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Conceptos básicos en la corrosión del refuerzo del hormigón

29 de Febrero de 2024 | Autor: Julio E. Torres Martín (Cuenta de Twitter del autor no disponible). Leído: 1240 veces

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La corrosión del acero de refuerzo del hormigón es la causa más importante de su deterioro y reparación. La pérdida anual en Europa por corrosión se eleva a 40.000 M€, por tanto, el conocimiento del proceso de corrosión es básica para realizar proyectos de estructuras durables y diseñar planes de mantenimiento, para llegar a la vida útil que se exige en la normativa actual.

 

Introducción

Dentro de los procesos de corrosión que existen, en el hormigón se da la corrosión electroquímica o acuosa, ésta se basa en la existencia de dos tipos de reacciones en la superficie del acero de refuerzo:

·         Reacción Anódica, que es la oxidación del hierro del acero, por la que el hierro sólido pasa a disolución en forma de catión.

·         Reacción Catódica, que es la reducción de alguna especie iónica disuelta en la disolución que rodea a la barra de acero, a sólido, líquido o gas. Según el pH del medio, la reacción catódica puede ser:

o   Medio ácido, la reacción es la formación de hidrógeno gas.

o   Medio básico o neutro, la reacción es la formación de iones hidroxilo por la reducción del oxígeno disuelto en agua que está en contacto con el acero.

Y ambas reacciones están en conexión por el paso de electrones de una a otra. Esto es importante ya que si no se da una de las reacciones no tendrá lugar la corrosión, (esta es la base de los inhibidores de corrosión, catódicos o anódicos, según la reacción que inhiban).

Figura 1. Resumen de la reacción de corrosión en el acero de refuerzo del hormigón. 

 

En la reacción de corrosión, se producen distintos productos de reacción como son óxidos e hidróxidos de hierro que tienen un volumen mayor al hierro, entre 2 a 8 veces. Estos productos de mayor volumen, ejercen una presión sobre el hormigón que producen la fisuración y el desprendimiento del recubrimiento.

Figura 2. Capas de óxidos voluminosos del acero que producen la pérdida del recubrimiento. 

Hay que decir, que la fisuración y el desprendimiento se producen en las últimas fases de la corrosión, mucho después de que los agresivos hayan llegado al refuerzo, y se haya activado la corrosión. En este punto, se ha producido una pérdida de sección más o menos importante y el mantenimiento debe ser correctivo, se debe hacer una reparación del elemento o estructura.

 

En resumen, se puede decir que para que exista corrosión en el hormigón se necesita:

1)      Metal a corroerse, en este caso el hierro (Fe) del acero, si es acero galvanizado, el metal será el Zinc (Zn).

2)      Oxígeno del ambiente que entra dentro del hormigón a través de los poros en forma de gas o disuelto en el agua. 

3)      Un electrolito por donde puedan moverse los electrones, y cierren el circuito de la pila electroquímica que se forma, en el caso del hormigón el agua, (que es muy difícil hacer que no entre).

4)      Agresivos que rompan la capa pasiva del acero o protección natural del acero al encontrarse en un ambiente alcalino como es el hormigón (carbonatación o cloruros). 

 

Agentes agresivos que provocan corrosión

El hormigón armado tiene dos barreras naturales que protegen al acero de refuerzo de la corrosión:

·         Barrera física: Recubrimiento de hormigón que viene determinado en el código estructural, según el ambiente de exposición en el que se encuentre el elemento o estructura.

·         Barrera química: El acero en medio básico, que le confiere el hormigón (pH 12-14), presenta una capa pasiva que protege la superficie del acero, formada por una capa de óxidos de muy pequeño tamaño.

Esta protección puede fallar o funcionar un tiempo limitado sino se tiene en cuenta el ambiente en el que estará expuesto, o la calidad del hormigón de recubrimiento entre otros.

Los agresivos más habituales en las estructuras son el CO2 o los cloruros, siendo este último el más agresivo y el que produce deteriores de mayor importancia en menor tiempo.

·         CO2 es un gas que se encuentra en la atmósfera en una concentración media de 400 ppm, éste penetra a través de los poros del hormigón y reacciona con la Portlandita, formando carbonato cálcico, lo que provoca un descenso generalizado del pH de la matriz del hormigón y rompiendo la capa pasiva del acero de refuerzo de manera generalizada. Esta reacción necesita de agua, y, por tanto, se producirá un máximo de corrosión cuando la humedad relativa en los poros del hormigón esté en un 65-70%. Esta corrosión es más lenta que la de cloruros y la pérdida de sección del acero es generalizada y alrededor de 10 veces menor que la producida por cloruros.

Figura 3. Corrosión generalizada producida por carbonatación.

           

·         Cloruros, son un ión que se encuentra en el agua de mar en concentraciones de 30g/l, en sales fundentes utilizadas para eliminar la nieve o hielo, o en estructuras como piscinas o tanques de agua. Los cloruros penetran en el hormigón a través del agua líquida de los poros, parte de ellos se quedan retenidos por el camino (reaccionan con los aluminatos del cemento) y otra parte sigue pasando hacia el interior, llegando al refuerzo, en este punto la corrosión no se dará de manera inmediata, sino que debe de llegar a una concentración crítica (en el código estructural para acero pasivo se encuentra en 0.6%). La corrosión se da en forma localizada o “picadura”, la pérdida de sección es mayor que en la carbonatación y es alrededor de 10 veces superior debido a la localización del daño.

Figura 4. Corrosión por picadura producida por cloruros.

 

Durabilidad y ambientes agresivos según el código estructural

La durabilidad de una estructura de hormigón armado, es su capacidad de soportar, durante su vida útil de diseño, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a los producidos por solicitaciones o cargas, desde el punto de vista mecánico.

Los mecanismos de deterioro que pueden afectar a las estructuras de hormigón, están basados en el transporte de agua, agresivos químicos y calor desde el exterior al interior y estos mecanismos de transporte pueden o no ser controlados siendo una parte vital para tener una alta durabilidad y cumplir con la vida útil requerida.

La vida útil debe ser alcanzada con estrategias de diseño, sin necesidad de protecciones que necesiten un mantenimiento extra. Sin embargo, en ambientes muy agresivos, se deben de prever sistemas o medidas de protección que ayuden a cumplir con los requerimientos.

Los ambientes de exposición vienen definidos en el código estructural dependiendo de los ataques que se puedan generar. Estos son la base utilizada para poder diseñar los hormigones según el ambiente.

 

Tabla 1. Resumen de Clases de exposición según el código estructural y comparación con EHE-08. Tabla 27. 1.a. Capítulo 7, Artículo 27.

 

Como se observa en la Tabla 1, se referencian las clases de exposición con riesgo de corrosión de armaduras, las cuales se deben a los dos agresivos anteriormente mencionados. Según esta clasificación se diseñará la dosificación de hormigones, se definirá el recubrimiento mínimo o se tomarán las estrategias de diseño necesarias para cumplir con la vida útil requerida.

Como resumen de las posibles medidas para minimizar o eliminar procesos de deterioro debidas a corrosión, habría que tener en cuenta:

 

·         Recubrimiento mínimo

Tabla 2. Recubrimiento mínimo (mm), cmin, para las clases de exposición relacionadas con la corrosión por carbonatación (Tabla 44.2.1.1a Código Estructural).

 

Tabla 3. Recubrimiento mínimo (mm), cmin, para las clases de exposición relacionadas con la corrosión por cloruros (Tabla 44.2.1.1b Código Estructural).

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Julio E. Torres Martín . PhD Materials Engineer at Eduardo Torroja Institute (csic)
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