Métodos de reparación de estructuras afectadas por corrosión de armaduras
Laura Álvarez Baeza
METODOS DE REPARACION DE ESTRUCTURAS AFECTADAS POR CORROSION DE ARMADURAS. ÍNDICE:
1. Introducción Introducción y objetivos. objetivos. ......................................... ................................................................ ............................................... .......................................... .................. 3 2. Mecanismos de corrosión y patologías más importantes. .......................................................... 3 2.1. Concepto de corrosión ……………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………. …………………………………………. 3 2.2. Concepto de corrosión corr osión del acero en el hormigón…………………………… hormigón…………………………………………………………… ……………………………… 4 2.3. Factores desencadenantes de la corrosión del hormigón armado. Patologías más importantes………………………………………………………… importantes………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………….. ……………………….. 6 3. Evaluación detallada de la estructura de hormigón armado. ...................................................... 9 4. Actuacione Actuacioness tras la evaluación evaluación.. ............................................ .................................................................. .............................................. ............................. ..... 14 5. Informe Informe de evaluació evaluación. n. ........................................................... ................................................................................... ............................................... ......................... 29 6. Ejemplos de aplicación de reparación y refuerzo de estructuras corroídas. ............................... 29 6.1. Caso 1. Estructuras en ambiente marino en Portugal. Corrosión por cloruros……………… 29 6.2. Caso 2. Reparación de cubierta y forjado de un edificio de viviendas afectada por corrosión por po r carbonatación………………………………………………………………………………………………. carbonatación………………………………………………………………………………………………. 34 6.3. Caso 3. Rehabilitación de la Fundación Miró afectada a fectada por corrosión debida a la carbonatación…………………………………………………………………… carbonatación………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………….... ….... 38 6.4. Caso 4. Protección catódica en tanques de almacenamiento de hidrocarburos…………... 41 7. Conclusiones…………………………………………………………………………………………………………………………….44 8. Bibliografía……………………………………………………………………………………………………………………………….45
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1. Introducción y objetivos. La problemática existente en el sector de la construcción en lo referente a la corrosión de las armaduras en estructuras de hormigón armado (EHA) y su consecuente repercusión económica, origina la necesidad de un estudio en profundidad de las causas y consecuencias del fenómeno de corrosión. Cada día son más frecuentes en la edificación las situaciones en que resulta necesaria la rehabilitación de una estructura. El objetivo de este trabajo es recoger un procedimiento de evaluación de estructuras afectadas por corrosión de sus armaduras y establecer las diferentes actuaciones que debemos realizar para la reparación de dichas estructuras.
2. Mecanismos de corrosión y patologías más importantes. 2.. 1. C o nc ep t o de co r r o si ón . 2
En primer lugar, definiremos el concepto de corrosión. La corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente. Exceptuando los metales nobles, los demás metales se encuentran en la naturaleza generalmente en forma de compuestos (óxidos, hidróxidos, sulfatos, etc.), estado que corresponde a valores reducidos de la energía de Gibbs. Por ello, la extracción de los elementos metálicos a partir de tales compuestos requiere el suministro de energía, a través de un proceso de reducción. Esto significa que los metales tenderán, en su vida de servicio, de una forma natural a regresar a estados de inferior nivel energético, y esto es lo que ocurre en los procesos de corrosión, que, oxidando los elementos metálicos, suponen una conversión del metal a diferentes compuestos, con disminución de la energía. Existen dos mecanismos distintos de corrosión, que se mencionan a continuación: En el primer caso, el metal M, sometido a alta temperatura, sufre una oxidación directa, con producción de electrones, mediante las siguientes reacciones: M → M+n + neO2 + 4e- → 2O -2 En el caso de la intervención de una solución acuosa, el mecanismo que se produce incluye reacciones químicas diferentes, con unas zonas de disolución del metal (zonas anódicas) y otras en que permanece inalterado (zonas catódicas), originándose así una pila cuyo funcionamiento continuado requiere que exista un circuito eléctrico cerrado que incluye el ánodo, el cátodo, la conexión metálica entre ambos y el propio electrolito. Por ello, a este mecanismo se le denomina corrosión electroquímica. Las reacciones son: M → M+n + neO2 + 2H2O + 4e- ↔ 4OH-
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La cantidad de metal, en peso, que se corroe es proporcional a la intensidad I de la corriente que se produce y al tiempo t transcurrido a través de la ley de Faraday. 2.. 2. C o nc ep t o de co r r o si ón de l a ce r o en el ho r mi g ó n. 2
La corrosión del acero en el hormigón es un proceso electroquímico. Los potenciales electroquímicos que forman las pilas de corrosión se pueden generar de dos formas: • Las pilas de composición se pueden formar cuando se colocan dos metales diferentes dentro del
hormigón, como las armaduras de acero y los conductos de aluminio, o cuando existen variaciones significativas en las características superficiales del acero. • Las pilas de concentración se pueden formar debido a diferencias en la concentración de los iones
disueltos cerca del acero, como los álcalis, cloruros o el oxígeno. Como consecuencia, uno de los dos metales (o algunas partes del metal si sólo hay uno) se convierte en anódico y el otro en catódico. (Figura (Fig ura 1)
Figura 1. Corrosión de las armaduras en el hormigón.
En la corrosión del acero dentro del hormigón, el proceso anódico no puede producirse hasta que la capa protectora del acero se elimina en un ambiente ácido o se hace permeable por la acción de los iones Cl-. El proceso catódico no se produce hasta que en la superficie del acero se dispone de una cantidad suficiente de oxígeno y agua. Las reacciones son: Ánodo: Fe → 2e- + Fe 2+ Cátodo: ½O2 + H2O + 2e- → 2(OH) Inicialmente se produce hidróxido ferroso de color verdoso y, con mayor grado de oxidación, óxido ferroso-férrico, de color negro, e hidróxido férrico, rojizo. En ausencia de suficiente oxígeno, no se forma óxido expansivo ya que no se puede desarrollar la formación de hidróxido férrico. Las reacciones son: Página | 4
Fe2+ + 2OH- → Fe(OH) 2 Formación de hidróxido ferroso 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 Formación de hidróxido férrico 2Fe(OH)3 → Fe2O3.H2O + 2H2O F. de óxido de hierro hidratado La transformación del hierro metálico en óxido (FeO.(H 2O)) viene acompañada de un incremento de volumen que puede llegar a ser del 600% del tamaño original del metal, lo que se considera la principal causa de la expansión y fisuración del hormigón. La corrosión puede adoptar formas diversas, según la localización de las zonas anódicas y catódicas, y la posible existencia de tensiones mecánicas importantes:
Figura 2. Tipo de corrosión de armaduras en el hormigón.
• Corrosión generalizada: cuando el ataque afecta a toda la superficie del metal (puede ser
corrosión uniforme o corrosión generalizada irregular, según que el ataque sea o no uniforme). Se produce por un descenso de la alcalinidad del hormigón que puede ser debido a una lixiviación por circulación de aguas puras o ligeramente ácidas o por reacción de los compuestos de carácter básico NaOH, KOH, Ca(OH)2 de la fase acuosa del hormigón con los componentes ácidos de la atmósfera de CO2 y de SO2 para dar carbonatos-sulfatos y agua. • Corrosión galvánica: debido a la heterogeneidad del hormigón y su microambiente. En el caso
específico de concentración en un número reducido de puntos, con una reducida relación entre las zonas anódicas y las catódicas, el ataque en las anódicas se intensifica fuertemente dando lugar a la corrosión por picaduras. • Corrosión bajo tensión , con generación de fisuras: cuando, además del proceso de corrosión,
existe una tensión mecánica elevada, y un metal susceptible a este fenómeno.
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• Corrosión-fatiga, cuando coexisten un proceso de corrosión y una solicitación cíclica importante.
2.3. Fact or es de se nca de na ntes de la corr osió n de l hormig ón ar ma do . Patologías más importantes.
Como he comentado en el apartado anterior, de acuerdo a la cantidad de área corroída, se pueden considerar dos tipos de corrosión: - La localizada: que se caracteriza por la destrucción local de la capa pasivante debido a la acción de un agente agresivo. La causa más frecuente que induce este tipo de corrosión es la presencia de iones despasivantes, tales como los cloruros, que al superar un determinado valor critico rompen localmente la capa pasivante. Otro tipo de corrosión localizada es la llamada corrosión bajo tensión que solo se aprecia en el hormigón pretensado o postensado. - la generalizada (Carbonatación) se caracteriza por un ataque uniforme en toda la superficie del acero debido a un descenso de la alcalinidad en el hormigón que rompe la capa pasiva al llegar hasta el acero. A continuación describiremos los factores desencadenantes de corrosión más importante: la Carbonatación para el caso de corrosión generalizada y la presencia de Iones de Cloruro en el caso de corrosión localizada. Carbonatación del hormigón. Debido a los hidróxidos de calcio, de sodio y de potasio disueltos en la
solución acuosa de la red de poros del hormigón, y en menor medida a los álcalis solubles de los agregados, se alcanza un pH de la disolución presente en los poros entre 12.5 y 13.5. Esta condición permite que el acero envuelto en el hormigón se encuentre en el punto P dentro del diagrama de Pourbaix (protegido de la corrosión). El hormigón es un material muy poroso, el cual permite la penetración en su interior del CO 2 del aire a través de los poros. Cuando esto sucede se produce la reacción del CO 2 con la fase liquida intersticial saturada de hidróxido cálcico del hormigón y de los compuestos hidratados del cemento en equilibrio con dicha fase liquida, formándose carbonato cálcico. En términos simplificados, la reacción para la fase acuosa se puede describir: CaOH2 + CO2 → CaCO2 + H2O Cuando todo el Ca(OH) 2, KOH y NaOH presentes en los poros ha sido carbonatado, el pH empieza a decrecer y deja de ser un elemento protector de la corrosión de las armaduras. La siguiente figura muestra el proceso de carbonatación simplificado:
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Figura 3. Proceso de Carbonatación del hormigón.
El desarrollo de la carbonatación depende de diversos factores, entre los que se pueden enumerar los siguientes: - Contenido de CO2 en la atmosfera, Permeabilidad del hormigón, Cantidad de sustancia carbonatable (contenido y tipo de cemento), - Humedad relativa del ambiente Otras consideraciones que influyen en la carbonatación son que: un aumento en la relación agua/cemento favorece el proceso de carbonatación al aumentar la permeabilidad de los hormigones (Figura 4); por el contrario, un aumento en la dosificación del cemento dificultaría el proceso (Figura 5). Por otro lado humedades relativas entre el 50 y el 60% favorecen al máximo la reacción de carbonatación, pero a partir de estos valores se presenta un descenso que llega a valores nulos cuando se tienen hormigones completamente saturados (Figura 6).
Figura 4. Influencia de la relación a/c en la velocidad Figura 5. Influencia del contenido de de carbonatación. cemento en la profundidad de carbonatación De igual manera ambientes con alta polución afectan a la calidad del recubrimiento, causa directa para que se origine la corrosión por carbonatación. Página | 7
Figura 6. Influencia de la humedad relativa en la velocidad de carbonatación
El avance de la carbonatación va a quedar definida también por la resistencia a compresión del hormigón, obteniéndose menores profundidades de carbonatación para mayores valores de resistencia.
Presencia de iones despasivantes. Esencialmente, iones cloruro, superando un determinado umbral,
denominado crítico necesario para romper localmente la capa pasiva incluso en condiciones alcalinas. El ataque se localiza en zonas aisladas de la superficie y se propaga hacia el interior del material con una velocidad de corrosión muy alta. El aumento de la concentración de iones cloruro, disminuye la resistividad del medio debido a la mayor conductividad de dichos iones, lo que se traduce en un aumento de la velocidad de corrosión.
Figura 7. Ataque por cloruros
Los iones cloruro disueltos en los poros pueden interaccionar con las fases solidas del hormigón quedando inmovilizados, por tanto, el cloruro dentro del hormigón puede encontrarse en varios estados: Cloruro ligado : es el que permanece unido a las fases solidas del hormigón. Este cloruro queda inmovilizado, sin posibilidad de moverse hacia el interior del hormigón.
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-
Cloruro libre, es el que permanece disuelto en el agua que contiene los poros. Se desplaza
por el interior del hormigón mediante difusión u otros mecanismos. -
Cloruro total : es la cantidad total de cloruro que contiene el hormigón, sin hacer distinción
entre cloruro libre y ligado. La concentración de cloruro total en un hormigón es igual a la suma de concentraciones de cloruro libre y ligado. Una parte de los cloruros presentes en el hormigón pueden estar químicamente ligados con el cemento para formar la llamada Sal de Friedel. Los iones de cloruro en forma libre son los únicos que representan un peligro para la corrosión de armaduras. La despasivación del acero a causa de la presencia de iones de cloruros depende de dos parámetros que son: - Coeficiente de difusión del hormigón, el cual varía en función del tamaño y distribución de los poros del hormigón. -
La capacidad del hormigón para fijar o combinar cloruros.
Sin embargo, la reducción del pH debido a la carbonatación del hormigón o a la superación de un umbral crítico de cloruros, no es causa suficiente para que la corrosión se desarrolle ya que los factores desencadenantes proporcionan las condiciones termodinámicas necesarias para provocar la corrosión en estado activo, pero la cinética del ataque depende de los factores condicionantes o acelerantes, que por si solos son incapaces de iniciar la corrosión, pero controlan su velocidad cuando las armaduras se corroen en estado activo, acelerando o retardando el proceso. Los factores acelerantes principales son, la disponibilidad de oxígeno y la humedad en la interfase acero/hormigón. Sin la presencia simultánea en una cantidad mínima de oxígeno y humedad, la corrosión electroquímica resulta imposible ya que ésta no puede desarrollarse a velocidades apreciables.
3. Evaluación detallada de la estructura de hormigón armado. La evaluación detallada considera la estructura como un todo. A la hora de realizar un recálculo de la estructura, se tienen en cuenta las características de los materiales como parte fundamental del comportamiento estructural, realizando dicho recálculo mediante la aplicación de métodos clásicos pero teniendo en cuenta las modificaciones en las propiedades mecánicas y en la geometría tanto del acero como del hormigón. En el esquema siguiente se muestra el proceso general a seguir en la evaluación detallada.
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En él pueden distinguirse cinco fases principales: - Fase de inspección que permita recopilar todos aquellos aspectos relevantes concernientes a la estructura y su entorno. - Determinación de los efectos de la corrosión sobre el hormigón y el acero , y en concreto cómo afecta el deterioro a la adherencia, a la sección de las armaduras, a la geometría de la sección de hormigón y a la fisuración del recubrimiento. - Evaluación de acciones y análisis, considerando las posibles reducciones de las secciones brutas. - Determinación de la capacidad resistente a partir de las propiedades de los materiales modificadas por el efecto de la corrosión. - Verificación del comportamiento estructural tanto en el estado actual (diagnosis) como en el futuro (prognosis) a partir de la aplicación de la Teoría de los Estados Límite. Página | 10
En cuanto a la evaluación estructural, debemos determinar el comportamiento de la estructura en el momento de la evaluación (diagnosis) y estimar cómo va a evolucionar a lo largo de una curva de deterioro hasta alcanzar el punto de comportamiento mínimo aceptable (prognosis). De esta forma, es posible estimar la vida residual de la estructura (ver figura 8).
Figura 8. Deterioro de una estructura con el tiempo
El objetivo de la fase de diagnosis es determinar el comportamiento actual de la estructura de tal forma que pueda determinarse en qué punto de la curva de deterioro de la misma se encuentra. Los pasos a seguir para evaluar el estado actual de una estructura son los siguientes: - Identificación del mecanismo de daño. La caracterización del mecanismo de ataque y de la calidad del hormigón son aspectos previos básicos para la diagnosis. - Medida de la penetración de la carbonatación y de cloruros, y el cálculo de la velocidad de avance del agresivo VCO2 y VCl.
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Figura 9. Comportamiento actual de la estructura. - Durante el periodo de propagación, estimación del tiempo desde que comenzó la corrosión. - Determinación de la penetración Px y la intensidad de corrosión. - Determinación de la sección reducida de las barras de acero, la fisuración del recubrimiento de hormigón y el deterioro de la adherencia. - Aplicación de la teoría de los Estados Límite teniendo en cuenta las características específicas de las estructuras corroídas.
Figura 10. Proceso de diagnosis
Una vez determinado el estado actual de la estructura, el siguiente paso es tratar de predecir cómo va a evolucionar el proceso de deterioro y cuando la estructura va a alcanzar un nivel de comportamiento estructural no aceptable. Los datos necesarios para realizar la prognosis son los siguientes:
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- Características geométricas y mecánicas de los elementos - Características del avance de los agresivos (K CO2, KCl-, profundidad actual y periodo de propagación) - Un valor representativo de la intensidad de corrosión I corrrep.
Figura 11. Prognosis del comportamiento estructural Si la estructura se encuentra en el periodo de iniciación, el resultado de la fase de prognosis será el tiempo necesario para alcanzar la despasivación de las armaduras, esto es, el tiempo necesario para que el agresivo llegue a las armaduras. Este valor puede obtenerse mediante la aplicación del modelo de la raíz cuadrada del tiempo. Si la estructura se está corroyendo, el objeto de esta fase de la evaluación es determinar cuándo alcanzará la estructura un nivel de comportamiento mínimo prefijado. Los pasos necesarios para lograr este objetivo son los siguientes: - Definir el nivel mínimo de comportamiento para estados últimos y de servicio. - Determinar las características geométricas y mecánicas que hacen que la estructura alcance dicho nivel mínimo : diámetros de armaduras, fisuración del hormigón, etc. - Determinar la penetración de ataque Px que produce dichas características. - Asumir un valor medio representativo de la intensidad de corrosión I corrrep que pueda emplearse en la estimación del deterioro futuro. - Determinar el tiempo necesario para alcanzar la penetración de ataque Px de acuerdo a las características ambientales y el valor de la intensidad de corrosión I corrrep. El objetivo de la fase de prognosis es determinar la evolución del comportamiento de la estructura en el tiempo. Una vez que se ha predicho el avance el agresivo, la capacidad portante de la estructura puede determinarse para cada instante de cálculo.
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Como se indica en la figura 12, el proceso es similar al de la fase de diagnosis. Mediante la repetición de este proceso en diferentes instantes de tiempo pueden determinarse los puntos de la curva de deterioro de la estructura. La verificación del comportamiento estructural se realizará aplicando la teoría de los Estados Límite con las particularidades propias de este tipo de estructuras.
Figura 12. Diagrama de flujo de prognosis
4. Actuaciones tras la evaluación. En el caso de la evaluación detallada, si los valores de diseño de la acciones son menores que la resistencia de la estructura o sus elementos en Estado Límite Ultimo - obtenidos teniendo en cuenta la corrosión en la estructura-, no se necesitarán llevar a cabo actuaciones sobre la misma hasta que transcurra el tiempo estimado para que esta situación se invierta. Si los valores de diseño de las acciones son un 10 % mayores que la resistencia de la estructura, entonces será necesario realizar una nueva evaluación en un corto plazo de tiempo (menos de 1 año). Si los valores de diseño de las acciones son un superiores al 10 % mayores que la resistencia de la estructura, entonces será necesario considerar una reparación urgente de la estructura. Entre las distintas acciones a tomar pueden destacarse el parcheo, la sustitución, la extracción de cloruros, la realcalinización o la protección catódica. Por último, si se superan los límites admisibles para Estados de Servicio, la decisión acerca de las acciones a llevar a cabo debe tomarse de acuerdo con el propietario de la estructura. Una vez que se ha identificado un daño en la estructura por efectos de la corrosión del armado y que se ha concluido que deberán realizarse trabajos de reparación de los elementos afectados, antes de proceder a la ejecución deberán tomarse en cuenta las etapas que conlleva el proceso de reparación, entre ellas la planificación, el proyecto, la elección de los materiales, ejecución, y mantenimiento, puesto que existen interacciones entre las etapas y hacen que una dependa de la otra; de manera
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que tanto el proyectista como las empresas que intervienen en la reparación deberán poseer un alto grado de especialización en el tema. En la actualidad se requiere de un estudio previo donde se presenten el tipo de elemento a reparar, el tipo de corrosión, el tipo de ambiente, etc.; para elegir el sistema de reparación más conveniente. Las medidas tradicionales de reparación comprenden las siguientes etapas: Medidas de Apeo Cuando se inicien los procesos de reparación de los elementos, en los cuales se necesite eliminar el hormigón deteriorado; será imprescindible hacer un estudio de la capacidad residual de cada elemento. En dicho estudio deberá determinarse si es necesario un apuntalamiento provisional, en caso de que la capacidad resistente residual lo amerite. Ciertas reglas permiten realizar una evaluación de la seguridad del elemento: -
Se podrá eliminar el hormigón deteriorado sin aplicar medidas especiales, cuando se trate del hormigón de recubrimiento de armaduras fraccionadas, en elementos vigas, bajo la acción de esfuerzos a flexión.
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En caso de que el hormigón a eliminar sea el recubrimiento de las armaduras de pilares, será necesario efectuar una bajada de cargas (podrá emplearse 7 kN/m2, sin mayorarse); Si la sección del pilar esta sometidas a una carga menor a 4.5 N/mm2, no será necesario efectuar la bajada de carga, en caso contrario, si.
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Si se trata del apoyo de un elemento viga, se recomienda apearla antes de eliminar el hormigón dañado.
Saneado del Hormigón Se debe eliminar todo el hormigón de las zonas donde el acero presente síntomas de corrosión, entre ellas: manchas de oxido, fisuraciones o delaminaciones, ampliando el área a eliminar una distancia de seguridad. Es necesario extender esta acción hasta la parte posterior de la armadura dejando libres unos dos centímetros alrededor de la misma con la el fin de poder realizar una correcta limpieza, eliminando completamente todos los productos de corrosión del acero y permitir que el material de reparación envuelva correctamente las barras. No obstante, deberán revelarse las armaduras también, en aquellas zonas donde no se presenten los síntomas de corrosión para comprobar que la armadura está sana en esos puntos, de manera que se elimina la posibilidad de no actuar en zonas donde se ha producido la corrosión sin que haya presentado síntomas. Para realizar la eliminación del hormigón podrán emplearse los métodos de escarificado con martillo de agujas, picado manual con puntero o mediante cualquier otro medio mecánico, manual o neumático. Si la penetración que se debe realizar no es importante, se limpiaran las zonas que tengan aceites o resinas, para esto se aplican o proyectan productos desengrasantes, una vez aplicado se dejan actuar durante un tiempo de 20-30 min y posteriormente se realiza un cepillado enérgico; por último se realiza un lavado con agua limpia. Otra medida para limpiar las zonas antes descritas es fabricar Página | 15
soluciones alcalinas al 10% de fosfato trisodico añadiéndoles sosa Caustica, carbonato sódico y alcohol. En caso de que haya eflorescencias (en general hidrato de Calcio), su limpieza consiste en lavar las superficies con agua tibia y Detergente concentrado. Por otro lado si hay presencia de formaciones orgánicas, por ejemplo musgos, el procedimiento será quemarlos y luego realizara un cepillado de la superficie; si las manchas son de pinturas se emplearan disolventes comerciales. De manera general y para el hormigón deberá sanearse hasta obtener textura superficial de árido grueso visto. En caso de que las operaciones se realicen sobre elementos superficiales, deberán evitarse los ángulos agudos, para impedir que se originen problemas como la fisuración por retracción, y deberán obtenerse soluciones con ángulos superiores a 90°. Mientras que la sustitución del hormigón carbonatado por material de reparación alcalino asegura la repasivación de la armadura, la sustitución de todo el hormigón contaminado por cloruros es una tarea más complicada. Es fácil localizar las zonas fisuradas o con el hormigón separado en láminas, pero rehabilitar sólo estas zonas podría transferir el problema de la corrosión a las zonas adyacentes (mecanismo denominado “formación incipiente de ánodos”). Sería necesario eliminar todo el hormigón donde el contenido de cloruros sea mayor que el 0,2-0,5% en masa de cemento, y aún así podría producirse la corrosión si el hormigón no es suficientemente alcalino. Si los cloruros proceden de la fabricación del hormigón, es mejor ir a una técnica de reparación del tipo de la protección catódica. Del mismo modo, rehabilitar sólo parte de una sección carbonatada es equivalente a crear pares galvánicos entre el acero catódico de la zona reparada y el acero anódico de las zonas carbonatadas. Limpieza de las Armaduras En caso de que la corrosión de la armadura haya sido originado por carbonatación del hormigón los productos derivados de la corrosión, tendrán un pequeño volumen y no producirán problemas; contrario a lo que sucede si la corrosión es originado por la presencia de cloruros, para este caso el método de limpieza empleado, debe eliminarlos totalmente. Si tenemos el caso de corrosión generalizada (carbonatación) y la pérdida de sección no es significativa (inferior al 10%), para la limpieza de las armaduras es suficiente con un cepillado manual o mecánico, en cambio, si la corrosión está originada por ataque de cloruros será necesario realizar una limpieza de las armaduras mediante chorro de arena, luego se realizara una limpieza efectiva con chorro de agua a presión y a seguida se someterá a un secado rápido. En cualquier caso las armaduras deberán estar libres de polvo, suciedad, aceites, grasas, oxido u otro contaminante. Para la limpieza de aéreas reducidas, se empleara el cepillo de alambre, de lo contrario se utilizara chorro de arena o agua para eliminar el oxido, posterior soplado con aire a presión para limpieza de arena y polvo; ya que si se dejan adheridos restos de herrumbre a las barras la corrosión seguirá progresando a una velocidad que va a depender fundamentalmente de la oferta de electrolito.
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El armado que no pueda ser limpiado o que tenga una pérdida de sección significativa, deberá ser reemplazado o suplementado con un nuevo armado, el cual deberá cumplir con los requerimientos establecidos por la normativa en vigor.
Pasivación de las Armaduras Después que se haya realizado la limpieza del acero, se puede dar una capa de epoxi al hormigón y a la armadura, con el fin de facilitar el pegado con el material de reparación y proteger al acero del exterior. En caso de no aplicarse el material de reparación inmediatamente, la capa de epoxi no se extenderá sobre el hormigón, pero si sobre la armadura, espolvoreando sobre ella arena fina (0.2 a 0.7 mm), para mejorar la adherencia con el material de reparación. Otras imprimaciones que podrán colocarse sobre la armadura serán imprimaciones cementosas modificadas con polímeros, resinas epoxi con inhibidores, o epoxi-zinc, o epoxi-cemento. -
Restauración de la Capacidad Resistente de la Armadura.
Si las pérdidas de sección del acero son inferiores al 15% puede no ser necesario restaurar la capacidad nominal del acero puesto que no se teme la existencia de problemas estructurales; en caso contrario se deberá recalcular la estructura o restaurar la capac idad inicial del acero. La restauración de las armaduras consiste en cortar las barras debilitadas y reemplazarlas por otras que pueden ser soldadas o atadas con alambre, siendo en este último caso una longitud de solape de cuarenta diámetros (Figura 13).
Figura 13. Forma de realizar conexiones soldadas (empalmes) Regeneración: Aplicación de morteros Los morteros utilizados para la reparación se agrupan en tres familias: de base inorgánica, de base orgánica y de base mixta (Figura 14). Página | 17
Figura 14. Tipos de mortero.
Materiales de base inorgánica tradicionales Por lo general se tiene por costumbre utilizar morteros y hormigones de cemento portland tradicionales sin tomar en cuenta medidas de precaución, lo que tiene como consecuencia la obtención de resultados insatisfactorios, de forma habitual en las reparaciones no se toma en cuenta el efecto del cambio volumétrico que experimenta la pasta durante el fraguado; provocando así la aparición de tensiones en la interfase material antiguo- material de reparación, disminuyendo la adhesión entre ambos y por ultimo llegándose a producir agrietamiento y separación. Lo ideal es utilizar cementos con resistencia característica del orden de 350-450 kp/cm2 y con finuras Blaine inferiores a 4000 cm2/g, para lograr que se produzcan retracciones mínimas. Todos estos se pueden utilizar en forma de: -
Lechada: Material formado por cemento y agua. Su aplicación en reparaciones puede ser: lechada ligera, con una relación a/c del orden de la unidad, se emplea por decantación de los granos de cemento, es siempre recomendable evitar la exudación (uso de aditivos); se utiliza para el relleno de fisuras de apertura inferior al milímetro; lechada densa, tiene una relación a/c equivalente a 0.5, se coloca por vertido o bombeo y se emplea en el relleno de grietas de espesores mayores a 1 mm.
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Mortero: Material formado a base de cemento, agua y árido que pasa por el tamiz de malla 5 mm. Si se utiliza como material de reparación será necesario la aplicación de un aditivo para reducir la relación a/c.
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Microhormigón: Son morteros colocados por bombeo, donde el árido pasa por un tamiz de 2.4 mm de malla, presentan como limitante el no poder someterse a compactación.
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Hormigón: Material formado por cemento, agua, árido fino y grueso. En caso de que se utilice como material de reparación es necesario que se utilice con aditivo que anule la retracción.
Materiales de base inorgánica no tradicionales. Son morteros que como material base utilizan un cemento portland modificado con agentes expansivos o un cemento no portland, se obtiene un aumento de volumen después de fraguar el cual compensa la retracción o pueden crear una expansión que genera compresiones en el hormigón. Por lo general en el mercado se ofertan como morteros preparados listos para usarse, mezclándose con Página | 18
agua en las proporciones indicadas por el fabricante y se colocan de forma manual, por proyección y bombeo. Se clasifican de acuerdo a su constituyente base en: - Cemento portland modificado con agentes expansivos Cemento a base de fosfato de magnesio o aluminio - Cemento aluminoso Cemento de ettringita Las técnicas de ejecución empleadas para los morteros con materiales de base inorgánica son: colocación manual, hormigón proyectado y hormigón inyectado. Materiales de base orgánica. Son materiales que están hechos a base de un ligante que es un polímero. Los polímeros termoestables se muestran en forma de dos o tres componentes y una vez mezclados se produce una reacción química (polimerización) y posteriormente su endurecimiento. Esta reacción de polimerización inicia cuando se mezclan los componentes y dura un tiempo antes de que inicie el endurecimiento, llamado tiempo de trabajabilidad que oscila desde varios minutos a algunas horas, según se acerca el final del mismo aumenta la temperatura y la viscosidad del producto. El tiempo de trabajabilidad esta limitado por los siguientes factores: - Naturaleza del sistema utilizado Temperatura de los componentes de la mezcla Temperatura y naturaleza del substrato donde se va a aplicar el producto Cantidad de mezcla de los componentes Cantidad de mezcla de los componentes Forma de puesta en obra No se recomienda el empleo de estos sistemas en temperaturas inferiores a los 5°C debido a que se retrasa la velocidad de endurecimiento de forma importante, aumenta la viscosidad de los elementos, dificultando la puesta en obra y disminuye la penetración en la superficie donde se aplican reduciéndose así la adherencia. A continuación se describen los morteros con materiales de base orgánica mas empleados: Mortero epoxi Las resinas epoxi son sustancias las cuales poseen más de un grupo epoxi por molécula y son susceptibles de sufrir polimerización una vez que han sido mezcladas por un agente de curado o endurecedor. La Figura 15 muestra el esquema fundamental de un mortero epoxi.
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Figura 15. Esquema de mortero epoxi. Antes de que se coloque el mortero epoxi es importante realizar una imprimación sobre la zona de hormigón dañada y sobre las armaduras con la finalidad de lograr una adherencia perfecta entre el hormigón a reparar y el mortero, aplicándose por lo general con brochas, rodillos o pistolas según su viscosidad; esta imprimación sirve también como barrera anticorrosiva para las armaduras. El mortero se aplica sobre la imprimación cuando esta mantiene pegajosidad al tacto. Mortero de poliuretano Estos morteros una vez que se han endurecido forman productos rígidos o flexibles, los cuales se utilizan en revestimientos protectores gracias a sus características y su gran adhesividad con el hormigón. Otras capacidades que tienen es que forman buenas barreras anticarbonatación, son muy durables y se pueden curar a temperaturas inferiores a los 0°C.
Mortero de poliéster Esta resinas se mezclan con filler calizo, silíceo, cemento portland o con árido fino y forman morteros, los cuales tienen como ventajas una buena adherencia con el hormigón, impermeabilidad, características mecánicas y de resistencia a los agentes químicos muy buenas. Tienen como desventaja que desarrollan la mayor parte de su exotermicidad cuando han solidifcado, por tanto al enfriarse se produce una contracción térmica muy importante que puede representar un peligro en la adhesión con el hormigón. Materiales de base mixta Es un mortero que se obtiene como resultado de la mezcla cemento y polímeros. Estos últimos se presentan en forma líquida como dispersores de partículas muy finas en agua (látex), una vez que desaparece el agua, se mezcla el efecto ligante con el del cemento, resultando un producto más compacto e impermeable. El mortero resultante presenta un modulo de elasticidad longitudinal y un coeficiente de dilatación térmica similar al de un mortero hidráulico sin modificar. Dentro del grupo de base mixta se consideran los siguientes materiales: Asociación de polímeros termoestables con cementos portland. Presentan mejor adherencia sobre soporte húmedo. Asociación de polímeros de cementos portland con polímeros termoplásticos (presentados como Emulsión Látex). La ventaja de estos materiales son: Altas resistencias a compresión, mejora en las resistencias a tracción y flexión, reducción de la permeabilidad, mejora de la adherencia con la superficie que se está reparando, etc. Página | 20
La Tabla 1 presenta una relación en los valores de ciertas características propias de los morteros en función de su base.
Tabla 1. Características de los morteros en relación a su base de preparación. La Tabla 2 presenta que tipo de mortero debe elegirse en función del espesor de la zona a reparar y su extensión.
Tabla 2. Relación del mortero adecuado en función del espesor de la zona de reparación. Página | 21
Realización de Revestimientos En caso de que la exposición ambiental del elemento reparado sea especialmente agresiva, puede ser necesaria la aplicación de algún tipo de tratamiento superficial. Los revestimientos utilizados como materiales superficiales de protección deben tener las siguientes características: - Profundidad de Penetración Absorción de agua. - Permeabilidad al vapor de agua. - Penetración de agentes agresivos. Los tipos de materiales que se utilizan como revestimientos son: - Pinturas y sellantes: Son productos que se caracterizan por ser impermeabilizantes y forman una película continua sobre la superficie de hormigón. -
Hidrófugos e impregnantes: Son productos que una vez que son aplicados forman una película muy fina que se adhiere a la superficie del hormigón sin cerrar los poros.
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Obturadores de poros: Estos productos penetran en los poros y reaccionan con componentes del hormigón, rellenando así poros y fisuras.
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Revestimientos gruesos: Estos productos se utilizan en caso de que se necesite una protección química y mecánica, se colocan con llana o mediante gunitado.
A continuación, se muestra gráficamente el proceso descrito anteriormente:
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Aplicación de Protecciones En caso de que se necesiten procedimientos especiales de reparación, podrán realizarse mediante métodos electroquímicos de reparación. Los métodos electroquímicos ofrecen una reducción del proceso anódico y/o proceso catódico por polarización del acero y por los cambios químicos generados en el hormigón a causa de la polarización; en el mejor de los casos pueden estos métodos electroquímicos pueden detener estos procesos. Los procedimientos electroquímicos más importantes son: realcalinización electroquímica (RAE), Extracción electroquímica de cloruros (EEC) y Protección Catódica con corriente impresa (PC). A continuación se describen los tres procedimientos electroquímicos.
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Protección catódica (PC).
El procedimiento se fundamenta en la polarización de la superficie metálica hasta alcanzar un potencial de polarización para el cual dicha superficie metálica es inmune a la corrosión. En el caso del acero para hormigón armado, este potencial es de -750 mV respecto al electrodo Cu/CuSO4. Mediante este sistema, se consigue que toda la estructura actúe como cátodo, anulándose la semireacción anódica de oxidación que se desarrolla íntegramente en los ánodos auxiliares, ya sean ánodos de sacrificio o dispersores de corriente. En el electrolito, la corriente que circula entre ánodo y cátodo (el acero a proteger) es de tipo iónico, y la que circula por el metal y conexión metálica entre el ánodo y cátodo es por transmisión de electrones. Existen dos formas de desplazar el potencial en dirección negativa: 1) Formación de una pila electroquímica por conexión del acero a un metal más anódico. Al estar los dos en contacto con el mismo electrolito, la diferencia de potencial existente entre ambos hace que se establezca una pila galvánica entre el acero y el metal anódico que se corroe o disuelve en el electrolito. Como ánodos galvánicos se suele utilizar zinc aleado con un pequeño contenido de cadmio. Estos ánodos pueden aplicarse de dos maneras: embebidos en un mortero especial o aplicando una gruesa capa de zinc proyectado sobre la superficie del hormigón. Después se reviste con un mortero de reparación colocándose conexiones mediante placas metálicas entre la superficie de zinc y las armaduras. Un sistema muy extendido son las mallas de alambre de titanio y titanio activado con una capa de óxidos de metales nobles. Las mallas permiten una salida de corriente máxima de 110 mA/m2 (anódica) sin dañar al hormigón de su entrono y durante períodos no muy largos. El empleo de densidades de corrientes excesivamente altas y durante mucho tiempo puede degradar el hormigón que rodea al ánodo, como consecuencia del pH ácido que generan las reacciones electroquímicas que suceden en dicho entorno.(Figura 16) 2) Uniendo la armadura de la estructura a proteger con el polo negativo de una fuente de corriente continua, lo que se conoce como protección catódica mediante corriente impresa. En su aplicación, se necesita un rectificador para proporcionar voltaje o corriente constante, un ánodo de material inerte por ejemplo, una malla de titanio, alambres de conexión y electrodos de referencia como plata/cloruro de plata. El ánodo se utiliza como dispersor de corriente para distribuir la corriente protectora al refuerzo, usando un material inerte, como el titanio, el consumo de ánodos es minimizado. Los electrodos de referencia se usan para evaluar los niveles de protección catódica. Con la protección catódica, los iones cloruro migran lejos de la armadura hacia el ánodo.
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Figura 16. Pila electroquímica mediante protección catódica por ánodo de sacrificio. Es el único método de parar una corrosión ya iniciada. Las armaduras deben tener continuidad eléctrica. Tiene como inconvenientes que necesita un mantenimiento continuo y un personal muy cualificado. No se conocen los posibles efectos a largo plazo en el hormigón contiguo al ánodo o al cátodo, hay dudas a la hora de aplicarlo a estructuras pretensadas o carbonatadas, dudas en cuanto a la profundidad de penetración de la corriente aplicada, falta de métodos para evaluar la efectividad del funcionamiento, etc. Además no se conocen bien los efectos a largo plazo sobre la adherencia ni el posible aumento de riesgo de reacción árido-álcali. Las ventajas y desventajas que presenta el método de protección catódica por corriente impresa se resumen en el tabla 5. Esencialmente, se puede decir que este método es más conveniente que el de los ánodos de sacrificio, cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del ambiente es elevada, como en el caso de los suelos.
Tabla 5. Ventajas e inconvenientes de la protección catódica por corriente impresa.
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Realcalinización electroquímica (RAE).
En la aplicación de este método se hace pasar una corriente continua desde un ánodo externo hasta la armadura a través del hormi ón, se produce un aumento de pH que restabl ce la protección que confiere el hormigón al acero. L a RAE sólo realcaliniza la fase acuosa de la red de los poros pero no las fases sólidas carbonatadas. Su aplicación consiste en insta lar un equipo de protección catódica por co riente impresa (con rectificador y ánodos) de forma provisional, e inyectar una corriente muy superi or a la de protección catódica (unas diez veces sup rior) de tal forma que se consigue recuper r la alcalinidad del hormigón en las zonas afectad s por carbonatación. Después se retiran los e quipos y los ánodos instalados. La RAE debe considerarse un edio para lograr la repasivación de las barras de acero que hayan empezado a corroerse debido a la carbonatación del hormigón. Es capaz de r pasivar el acero con grados de corrosión incipientes pero no es capaz de repasivar superficies de cero muy corroídas. Puede considerarse método de revención pero no de rehabilitación.
Figura 17. Realcalinización electroquímica (RAE) -
Extracción electroquímica de cloruros (EEC).
Consiste en la inyección tem poral de corriente eléctrica continua (de enor valor que la realcalinización pero con mayor duración) con sistemas de protección catódica or corriente impresa. Esta corriente se aplica entre la armadura que actúa como cátodo y un ánodo e xterior que se coloca de forma temporal sobre la su erficie del hormigón. El electrodo externo es referentemente una malla de titanio, y debe estar e n contacto con un electrolito, que se coloca s bre la superficie del hormigón, para asegurar la co ducción al refuerzo. Los iones con carga neg tiva como los iones cloruro, migran en el campo for ado por la corriente eléctrica desde la armadu a hasta la superficie, donde está situado el ánodo exterior. Con la aplicación de esta técnica, se logra reducir la contaminación por cloruros por debajo de los umbrales permitidos pero no lo elimina totalmente. La aplicación de éstas técnicas electroquímicas produce algunos efectos se undarios como son: Fragilización por hidrógeno, rea ción árido-álcali, pérdida de adherencia. La extracción electroquímica d cloruros y la realcalinización se pueden consi erar como métodos efectivos de prevención si son aplicados antes de que el frente de carbona ación o los cloruros alcancen la armadura, pero no c omo métodos de rehabilitación para estructura ya deterioradas por carbonatación. No son métodos suficientes para detener el proceso de corrosió n si la armadura está en estado activo.
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La EEC realizada a tiempo, como medida preventiva, puede resultar muy eficaz, si se recurre a ella antes de que se produzca la transición pasividad-actividad. En la Tabla 3 se muestra un resumen de los objetivos de cada uno de los métodos electroquímicos de rehabilitación comentados, la duración de la polarización y la densidad de corriente sobre la superficie del hormigón. Como conclusiones generales se pueden destacar que La RAE y la EEC no son métodos de rehabilitación sino de prevención. Sólo la Protección catódica representa una alternativa eficaz para detener un proceso de corrosión en marcha, independientemente del contenido en cloruros y humedad del hormigón, o de que esté o no carbonatado.
Al igual que las medidas tradicionales utilizadas para reparar EHA deterioradas por corrosión, la norma Europea ENV 1504-9 define los objetivos y los métodos de intervención en estructuras construidas que tengan que ser reparadas como consecuencia de la corrosión de la armadura (Tabla 3).
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Tabla 4. Principio y métodos de reparación de las estructuras de hormigón armado afectadas por corrosión.
Principio 7: Preservar o restaurar la pasividad. En la superficie de las armaduras se forma una fina y uniforme película protectora de óxido cuando están en contacto con los poros alcalinos del hormigón. La neutralización del hormigón por la carbonatación destruye esta capa pasiva y, en presencia de humedad y oxígeno, se produce la corrosión del acero. Los cloruros también pueden romper esta película pasiva localmente, produciéndose una corrosión por picadura en la superficie del acero. Se incluye en el principio 7 cualquier método que: • Retrase o detenga la carbonatación y la penetración de cloruros, preservando así la pasividad. • Restaure la alcalinidad y reduzca suficientemente la concentración de cloruros en el hormigón,
permitiendo la estabilidad de la película protectora de óxido y restaurando la pasividad.
Principio 8: Aumentar la resistividad. Los métodos asociados con este principio tratan de limitar el contenido de humedad del hormigón (así aumenta la resistividad) mediante tratamientos superficiales, revestimientos o aislamientos, Página | 27
explicado en el apartado anterior. Se ha empleado para casos de carbonatación, y es un método preventivo y de reparación. Principio 9: Control catódico. En la práctica, es muy complicado restringir el acceso de oxígeno al hormigón. Los inhibidores de corrosión catódica intentan controlar la reacción catódica, pero no hay datos de su efectividad al ser aplicados sobre hormigón armado. Principio 10: Protección catódica o prevención catódica. Son técnicas permanentes en las que los sistemas anódicos (revestimientos orgánicos conductivos, maclas de titanio activado, zinc rociado térmicamente, etc.) se pintan, fijan o rocían sobre toda la superficie del hormigón. En algunas aplicaciones concretas, se pueden insertar ánodos individuales en agujeros perforados en el hormigón. La corriente se ajusta de modo que el acero esté suficientemente polarizado para prevenir la corrosión por picaduras. La protección catódica se suele aplicar cuando la corrosión ya ha comenzado. El procedimiento de la protección catódica esta explicado en el apartado “Aplicación de protecciones”. Principio 11: Control de zonas anódicas. -
Pintar la armadura con revestimientos que contengan pigmentos activos o con revestimientos barrera
Los componentes activos de los pigmentos pueden ser el zinc u otro tipo de inhibidor, pero su concentración necesariamente baja no puede proporcionar una protección a largo plazo de la armadura, por lo que se recomienda que se emplee complementariamente con otra técnica de protección. La aplicación de un revestimiento barrera se emplea sólo para pequeñas aplicaciones específicas. Exige la exposición de la barra, limpiarla y la aplicación del revestimiento en toda su superficie. La aplicación de un revestimiento implica que en el futuro no se podrán adoptar determinadas técnicas de protección, como la catódica34. Aplicar inhibidores de corrosión al hormigón: Los inhibidores están disponibles como líquidos, geles o en polvo y se emplean para controlar la velocidad de corrosión de las armaduras. Hay tres categorías: • Inhibidores anódicos que controlan la reacción anódica de la pila de corrosión (por ejemplo, los nitratos). • Inhibidores catódicos que controlan la reacción catódica (por ejemplo, los benzoatos). • Inhibidores “ambióticos” que controlan las dos reacciones. Los inhibidores anódicos y los catódicos tienen inconvenientes (el de nitrato de sodio se agota con el tiempo; el de benzoato de sodio actúa de un modo que no se agota con el tiempo, pero inicialmente no logra una inhibición completa, por lo que se pueden producir fuertes corrosiones a edades tempranas; además el de benzoato reduce la resistencia a compresión del hormigón), aunque muchas de ellas se pueden superar empleando un sistema mixto. Los más usuales son los inhibidores anódicos y los ambióticos. Se pueden añadir a la mezcla de hormigonado o posteriormente a una estructura ya existente. Página | 28
5. Informe de evaluación. Con los datos recogidos durante la inspección detallada y los ensayos realizados puede prepararse un informe que al menos contenga la siguiente información: 1.- Descripción de la estructura 2.- Lotes en los que se ha agrupado la estructura 3.- Descripción de los daños observados en cada lote: mapa de fisuración, desprendimientos, manchas de óxido, etc. 4.- Resultados de los trabajos en campo. 5.- Informe de diagnóstico, el cual contendrá: 5.1.- Causas del daño, identificación del mecanismo de deterioro, agresividad ambiental. 5.2.- Situación presente de la estructura: si se encuentra en el periodo de iniciación o de propagación (profundidad de penetración del agresivo - X CO2 y XCl- - y velocidad de avance del frente - VCO2 y VCl- -). Se incluirán los diagramas log(X) - log(t) 5.3.- Valores medidos de la intensidad de corrosión estableciendo el nivel de riesgo y su nivel representativo. Deben incluirse datos de resistividad y potencial. 5.4.- Cálculos de la capacidad portante actual de la estructura. 6.- Informe de pronóstico. 6.1.- Si se encuentra en el periodo de iniciación, se incluirá el tiempo previsto hasta la despasivación. 6.2.- Si se encuentra en el periodo de propagación, se incluirá: - El tiempo de propagación tp - Cálculo del valor representativo de la intensidad de corrosión Icorrrep - Avance de fisuración - Sección residual - Pérdida de adherencia 7.- Modelo estructural y de cargas empleado 8.- Recomendaciones referentes a: - Frecuencia de inspecciones futuras - Urgencia de intervención
6. Ejemplos de aplicación de reparación y refuerzo de estructuras corroídas. 6.1. Caso 1. Estructuras en ambiente marino en P ortugal. Corrosión por cloruros. Este apartado, habla del caso real de un estructura de hormigón armado localizado en Portugal, afectado por corrosión a causa de cloruros, el cual se desglosa en varias partes: diques , muelles y
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puente. De todas ellas, se explica el estado de corrosión y la intervención que se empleo para su reparación. a) Diques: El astillero situado en el estuario del Río Sado tiene tres diques de hormigón armado, construidos durante los años 1973-1975. El dique 20 es una plataforma de construcción de barcos de dimensiones 420 x 75 m y paredes de 8 m de altura. El dique 21 se usa para reparar barcos y sus dimensiones son 450 x 75 m y paredes de 18 m de altura. El dique 22 se usa también para reparar barcos y sus dimensiones son 350 x 55 m y paredes de 12 m de altura. Los diques se construyeron con hormigón de mala calidad. La resistencia característica cúbica era de 22,5 MPa. El contenido de cemento era de 300 kg/m3 y la relación agua/cemento era 0,7. El recubrimiento de hormigón era de 4 cm para las paredes y de 6 cm para las losas inferiores. La puesta en obra, compactación y curado del hormigón fueron inadecuadas, observándose zonas con segregaciones y juntas mal hechas. El control de calidad fue malo. Resultados de los ensayos: - Resistencia a compresión. Paredes: 17,7 MPa Losa inferior: 20,6 Mpa -
Coeficiente de permeabilidad. Paredes: 14 x 10-11 m/s Losa inferior: 0,6 x 10-11 m/s
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Porosidad abierta. Paredes: 17,8 % Losa inferior: 16,4%
Los diques están expuestos a un ambiente marino característico de un clima templado. Se midió la composición del agua durante un año y el valor medio de los principales elementos agresivos fue:
El dique 20 se llena una o dos veces al año; los otros dos se llenan 2 veces al mes. En 1978, tras 5 años de servicio, los diques comenzaron a mostrar síntomas de deterioro, con fisuración y desprendimiento del recubrimiento debido a la corrosión del acero, sobre todo en las paredes internas del dique 20. La profundidad de carbonatación (de 10 a 25 mm) era muy inferior al espesor del recubrimiento de hormigón, pero la corrosión de la armadura se debía al ataque por cloruros, motivado por la poca calidad del hormigón y por la penetración de cloruros procedentes del agua de contacto. La severidad del daño dependía de las condiciones de exposición de cada zona. Las paredes internas del dique 20 eran las que estaban en peor estado, pues tras 5 años los cloruros habían llegado a las armaduras (los perfiles de cloruros medidos en la cara interna de las paredes del dique mostraban un contenido de cloruros, a la profundidad de las armaduras, que variaba entre Página | 30
0,14 y 0,40% Cl-, en peso de hormigón, desde la parte superior de la pared a la inferior), y tras 10 años de exposición se produjo un desprendimiento general del recubrimiento, hasta el nivel alcanzado por el agua de mar cuando el dique se llena. Una vez que comienza la corrosión, los principales factores que controlan el ritmo de corrosión son la resistividad del hormigón y el acceso de oxígeno a la armadura. Los valores medidos de la resistividad oscilaban entre 4 y 8 k Ω cm en las paredes. La pérdida de sección en las armaduras no era muy elevada en estas paredes, sino que el principal efecto de la corrosión había sido el desprendimiento del recubrimiento de hormigón. No se observaron macro pilas de corrosión, que están asociadas normalmente al ataque por cloruros y niveles de corrosión muy altos. La losa inferior y la cara externa de las paredes del dique 20 no presentaban un deterioro tan grave como las paredes internas. Debido a los ciclos de humedad y larga sequedad de las paredes internas del dique, y a la alta porosidad capilar del hormigón, el proceso de absorción es el mecanismo de transporte dominante. La alta concentración de cloruros, la baja resistividad del hormigón y el fácil acceso del oxígeno a las armaduras durante los periodos de secado llevaron al elevado ritmo de corrosión que se produjo. En el dique 21, la parte superior de la cara interna de las paredes mostraba un desprendimiento general del recubrimiento de hormigón, semejante al observado en el dique 20. Las condiciones de exposición de estas zonas es la misma, dado que la parte superior del dique 21 está en contacto con agua marina sólo cuando el dique 20 está lleno (el dique 20 está conectado con el estuario a través del dique 21). La parte inferior de las paredes mostraba un deterioro mucho menor. Esta zona está sometida a frecuentes ciclos de humedad (unas 48 h dos veces al mes). El hormigón suele presentar un elevado nivel de saturación debido a este alto nivel de llenado y por la permeabilidad del agua del otro lado de la pared. En esta situación, el mecanismo de transporte de cloruros dominante es la difusión. El contenido de cloruros en esta zona es elevado, tras 16 años de exposición, pero inferior al del dique 20, tras 5 años de exposición (los perfiles de cloruros medidos en la cara interna de las paredes del dique mostraban un contenido de cloruros, a la profundidad de las armaduras, que variaba entre 0,14 y 0,18% Cl-, en peso de hormigón, desde la parte superior de la pared a la inferior). En el dique 22 se observa un proceso de deterioro semejante en la cara interna de las paredes. Debido a la saturación del hormigón en la parte inferior de las paredes, el ritmo de corrosión está controlado por el proceso catódico, debido al limitado acceso de oxígeno a la armadura, lo que explica el menor desprendimiento de hormigón en esta zona. Las losas inferiores de los diques 21 y 22 estaban menos afectadas; las zonas con el recubrimiento deteriorado representaban el 10% de la superficie total. Este menor deterioro se debe al mayor grado de saturación del hormigón y a la acumulación de suciedad y agua en su superficie, lo que restringe el acceso de oxígeno a las armaduras. Se evaluó el grado de deterioro de las losas midiendo la velocidad de corrosión mediante el método de resistencia a la polarización. Los valores medidos oscilaban entre 17 y 23 μm/año. Las medidas de resistividad del hormigón solían estar por debajo de 1,5 k Ω cm. Estos valores tan bajos indican que la velocidad de corrosión está controlada por un proceso catódico.
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MEDIDAS DE REPARACION: Las medidas de reparación han consistido en la eliminación de la capa superficial de hormigón, hasta una profundidad de al menos 2 cm más allá de la armadura, y su sustitución por un hormigón nuevo de alta calidad.
b) Muelles: Se trata de 4 muelles situados en el mismo astillero de la anterior sección. La longitud de los muelles es de entre 120 y 200 m, y su anchura es de 20 m. El tablero de los muelles consiste en seis vigas prefabricadas de hormigón pretensado longitudinales, y una losa de hormigón de 30 cm de espesor hecha in situ, pretensada en la dirección transversal. Las vigas se apoyan en pilotes huecos cimentados en el fondo marino. Los muelles se construyeron entre 1973 y 1975. La resistencia a compresión cúbica del hormigón era de 30 MPa para la losa y de 35 MPa para las vigas. El recubrimiento era de 3 cm para la armadura y de 5-8 cm para los tendones de pretensado. Los muelles están sometidos fundamentalmente a tres tipos de exposición marina: el tablero y la parte superior de las vigas están expuestas a la zona de salpicaduras; la parte inferior de las vigas y la parte superior de los pilotes, a la zona de mareas; la parte inferior de las pilas está siempre sumergida. El contenido de cloruros en las vigas, a la profundidad de los tendones de pretensado, es de un 0,1% en peso de hormigón, mientras que en las losas es de un 0,05%. Los perfiles de cloruros de los diferentes elementos estructurales de los muelles son (en %Cl- en peso de hormigón):
La resistividad eléctrica del hormigón medida en las losas y en la parte superior de las vigas es de entre 5 y 15 kΩ cm, mientras que en la parte inferior de las vigas y en los pilotes está por debajo de 5 kΩ cm. Usando un electrodo de plata/cloruro de plata, se midieron unos potenciales inferiores a –250 mV en todos los puntos de ensayo, lo que indica una alta probabilidad de corrosión en las armaduras. En la zona de mareas se obtuvieron valores de potencial muy bajos (-450 a –550 mV), lo que se suele asociar a situaciones en las que la velocidad de corrosión está limitada por el acceso de oxígeno a la armadura. Las zonas de salpicadura estaban muy deterioradas, con grandes superficies donde se había desprendido el recubrimiento de hormigón. La zona de mareas presentaba menos daños. En el tablero de los muelles se apreciaba una pérdida sustancial de sección en las armaduras. En algunas zonas se habían corroído totalmente las barras de 25 mm de diámetro, tras 24 años de Página | 32
exposición, lo que significa una velocidad de corrosión de 500 μm/año. La corrosión es del mecanismo de macropilas de corrosión por cloruros, con grandes zonas catódicas y pequeñas zonas anódicas. En algunos puntos de la parte superior de la zona de marea de detectó una corrosión negra o verde. Este tipo de corrosión se produce en lugares donde el contenido de agua del hormigón es muy elevado, limitando el acceso de oxígeno a las zonas anódicas. Los productos de la corrosión no producen un gran incremento de volumen y pueden difundirse por la estructura porosa del hormigón sin provocar desprendimientos. Los tendones pretensados de una de las losas del tablero, situados bajo los canalones que contienen los raíles de la grúa, estaban muy corroídos. Las vainas metálicas estaban casi destruidas por la corrosión y en muchos casos se había producido la fisuración de los cables por corrosión bajo tensión. Este tipo de corrosión provoca la rotura frágil del acero pretensado, sin pérdida significativa de sección. En algunos casos las vainas no habían sido inyectadas debido a una mala puesta en obra, con lo cual los cables de pretensado no estaban protegidos. La falta de drenaje de los canalones llevó a la acumulación de agua de mar durante largos periodos de tiempo en la superficie de hormigón. En las vigas no se produjo la corrosión de las vainas, dado que aunque había cloruros en el hormigón que las rodeaba, éste estaba saturado (se trata de la parte inferior de las vigas, expuesta a la zona de mareas). No había cloruros en el interior de las vainas. MEDIDAS DE REPARACIÓN: Las medidas de reparación fueron las mismas que en los diques, salvo en el caso de la losa pretensada afectada. Se extendió un capa de 20 cm de espesor de hormigón de alta calidad (relación agua/cemento = 0,30; contenido de cemento = 400 kg/m3; contenido de microsílice = 40 kg/m3) y armadura pasiva.
c) Puente: Se trata de un puente arco de hormigón armado de 35 años de edad. La losa del tablero tiene 25 m de anchura y tiene 12 vigas apoyadas en cuatro columnas con luces de 21 ,2 m. El hormigón nunca está en contacto directo con el agua de mar. La parte central del puente está más sometida al viento, y por lo tanto a la sal arrastrada por la humedad y la espuma de mar. Se obtuvo un hormigón de muy buena calidad durante la construcción. Se midió una resistencia a compresión cúbica de 50 MPa, y una relación agua/cemento de 0,32. La absorción capilar era de 0,05 mm/(min)1/2 y la permeabilidad al agua de 10-12 m/s. Se pintaron las superficies del puente. Tras 35 años de servicio sin realizar un mantenimiento relevante, se decidió realizar una inspección seria para evaluar su estado. Se había producido un significativo desprendimiento del recubrimiento en las vigas del tablero (sobre todo en las caras aguas abajo y en las esquinas inferiores). La principal causa del daño fue la mala ejecución, dado que la calidad del hormigón era buena. Eran frecuentes los nidos de grava y las juntas de construcción mal hechas, y el espesor del recubrimiento era bastante variable, de menos de 2 cm en muchos puntos de las vigas.
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Las medidas de carbonatación no pasaban de los 5 mm de profundidad, incluso en las zonas donde se había colocado mal el hormigón. La penetración de cloruros era pequeña salvo en zonas con defectos, donde valores de hasta el 0,06% en peso de hormigón se detectaron a una profundidad de 3,5 cm. La corrosión por cloruros fue la causa del deterioro en estas zonas. Los perfiles de cloruros en estas zonas con defectos eran los siguientes (en %Cl- en peso de hormigón):
Se midieron valores elevados de la resistividad eléctrica del hormigón en las vigas del tablero. Normalmente estas medidas superaban los 40 k Ω cm, y sólo en algunas zonas eran de 30 k Ω cm. Las medidas de la velocidad de corrosión empleando el método de la resistencia de polarización muestran que, en las zonas sin defectos, la armadura está pasivada (se midieron valores inferiores a 1 μm/año). En una junta de construcción mal hecha se midió un valor de 7 μm/año. Estudios experimentales indican que una pérdida de sección transversal de la barra de tan sólo 20 μm es suficiente para fisurar el recubrimiento de hormigón, y que cuando la pérdida de radio de la barra es de 100 μm, se alcanza una anchura de fisura de 0,3-0,4 mm. La pérdida de sección de la armadura observada en las zonas con desprendimiento del recubrimiento es pequeña. Esto se debe a la elevada resistividad del hormigón, que evita la formación de macropilas de corrosión. La velocidad de corrosión está controlada por el proceso electrolítico. MEDIDAS DE REPARACIÓN: La estrategia de reparación adoptada consistió en una reparación mediante parcheo local con mortero de cemento, seguida de la aplicación de un revestimiento protector. Una protección superficial impermeable al agua y permeable al vapor de agua permite al hormigón secarse, aumentando su resistividad y controlando así el proceso electrolítico del mecanismo de corrosión.
6.2. Caso 2. Reparación de cubierta y forjado de un edificio de viviendas afectada por corrosión por carbonatación. El caso consiste en una reparación estructural de una cubierta plana de hormigón en un edificio de viviendas, en la zona del Paseo Marítimo de A Coruña. El forjado (cubierta plana) presentaba patologías estructurales por corrosión de las armaduras del hormigón y carbonatación del mismos. Por ello, fue necesario reparar la cubierta por la cara superior e inferior. Trabajos que se describen a continuación: o
o
CARA INFERIOR: Se realizaron trabajos de reparación estructural del hormigón, especialmente en las viguetas, así como en la estructura principal de vigas de acero laminado. CARA SUPERIOR: Los trabajos consistieron en descargar el forjado del sobrepeso originado por sucesivas capas que se habían ido recreciendo durante años, tras lo cuál se procedió a reforzar mediante una nueva capa de compresión. Finalmente, se impermeabilizó con lámina de PVC y se aisló térmicamente con un pavimento de losas filtrantes. Página | 34
También se realizó un proceso de reparación y refuerzo estructural de un forjado tradicional de viguetas y bovedillas. Previamente al Proyecto de Ejecución y cálculo de estructuras, se encargo un estudio a un laboratorio especializado, que tomó diversas muestras y realizó los ensayos pertinentes, para comprobar el nivel de carbonatación, estado de la corrosión, cuantías de armadura, y en general, el estado general y la resistencia estructural del forjado. En la siguiente imagen podemos observar el estado previo, donde se aprecian los desprendimientos de las suelas de las viguetas y la corrosión de armaduras de las mismas.
Durante el proceso, se apuntala el forjado, y se repica o roza la vigueta, se lija el acero hasta eliminar la oxidación por completo, se pasiva con un producto específico, y se repara la vigueta con mortero especial. Finalmente, como es lógico, se guarnece y pinta el techo. Además, se procedió al lijado y protección de las vigas de acero laminado de la estructura principal.
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Imagen que muestra el repicado dela vigueta afectada por corrosión.
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Imagen que muestra el apuntalamiento de la estructura.
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5.3. Caso 3. Rehabilitación de la Fundación Miró afectada por corrosión debida a la carbonatación. En 1975 se decidió proyectar el edificio destinado a albergar la Fundación Joan Miró. Se trata de una fundación pública de Barcelona y la primera con voluntad de centrarse en el arte contemporáneo, concebida como una estructura abierta, en la que el espacio interior queda comunicado con el espacio exterior, consiguiendo un equilibrio artístico entre el paisaje y la construcción arquitectónica. La Fundación Miró fue objeto de rehabilitación. Este apartado, presenta el primer tramo de la rehabilitación de la Fundación Miró que corresponde a las zonas de las terrazas. Datos de la Obra
Obra: Rehabilitación de La Fundación Miró. Lugar: Barcelona Dirección Facultativa: Jaume Freixa y Salvador Soteras. Control de calidad: COTCA Empresa aplicadora: CONTRACTA, S.L. Fecha de ejecución: Año 2004 Materiales empleados
BETTOGROUT 50: Mortero fluido sin retracción para relleno.18200 Kg. MORTERO PCC: Mortero de reparación tixotrópico.1000 Kg. GROUTFILLER: Árido silíceo para mezclar con grout cementoso.7000 Kg. PROTECTOSIL CIT: Inhibidor de corrosión basado en silano organofuncional.720 Kg. POLYCRET 5: Mortero de nivelación superficial.525 Kg. LEGARAN: Resina epoxídica protectora de armaduras y puente de unión. 130 Kg. POLYFLEX: Revestimiento elástico para la protección de elementos de hormigón. 1000 Kg. IMPERLEN: Lámina de impermeabilización de EPDM. 809 m² Patologías del edificio
Tras las conclusiones extraídas del proyecto realizadas por la Dirección Técnica se concluyó, de modo general, que la elevada porosidad del hormigón y la difusión del CO 2 a través de éste, el escaso recubrimiento de hormigón en el armado, y la inadecuada aplicación de un tratamiento anticarbonatación acrílico de protección (de consumo insuficiente: sin llegar a cubrir coqueras y sin continuidad), han propiciado que el frente de carbonatación y de despasivación rebasen, en general y en profundidad, la ubicación del armado existente. En estas condiciones, y con la presencia de humedad, las condiciones fueron suficientes para favorecer el desarrollo de mecanismos de oxidación. De forma general, para la reparación del hormigón afectado por la corrosión debe inevitablemente reconstruirse la geometría y capacidad estructural seguida de la aplicación de un sistema protector adecuado. -
Corrosión por efecto de la carbonatación.
Las estructuras, como la Fundación Miró, en las que la causa primaria de corrosión es el descenso de alcalinidad por efecto de la carbonatación, la combinación de reparación/reconstrucción del elemento afectado con la aplicación de sistemas protectores a base de revestimientos sintéticos, Página | 38
resulta efectiva al eliminar la causa que produce la oxidación en los puntos afectados y evitar la continuación del avance del frente de carbonatación. Para la protección de estructuras de hormigón suelen aplicarse criterios de permeabilidad de los revestimientos aplicados tanto frente a anhídrido carbónico como a agua líquida o vapor de agua. En este caso, se empleó POLYFLEX. Se trata de un revestimiento a base de polímero en dispersión especialmente diseñada para la protección de superficies de hormigón no transitadas con capacidad de puentear el movimiento de ciertas fisuras. Sin embargo, las reparaciones con mortero en hormigones contaminados con cloruros en las que sólo se repone el hormigón dañado o fisurado son inefectivas, ya que los cloruros que continúan en la masa de hormigón no reemplazada son suficientes para reiniciar la corrosión en zonas vecinas la cual se verá favorecida por el proceso de limpieza de las armaduras que se ha llevado a cabo en la reparación y que ha creado zonas de corrosión “incipientes” al disponer una zona de acero limpia en una zona de alta alcalinidad. Por lo que debe tenerse en cuenta que la corrosión puede continuar en puntos no reparados que pueden pasar desapercibidos por la reparación. -
Corrosión por cloruros.
La EHE especifica que todas aquellas estructuras situadas a menos de 5 Km de la línea costera están sometidas a una exposición marina aérea (IIIa) y sufren procesos de corrosión por cloruros. Atendiendo a las patologías consideradas y a las necesidades de acabado explícitamente solicitadas se requirió también un sistema de protección de la estructura que, no estando afectada de corrosión por cloruros en la actualidad, fuera susceptible de un daño posterior al continuarse el proceso de degradación iniciado. Esta protección debía ser también compatible con un acabado estético consistente con el original. Para ello se empleó el inhibidor de corrosión PROTECTOSIL CIT. Se trata de una especial composición de silanos químicamente combinados con inhibidores orgánicos de corrosión. Su funcionamiento consiste en la unión química de la cadena del silano a la matriz cementosa (hormigón) así como a la férrica (armaduras), quedando permanentemente unido dentro del hormigón de forma que puede evaporarse ni ser lavado por el agua. Recomendaciones de actuación.
Por lo escrito, las recomendaciones de actuación plantearon las siguientes opciones: - Reparación estructural en zonas con armaduras oxidadas y sustitución de las mismas en los casos necesarios. - Sustitución del recubrimiento de hormigón con repicado y restitución con morteros poliméricos. - Protección de todos los paramentos mediante pintado con revestimiento acrílico anticarbonatación. - Aplicación de inhibidor de corrosión en las zonas no sustituidas con objeto de ejercer una protección efectiva frente a la corrosión de las armaduras.
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Para la determinación de los productos y las técnicas de ejecución recomendadas, se planteó, como hipótesis imperativa, que los acabados estéticos finales debían ser lo más similares posibles a los existentes. Se realizaron varias pruebas piloto en las zonas menos visibles del edificio, por parte de Degussa Construction Chemicals como suministradora de material y de Contracta como empresa aplicadora de los mismos, con objeto de comprobar que todos los materiales cumplían con las especificaciones técnicas solicitadas así como el acabado estético requerido. Proceso de reparación de las patologías.
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Preparación del soporte.
Las superficies de trabajo se trataron de forma diferente según la existencia o no de daños estructurales en el hormigón. La preparación de las zonas que presentaban daños estructurales fueron repicadas hasta llegar a las armaduras, algunas de las cuales fueron sustituidas a criterio de La Dirección de Obra lo requirió, y el resto liberadas de óxido descarnando el hormigón existente por la parte trasera del armado. Las superficies de trabajo que no presentaban daños fueron sometidas a tratamientos de limpieza con la finalidad de obtener un soporte limpio, rugoso y con poro abierto con objeto de conseguir la máxima penetración de los productos aplicados posteriormente. Con objeto de preservar la textura original de la obra se procedió al chorreo de la estructura con agua, y en ocasiones agua y arena, a presiones moderadas. -
Aplicación de puente de unión.
Tras la limpieza profunda de las armaduras se trataron mediante el protector de las mismas, LEGARAN. Éste posee la propiedad también de actuar como puente de unión entre hormigón y mortero de reparación. Por el hecho de llevar a cabo la rehabilitación del edificio mediante mortero fluido BETTOGROUT y para facilitar las operaciones de montaje de encofrados y vertido del mismo, la Dirección de Obra decidió que LEGARAN actuase como protector de armaduras exclusivamente en el sentido que, la aplicación se agilizaba mucho más humedeciendo el soporte y el armado (tras el secado completo de LEGARAN). Sin embargo, con objeto de garantizar la adherencia del grout al hormigón y al armado y, en tanto que LEGARAN permanecía es estado fresco, se espolvoreó árido fino sobre las armaduras. Puesto que la adherencia es proporcional al número de puntos de conexión mecánica efectiva por área existente, al conferir más rugosidad a la armadura se mejora la adherencia.
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Tras el secado de la resina epoxídica, se procedió a la realización de los encofrados y al relleno de los mismos.
- Aplicación del mortero de reparación: BETTOGROUT. La ejecución de la obra se llevó a cabo con BETTOGROUT 50/150 según espesores requeridos realizándose la puesta mediante encofrados de madera que permitiesen obtener las texturas originales. En aquellas zonas dónde se requirieron espesores superiores a los 50 mm, se añadió GROUT FILLER. El mortero se aplicó mediante vertido en encofrado de madera tratado con agente desencofrante BETTODESMOLD M. 5.4. Caso 4. Protección catódica en tanques de almacenamiento de hidrocarburos. La conservación de los tanques de almacenamiento de hidrocarburos es de gran importancia, puesto que existen muchas formas de corrosión que pueden dañarlos, lo que implica establecer un programa de atención en todos los aspectos inherentes. La protección contra la corrosión de los tanques se lleva a cabo mediante un sistema de protección catódica para mitigar los efectos más comunes relacionados tanto al exterior, como al interior y fondo de un tanque. En los tanques de almacenamiento, se debe emplear al menos un sistema de protección contra la corrosión. En el caso de la corrosión catódica, podemos emplear uno de estos tipos: a) Ánodos de sacrificio b) Corriente impresa -
Ánodos de sacrificio.
Los sistemas de ánodos de sacrificio para protección catódica, se deben aplicar en tanques de pequeño diámetro. Para los ánodos galvánicos seleccionados para instalaciones sobre el suelo, se deben de utilizar cualquiera de los siguientes materiales: a) Aleaciones de magnesio con alto potencial. b) Aluminio Página | 41
c) Zinc. El número y distribución de ánodos requeridos para el sistema de protección catódica de tanques de almacenamiento sobre el suelo, debe ser conforme al diseño del sistema. Al calcular la colocación de los ánodos, se deben considerar los factores que influyen en la distribución de la corriente sobre la geometría de la estructura. Se deben distribuir ánodos uniformemente alrededor del tanque o bajo los tanques de nueva construcción de acuerdo a la Figura 18.
Figura 18. Protección catódica con ánodos de sacrificio. -
Corriente impresa.
Los ánodos para un sistema de corriente impresa en cuanto a dimensiones, forma, composición química, relleno utilizado, instalación y diseño de la cama anódica; deben cumplir con lo establecido en la NRF-047- PEMEX-2002. (Normativa Mejicana). Estos ánodos se deben instalar desnudos con material de relleno especial (como el grafito pulverizado). Deben conectarse, individualmente ó en grupos, a una terminal positiva o a una fuente de corriente directa, mediante conductores aislados. La estructura se debe conectar a la terminal negativa, desde una fuente de corriente directa (rectificador) Figura 19.
Figura 19. Protección catódica con corriente impresa.
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El diseño para una cama de ánodos debe: a) Evitar interferencias físicas con las estructuras existentes, particularmente con los sistemas de tierra física. b) Suministrar una corriente uniformemente distribuida. c) Evitar interferencias por corrientes parásitas de estructuras y/o sistemas adyacentes. d) Evitar Interferencias con la membrana impermeabilizante del sistema de detección de fugas en el fondo del tanque. El número de ánodos, se debe determinar por el requerimiento total de corriente de las estructuras a proteger y por la densidad de corriente óptima del material seleccionado para el ánodo. Al diseñar la distribución de los ánodos, se deben considerar ánodos adicionales para un flujo más uniforme de la corriente y para permitir un margen en caso de fallas aisladas en la conexión, o por agotamiento de algunos ánodos. Cuando sea necesaria una prueba de requerimiento de corriente, se debe realizar como se indica en la figura 20, usando una cama temporal localizada en el suelo, cerca del perímetro del tanque. La fuente de energía puede ser una batería de 12 V o una máquina de soldar de 300 A. Esta prueba de requerimiento de corriente debe realizarse con un nivel mínimo de líquido en el tanque, de un 75%. La tensión requerida para el suministro de corriente, se debe calcular utilizando la ley de Ohm (E = RI), para lo cual se debe determinar la resistencia del circuito.
Figura 20. Configuración para una prueba de requerimiento de corriente. La cama temporal se debe posicionar en el suelo, cerca del perímetro del tanque. La prueba de requerimiento de corriente se debe llevar a cabo aplicando una cantidad conocida de corriente, desde la cama temporal de ánodos a través del suelo y hacia el tanque que se va a proteger. La necesidad de protección alrededor del tanque y bajo su centro, se evalúa utilizando mediciones de potencial. Las pruebas de requerimiento de corriente se deberán realizar con un nivel de líquido en el tanque (mínimo 75 %), para maximizar el contacto del fondo del tanque, con el material de relleno en el que se asienta. Página | 43
La tensión necesaria para suministrar la cantidad de corriente requerida, depende en gran parte del número y localización de ánodos y de la resistividad del suelo. Dado que la corriente se determina generalmente en las pruebas de requerimiento de corriente o es estimada, la tensión requerida puede calcularse mediante la ley de Ohm (E = I R), si se conoce la resistencia del circuito. Donde: E = Tensión expresada en voltios. I = Intensidad de corriente expresada en amperes. R = Resistencia del circuito expresada en ohms.
7. Conclusiones. Para determinar el nivel de corrosión real que tiene una estructura, así como para conocer la intensidad del fenómeno será necesario realizar las siguientes etapas: 1. Realizar una Inspección Visual Dentro de la inspección visual realizada a la estructura será necesario determinar la exposición ambiental que tiene el elemento estudiado; tomando en cuenta que un mismo elemento puede estar sometido a diferentes ambientes. En la inspección visual deberá observarse si existen algunos síntomas de corrosión tales como: expansión del hormigón, fisuración, manchas de óxido, etc. Si existe alguna armadura expuesta deberá determinarse si presenta una oxidación uniforme o localizada, así como determinar si existe pérdida de sección. 2. Realización de Catas y Tomas de Muestra Será necesario también, realizar unas catas, las cuales tendrán múltiples funciones entre ellas: determinar el espesor del recubrimiento, realizar un primer ensayo de aplicación de fenolftaleína para determinar el frente carbonatado, y por último dejar al descubierto las barras de armado y poder verificar el estado de las barras y así comprobar si se ha generado pérdida de sección de la barra. También deberán realizarse tomas de probetas testigo para realizar ensayos posteriores de porosidad, permeabilidad, profundidad de carbonatación y contenido de cloruros. 3. Determinación del frente Carbonatado La determinación de la profundidad de carbonatación del hormigón podrá realizarse in situ mediante la aplicación de fenolftaleína en la fractura realizada; también podrá medirse en laboratorio, utilizando la mitad de una probeta empleada en el ensayo brasileño. 4. Determinación de la profundidad de penetración de Cloruros De igual manera, será necesario determinar el contenido de cloruros según la profundidad del hormigón y verificar si este contenido supera el umbral a partir del cual existe riesgo de corrosión. 5. Estudio de Porosidad y Permeabilidad del Hormigón Por último, y no menos importante, deberán realizarse ensayos de porosidad y permeabilidad del hormigón, ya que estos parámetros son factores condicionantes de la corrosión. Un hormigón poco poroso dificulta el paso de los agentes agresivos (cloruros y dióxido de carbono fundamentalmente),
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así como de la humedad y del oxígeno, de manera que genera una barrera de protección que impide que puedan desencadenarse los procesos de corrosión de armaduras. Estas investigaciones aportan datos suficientes para estimar el tiempo de iniciación de la corrosión, así como la velocidad de avance una vez iniciada, con lo cual es posible determinar la vida útil residual de una estructura afectada por corrosión. 6. Reparación de la estructura. Una vez conocida la causa de la patología, se procede a evaluar la forma de reparar la estructura más adecuada. Si los valores de diseño de las acciones son un 10 % mayores que la resistencia de la estructura, entonces será necesario realizar una nueva evaluación en un corto plazo de tiempo (menos de 1 año). Si los valores de diseño de las acciones son un superiores al 10 % mayores que la resistencia de la estructura, entonces será necesario considerar una reparación urgente de la estructura. Entre las distintas acciones a tomar pueden destacarse el parcheo, la sustitución, la extracción de cloruros, la realcalinización o la protección catódica. Por último, si se superan los límites admisibles para Estados de Servicio, la decisión acerca de las acciones a llevar a cabo debe tomarse de acuerdo con el propietario de la estructura. 7. Informe de evaluación. Es importante realizar un informe de evaluación, con los datos del apartado 5. Informe de evaluación.
8. Bibliografía. 1. Patología, reparación y refuerzo de estructuras de hormigón armado de edificación. Alfonso del RÍO BUENO. 2. Manual de evaluación de estructuras afectadas por corrosión de la armadura. Geocisa (J.Rodriguez y J.Aragoncillo) y Instituto de Ciencias de la Construcción “Eduardo Torroja” del CSIC (C. Andrade y D. Izquierdo). 3. Corrosión de las armaduras del hormigón armado en ambiente marino: zona de carrera de mareas y zona sumergida. Miguel Ángel Bermúdez Odriozola. 4. Vida útil residual de estructuras de hormigón armado afectadas por corrosión. Leticia Rafaelina Pérez Méndez. 5. Corrosión de armaduras en estructuras de hormigón: estudio experimental de la variación de la ductilidad en armaduras corroídas aplicando el criterio de acero equivalente. Esther Moreno Fernández. 6. Consideraciones sobre los métodos electroquímicos de rehabilitación de las estructuras corroídas de concreto armado. J.A. Gonzáleza, E. Otero a, A. Cobob y M.N. Gonzálezb. 7.http://www.concretonline.com/index.php?option=com_content&task=view&id=890&Itemi d=36
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