Guia del especifcador - American Galvanizers Association

Guia del especifcador
Contenido
1Introducción
1Corrosión de la barra de refuerzo
2Cómo el zinc protege el acero de la
corrosión
4Propiedades mecánicas de la barra de refuerzo galvanizada
5Diseño y fabricación
6Inspección e instalación
9Evaluación de la barra de refuerzo galvanizada
10Estudios de caso de barra de refuerzo
galvanizada
Copyright © 2015 American Galvanizers Association. El material que se provee en el presente documento se ha
desarrollado para brindar información precisa y acreditada sobre el acero galvanizado posterior a su fabricación.
Este material proporciona información general solamente y no está previsto como un sustituto para el examen y la
verificación competentes profesionales en cuanto a idoneidad y aplicabilidad. La información que se provee aquí no
está prevista como una representación o garantía por parte de la AGA. Cualquiera que emplee esta información asume
toda responsabilidad que surja de tal uso.
American Galvanizers Association
Introduccion
La reparación del daño causado por la corrosión cuesta miles de millones de dólares al año. Un importante
contribuyente al problema de la corrosión es la barra de acero de refuerzo (barra secundaria) en descomposición,
que provoca el manchado, el agrietamiento y el descascarillamiento de estructuras de concreto en todo Estados
Unidos. La barra de refuerzo en erosión genera reparaciones costosas, mantenimiento constante y eventuales
deficiencias estructurales en el concreto.
En términos de eficacia y economía, el galvanizado en caliente, especificado frecuentemente por su longevidad y
durabilidad en acero estructural expuesto, también puede usarse para proteger a la barra de refuerzo de la corrosión.
El concreto es un material poroso, los elementos corrosivos de la atmósfera lo penetran y con el tiempo alcanzan la
barra de refuerzo, y esta, sin protección, se corroe. El acero de refuerzo galvanizado, con su revestimiento de zinc
tenaz y durable, es apto como ningún otro para resistir estos rigores sin provocar el detrimento del concreto.
Corrosion de la barra de
refuerzo
El concreto contiene poros y capilares pequeños por
donde viajan elementos corrosivos como el agua, los iones
de cloruro, el oxígeno, el dióxido de carbono y otros gases
hacia la matriz del concreto y, con el tiempo, alcanzan la
barra de refuerzo. A media que la concentración de estos
elementos corrosivos aumenta, en particular los cloruros,
con el tiempo se atraviesan el umbral de corrosión del
acero y la barra de refuerzo comienza a corroerse.
La herrumbre, u óxido de hierro, es la consecuencia de un
proceso electromecánico. Cuando el hierro se corroe, los
productos de su corrosión (óxido) son de 2 a 10 veces más
voluminosos que los del acero original. Este aumento del
volumen alrededor de la barra de refuerzo ejerce un gran
estrés de tracción disruptivo sobre el concreto circundante.
El concreto tiene una buena resistencia a la compresión,
pero mala resistencia a la tracción, por lo general un
décimo de la resistencia a la compresión. A medida que
la presión aumenta, el concreto comienza a agrietarse
(Ilustración 1), y crea una vía directa para los elementos
corrosivos, cuya consecuencia es la corrosión acelerada
de la barra de refuerzo y el eventual descascarillamiento
del concreto. Una vez que se produce el agrietamiento, la
capacidad estructural de elemento está comprometida y se
requieren costosas reparaciones para extender su vida útil.
Ilustración 1: Descascarillamiento de concreto
Veterans Memorial Bridge
El Veterans Memorial Bridge, que se extiende
del Ohio River hasta Weirton, West Virginia y
Steubenville, Ohio, se inauguró el 1 de mayo de
1990. El puente es un ejemplo de lo que puede
ocurrir cuando el acero de refuerzo no logra resistir
el entorno donde está ubicado. Las fotos debajo
se tomaron en febrero de 2009, y menos de 20
años de servicios después, la barra de refuerzo
se ha corroído, lo que ocasiona el agrietamiento
y descascarillamiento del concreto. Una barra de
refuerzo capaz de resistir el ambiente de río húmedo
y las sales dañinas para deshielo en invierno habrían
mantenido el concreto intacto y, así, reducido la
carga económica y temporal necesaria para reparar
y reemplazar el concreto descascarado.
1
Barra de refuerzo corroída causante de descascarillamiento de concreto
Como el zinc protegÉ al
acero de la corrosion
El zinc, aplicado al acero en el proceso de galvanizado en
caliente (HDG), ha sido empleado por más de 100 años
para proteger el acero. A medida que se sumerge el acero
en la caldera de galvanizado, el hierro en él reacciona
al zinc fundido y forma una serie de capas unidas
metalúrgicamente de aleación zinc/hierro (Ilustración 2).
Estas capas intermetálicas de fuerte unión (3600 psi) de
hecho son más duras que el acero base, y proveen, así,
una mayor resistencia al impacto y la abrasión.
Ilustración 2: Capas típicas de aleación zinc hierro
Durante la reacción en la caldera, las capas de aleación
crecen perpendiculares a todas las superficies, lo que
garantiza que las esquinas y los bordes tengan una
misma protección (Ilustración 3). Además, el proceso
de inmersión asegura una cobertura completa de la
superficie de acero, incluidas las áreas inaccesibles o de
difícil alcance con revestimientos aplicados con cepillo
o espray. La cobertura completa uniforme se traduce en
protección de barrera y catódica a toda la pieza de acero
(dentro y fuera).
El revestimiento de zinc galvanizado en caliente
brinda una barrera impenetrable que protege al acero
2
de elementos corrosivos en el ambiente. Mientras
el revestimiento de zinc se expone al ambiente, se
desarrolla una barrera adicional a medida que se forman
productos de la corrosión del zinc en la superficie.
Esta pátina de zinc que se da de forma natural es tenaz
y relativamente insoluble, y crea una capa protectora
pasiva sobre el revestimiento de zinc, la cual inhibe la
exposición y la corrosión en curso del revestimiento
galvanizado subyacente. Esta pátina de zinc protectora
explica porqué la tasa de corrosión del zinc está estimada
en 1/10 a 1/100 de la tasa de corrosión del acero.
Además de las barreras de cobertura completa y de
pátina de zinc, el galvanizado en caliente también brinda
protección catódica. Dadas las diferencias en el potencial
eléctrico, el zinc es anódico al acero, lo que quiere decir
que cuando dos metales están conectados el zinc se corroe
por preferencia y da protección catódica al acero. Por eso,
el revestimiento galvanizado en caliente no puede sufrir
erosión interna por el acero que se oxida, como sucede
con los revestimientos de pintura. El acero expuesto
en bordes cortados o con daño mecánico severo no se
corroerá porque el zinc adyacente se sacrificará y aislará la
corrosión hasta que se consuma todo el zinc circundante.
Ilustración 3: Protección total de esquinas
Ilustración 3: Protección total de esquinas
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Cómo la Barra de Refuerzo Galvanizada
Ralentiza la Corrosión en el Concreto
Los mecanismos de corrosión y el rendimiento del
acero negro y galvanizado en caliente en el concreto
son diferentes de cuando se los expone a condiciones
atmosféricas. El acero incrustado en concreto está expuesto
a un entorno altamente alcalino. El acero negro es pasivo
en concreto alcalino hasta que el nivel de cloruro supera
aproximadamente 1 lb/yd3, cuando el acero se despasiva y
comienza a corroerse. El zinc, por otro lado, puede resistir
una concentración de cloruro al menos entre cuatro y
cinco veces más alta que el acero negro, y, junto con su
protección de barrera impermeable, retrasa la aparición de
corrosión por cloruros en la barra de refuerzo galvanizada.
Los cloruros penetran el concreto por poros y grietas
pequeños que se forman en la superficie por el uso y la
erosión. Aunque el acero negro en concreto por lo general
se despasiva por debajo de un pH de 11,5, el reforzamiento
galvanizado puede permanecer pasivado en un pH más
bajo, y ofrece así una protección sustancial contra los
efectos de la carbonatación del concreto.
Además de una mayor tolerancia a los cloruros, una vez
que el revestimiento de zinc comienza a despasivarse, los
productos de la corrosión del zinc formados son menos
voluminosos que los óxidos de hierro y, de hecho, migran
de la barra de refuerzo galvanizada hacia la matriz del
concreto (Ilustración 4). A diferencia del desarrollo del óxido
de hierro, la migración de los productos de corrosión del
zinc de la barra de refuerzo impide que la presión aumente
y el concreto se descascarille con el tiempo.
Ilustración 4: El mapa elemental muestra
cómo los productos de la corrosión de la
barra de refuerzo galvanizada son menos
densos y no acumulan presión que provoque
descascarillamiento de concreto. Los productos
de la corrosión del zinc (representados en
blanco) migran del revestimiento galvanizado y
se dispersan en la matriz del concreto.
La vida útil total del revestimiento galvanizado en concreto
comprende el tiempo que le lleva al zinc despasivarse
(más que el acero negro por su mayor tolerancia a los
iones de cloruro), más el tiempo que lleva el consumo del
revestimiento de zinc, ya que se sacrifica para proteger el
acero subyacente. Solo después de que el revestimiento se
La Casa de la Ópera de Sidney, Australia, emplea acero
haya consumido por completo en una región de la barra
de refuerzo galvanizado.
comenzará la corrosión localizada del acero.
Usos Comunes del Acero re Refuerzo
Galvanizado en Concreto:
• Aplicaciones de edificios arquitectónicos
• Vigas y columnas expuestas
• Estructuras costeras y marinas
• Muelles y rompeolas
• Infraestructura de transporte
• Tableros de puentes
• Dársenas y puertos deportivos
• Instalaciones para el tratamiento del agua
• Postes de iluminación
• Bases de postes de energía
• Centrales eléctricas
Ventajas de la Barra de Refuerzo
Galvanizada:
• Bajo costo
• Protección catódica
• Poco o ningún descascarillamiento del
concreto
• Mayor tolerancia a concentración de cloruro
• Buen rendimiento en entornos hostiles
• Tolerancia de diversas calidades de
concreto
• Limpia y fácil de trabajarla
• Mayor vida útil para proyectos
3
Resistencia de Unión
La buena unión entre el acero de refuerzo y el concreto es
esencial para el rendimiento confiable de las estructuras
de concreto reforzado. Cuando se emplean revestimientos
protectores en acero, es fundamental garantizar que no
reduzcan la resistencia de unión. Se han investigado los
estudios sobre la unión de barras de acero galvanizado y de
negro al concreto de cemento Portland. Los resultados de
los estudios indican que:
Acero de refuerzo galvanizado
Propiedades Mecanicas
de la barra de refuerzo
galvanizada
Ductilidad y Resistencia a la
Fluencia/Tracción
Los estudios del galvanizado en caliente sobre las propiedades
mecánicas del acero de refuerzo evidencian poco efecto
sobre la resistencia a la tracción o fluencia o el máximo
alargamiento de la barra de refuerzo, siempre y cuando se
sigan la selección de acero, las prácticas de fabricación y
los procedimientos de galvanizado apropiados. Cuando se
fabrica la barra de refuerzo antes del galvanizado en caliente,
el radio de curvatura debería seguir la Tabla 2 del A767 de
la ASTM, Especificación Estándar para Barras de Acero Revestido
de Zinc (Galvanizado) para Refuerzo de Concreto. Si la barra de
refuerzo se fabrica después del galvanizado, debería seguirse
la práctica industrial estándar, según el Manual de la práctica
estándar del Concrete Reinforcing Steel Institute (CRSI).
Además, se ha estudiado el efecto del galvanizado sobre la
ductilidad de anclas e insertos de barras de acero después
de someterlos a distintos procedimientos de fabricación. El
estudio concluyó que, con la elección correcta del acero y de
los procedimientos de galvanizado, el galvanizado no reduce
la ductilidad del acero.
Resistencia a la Fatiga
Un programa experimental extenso que examina la resistencia
a la fatiga del refuerzo de acero muestra que el acero de refuerzo
deformado, expuesto a un entorno hostil antes de analizarlo
bajo carga de tensión cíclica, rinde mejor cuando está
galvanizado.
•El desarrollo de la unión entre el acero negro o
galvanizado y el concreto obedece al tiempo de curado y
a los factores ambientales.
•En algunos casos, la unión completa en la barra de
refuerzo galvanizada puede llevar más tiempo en
efectuarse que en el acero no revestido, según la reacción
de zincato/cemento.
•Como lo informó Stephen Yeomans en Refuerzo de Acero
Galvanizado en Concreto, hay cierta cantidad de estudios que
han concluido que la resistencia de unión desarrollada
por completo de la barra de refuerzo galvanizada no tiene
una diferencia importante con respecto de la resistencia
de unión del acero de refuerzo negro.
•Un estudio por C. Andrade, en España, monitoreó la
resistencia de unión de muestras de barra de refuerzo
galvanizada durante 10 años inmersas en agua salada, y
no encontró efectos perjudiciales sobre tal resistencia en
todo ese tiempo.
Reacción del Zinc en Concreto
Durante el curado, la superficie galvanizada del refuerzo de
acero reacciona con la pasta de cemento alcalino para formar
sales de zinc estables e insolubles junto con la evolución de
hidrógeno. Con esto surgió inquietud por la posibilidad de
fragilidad del acero debido a la absorción del hidrógeno. Los
estudios de laboratorio indican que el hidrógeno liberado no
penetra el revestimiento galvanizado hacia el acero subyacente,
y la reacción cesa en cuanto el concreto se endurece.
La A767 de la ASTM requiere que el refuerzo galvanizado
en caliente se someta a pasivación con cromato después
del galvanizado. Muchas mezclas de cemento contienen
pequeñas cantidades de cromato que pueden tener el mismo
objetivo que la pasivación con cromato del revestimiento
de zinc. La reacción entre la pasta de cemento alcalino y el
revestimiento de zinc depende de la cantidad de superficie
revestida con zinc en el concreto, con posibilidad de mayor
reacción a mayor cantidad de metal de zinc en contacto con
el concreto.
Tablero de puente de la Strawberry Mansion en Filadelfia
4
American Galvanizers Association
Diseno y fabricacion
Cuando el acero galvanizado está especificado (consulte la
publicación de la AGA, Especificación Sugerida para Acero de
Refuerzo Galvanizado en Caliente), los requisitos de diseño y
las procedimientos de instalación empleados no deberían
ser menos estrictos que para las estructuras con acero no
revestido. Además, hay ciertos requisitos especiales a tener
en cuenta cuando se usa acero galvanizado. Las siguientes
sugerencias están previstas como una guía para diseñadores,
ingenieros, contratistas e inspectores. Su propósito es
complementar otros códigos y estándares que traten con el
diseño y la fabricación de estructuras de concreto reforzadas,
y solo se dirige a las consideraciones especiales que surgen
por el uso de acero galvanizado.
Selección del Acero
El acero de refuerzo a galvanizarse debe cumplir con las
siguientes especificaciones de la ASTM:
A615: Especificación para acero deformado y barras de palanquilla de acero planas para refuerzo de concreto
A706: Especificación para acero deformado y barras planas de baja aleación para refuerzo de concreto
Pulido del Refuerzo
El pulido del acero de refuerzo galvanizado debe cumplir
con las especificaciones de diseño para barras de acero no
revestido y con la práctica habitual normal coherentes con
las recomendaciones del CRSI.
Las longitudes de solape del acero de refuerzo galvanizado
en caliente son idénticas a la barra de acero no revestido
debido a la resistencia de unión equivalente al concreto.
Metales Diferentes en Contacto
Otra consideración de diseño cuando se utiliza refuerzo
galvanizado es la posibilidad de establecer un par bimetálico
entre el zinc y el acero desnudo (es decir, en un quiebre en el
revestimiento de zinc o contacto directo entre las barras de
acero galvanizado y acero negro) u otros metales diferentes.
Este tipo de par bimetálico en concreto no debería exhibir
reacciones corrosivas siempre y cuando los dos metales
permanezcas pasivados. Para garantizar que no se produzca
ninguna reacción, la profundidad del concreto al contacto de
zinc/acero no debería ser menor que la cobertura necesaria
para proteger solo el acero negro bajo las mismas condiciones.
La mejor práctica indica que al usarse refuerzo galvanizado
no se lo debería conectar directamente con áreas grandes de
refuerzo de acero negro, cobre u otros metales diferentes. Los
soportes y accesorios de barras deben estar galvanizados, y el
alambre para atadura debería ser alambre recocido (calibre 16
o más), preferentemente galvanizado. Si se deben usar metales
diferentes, pueden emplearse cintas de polietileno y otras no
conductuales para brindar aislamiento entre los metales.
Acero de refuerzo galvanizado en Townsville, Australia
Barras de Pliegue
Los ganchos y los pliegues deben ser lisos y no puntiagudos.
El curvado en frío debe realizarse según las recomendaciones
del CRSI. Cuando las barras se doblan en frío antes del
galvanizado, necesitan estar fabricadas a un diámetro de curva
igual o mayor que los especificados en la Tabla 1 (debajo). El
material puede curvarse en frío con mayor estrechez que los
valores de la Tabla 1 si se alivia el estrés a una temperatura
de entre 482 C y 566 C (900 C y 1050 F) durante una hora
por 2,5 cm (una pulgada) de diámetro de barra antes del
galvanizado en caliente.
Diámetros de pliegues mínimos acabados - Pulgada Unidades de libra
Barra n.º
3, 4, 5, 6
7, 8
9, 10
11
14, 18
Grado 40 Grado 50
6d
6d
6d
8d
8d
8d
8d
8d
-----
Grado 60
6d
8d
8d
8d
10d
Grado 75
------8d
10d
d = diámetro nominal de la barra
Tabla 1: Diámetros de pliegues mínimos sugeridos
Si se curva después de aplicar el revestimiento de galvanizado,
este puede sufrir un poco de agrietamiento y descamado
en el pliegue. La velocidad a la que se curva el artículo
también puede afectar la integridad del revestimiento. El
revestimiento galvanizado se mantiene de la mejor forma
a velocidades de curvatura más lentas. Según la A767 de la
ASTM, cierto agrietamiento y descamado del revestimiento
galvanizado en el área de curvatura no es motivo de rechazo.
El descamado o agrietamiento puede repararse según se
describe en la A780 de la ASTM, Reparación de Áreas Dañadas
y No Revestidas de Revestimientos Galvanizados en Caliente.
5
Espesor del Revestimiento
El espesor del revestimiento galvanizado es el factor
principal para determinar la vida útil del producto.
Mientras más espeso el revestimiento, mayor el tiempo de
protección contra la corrosión. Para el acero incrustado
en concreto, la relación es aproximadamente lineal.
La masa mínima de revestimiento o los requisitos de peso
mínimos para barras de acero de refuerzo, en la A767 de
la ASTM, se resumen en la Tabla 2. La conversión de estos
pesos en valores de espesor se muestra en la Tabla 3.
Soldadura
Soldadura
Soldar refuerzo galvanizado no trae problemas, siempre
y cuando se tomen las precauciones adecuadas. Las pasos
comprenden una tasa de soldeo más lenta y mantener
una ventilación apta (la ventilación por lo general
requerida para operaciones de soldadura es apta). Se dan
más detalles en la publicación de la AGA, Soldadura y
Galvanizado en Caliente.
Inspeccion e instalacion
Después de galvanizar el acero de refuerzo, se
lo debería inspeccionar en la instalación del
galvanizador para garantizar el cumplimiento con las
especificaciones. La especificación estándar para la
barra de refuerzo galvanizada en caliente es la A767
de la ASTM. Sin embargo, cuando las barras están
fabricadas en ensamblajes antes del galvanizado,
corresponde la especificación estándar para los
ensamblajes galvanizados en caliente, A123 de la
ASTM, Especificación Estándar para Revestimientos de Zinc
(Galvanizado en Caliente) en Productos de Hierro y Acero.
Masa de Revestimiento
de Zinc
Clase
min gm/m2 (oz/ft2)
de revestimiento de
superficie
Clase 1
Tamaño de designación de barra n.º 3
1070 (3,50)
Tamaño de designación de barra n.º 4 y más
Clase 2
Tamaño de designación de barra n.º 3 y más
610 (2,00)
Tabla 2: ASTM A767 Masa (peso) de revestimiento de zinc
Peso del
Revestimiento
Espesor del
Revestimiento
oz/ft2
gm/m2
mils
micrones
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3.50
305,2
457,8
610,3
762,9
915,5
1068.1
1,70
2,55
3,40
4,25
5,10
5.95
43
65
86
108
130
153
Tabla 3:Conversión de peso del revestimiento de zinc
a espesor del revestimiento de zinc
Los requisitos mínimos de espesor del revestimiento para
la barra de acero de refuerzo en ensamblajes, de A123
de la ASTM, se resumen en la Tabla 4. La conversión de
estos grados en valores de espesor y peso se muestra en
la Tabla 5.
Inspección de la barra de refuerzo galvanizada
6
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Mínimo espesor del revestimiento por
grado*
El espesor del revestimiento galvanizado puede
determinarse mediante distintos métodos. El tamaño,
la forma y la cantidad de partes a analizarse indican
con probabilidad el método de prueba. El método más
frecuente para medir el espesor del revestimiento en
barras de acero de refuerzo y ensamblajes es mediante
un medidor de espesor magnético, según la E376
de la ASTM, Práctica Estándar para Medir el Espesor del
Revestimiento por Métodos de Campo Magnético o Examen de
Corriente de Foucault (Electromagnético).
Grado de revestimiento
Mínimo Espesor de Revestimiento Promedio
Grado por Categoría de Material
Todos los Especímenes Analizados
1/8-3/16
>3/16-1/4
≥1/4
(<1,6)
(1,6-3,2)
(3,2-4,8)
(>4,8-<6,4)
(≥6,4)
45
65
75
85
100
65
75
85
100
Cañería y tubería
45
45
75
75
75
Alambre
35
50
60
65
80
100
100
100
100
Formas
estructurales
Rayón
Barra de
refuerzo
Tabla 4: ASTM A123 Requisitos de espesor
del revestimiento
Factores que Afectan el Espesor del
Revestimiento
Hay ciertos factores que afectan el espesor del
revestimiento de zinc, algunos que puede manejar el
galvanizador y otros que no. Los dos que el galvanizador
puede manejar con facilidad son la temperatura del baño
de zinc y la tasa de extracción de la barra de refuerzo
del baño de zinc. A un menor grado, la aspereza de la
superficie afecta el espesor del revestimiento. Por eso,
las partes que han sido sobredecapadas y están ásperas
en la superficie pueden desarrollar capas de zinc/hierro
más espesas.
Una condición, que el galvanizado no puede controlar y que
afecta considerablemente el resultado del revestimiento
galvanizado acabado, es la química del acero (a saber, el
contenido de silicio y fósforo). Ciertos niveles de silicio
y fósforo tienen a acelerar el desarrollo de las capas de
aleación zinc/hierro por lo que el revestimiento sigue
creciendo mientras el acero de refuerzo esté sumergido
en el baño de zinc.
g/m2
35
1,4
,08
35
2,45
45
1,8
1,0
45
3,20
50
2,0
1,2
50
355
55
2,2
1,3
55
390
60
2,4
1,4
60
425
65
2,6
1,5
65
460
75
3,0
1,7
75
530
80
3,1
1,9
80
565
85
3,3
2,0
85
600
100
3,9
2,3
100
705
de espesor, de la siguiente versión anterior de esta especificación, mediante
factores de conversión coherentes con la Tabla x.21 en ASTM A653
redondeado a 5 µ ξ 0,03937; oz/ft2 = µm x 0,02316; g/m2 = µm x 7,067
más cercano.
Tabla 5:Conversión de grado de revestimiento
a espesor (ASTM A123)
La curva de Sandelin (Ilustración 5) muestra el espesor
de revestimiento producido por aceros con niveles de
silicio distintos sumergidos en el baño de zinc durante
un tiempo igual. Siguiendo la curva de Sandelin, hay
dos rangos de contenido de silicio recomendados
para aceros a galvanizarse, por debajo del 0,04% O
entre 0,15% y 0,22%, como se detalla en la A385 de
la ASTM, Práctica para Brindar Revestimientos de Zinc
(en caliente) de Alta Calidad. En general, los aceros con
contenido de silicio fuera de estos rangos producen
revestimientos espesos que se caracterizan por una
superficie gris mate, lo que indica un revestimiento
intermetálico predominantemente de zinc/hierro con
poca o ninguna capa exterior sin zinc.
La Curva de Sandelin
250
Espesor de zinc (relativo)
1/16-1/8
µm
* Las conversiones en la tabla se basan en los equivalentes métricos del valor
Categoría del Material Medición del Espesor del Acero en Pulgadas (mm)
<1/16
oz/ft2
200
150
100
50
0
0,1
0,2
0,3
0,4
% de silicio en el acero
Ilustración 5: Curva de Sandelin
7
Aunque la relación de la vida útil con la cantidad de
revestimiento de zinc es lineal, los revestimientos
galvanizados en caliente con un espesor de más de
305 micrones (12 mils) pueden ser susceptibles al daño
por manipulación hostil. Estos revestimientos espesos
pueden presentar descascarado en la capa exterior sin
zinc, en áreas donde se ubica el estrés externo en las
barras. En los casos más extremos, el revestimiento puede
fracturarse en la interfaz entre las capas intermetálicas
separada de zinc/hierro, y dejar solo una fracción del
espesor del revestimiento original.
Otro factor que afecta el espesor del revestimiento es la
mezcla de varios tamaños de barras en un ensamblaje
de acero de refuerzo. Las barras de tamaños diferentes
pueden desarrollar revestimientos de zinc a tasas
distintas. El ensamblaje debe mantenerse en el baño de
zinc por más tiempo para poder desarrollar el espesor
mínimo requerido en las secciones más gruesas; por eso,
las barras más pequeñas en el ensamblaje tienen a poseer
revestimientos más espesos de lo normal, los que serán
más acentuados si los niveles de silicio están fuera de los
rangos recomendados.
Aspecto del Revestimiento
Las A123 y A767 de la ASTM requieren que el
revestimiento de zinc tenga zonas desnudas y esté exento
de ampollas, zonas de flujo y grandes inclusiones de
escoria. El revestimiento galvanizado debe ser constante
para brindar una protección óptima contra la corrosión.
Las técnicas de manipulación para el galvanizado
requieren usar eslingas de cadena, estantes de alambre u
otros dispositivos de conservación para bajar el material
al baño de zinc. Las cadenas, los alambres y los accesorios
especiales empleados para manipular piezas pueden dejar
marcas en la pieza galvanizada. Estas marcas no son
necesariamente perjudiciales para el revestimiento y no
son motivo de rechazo, a menos que expongan el acero
desnudo o pongan en riesgo al personal de instalación
durante la manipulación. Si es necesario, pueden repararse
estas áreas según la A780 de la ASTM.
Las capas intermetálicas del revestimiento galvanizado
son más duras que el acero base, por lo que la barra
de refuerzo galvanizada y otras incrustaciones son
extremadamente resistentes al daño de la abrasión.
8
Debido a su revestimiento único y duro, el acero
galvanizado no requiere de manipulación especial en el
lugar de trabajo.
Las mismas especificaciones declaran que un acabado
gris mate no es motivo de rechazo. Un acabado gris
mate, y a veces una superficie más áspera, es un signo
del desarrollo acelerado del intermetálico de zinc/hierro
debido al acero con altos niveles de silicio. El trabajo
en frío también puede provocar un aspecto gris mate.
La capacidad que tiene un revestimiento galvanizado
de lograr su objetivo primario, el de brindar protección
contra la corrosión, debería representar el criterio
principal al evaluar su aspecto general y al determinar
su idoneidad. Y el acabado mate y/o la superficie más
áspera no afectan el rendimiento del acero de refuerzo
o del revestimiento galvanizado incrustado en concreto.
Almacenamiento y Manipulación
El acero de refuerzo galvanizado puede manipularse y
colocarse de la misma manera que la barra de refuerzo de
acero negro debido a su superior resistencia a la abrasión.
Las barras de refuerzo galvanizadas pueden almacenarse
afuera sin sufrir degradación en la resistencia a la corrosión
por los rayos UV. La facilidad de almacenamiento lo hace
factible de almacenar longitudes estándar de refuerzo
galvanizado para que esté disponible cuando se lo exija.
(Para más información, consulte las publicaciones de
la AGA, Galvanizado en Caliente Frente a Barra de Refuerzo
Revestida de Epoxi o Guía para Manipulación en Tierra:
Galvanizado en Caliente Frente a Epoxi Unido por Fusión).
Reparación Local del Revestimiento
La extracción local del revestimiento galvanizado en el
área de soldaduras, pliegues o extremos cizallados no
afectara en grado considerable la protección que ofrece
el galvanizado, siempre y cuando el área de la superficie
expuesta sea pequeña en comparación con el área de
superficie adyacente del acero galvanizado. Cuando el
área expuesta es excesiva y las brechas son evidentes en el
revestimiento galvanizado, el área puede repararse según
la A780 de la ASTM.
American Galvanizers Association
`
Prueba de Acabado con Cromato
Extracción de barra de refuerzo galvanizada del baño
Si el revestimiento de cromato es necesario, puede
verificarse la presencia de cromatos con el método
descrito en la B201 de la ASTM, Práctica Para Analizar
Revestimientos de Cromato en Superficies de Zinc y Cadmio.
Como los revestimientos de conversión de cromato se
erosionarán con bastante rapidez, las barras cromadas
después del galvanizado pueden no exhibir cromato
cuando se las incrusta en concreto. La formación de
la pátina de carbonato de zinc en la barra comenzará
a medida que el cromato se erosiona, y tiene el mismo
propósito que los cromatos, impedir la formación de
hidrógeno durante el curado del concreto.
Extracción de Formas
Prueba de Fragilidad
Evaluacion de la barra de
refuerzo galvanizada
Prueba de Envejecimiento Acelerado
Las formas de metal deberían aislarse eléctricamente de
la barra de refuerzo galvanizada para impedir reacciones
de metales diferentes durante el curado del concreto. Si
las formas de metales no están aisladas de la barra de
refuerzo galvanizada, los iones de zinc pueden liberarse del
revestimiento galvanizado para intentar proteger la forma de
metal, lo que provoca un cambio en el aspecto del concreto
cerca de la ubicación de la barra de refuerzo galvanizada.
Además de la inspección del aspecto y del espesor
del revestimiento, pueden analizarse las propiedades
y características diferentes de la barra de refuerzo
galvanizada en caliente. Puede ser necesario realizar
estos análisis en lotes específicos de acero para garantizar
que cumplen con los estándares relevantes, o en lotes
de prueba antes de ponerlos en uso final. Estos análisis
deberían realizarlos laboratorios acreditados con
experiencia en procedimientos de prueba individuales.
Prueba de Fuerza de Unión
Puede analizarse la unión de la barra de refuerzo
galvanizada en caliente al concreto según la A944 de
la ASTM, Métodos de Análisis para Comparar la Resistencia
de Unión de Barras de Acero de Refuerzo al Concreto con
Especímenes . La fuerza de unión depende mucho de
la deformación de la barra y no tanto de la unión real
entre el zinc y el concreto. Para las barras planas sin
deformación la unión en el zinc y el concreto es muy
importante. La resistencia a la extracción del acero de
refuerzo galvanizado en caliente se ha analizado muchas
veces, y los valores de la resistencia de unión son
equivalentes, o mayores, a los de la resistencia de unión
del acero negro, como se muestra en la página 4.
Las barras con mayor resistencia con una cantidad
considerable de trabajo en frío pueden ser susceptibles
a la fragilidad durante el proceso de galvanizado. Los
lineamientos para las barras de fabricación a galvanizarse
se bridan en la A143 de la ASTM, Protección Contra la
Fragilidad de Productos de Acero Estructural Galvanizado en
Caliente y Procedimiento para Detectar la Fragilidad, y la A767
de la ASTM. Cuando se sospecha fragilidad, la A143 de
la ASTM designa el método de prueba adecuado para
determinar la presencia de fragilidad.
Se ha intentado en muchas aplicaciones de acero revestido
con zinc desarrollar el método de prueba correcto para
determinar una vida útil acelerada apropiada. La prueba
de corrosión acelerada más usada es la B117 de la ASTM,
Práctica para Operar Aparato con Espray de sal (Niebla).
No se evidencia una correlación de exposición a largo
tiempo entre la prueba de espray de sal y el rendimiento
en tierra de la barra de refuerzo galvanizada. Las pruebas
de espray de sal no pueden analizar con precisión el acero
revestido con zinc porque aceleran los mecanismos de
falla incorrectos. Sin un ciclo adecuado de humectación/
secado, el revestimiento de zinc no puede formar capas
de pátina; la ausencia de una capa de pátina da lugar al
constante ataque del metal de zinc, cuya consecuencia es
la corta vida útil del revestimiento de zinc.
La barra de refuerzo galvanizada del tablero de
puente en la Ruta 66, en Kittanning, Pensilvania,
después de más de 30 años en servicio.
9
Estudios de caso de barra de refuerzo galvanizada
Bermuda
El acero de refuerzo galvanizado en caliente en concreto
ha estado en uso extensamente desde principios de 1950.
Una de las primeras instalaciones se dio en la construcción
del Longbird Bridge, en Bermuda, en 1953 por la Marina
de EE.UU. Se empleó acero galvanizado para reforzar el
tablero del puente en la construcción de un puente de
concreto de 5 m de largo con distancia de acceso único.
La Reef Plaza en Bermuda
revelaron muestras de núcleo después de 42 años, la
barra de refuerzo galvanizada aún tenía un espesor de
revestimiento de zinc que superaba bien la especificación
para un nuevo revestimiento galvanizado en caliente.
Longbird Bridge
El ambiente marino de Bermuda es muy corrosivo, como
se mostró en una inspección de 1978 de los puentes y
muelles llevada a cabo por Construction Technology
Labs. Esta inspección incluyó el Longbird Bridge y
mostró niveles de cloruro en el concreto de hasta 4,3
kg/m3 (7,3 lb/yd3). Durante la inspección, un gradiente
de ión de bajo contenido de cloruro en los núcleos de
concreto indicó que ya había cantidades importantes de
cloruros en el concreto para cuando se lo colocó (con
mayor probabilidad por agua salada usada para mezclar
el concreto). La concentración interna de cloruros, junto
con el espray de sal de un océano cercano, generan un
ambiente en extremo corrosivo. Según esta inspección,
el revestimiento galvanizado solo se vio ligeramente
afectado por la corrosión, ya que el 98% del revestimiento
galvanizado inicial estaba intacto.
Se realizó una inspección posterior del refuerzo
galvanizado en el Longbird Bridge en respuesta a la
especificación unilateral del refuerzo galvanizado en
caliente del Bermuda Ministry of Works and Engineering.
En este informe se halló la evidencia de la integridad del
revestimiento de zinc en secciones expuestas de barra de
refuerzo durante las reparaciones de 1984, después de 30
años de exposición a niveles de cloruro extremadamente
altos. Se realizó una tercera inspección en 1995 y se
10
Por más de 50 años Bermuda ha usado barras de refuerzo
galvanizadas en caliente exclusivamente en todas las estructuras
de concreto reforzadas, incluidos muelles, dársenas, tableros
de puente, subestructuras y construcciones industriales/
comerciales. La protección contra la corrosión sin paralelo
que el acero galvanizado en caliente brinda para materiales de
refuerzo en concreto llamó la atención de los Departamentos
de Transporte y autoridades de carreteras de muchos estados.
La Autoridad de Autopista de Peaje del Estado de Nueva
York, el Departamento de Transporte de Pensilvania y el
Ministerio de Transporte de Quebec han usado de forma
extensa la capacidad del galvanizado para proteger el acero de
refuerzo de la corrosión.
El Tribunal de Magistrados y la Estación de Policía
de Hamilton, en Bermuda, tienen sus cimientos
asentados en barras de refuerzo de acero
galvanizado.
American Galvanizers Association
Autoridad de Autopista de Peaje del Estado
de Nueva York
En 1995, la Autoridad de Autopista de Peaje del Estado de
Nueva York (NYSTA) comenzó a especificar la barra de
refuerzo galvanizada en caliente para todos los elementos
de sus puentes. La Autopista de peaje consta de más
de 900 km de autopista que comprende las secciones
principales de las Interestatales 87, 84 y 96, con secciones
que conectan a otras autopistas interestatales y de peaje a
cuatro estados vecinos de Canadá. La mayoría de los 810
puentes de NYSTA están instalados en ambientes de agua
dulce, salvo por algunos cercanos al Océano Atlántico que
califican como ubicados en ambiente marino. Además de
la proximidad cercana al agua, los puentes están sometidos
a ciclos de congelamiento/descongelamiento, y están muy
expuestos a sales de deshielo y contaminación industrial,
todo sumado a un ambiente corrosivo en extremo hostil.
La necesidad de proteger estos puentes de la corrosión se
volvió un problema mayor para la autoridad de la Autopista
de peaje durante principios de 1960, cuando el mantenimiento
y la inspección revelaron una amplia corrosión en tableros de
puente antes instalados que incorporaron refuerzo con acero
desnudo en el concreto. En la década de 1980, la NYSTA
pareció resolver el problema de corrosión al implementar
barra de refuerzo revestida con epoxi, basado parcialmente
en el respaldo de la Administración Federal de Autopistas
(FHWA) del sistema. Sin embargo, en tan poco como diez
años, comenzaron a surgir dudas en cuanto a la protección
provista por los tableros revestidos con epoxi.
En solo cuatro años comenzaron a verse grietas en el
concreto. Además, la NYSTA comenzó a preocuparse sobre
la resistencia de fuerza de la barra de refuerzo revestida con
epoxi al concreto. Al quitar secciones de concreto de la barra
de refuerzo revestida con epoxi durante una reparación
de un muelle mal diseñado, el concreto se rompía con
facilidad de la barra de refuerzo, lo que evidenciaba una
resistencia de unión inferior.
Por eso, en la década de 1990, la NYSTA realizó un estudio
del rendimiento de los tableros de sus puentes para encontrar
un sistema de protección contra la corrosión adecuado.
Durante el estudio, evaluaron 197 puentes con diversos
Barra de refuerzo revestida con epoxi oxidada
Tappan Zee Bridge in New York
tipos de acero de refuerzo: 65 galvanizados, 82 revestidos
con epoxi y 50 negro. Se observó lo siguiente en el estudio:
• El costo de instalación del acero galvanizado era muy competitivo
con el de la barra de refuerzo revestida con epoxi.
Aunque el costo inicial del galvanizado era ligeramente
mayor que el de epoxi o del acero desnudo en términos
de libras, los tableros de epoxi requerían más acero para
compensar las mayores longitudes de solape, mientras que
la barra de refuerzo galvanizada tenía longitudes de solape
iguales a la barra negra. Por eso, el costo inicial de los
tableros de refuerzo galvanizados eran muy competitivos
en un principio.
• Los costos de reparación se minimizaron con el acero galvanizado
en caliente.
No era solo que el costo inicial del galvanizado era
competitivo, sino también que el galvanizado en caliente
reducía los costos de reparación en tierra, ya que era
capaz de resistir la manipulación hostil y la abrasión de la
colocación; así, el costo total del puente se reducía cuando
se utilizaba la barra de refuerzo galvanizada.
•La instalación de la barra de refuerzo galvanizada se hizo sin
problemas después de una curva de aprendizaje inicial.
La instalación de la barra de refuerzo galvanizada fue un
poco distinta que para la barra de refuerzo revestida con
epoxi, y por eso se requirió un poco de ensayo y error
determinar el método más eficiente de instalación. Sin
embargo, después de una curva de aprendizaje mínima, la
instalación fue rápida porque la barra puede manipularse
igual que la negra, con las mismas longitudes de solape y
sin retoques necesarios.
Según estos descubrimientos, la NYSTA decidió utilizar
el acero de refuerzo galvanizado en caliente de forma
unilateral para la protección contra la corrosión. Las capas
aleadas unidas metalúrgicamente del acero galvanizado,
que son resistentes al impacto y a la abrasión, ayudaron a
resistir el daño al material por manipulación. Más aún, la
protección catódica del galvanizado en caliente garantiza
que cualquier daño al revestimiento no comprometería la
resistencia a la corrosión, ya que las muescas y los cortes
en el lugar estarían protegidos por el sacrificio del zinc
circundante. Por estas propiedades, junto con el análisis de
costos del ciclo de vida, la NYSTA concluyó que la barra de
refuerzo galvanizada en caliente no tiene paralelo.
11
Departamento de Transporte de
Pensilvania
El Departamento de Transporte de Pensilvania ha
especificado el refuerzo galvanizado por décadas. El Athens
Bridge, construido en 1973, es un puente dividido de
once tramos y cuatro líneas que utiliza barras de refuerzo
galvanizadas en caliente.
El tablero del Athens Bridge se inspeccionó inicialmente
ocho años después de su instalación. Se perforaron núcleos
de concreto y se realizó un análisis de la contaminación de
cloruros y espesor del revestimiento. Los niveles de cloruro
encontrados en los núcleos exhibieron concentraciones de
entre 1,8 a 7,9 lbs/yd3 de concreto. El extremo superior
de estas concentraciones se encuentra bien por encima del
umbral para que la corrosión activa se dé en el acero desnudo.
A pesar de estas condiciones en extremo corrosivas,
las mediciones de espesor del revestimiento indicaron
revestimientos superiores a 15 mils (aproximadamente tres
veces el espesor de revestimiento necesario en barra de
refuerzo galvanizada nueva según la A767 de la ASTM).
Luego se inspeccionó el Athens Bridge en 1991 y 2001,
y el análisis dio resultados similares. No se encontraron
signos de corrosión activa en el refuerzo galvanizado, y
las mediciones de espesor del revestimiento informadas
estaban en exceso de 10 mils. Estos espesores actuales de
revestimiento indican un estimado de más de 40 años de
protección contra la corrosión exenta de mantenimiento.
La restauración del tablero del puente de la Ruta 66, sur
de Kittanning, Pennsylvania, presentó una oportunidad
The Egg
The Egg (el huevo), en la Empire Center Plaza, Albany, en
NY, se completó en 1978. El centro de artes escénicas fue
un proyecto masivo de arquitectura, que combinó estética
y funcionalidad en una forma de concreto y acero. El eje de
concreto y acero de la estructura se extiende seis pisos hacia
el suelo. The Egg mantiene su forma gracias a un ceñidor
que consta de vigas de concreto altamente reforzadas que
utilizan barra de refuerzo galvanizada en caliente.
La durabilidad superior y la protección contra la corrosión del
acero galvanizado en caliente lo hicieron una opción lógica
para el reforzamiento del concreto en un factor integral del
12
Athens Bridge en Pensilvania
única para evaluar el rendimiento de la barra de refuerzo
galvanizada después de más de 30 años de servicio.
En el puente, construido en 1973, se empleó barra de
refuerzo galvanizada en el tablero. Aunque el tablero del
puente estaba en excelente estado, el Departamento de
Transporte de Pensilvania quería reemplazar la barrera
intermedia de postes y vigas con una barrera Jersey de
concreto más segura. Quitaron toda la sección media del
tablero e inspeccionaron la barra de refuerzo galvanizada.
Las pruebas encontraron que el contenido de cloruro en
el concreto alrededor de la barra de refuerzo era de 5 lbs/
yd3, que supera por mucho el umbral de cloruro para la
corrosión de la barra de refuerzonegra.
La inspección de la barra de refuerzo mostró que el
revestimiento estaba en excelente estado, con espesores
que aún superaban la especificación A767 de la ASTM para
barra de refuerzo galvanizada nueva. Durante la extracción
del concreto también se advirtió la unión tenaz de la barra
de refuerzo galvanizada al concreto circundante, lo que
confirma la resistencia de unión superior que se obtiene de
los revestimientos galvanizados. No fue necesario restaurar
el tablero de concreto y la barra de refuerzo original
permaneció en el lugar cuando se colocó la barrera Jersey.
diseño de la estructura. El ceñidor reforzado ayuda al huevo
a mantener su forma y dirige el peso de la estructura a la base
y eje de apoyo. Con alojamiento para dos teatros, el exterior
curvado del edificio continúa en el interior. Las paredes no
son cuadradas con esquinas marcadas, sino curvadas, incluso
arriba para encontrarse con el techo cóncavo y dar un aspecto
de acústica interminable y mejorada. Gracias al acero de
refuerzo galvanizado en caliente, el diseño extravagante de
The Egg no solo ha asombrado a ciudadanos y visitantes por
décadas, sino que también permanecerá una pieza hermosa
de Albany por generaciones venideras.
American Galvanizers Association
Otras Instalaciones
Se estima que más de 500 tableros de puentes en los
EE.UU. usan barra de refuerzo galvanizada en caliente para
resistir la corrosión. Las inspecciones de estos puentes se
llevan a cabo con constancia para evaluar el rendimiento
del refuerzo galvanizado. La Tabla 6 es un breve resumen
de algunas inspecciones recientes realizadas. La tabla
verifica el excelente rendimiento de la barra de refuerzo
galvanizada en caliente. Por las inquietudes que surgen
en cuanto al rendimiento de otro tipo de refuerzo en el
concreto y el deseo de producir puentes que duren 100
años, el galvanizado en caliente es más que una alternativa:
es el mejor sistema de protección contra la corrosión. Las
actuales inspecciones que se llevan a cabo en tableros de
puentes existentes informan que el acero galvanizado en
caliente rinde extremadamente bien, y las estimaciones
han mostrado que los tableros de puentes reforzados
con galvanizado en caliente brindarán al menos 75 años
de protección contra la corrosión sin mantenimiento,
incluso en los entornos más hostiles.
Ubicación
Instalado
Boca Chica Bridge, FL*
1972
Tioga Bridge, PA*
1974
Curtis Road Bridge, MI
Spring Street Bridge, VT
Intersección Evanston, WY
1976
1971
1975
Boca Chica Bridge en Florida
Fecha de
Inspección
1975
1991
1999
1984
1991
2001
2002
2002
2002
Cloruros
Espesor de
Revestimiento de Zinc
(lb/yd3)
mils
µm
1,95
2,02
3,21
0,58
1,06
2,23
6,88
4,17
2,55
5,1
4,0
6,7
5,9
8,8
7,8
6,1
7,5
9,3
130
102
170
150
224
198
155
191
236
*Se realizaron varias inspecciones en estos puentes. Como los núcleos de concreto se perforan fuera del puente, es imposible realizar esta
inspección en el mismo lugar. Al realizar las siguientes inspecciones, los núcleos deben perforarse en distintas áreas, lo que no permite
el monitoreo de la corrosión en un área particular. Los espesores del revestimiento galvanizado en caliente varían ligeramente a lo largo
de las barras. Esto explica cómo puede leerse un espesor de revestimiento más grande cuando se mide el mismo puente en una fecha
posterior.
Tabla 6: Resumen de inspección de puentes
Recursos adicionales
Yeomans, Stephen R., Refuerzo de Acero Galvanizado en Concreto, 2004
Desarrollo de la Unión Entre la Barra de Refuerzo Galvanizada y el Concreto en Vigas Sumergidas en Agua Salada Natural, C. Andrade, et. al.
Acero de Refuerzo Galvanizado en Caliente: Inversión en Concreto, International Zinc Association, 2006.
Barra de Refuerzo Galvanizada en Caliente Frente a Barra de Refuerzo Revestida con Epoxi, American Galvanizers Association, 2006.
Barra de Refuerzo Galvanizada en Caliente Frente a Barra de Refuerzo Revestida con Epoxi, American Galvanizers Association, 2006.
Especificaciones Sugeridas para Acero de Refuerzo Galvanizado en Caliente, American Galvanizers Association, 2002.
La página web sobre barra de refuerzo de la International Zinc Association: www.galvanizedrebar.com
La página web de la American Galvanizers Association: www.galvanizeit.org
Algunas fotos en esta publicación se usan con el permiso de la Galvanizers Association of Australia.
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American Galvanizers Association
6881 S. Holly Circle, Suite 108
Centennial, CO 80112
720-554-0900
[email protected]
www.galvanizeit.org