CAPITULO II. CORROSION EN EL HORMIGON ARMADO, DURABILIDAD, E INHIBIDORES DE CORROSION 2.1. Hormigón Armado El hormigón armado es el material más extensamente empleado en la construcción debido a sus notables ventajas en versatilidad, resistencia y durabilidad comparado con otros materiales. Sin embargo, producto de las acciones físicas, químicas y mecánicas a las cuales la estructura es sometida a través del tiempo, se producen deterioros en éste a menudo en plazos menores a los deseados. Las nuevas estructuras de hormigón armado están diseñadas para tener una mayor vida en servicio que supere normalmente los 50 años. Desafortunadamente muchas estructuras no llegan a alcanzar este objetivo, precisando una reparación costosa y mantenimiento de protección futura. La corrosión electroquímica del acero de las armaduras del hormigón es uno de los daños más frecuentes que ocasionan graves deterioros en las estructuras de hormigón armado. El fenómeno se desarrolla invisible y lentamente al interior de la estructura y cuando muestra signos visibles en el exterior, obliga a reparaciones costosas y muchas veces al cierre de las vías o instalaciones. Los efectos de la corrosión de las armaduras influyen directamente sobre el acero, sobre el hormigón y sobre la adherencia acero-hormigón. En el acero se va produciendo una pérdida de sección (se desintegra el acero de refuerzo), que implica una pérdida de la capacidad estructural del elemento (reduce la resistencia a la flexión). Como consecuencia de la corrosión, el hormigón de recubrimiento de las armaduras primero se fisura y luego se desprende debido a que los productos originados durante la corrosión tienen un volumen mayor que el acero original, produciéndose un incremento de volumen que transmite tensiones al hormigón provocando su deterioro (el acero, al oxidarse, se expande hasta cuatro veces sobre su volumen original). 2.2. Durabilidad del Hormigón La durabilidad se puede definir como la capacidad de una estructura de resistir las condiciones ambientales que la rodean. Según el Manual del Hormigón chileno, publicado por el Instituto Chileno del cemento y del Hormigón, al hablar de durabilidad la define de la siguiente forma: “ La durabilidad es la cualidad que poseen los hormigones de soportar las condiciones para las que fueron diseñados sin sufrir deterioros durante su vida útil prevista” Toda estructura debe mantenerse en condiciones adecuadas de servicio, considerando gastos mínimos de mantención durante el periodo para el cual fue diseñada, o sea su vida útil. Vida útil : periodo de tiempo, a partir de su puesta en servicio, durante el que la estructura debe mantener sus condiciones de seguridad, funcionalidad y aspectos aceptables. El hormigón por ser un material durable, debe dosificarse para un determinado uso, utilizando los materiales adecuados, mezclado colocación y curado que cumplen con la normativa vigente. Pero la realidad nos indica que siguen existiendo problemas serios de durabilidad. La mayor problemática se presenta desde el punto de vista constructivo. La ocurrencia de situaciones poco o mal controladas, como recubrimientos de poco espesor, secciones muy delgadas, mala compactación, tiempos de aserrado, etc., llevan a un aumento de problemas de durabilidad. 2.2.1. INFLUENCIAS PROPIAS DEL MATERIAL HORMIGON Sabemos que el hormigón es un material inerte, pero aunque sea contradictorio, es un material con vida. Desde el momento en que el cemento se mezcla con el agua de amasado (hidratación), comienza una reacción química que se prolongará durante toda su vida y que producirá cambios estructurales de importancia, dependiendo de la respectiva composición química. Así durante los primeros días el hormigón desarrolla un fuerte calor de hidratación, incrementa su resistencia y, en ciertos casos, pueden generarse reacciones químicas expansivas propias del cemento o de combinación con los áridos-. La óptima elección de las materias primas usadas para la fabricación del cemento permiten asegurar el cumplimiento de las exigencias, tanto de resistencia como de durabilidad. Por otro lado, el agua de amasado añadida al hormigón es mayor a la que se necesita para hidratar al cemento, razón por la cual el agua no es unida químicamente ni físicamente, se mantiene libre y puede evaporarse, produciendo el fenómeno de la retracción, causante en muchos casos de las fisuras por secado. Mediante la utilización de técnicas adecuadas es posible minimizar el riesgo de agrietamiento que representa la retracción. 2.2.2. INFLUENCIAS EXTERNAS A LA ESTRUCTURA Existe una serie de factores de origen externo que afectan puntualmente al hormigón y le pueden ocasionar daños irreversibles o llegar rápidamente al colapso, como lo son sobrecargas estáticas o dinámicas, terremotos, fuego o vientos y temperaturas extremas. Lamentablemente estos efectos son en su mayoría impredecibles, y sólo un buen diseño que incluya todos los posibles riesgos, puede asegura que la estructura resista las solicitaciones. El desgaste de tipo mecánico por fricción también ocasionará problemas de durabilidad del hormigón. Dado que la acción mecánica no se puede evitar, la solución va hacia lograr una superficie de hormigón más dura y resistente. Por último se tiene todos aquellos fenómenos relacionados con el entorno o medio en el cual se encuentra la estructura de hormigón, como por ejemplo: carbonatación ciclos de hielo / deshielo acción de sales descongelantes (cloruros) ataques de sulfatos acción de líquidos o gases agresivos. El denominador común es que todos actúan sobre la capa más externa del hormigón, que en el caso del hormigón armado corresponde al recubrimiento del acero. Estos fenómenos, además son de acción lenta largo plazo irreversible. Suceden inadvertiblemente y cuando se presentan al exterior es demasiado tarde, haciéndose necesario ejecutar reparaciones mayores. El mayor daño se presenta por el efecto de la carbonatación y cloruros sobre el acero, induciendo a la corrosión de la armadura. No debemos olvidar que la base del hormigón armado viene dada por la capacidad de tracción del acero. Por lo tanto, una armadura corroída, que además ha disminuido su sección, puede traer consecuencias nefastas para toda la estructura. 2.3. Causas de la Corrosión de Armaduras Durante la hidratación del cemento se libera hidróxido de calcio, también llamado portlandita, que otorga carácter básico al hormigón, situando al pH entre 12 y 13. Con estos valores de pH, el acero de las armaduras se encuentra pasivado, es decir, recubierto con una capa de óxidos, compacta y continua, que lo mantiene protegido de la corrosión. Si bien existen varias causas que pueden dar lugar a la destrucción de la capa pasivante del acero, en la práctica los factores que promueven la corrosión electroquímica de las armaduras en el interior del hormigón son mayoritariamente la carbonatación y la presencia de cloruros, o ambos factores en conjunto, ayudados por el fisuramiento o la porosidad del hormigón que permite el paso hasta las armaduras de oxígeno, humedad y de diversos agresores del medio. 2.3.1. CARBONATACION DEL HORMIGON El anhídrido carbónico, CO2, contenido en el aire penetra en las aberturas capilares del hormigón y se combina con el hidróxido de calcio para formar carbonato de calcio. Por consiguiente, la alcalinidad del hormigón que en principio correspondía a un valor de pH de 12 a 13 se reduce poco a poco. Este proceso se conoce con el nombre de carbonatación. Si el valor del pH llega a valores inferiores a 9,5, la alcalinidad ya no es suficiente para mantener pasiva la capa de óxido protectora de las armaduras de acero. Por lo tanto, bajo la acción de la humedad y del oxígeno, el efecto de corrosión puede comenzar. En estas condiciones de pH, el hormigón en cuestión se conoce como hormigón carbonatado. Ej. FIGURA 1. 2.3.2. EFECTO DE LOS CLORUROS El ion cloruro destruye la capa pasivante que protege inicialmente a las armaduras de acero cuando están impregnadas en hormigón. Los cloruros, al alcanzar el acero, causan fácilmente corrosión por "picado". Los cloruros que se encuentran en el agua de mar y en el aire salino de las zonas cercanas a la costa penetran en el hormigón por absorción capilar y difusión desde la superficie hacia el interior de las estructuras. También se pueden encontrar cloruros en las aguas subterráneas, en las aguas residuales, en las plantas de tratamiento y afluentes industriales. FIGURA 2. 2.4. Inhibidores de la Corrosión para Hormigón Armado Los inhibidores de corrosión modernos están basados en la combinación de inhibidores orgánicos e inorgánicos, extensamente probados, compuestos por aminoalcoholes (AMA). Los inhibidores basados en aminoalcoholes no alteran ninguna de las características del hormigón fresco o endurecido. Forman alrededor de las armaduras una película protectora. Otorgan una protección anódica (inhibe la ionización del acero) y catódica (obstruye el oxígeno disponible en la superficie del acero). Una importante ventaja frente a otros inhibidores es que no tienen ningún efecto nocivo para el ambiente o las personas. Este moderno tipo de inhibidor puede usarse como protección preventiva en una amplia gama de estructuras de hormigón armado, tales como: puertos, muelles y estructuras marítimas, viaductos, puentes, túneles, construcciones bajo tierra, construcción en suelos salinos, ambientes agresivos industriales y en la rehabilitación de estructuras afectadas por corrosión. 2.4.1. ADITIVOS INHIBIDORES DE CORROSION Los aditivos inhibidores de corrosión son sustancias que adicionadas en pequeñas cantidades al hormigón, en el momento de su confección, logran inhibir las reacciones necesarias de manera que la reacción electroquímica no ocurra. Se adicionan a la mezcla en la planta o directamente al camión mixer en la obra. 2.4.2. IMPREGNACION DE ESTRUCTURAS EXISTENTES CON INHIBIDORES DE CORROSION Los modernos inhibidores basados en aminoalcoholes, también se pueden aplicar como impregnaciones sobre la superficie del hormigón. El líquido inhibidor de la corrosión penetra por difusión hasta varios centímetros de profundidad, a una velocidad de 2 a 20 mm por día, alcanzando las armaduras y protegiéndolas con una capa pasivante o reforzando la existente si la hubiera. La gran capacidad de penetración de estos inhibidores permite su uso para asegurar la durabilidad de estructuras nuevas y especialmente de aquellas que se someten a rehabilitación. 2.5. Inhibidor de Corrosión DCI-S El inhibidor de corrosión DCI-S es un líquido que se añade al concreto durante el proceso de mezclado. Inhibe químicamente la acción corrosiva de los cloruros sobre el acero de refuerzo y los cables usados en los procesos de pretensado y postensado en el concreto. USOS Se recomienda el uso del DCI-S en concreto armado, pre y post-tensado que vaya a estar en contacto con cloruros provenientes de sales descongelantes y ambientes marinos. También puede utilizarse en concreto a los cuales se les añaden cloruros durante su producción. INHIBICION QUIMICA DE LA CORROSION: El inhibidor de corrosión DCI-S, es un sistema patentado que contiene nitrito de calcio que interactúa con el acero de refuerzo en el concreto y previene el ataque de las sales. Al interactuar químicamente con el refuerzo, se forma una barrera que previene la penetración de los cloruros. Se retarda el inicio de la corrosión y las ratas de corrosión se mantienen bajo control. Una vez que la corrosión sea inhibida, no ocurrirá la disrupción física del concreto a lo largo de la vida útil de la estructura. DOSIS DE ADICION: Las cantidades recomendadas a añadir oscilan ente 10-30 litros/m3 de concreto. El nivel de protección contra la corrosión se incrementa en proporción a las dosis. Las especificaciones del proyecto indicaran las ratas de adición. COMPATIBILIDAD CON EL CEMENTO El inhibidor de corrosión DCI-S es completamente compatible con todos los tipos de cemento y con los concretos que posean puzolanas. AJUSTE DE AGUA Es importante ajustar el agua de mezcla tomando en cuenta el agua en el DCI-S, manteniendo así la relación agua / cemento deseada. Se debe reducir el agua de mezcla para compensar la incorporación del inhibidor de corrosión. El factor de ajuste es 0,85 Kgs, de agua por cada litro de DCI-S. TIEMPO DE FRAGUADO DEL CONCRETO El DCI-S es un inhibidor de corrosión de fraguado neutro, formulado especialmente para no afectar los tiempos de fraguado del concreto. Según las condiciones ambientales, se puede requerir el uso de un acelerador o retardador. En estos casos, se recomienda la incorporación de un acelerador de fraguado sin cloruros o los retardadores de fraguado. PRESENTACION : Tambor de 208 litros (266 Kg) 2.6. Comparación entre el DCI-S y el MCI El MCI es un inhibidor migratorio que se agrega sobre la superficie de la estructura del hormigón y que funciona de la siguiente manera: primero se debe hacer reparaciones con morteros específicos del fabricante del inhibidor, morteros de reparación o pintura de protección, se debe limpiar la superficie del hormigón después de la impregnación, con agua a presión o chorro de arena para eliminar depósitos residuales de la superficie. Después de la aplicación del agua a presión se debe aplicar pintura y mortero de nivelación. Después de aplicar chorro de arena, de debe aplicar mortero de nivelación, tapa-poros, impregnación o pintura protectora. Sobre el hormigón limpio, seco, sano, se agrega en 3-5 capas. (Todo esto se evita usando DCI-S), además no hay coste de limpieza. 2.7. Imágenes de Hormigones Carbonatados, Sulfatados, Armaduras Corroídas, Fisuras FIGURA 3. FIGURA 4. Estado de corrosión del acero de refuerzo de una estructura de H. A con problemas de carbonatación FIGURA 5. FIGURA 6. Fisuras y descascaramientos FIGURA 7. Pérdida del recubrimiento FIGURA 8. FIGURA 9. Pérdida de sección útil del acero FIGURA 10. FIGURA 11. FIGURA 12. Ataques de sulfatos (corrosión de armaduras) FIGURA 13. Fisura por corrosión FIGURA 14. Fisura por corrosión