambiental y el viento "ue arrastra part#culas de suelo contaminado, introduciéndose la solución cuando llueve. 7omo se apreciar$, para "ue se produ'ca el ingreso es necesario "ue el concreto sea lo su&icientemente permeable para "ue los cloruros lleguen %asta donde se encuentra el acero de re&uer'o, por lo "ue se aplican las mismas recomendaciones "ue para la agresividad de los sul&atos, con la condición adicional de la importancia e!trema del concreto de recubrimiento, "ue es la barrera principal para el ingreso. En los casos de ambientes agresivos con cloruros deben especi&icarse recubrimientos mayores de los normales y calidades de concreto "ue aseguren baa permeabilidad. 3e %an desarrollado pinturas especiales para el acero con obeto de prevenir la corrosión bao condiciones muy agresivas, pero en este aspecto es muy importante el establecer per&ectamente las 'onas catódicas de modo "ue con la pintura se evite el o!#geno y el agua "ue son los re"uisitos para el &enómeno y por otro lado, nunca se puede garanti'ar del todo "ue el proceso constructivo ocasione "ue e!istan algunas 'onas desprotegidas en el acero por donde se inicie el proceso. E!isten aditivos llamados in%ibidores, "ue a=adidos a la me'cla de concreto combaten la corrosión anulando los cloruros (*e&. 12.1J) sin embargo su e&ectividad no est$ del todo garanti'ada, y algunos causan e&ectos secundarios como modi&icación del tiempo de &raguado, disminución de resistencia en compresión y e&lorescencias. /entro de estos in%ibidores est$n el ?itrito de 7alcio, ?itrito de 3odio, /icromato de otasio, 7romato de Kinc, 7romato de 3odio, en'oato de 3odio etc. El método de protección probado como el m$s e&iciente es el e"uemati'ado en la igura 12. (*e&. 12.1L) denominado de protección catódica, ya "ue el principio consiste en generar una corriente inversa a la originada por la celda electro"u#mica de modo de anular el &luo y eliminar el proceso de corrosión.
o
o
o
?o son sistemas baratos ya "ue las pinturas conductivas son caras, y debe %acerse un estudio de la resistividad de la estructura in situ, pero el mantenimiento es económico pues se necesita una &uente de poder muy pe"ue=a para cubrir $reas grandes. E!iste evidencia e!perimental en B.3.6. basada en la evaluación de muc%as estructuras marinas con m$s de - a=os de antigMedad construidas son emplear cementos resistentes a los sul&atos, "ue indica "ue en el concreto saturado permanentemente con agua de mar, la acción de los sul&atos no es signi&icativa ya "ue la acción de éstos se mitiga debido a la presencia de los cloruros, predominando el riesgo potencial de corrosión. 3in embargo se %a observado en las estructuras intactas, "ue la presencia de contenidos de 6luminato 9ric$lcico del orden del 4 o m$s en el cemento, crea una barrera "u#mica contra la corrosión, lo "ue cambia pues el criterio tradicional de especi&icar 7emento 9ipo (con 7-6 0 54) para este tipo de estructuras, en las "ue conviene usar 7ementos u'ol$nicos en ve' de los "ue tienen alta resistencia a los sul&atos, "ue &avorecen la corrosión en estos casos particulares.
REACCIÓN S'LICE – ÁLCALIS
3e produce con algunos agregados del tipo ópalo, calcedonia, ciertas &ormas de cuar'o, andesita, dacita "ue reaccionan con los Hidratos de 7alcio del cemento ocasionando compuestos e!pansivos. 3e %an desarrollado varios métodos "u#micos, &#sicos y petrogr$&icos para estimar el riesgo potencial de reactividad (*e&. 12.1L), y "ue se %an tratado en el 7ap#tulo 5, pero se reconoce "ue la meor evaluación es la evidencia pr$ctica del empleo de los agregados en concreto sin problemas. Bna de las di&icultades para evaluar el riesgo consiste en "ue el desarrollo del &enómeno es lento, por lo "ue debe e!istir evidencia estad#stica de al menos cinco a=os para poder opinar sobre la %abilidad pr$ctica de algn agregado en particular sobre el "ue e!ista duda. ;a reacción propicia el desarrollo de un gel e!pansivo en la inter&ace agregado : pasta, "ue rompe la estructura interna del concreto provocando &isuración y desintegración. Es importante anotar "ue adem$s de la reactividad potencial "ue pueden tener los agregados, deben darse otras condiciones para "ue se produ'ca la reacción, como son la calidad particular del agregado en cuestión, alto contenido de $lcalis del cemento (superior al 4) %umedad relativa del orden del 4 y en el caso de climas c$lidos con temperatura ambiente elevada la reacción se acelera. 3in embargo, se concluye "ue no es tan &$cil "ue se conuguen todos los &actores a la ve', por lo "ue este tipo de reacciones no se da con muc%a &recuencia. REACCIÓN CARBONATOS – ÁLCALIS
3e produce con algunos agregados del tipo ópalo, calcedonia, ciertas &ormas de cuar'o, andesita, dacita "ue reaccionan con los Hidratos de 7alcio del cemento ocasionando compuestos e!pansivos.
3e %an desarrollado varios métodos "u#micos, &#sicos y petrogr$&icos para estimar el riesgo potencial de reactividad (*e&. 12.1L), y "ue se %an tratado en el 7ap#tulo 5, pero se reconoce "ue la meor evaluación es la evidencia pr$ctica del empleo de los agregados en concreto sin problemas.
Bna de las di&icultades para evaluar el riesgo consiste en "ue el desarrollo del &enómeno es lento, por lo "ue debe e!istir evidencia estad#stica de al menos cinco a=os para poder opinar sobre la %abilidad pr$ctica de algn agregado en particular sobre el "ue e!ista duda.
;a reacción propicia el desarrollo de un gel e!pansivo en la inter&ace agregado : pasta, "ue rompe la estructura interna del concreto provocando &isuración y desintegración.
Es importante anotar "ue adem$s de la reactividad potencial "ue pueden tener los agregados, deben darse otras condiciones para "ue se produ'ca la reacción, como son la calidad particular del agregado en cuestión, alto contenido de $lcalis del cemento (superior al 4), %umedad relativa del orden del 4 y en el caso de climas c$lidos con temperatura ambiente elevada la reacción se acelera. 3in embargo, se concluye "ue no es tan &$cil "ue se conuguen todos los &actores a la ve', por lo "ue este tipo de reacciones no se da con muc%a &recuencia. REACCIÓN CARBONATOS – ÁLCALIS o
o
3e produce en algunas piedras calc$reas dolom#ticas con un mecanismo an no per&ectamente de&inido en "ue aparentemente di&iere del anterior pues no se produce ata"ue al s#lice siendo el patrón de &isuración similar. @ediante el an$lisis petrogr$&ico y rayos A es posible establecer en cierto modo el riesgo de reactividad pero se mantienen las mismas consideraciones "ue en el caso anterior.
RECOMENDACIONES SOBRE REACCIONES U'MICAS EN LOS AGREGADOS
7omo ya mencionamos, en nuestro medio no %ay muc%os antecedentes de ocurrencia de este tipo de reacciones pese a "ue por eemplo la andesita es un mineral muy abundante en nuestro pa#s, pero es probable "ue la cantidad de obras "ue se %ayan eecutado en las 'onas "ue pudieran ser potencialmente reactivas no %ayan ameritado el empleo masivo de estos materiales, o simplemente no tienen la reactividad "ue tienen en otros pa#ses donde le problema s# es grave.
En todo caso, es &actible e&ectuar en el er los ensayos 639@ para evaluar estos materiales (*e&. 12.1L), y ser#a posible también implementar la prueba suda&ricana y la de la Bniversidad de 7ornell
(*e&. 12.2), sin embargo no e!iste la e!periencia pr$ctica desde el punto de vista de los ensayos petrogr$&icos por eemplo, donde tiene suma importancia la e!periencia del evaluador "ue usualmente es un Ceólogo o un 8ngeniero de @inas "ue no pueden opinar muc%o del mineral con relación a su comportamiento con el cemento, dado "ue no e!iste en nuestras Bniversidades de especialidad de 9ecnologistas en 7oncreto, "ue pudieran ir &ormando pro&esionales orientados %acia estos problemas.
En conclusión, la meor recomendación al evaluar una cantera donde %aya sospec%a de reactividad alcalina es recopilar la mayor in&ormación estad#stica sobre el uso anterior de los agregados en la producción de concreto e inspeccionar las obras eecutadas para poder estimar el riesgo.
inalmente, se %a comprobado (*e&s. 12.2 y 12.21) "ue algunos métodos alternativos para prevenir la reactividad alcalina son el empleo de sales de ;itio (;iH, ;i, ;i 27-), como aditivos en la me'cla, el reempla'o de al menos el 254 del cemento por ceni'as vol$tiles y el uso de pu'olanas.
