Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica

TEMA:ABRASION, EROSION, CORROSIONDOCENTE:ING. VERGARA LOVERA DANIEL

TEMA:ABRASION, EROSION, CORROSIONDOCENTE:ING. VERGARA LOVERA DANIEL

ICA – PERU2012

ICA – PERU2012

ABRASION

ABRASION Se define como resistencia a la abrasión al

grado de oposición de una superficie de concreto a ser desgastada por el roce y fricción.

Pueden traer consecuencias en el comportamiento bajo las condiciones de servicio indirectamente propiciando el ataque de algún otro enemigo de la durabilidad (agresión química, corrosión. etc.)

RESISTENCIA A LA ABRASION

Los pisos, pavimentos y estructuras hidráulicas son expuestos a abrasión o al desgaste, por lo que en estas aplicaciones el concreto necesita tener alta resistencia a abrasión.

Los resultados de los ensayos indican que la resistencia a abrasión está fuertemente relacionada con la resistencia a compresión del concreto.

Una relación agua- cemento baja y el curado adecuado se hacen necesarios para la resistencia a abrasión.

El tipo de agregado y el acabado de la superficie o el tratamiento usado también tienen gran influencia sobre la resistencia a abrasión.

EFECTO DE LA RESISTENCIA A COMPRESIÓN Y DEL TIPO DE

AGREGADO SOBRE LA RESISTENCIA A ABRASIÓN DEL

CONCRETO (ASTM C 1138).

EROSION

Las erosiones en la piedra artificial se producen por el bajo contenido en cemento.

Se define como el deterioro causado por la acción abrasiva de fluidos o sólidos en movimiento. La magnitud depende del número, velocidad , tamaño, perfil, densidad y dureza de las partículas en movimiento por unidad de tiempo. Siendo producido por acciones mecánicas debido al oleaje

DAÑOS POR ABRASION

POR FROTAMIENTO: En pavimentos de concreto, debido al tráfico peatonal,

camiones ligeros y arrastre, raspadura y deslizamiento de objetos sobre la superficie (frotamiento).

POR FRICCION: En pavimentos de concreto debido a montacargas,

camiones pesados y automóviles, con o sin cadenas (frotamiento, raspadura y percusión)

POR EROSION DE MATERIALES ABRASIVOS: Estructuras hidráulicas, estribos de puentes y

túneles, debido a la acción de materiales abrasivos transportados por corrientes lentas de agua (frotamiento más raspadura).

EROSION POR CAVITACION: Diques, vertederos, túneles y otros sistemas

transportadores de agua, donde la velocidad del agua es alta y hay presencia de bajas presiones . Se produce una separación del flujo de agua de la superficie. A esto por lo general se le conoce como erosión por cavitación.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA A LA ABRASIÓN

El mejor indicador es evaluar principalmente los factores como la resistencia en compresión, las características de los agregados, el diseño de mezcla, la técnica constructiva y el curado.

Está demostrado que un elemento fundamental lo constituye la mano de obra y el acabado. Cuando se procede a realizar el acabado sin permitir la exudación natural de la mezcla, la capa superficial se debilita.

La cantidad de energía que pone el operario en el proceso de acabado tiene relación directa con el grado de compactación de la superficie habiéndose comprobado experimentalmente una gran diferencia cuando éste trabajo se ejecuta con acabadoras mecánicas.

Un factor a tener en cuenta es la técnica de curado pues de nada sirve tener materiales y un diseño de mezcla excelentes si luego no propiciamos las condiciones para que se desarrolle la resistencia, y que son temperatura y humedad adecuadas.

RECOMENDACIONES PARA EL CONTROL DE LA ABRASION

Se estima que la superficie aludida debe tener resistencia en compresión mínima de 280 kg/cm2 para garantizar una durabilidad permanente con respecto a la abrasión, lo cual indica que es necesario emplear:

Relaciones Agua/Cemento bajas. Menor slump compatible con la colocación eficiente Agregados bien graduados y que cumplan con los

limites ASTM C-33 para gradación y abrasión. Menor cantidad posible de aire atrapado.

Otros : Se considera que en condiciones normales, el

acabado debe ejecutarse alrededor de dos horas luego de la colocación del concreto y habiéndose eliminado el agua superficial.

El curado debe iniciarse inmediatamente después de concluido el acabado superficial siendo recomendable mantenerlo no menos de 7 días cuando se emplea cemento Tipo I y un tiempo mayor si se emplean cementos de desarrollo lento de la resistencia.

Una técnica probada mundialmente que mejora notablemente la resistencia a la abrasión de las superficies de concreto consiste en emplear el denominado “concreto fibroso", al que se le añaden fibras de diversos materiales (acero, plástico, nylon, etc.) con objeto de crear una estructura interior que pueda resistir mas tracción que en un concreto normal.

Uso de soluciones endurecedoras superficiales a los pisos de concreto ( magnesio, fluorosilicato de zinc, silicato de sodio).

Hay una variedad muy grande de tratamientos adicionales para lograr una superficie mucho más resistente que la obtenida con un concreto normal, sin embargo la recomendación principal es el no usarlos sin antes evaluarlos en forma práctica.

CAVITACION

DEFINICION DE LA CAVITACION

La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puede producirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas hidráulicas (bombas, hélices, turbinas). El fenómeno de cavitación ataca a la superficie del hormigón en forma de picaduras que posteriormente se unen en zonas erosionadas amplias.

DESCRIPCIÓN DE LA CAVITACIÓN

El fenómeno de la cavitación se explica con el

mecanismo siguiente: si la presión en un líquido

como el agua baja suficientemente, empieza a

hervir a temperatura ambiente formando burbujas

de vapor. Entonces al subir la presión nuevamente

el vapor se condensa y la burbuja se destruye

(colapso de la burbuja). Cuando se repite este

proceso con alta velocidad como por ejemplo en el

interior de una bomba de agua, se forman y se

destruyen las burbujas rápidamente

DAÑO POR CAVITACIÓN El daño por cavitación es una forma especial de corrosión-erosión debido a la formación y al colapso de burbujas de vapor en un líquido cerca de una superficie metálica, que ocurre en turbinas hidráulicas, hélices de barcos, impulsores de bombas y otras superficies sobre las cuales se encuentran líquidos de alta velocidad con cambios de presión. Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las zonas dañadas son más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la cavitación. El daño por cavitación se atribuye parcialmente a efectos de desgaste mecánico.  

 

La cavitación se presenta también en el fondo

de los ríos donde se genera a partir de

irregularidades del lecho disociando el agua y el

aire. Ambos son sometidos a presiones, dando

lugar, este último, a burbujas que, con la fuerza

del agua, se descomponen en tamaños

microscópicos, saliendo disparadas a gran

velocidad. Esto provoca un fuerte impacto en el

lecho que puede ser de hasta 60 t/m².

 

a. La resistencia a la erosión por cavitación del concreto se incrementa con la reducción de la relación agua-cemento, con el incremento de la resistencia a la compresión y a la tensión, con el vibrado del concreto o usando polvo de acero en la mezcla.

b. Las recomendaciones sobre el tamaño máximo de los agregados del concreto son muy variables, se considera además que el mejor agregado para estos casos es el granito.

 

PROTECCIÓN CONTRA DAÑOS DEBIDOS A CAVITACIÓN

c. Se puede proteger la superficie de concreto por medio de láminas de hule para absorber las energías de choque, los recubrimientos se han hecho con base en pinturas que incrementan la vida del concreto de 3 a 20 veces.

d. Dar un acabado de pulido a la superficie sujeta a efectos de cavilación, ya que es más difícil nuclear burbujas sobre una superficie muy plana.

e. La protección contra la cavitación debe comenzar con un diseño hidráulico adecuado del sistema, de tal manera que se eviten en lo posible las presiones bajas.

CORROSION

¿QUE ES CORROSION?

Es la reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medio ambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades. Para el acero embebido en el concreto (hormigón), la corrosión da como resultado la formación de óxido que tiene 2 a 4 veces el volumen del acero original y la pérdida de sus óptimas propiedades mecánicas.

La corrosión produce además descascaramiento y vacíos en la superficie del acero de refuerzo, reduciendo la capacidad resistente como resultado de la reducción de la sección transversal.

Durante el proceso de corrosión en estructuras de concreto, la zona anódica y la zona catódica están localizadas en la superficie del acero de refuerzo, mientras que el concreto actúa como el electrolito, completándose así los elementos que se requieren para formar la celda electroquímica.

SERIE GALVANICA

La serie galvánica es una lista de metales y aleaciones ordenadas de acuerdo a su potencial de corrosión relativo en un medio ambiente dado. Cabe destacar que la serie galvánica es útil cuando se desea elegir un metal o aleación para ser utilizado en un electrolito específico, puesto que se conoce su tendencia a corroerse. El metal “Pasivo” es el que posee alguna forma de

película protectora sobre su superficie, como es el caso de los aceros inoxidables, el aluminio, el titanio, el cobre y otros metales.

El metal “activo” es un metal desnudo, sin película protectora. El estado activo está asociado con un potencial más negativo que el correspondiente a un estado pasivo.

FORMAS QUE ADOPTA

1. CORROSION LOCALIZADA:

Corrosión por picaduras: Las picaduras en las barras de acero se forman por la disolución localizada que se produce en la película pasiva. Esto resulta del ingreso de iones cloruro al medio, que están en la masa del hormigón o porque provienen del exterior.

Corrosión en Espacios Confinados: Aireación diferencial. La corrosión en espacios confinados puede ocurrir cuando sobre la superficie del metal existe un espacio lo suficientemente resguardado que evita el acceso continuo del oxígeno a esa zona, creándose, eventualmente, celdas diferenciales de oxígeno que inducen a la corrosión del refuerzo.

Corrosión bajo tensión: Para que ocurra este tipo de corrosión debe existir un intercambio de corrientes entre una estructura metálica y un medio electrolítico. Ocurre preferencialmente en hormigón pre o postensado, donde se utilizan aceros de alta resistencia debido, en general, a la presencia de hidrógeno atómico difundiendo a través del metal. Este daño produce, fisuramiento o fractura del acero por acción del hidrógeno atómico a nivel microestructural.

Corrosión por corrientes de interferencia:. Para que ocurra este tipo de corrosión debe existir un intercambio de corrientes entre una estructura metálica y un medio electrolítico. La corriente continua es la que tiene el efecto más pronunciado sobre la corrosión, ya que esta fluye en un solo sentido. Por el contrario, la corriente alterna, que invierte su dirección alrededor de una centena de veces por segundo, puede causar un efecto mucho menos pronunciado.

2. CORROSIÓN UNIFORME O GENERALIZADA:

La corrosión uniforme es resultado de una pérdida generalizada de la película pasiva, en la superficie del acero, que resulta de la carbonatación del hormigón y/o la presencia de excesiva cantidad de iones cloruros. También puede ocurrir por efecto de la lixiviación del hormigón producida por la precolación y/o lavado por aguas puras o ligeramente ácidas.

3. CORROSIÓN GALVÁNICA:

Esta corrosión se produce cuando existen dos metales de composición química diferentes en un medio electrolítico, o bien en zonas de composición diferente en un mismo metal, que conforman una micropila galvánica. En el caso de las armaduras, esta situación se dará cada vez que en alguna zona se dañe o no se forme la película pasiva característica. Esta zona actuará como ánodo frente al resto del material, donde permanece la pasivación, el cual actuará como cátodo. También podría ocurrir cuando la barra de refuerzo se encuentre con otros conductores más nobles, esto se asocia al funcionamiento de una macrocelda

MECANISMOS DE CORROSION

Cuando los agentes agresivos no están presentes desde la elaboración del concreto, éstos penetran a través de él cuando la estructura es puesta en servicio. Al llegar a la superficie del metal, provocan que la corrosión se desencadene. Una vez que la corrosión se ha desencadenado, ésta se manifestará bajo tres vertientes

 

1.  Sobre el acero, con una disminución de su diámetro inicial y por lo tanto de su capacidad mecánica.

2. Sobre el concreto, debido a que al generarse acumulación de óxidos-expansivos en la interfase acero-concreto, provoca fisuras y desprendimientos.

 

3. Sobre la adherencia acero/concreto .Desde el punto de vista de la corrosión del acero en el concreto, Tutti definió un modelo muy sencillo que representa el tiempo que tarda una estructura de concreto proporcionando servicios para los cuales ha sidodiseñada. Este modelo se divide en dos periodos.

Periodo de iniciación: Tiempo en que tarda el agente agresivo en atravesar el recubrimiento, alcanzar el acero y provocar el rompimiento de la capa de óxido protector.

Periodo de propagación: Comprende la acumulación progresiva deldeterioro, hasta que alcanza un nivel inaceptable.

COMO LIMITAR LA CORROSION

1. Utilice un concreto de buena calidad con aire incorporado y con relación A/C de 0.4 o menor

2. Utilice un recubrimiento mínimo de hormigón de 4 cm y como mínimo 2 cm mayor que el tamaño máximo nominal

del agregado grueso.

3. Incremente el recubrimiento mínimo a 2” (5 cm) para la exposición a sales de deshielo y a 2 ½” para la exposición

en ambiente marino

4. Asegúrese que el concreto es curado adecuadamente

5. Utilice cenizas volantes, escorias de altos hornos o microsílice y/o un inhibidor de corrosión probado.

ACCION DE CLORUROS Los cloruros se hallan en el ambiente en las zonas

cercanas al mar, en el agua marina, y en ciertos suelos y aguas contaminadas de manera natural o artificial

Los cloruros tienen una acción insignificante sobre el concreto desde el punto de vista de la agresión química directa, pero erradamente se le considera en muchas oportunidades causantes del deterioro que es producido por otros agentes.

Hay que tener perfectamente claro que el concepto de que los cloruros no tiene acción perjudicial directa sobre el concreto, sino a través de su participación en el mecanismo de la corrosión de metales embebidos en el concreto, produciéndose compuestos de hierro que al expandirse rompen la estructura de la pasta y agregados.

Cloruros pueden dañar la capa pasivadora del concreto que protege el acero de refuerzo y mantiene su ph alto. Cuando se supera el límite de cloruro soluble en agua, se crea un desequilibrio electroquímico, generando una celda eléctrica alrededor del acero, produciendo también cloruro de hierro, que luego se oxida. Esta oxidación produce expansión tensión en la pasta creando fisuramiento en el concreto.

Como nota interesante debemos comentar que para producir concreto no reforzado, se puede emplear incluso agua de mar, (como en efecto se hace en algunos lugares del mundo) si la estructura en cuestión no estará sometido posteriormente a humedecimiento que produzca que entren en solución permanente los sulfatos que también contiene el agua marina. Empleado complementariamente algún cemento puzolánico o resistente a los sulfatos, en los casos mas críticos se controlaría cualquier reacción de los sulfatos, ya que estos constituirían el único riesgo potencial de deterioro.

PREVENCION

Análisis previo de los materiales, especialmente el agua y los agregados así como el suelo de contacto.

SOLUCION

• a/c baja, espesor de recubrimiento, compactación, baja permeabilidad, inhibidores de corrosión

PROTECCION DE ARMADURAS

Los principales sistemas de protección de la corrosión están basados en plásticos (capas, revestimientos, rellenos sólidos) o gres (revestimientos, rellenos sólidos).

Otros tipos de revestimientos protectores para condiciones severas de corrosión son el galvanizado en caliente y el revestimiento epóxico de las barras de acero.

El usode pinturas Epoxy-Poliamida, Epoxy-aminas, Epoxy-Novolacas, Pinturas de Poliuretano etc. las cuales se interponen y retardan el ingreso de contaminantes externos como cloruros, dióxido de carbono, dióxido sulfuroso, humedad, oxígeno, etc.

Protección Catódica

RECOMENDACIONES:

Relación a/c baja. Uso de adiciones en reemplazo del cemento. Selección del tipo de cemento adecuado. Uso de agregados no reactivos. Uso de microsílice. Aumento de recubrimiento. Colocación del concreto «frío». Protecciones externas. Recubrimiento al acero. Uso de inhibidores de corrosión.

PROTECCION CATODICA

Este procedimiento tiene como fundamento la polarización, a potenciales más negativos, de la superficie metálica hasta alcanzar un grado de polarización, en el cual se acepta que dicha superficie metálica es inmune a la corrosión.