¿Por qué se corroen las barras de refuerzo?
El deterioro prematuro de las estructuras de hormigón armado se ha convertido en un grave problema a nivel mundial debido a la corrosión del acero incrustado. El costo anual estimado de la corrosión en los EE.UU. solo para puentes supera los US$ 8 mil millones [1] [2]. Las estructuras más afectadas son las situadas en ambientes agresivos, como los puentes marinos y de carreteras, a los que se aplican sales descongelantes durante los períodos invernales.
Etapas de deterioro visible
Principales mecanismos de deterioro
Referencias: [3] [4] [5] [6] [7]
Difusión de CO2 (carbonatación) en el hormigón
La carbonatación reduce el pH del hormigón, a través de una reacción con Ca(OH)2 para formar CaCO3. La difusión del CO2 en el hormigón se produce a través de poros capilares. Por lo tanto, depende en gran medida de la porosidad del hormigón y de la humedad relativa, además de la temperatura. Cuando el pH ha alcanzado un valor de aproximadamente 9; La barra de refuerzo de acero al carbono ya no está en un estado pasivo y puede producirse corrosión.
La carbonatación, por sí sola, rara vez es una fuente de preocupación para vidas útiles inferiores a 50 años, a menos que la calidad del concreto sea inadecuada y / o la mano de obra sea deficiente (incluida la cobertura insuficiente de concreto). Para que las estructuras sean más duraderas, se debe tener en cuenta la carbonatación.
Difusión de cloruros en el hormigón
La principal causa del deterioro del hormigón. A medida que los cloruros se difunden en el concreto, algunos quedan atrapados en forma «ligada», mientras que el resto, cloruros «libres», se difunden aún más y causan corrosión a medida que alcanzan las barras de refuerzo de acero al carbono, de acuerdo con los siguientes pasos (y la Figura) de ref12.
- Difusión del ion corrosivo (generalmente cloruro) en el hormigón
- Una vez que llega a la barra de refuerzo de acero al carbono (t0), comienza la corrosión
- Los productos de corrosión, que ocupan un volumen mayor que el acero, ejercen una presión hacia el exterior
- Se produce el agrietamiento del hormigón (t1), lo que facilita el acceso a los cloruros
- Grietas en la cubierta de concreto (desconchado) (t3), exponiendo la barra de refuerzo
- Si la corrosión continúa hasta que la barra de refuerzo no puede soportar las tensiones de tracción aplicadas y la estructura colapsa (t5)
Nivel crítico de umbral de cloruro (CCTL) [8]: Este es el contenido de cloruro por encima del cual comienza la corrosión de las barras de refuerzo. Existe cierto desacuerdo sobre cómo medirlo y sobre su valor, pero el valor de 0,4% por peso de cemento es generalmente aceptado para el acero C en ausencia de carbonatación.
Interacción entre la carbonatación y los cloruros
Referencia [9]
La carbonatación empeora la corrosión del cloruro al liberar algunos de los cloruros «ligados», haciéndolos disponibles para corroer la barra de refuerzo de acero C.
La carbonatación también reduce el PH y, por lo tanto, también el valor CCTL.
Acoplamiento galvánico en hormigón
Referencia [10]
El hormigón reforzado en parte con acero al carbono (CS) y en parte con acero inoxidable (SS) no sufrirá la corrosión de las barras de refuerzo en un entorno de cloruros si las barras de refuerzo de acero inoxidable solo están en contacto con los cloruros. En situaciones reales, como la de las reparaciones, o cuando la barra de refuerzo CS está demasiado cerca de la superficie, puede producirse cierta corrosión de la barra de refuerzo CS. Habrá tres mecanismos de corrosión CS involucrados (5)
- Corrosión no galvánica, que representa aproximadamente el 97% de la tasa de corrosión total
- acoplamiento galvánico de CS corrosivo con CS pasivo, una forma contraria a la intuición de la corrosión, que contribuye a aproximadamente el 2% de la tasa de corrosión
- por último, el acoplamiento galvánico de CS corrosivo con SS pasivo que representa aproximadamente el 1% de la tasa de corrosión. El SS es un cátodo más pobre que el CS pasivo debido a la mala conductividad de la capa pasiva de óxido de cromo
Todos los estudios apoyan la conclusión de que la corrosión galvánica entre SS y CS es insignificante.
Las grietas en el hormigón facilitan la corrosión
Referencia [11]
Hay muchas causas para la formación de grietas (consulte la tabla a continuación).
Si bien se aceptan las grietas finas, ya que son casi inevitables y no reducen la resistencia de la estructura, las grietas más grandes proporcionan amplias aberturas para los iones corrosivos en la barra de refuerzo, evitando localmente el largo tiempo de iniciación.
Sellar grietas es una opción, por supuesto, pero no aplicable en huecos o en áreas ocultas… Y esto ya es una operación de reparación, ya que las grietas pueden formarse años después. Los selladores retrasan la aparición de la corrosión, pero no para siempre.
| Tipo de agrietamiento | Forma de la grieta | Causa principal | Tiempo de aparición |
| Asentamiento | Arriba y alineado con armadura | Deslizamiento solar alrededor de las barras de refuerzo; exceso de agua en la mezcla | De 10 minutos a tres horas |
| Contracción del | Diagonal o aleatorio | precoz excesiva | De 30 minutos a seis horas |
| Expansión y contracción | Transverso (ejemplo: a través del pavimento) | Generación excesiva de calor o gradientes de | De un día a dos o tres semanas |
| Contracción por secado | Transverso o patrón | Exceso de agua en la mezcla; mala colocación de las juntas; juntas demasiado espaciadas | De semanas a meses |
| Congelación y descongelación | Paralelo a la superficie | Arrastre de aire inadecuado; agregado | Después de uno o más inviernos |
| Corrosión de la armadura | Por encima de la armadura | Cubierta de concreto inadecuada; entrada de humedad o cloruro | Más de dos años |
| álcali-agregado | Patrón de grietas; grietas en juntas o bordes paralelos | Árido reactivo más humedad | Por lo general, más de cinco años, pero puede ser mucho antes con agregados altamente reactivos |
| Ataque de sulfato | Grietas en el | Sulfatos externos o internos que promueven la formación de etringita | De uno a cinco años |
Modelos predictivos
Los modelos predictivos tienen como objetivo evaluar la difusión de cloruro y/o CO2 en el hormigón. Básicamente, predicen el tiempo que tardarán los cloruros en alcanzar un valor crítico (Nivel de umbral crítico de cloruro, CCTL) en la superficie de la barra de refuerzo. El valor CCTL generalmente aceptado es el 0,4% del contenido de cemento en el hormigón.
Dichos modelos proporcionan resultados significativos solo si los mecanismos físicos son los modelados y si los datos de entrada son correctos. Esto último puede ser un desafío, en vista de i) la amplia variación de los coeficientes de difusión entre los diferentes tipos de concreto (hasta 25 veces), ii) el grado de exposición, iii) las variaciones de temperatura y iv) el papel de las grietas.
Además, puede ocurrir una mano de obra deficiente e inducir factores desconocidos.
Como resultado, y con el fin de simplificar las opciones, se han implementado reglas simples en los códigos de construcción.
Para el acero al carbono, el código europeo de construcción (Eurocódigos) tiene en cuenta:
- La vida útil del diseño de la estructura (normalmente 50 años para un edificio y 100 años para un puente)
- El entorno en el que se encuentra
Y a partir de estos dos parámetros, se especifica una cobertura mínima de hormigón de la barra de refuerzo. [12] [13] [14]
En el caso de barras de refuerzo de acero inoxidable resistentes a la corrosión, no debería ser necesaria una cubierta de hormigón adicional* y se podría lograr un importante ahorro de hormigón y peso.
* Este valor se deja a criterio de cada país