Corrosión del acero del refuerzo

Corrosión del acero del refuerzo
Para entender el fenómeno de la corrosión, es necesario conocer la naturaleza del
mismo. Conozcamos la opinión del experto.
L
a ASTM define la corrosión como la “reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un
metal y su medioambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”. Para el acero de
refuerzo en el concreto, la corrosión da como resultado la formación de óxido con de 2 a 4 veces más
volumen que el acero original, con la correspondiente pérdida de sus óptimas propiedades mecánicas,
produciendo una reducción en la capacidad resistente del acero y consecuentemente del elemento de
concreto armado.
¿Porque la corrosión del acero de refuerzo es una
preocupación?
El acero en el concreto reforzado aporta las propiedades de resistencia a la tensión tan necesarias en el
concreto estructural, lo que evita el daño en estas estructuras, sujetas a cualquier nivel de esfuerzo que se
genere por acciones de posible ocurrencia. Sin embargo, cuando el acero de refuerzo se corroe, este óxido
provoca la pérdida de adherencia entre el acero de refuerzo y el concreto, produciéndose la exfoliación y la de
laminación, hecho que podría afectar la estabilidad de la estructura, al reducirse el área del acero en su
sección transversal y consecuentemente su capacidad resistente. Esta situación es especialmente importante
en cables de alto límite elástico de elementos presforzados.
Las pérdidas económicas causadas por la corrosión del acero de refuerzo en las estructuras de concreto se
calculan en billones de dólares por año, únicamente en los Estados Unidos en que la Administración Federal
de Caminos ha evaluado en 200 millones de dólares el costo anual de reparación de puentes en el sistema
inter-estatal, monto que se cuadriplica al considerar todos los puentes existentes en el país. Por otra parte, la
Agencia de Protección del Ambiente (EPA), con sede en los Estados Unidos de Norteamérica, indica que el
costo total por reparación de la red vial deteriorada por corrosión, originada por el empleo de sales de
deshielo, es de aproximadamente 500 millones de dólares al año.
¿Qué produce la corrosión del acero de refuerzo?
Las causas más frecuentes por las que se produce la corrosión del acero de refuerzo son: la carbonatación
del concreto, el ataque de cloruros y de sulfatos, y la acción de medioambientes agresivos.
Clasificación de los procesos de corrosión
La corrosión se puede clasificar según su morfología o según el medio en que se desarrolla (Fig. 1).
Clasificación según la forma
Cuando se quieren evaluar los daños producidos por la corrosión resulta conveniente la clasificación según la
forma, presentada como se puede ver en la Fig. 1 en uniforme y localizada. En la corrosión uniforme el ataque
se extiende en forma homogénea sobre toda la superficie metálica, y la penetración media es igual en todos
los puntos. Esta es la forma más benigna de corrosión pues permite calcular fácilmente la vida útil de los
materiales corroídos.
La corrosión en placas incluye los casos intermedios entre la corrosión uniforme y la corrosión localizada. En
este caso el ataque se extiende más en algunas zonas; pero se presenta aún como un ataque general.
Respecto a la corrosión por picado se refiere a que el ataque se localiza en puntos aislados de superficies
metálicas pasivas, propagándose hacia el interior del metal en forma de canales cilíndricos. Tanto este tipo de
ataque, como el intergranular y el fisurante, son las formas más peligrosas bajo las cuales se puede presentar
la corrosión.
En los concretos con superficies sometidas a procesos de humedecimiento y secado en donde exista ataque
externo de cloruro, se puede presentar un enriquecimiento de los cloruros al interior de la masa de concreto.
En general, durante el humedecimiento el agua que penetra por succión capilar deposita los cloruros, y
durante el secado el agua se evapora permitiendo un nuevo ciclo con un posterior humedecimiento.
Sin darnos cuenta, hablamos de la corrosión exclusivamente cuando nos referimos a estructuras de concreto
reforzado; es natural si es el campo principal de nuestras actividades cotidianas. Sin embargo, la corrosión
suele ser la eterna “compañera” de los metales, pudiendo estar presente en todos los lugares donde exista
algún instrumento, mueble o equipo que contenga algún tipo de metal, sobre todo en las zonas donde el
ambiente es agresivo, como puede ser, alguna zona marítima o industrial. Asimismo, en grandes ciudades
como la Ciudad de México, donde no necesariamente el clima clasifica como agresivo, la lluvia ácida
consecuente del CO2 medioambiental daña las edificaciones; lo que induce a que cada vez sea mayor la
atención que se le debe poner en este fenómeno.
Cuando hablamos de corrosión en el acero de refuerzo, casi todos lo asociamos principalmente a la baja del
pH del concreto; pero para entender mejor este fenómeno, debemos recordar que el pH es simplemente el
logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno. Este concepto sugiere que un pH de 7 indica que
se tiene 10-7 iones gramo de hidrógeno por litro de solución, lo que corresponde a una solución neutra,
mientras que un pH de 0 representa una solución muy ácida y uno de 14 una muy alcalina.
El diagrama de Pourbaix (Fig. 2) para el sistema Fe–H2O, permite visualizar que a potenciales más positivos
que –0.6 volts y pH menor a nueve, los iones ferrosos son la sustancia estable, por lo que el fierro deberá
corroerse en estas condiciones suministrando iones Fe2+. En otras regiones del diagrama se puede advertir
que la corrosión del fierro produce iones férricos, hidróxido ferroso, y en condiciones muy alcalinas iones
complejos de fierro.
En el caso del concreto reforzado, se ha comprobado que en el estado natural del concreto con un pH de
aproximadamente 12 (alcalino), el acero de refuerzo mantiene su capa de pasivasión y en consecuencia
queda protegido. Si el concreto cambia el pH y llega al rango de 10, la capa protectora del acero se pierde e
inicia el proceso de corrosión.
La corrosión es un proceso espontáneo de destrucción que experimentan los metales en contacto con el
medioambiente, convirtiéndose en óxidos, lo que produce un gradual deterioro de ellos. En los metales, la
corrosión es un proceso permanente; ya que estos siempre están en contacto con el agua, el oxígeno del aire
y en estos últimos años, con la lluvia ácida, que son los agentes que principalmente influyen en el desarrollo
de la corrosión. Al mismo tiempo, en las zonas costeras el problema se intensifica debido al ambiente salino.
La forma de corrosión más común y destructiva desde el punto de vista económico, es la oxidación del hierro.
Este problema significa un derroche de energía y de dinero; lo que se evidencia en el hecho de que en el
mundo se gastan anualmente millones de dólares en la protección y reposición de los materiales de las
estructuras corroídas. Para minimizar el problema de la corrosión, una de las vías es proteger los metales con
pinturas anticorrosivas o estructuras de hierro galvanizadas, estañadas o bien agregar a la estructura, ánodos
de sacrificio de magnesio.
La corrosión de los metales, y en particular del fierro, es un proceso electroquímico en el cual el elemento que
contiene el metal que se corroe presenta zonas anódicas y catódicas; en que el hierro, en presencia de
humedad, se oxida al entrar en contacto con el oxígeno del aire, dando como resultado un producto color café
que carece de las propiedades estructurales del hierro metálico. El producto de referencia se conoce como
óxido de hierro hidratado o herrumbre. En general los factores que desencadenan la corrosión del acero de
refuerzo
•
son:
Dosificación del concreto: En general debe ser sólido, compacto, homogéneo, resistente y
poco
poroso;
• Espesor
del recubrimiento: Dependerá del ambiente. A mayor agresividad ambiental, mayor
deberá
ser
• Humedad
proceso
•
recubrimiento;
ambiental: Debe controlarse la capilaridad. Cabe decir que en presencia de cloruros el
es
más
complejo
por
el
carácter
higroscópico
del
mismo
(Fig.3).
Temperatura: El incremento de ésta propicia la movilidad de las moléculas, facilitando el transporte
de
sustancias.
Su
disminución
puede
Estado
•
•
el
dar
lugar
a
condensaciones
superficial
Corrientes erráticas:
del
no
deseadas.
acero.
Son las que abandonan sus “circuitos naturales” y circulan por la
estructura;
Contacto
•
galvánico:
Dado
entre
dos
metales
(Fig.
4).
•
Acción de sustancias despasivantes:
•
Carbonatación en el concreto: El dióxido de carbono de la atmósfera reacciona con los
Por ejemplo, los cloruros y los sulfatos.
componentes alcalinos de la fase acuosa del concreto, dando lugar a la neutralización y a la reducción
abrupta
del
• Lixiviación
los
• Coqueras
pH
del
concreto;
por aguas puras: Éstas disuelven el hidróxido de calcio del concreto y destruyen
restantes
componentes
del
mismo.
y fisuras: Permiten el acceso de los agentes agresivos.
¿Cómo disminuir los riesgos de corrosión en las estructuras de concreto reforzado?
Tal y como se ha referido, existen factores naturales que provocan la corrosión del acero de refuerzo; sin
embargo, existen prácticas recomendables que permiten proporcionar a las estructuras mejores defensas, de
forma que estas tengan un mejor desempeño ante las embestidas de los agentes agresores y
consecuentemente tengan una mayor durabilidad. A continuación se refieren y describen brevemente algunas
de estas prácticas.
Control de calidad en la fabricación de estructuras de concreto: Implica
buenas prácticas desde el diseño; consideraciones de servicio y de uso a las que estará sometida la
estructura (Clasificación del medio ambiente); selección adecuada de los materiales con los que se fabricará
el concreto; control en la fabricación, el transporte, la colocación, y sobre todo un curado eficiente, oportuno y
adecuado de la estructura.
Recubrimiento suficiente como protección del acero de refuerzo: Irán
de acuerdo a las recomendaciones que señalan tanto el ACI 318 como cualquier otro reglamento vigente, en
donde claramente se especifican los recubrimientos mínimos que deben tener los armados de las estructuras,
en función del tipo de estructura y de las condiciones de servicio (Fig. 5).
Baja relación agua-material cementante:
Su práctica sirve para asegurar que se
logren estructuras más durables. Una relación de 0.50 permite que la estructura tenga un mejor
comportamiento a la carbonatación, y una de 0.40 ante la agresión de cloruros.
Cantidad suficiente de cemento: Dependerá del uso de la estructura y de las condiciones
de servicio. Es común que se señale que un concreto elaborado con al menos 300 Kg de cemento por m3,
tendrá un mejor comportamiento.
Reducción del contenido de agua: Se puede lograr utilizando aditivos reductores de agua
y superplastificantes, mismos que deberán probarse previo a su uso.
Empleo de otras adiciones cementantes: Ceniza volante, humo de sílice, escorias de
alto horno y puzolanas naturales.
Evitar el uso de materiales que contengan cloruros: agua, agregados, aditivos,
etc.
Uso de inclusores de aire.
Referencia:
García, F. de J., Evaluación de estructuras, técnicas y materiales para su reparación, IMCYC, 2003.