Corrosión Catódica

5/10/2018 Corrosi n Cat dica - slidepdf.com

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Asociación Latinoamericana para el Control, Patología y Recuperación de las Construcciones

VIII Congreso Latinoamericano de Patología de la Construcción X Congreso de Control de Calidad en la ConstrucciónCONPAT 2005. Vol. II : Patología de la Construcción

Asunción, Paraguay. Editado por CONPAT 2005

DAÑO POR CORROSIÓN EN UN SÓTANO CONTAMINADO CON CLORUROS

M. Sánchez, O. de Rincón, S. Delgado, E. Sánchez

Centro de Estudios de Corrosión-Universidad del Zulia, Maracaibo-Venezuela

RESUMEN

Este trabajo presenta la evaluación y diagnóstico, desde el punto de vista corrosión y su

incidencia en el estado de servicio de la estructura correspondiente al sótano de una planta

eléctrica. El sótano está expuesto continuamente a inundaciones y estancamiento de aguaproveniente principalmente del Lago de Maracaibo. El agua depositada en el sótano representa un

medio agresivo ya que contiene cloruros, y desechos de lavado (aceites, espuma). Se efectuaron

urgentemente algunas reparaciones, las cuales impidieron previamente realizar una evaluación ydiagnóstico de la corrosión de las estructuras. Por tal motivo, se solicitó un estudio para elaborar

normas y criterios, que permitiera conocer su diagnóstico y así elaborar los pasos para la

reparación de los daños de corrosión de la estructura de concreto. Se concluyó que las

reparaciones realizadas no cumplieron con las exigencias de durabilidad para este ambiente.Palabras clave: corrosión, concreto, sótano, cloruros, reparación

DAMAGE BY CORROSION IN A BASEMENT CONTAMINATED WITH CHLORIDES

ABSTRACT

This work presents an evaluation and diagnosis of a basement in power plant. The basementis continuously exposed to flooding and stagnation from water of Lake Maracaibo. This water

represents an aggressive environment since it contains chlorides and washing residue like oils,

foam, etc. Some urgent repairs were made; therefore no evolution was previously made. As aconsequence, an evaluation was required to elaborate standards and evaluation criteria for futurereparations on concrete reinforced structures. As a result, it was concluded that the previous

repairs did not meet the durability criteria for this type of environmentKeywords: corrosion, concrete, basement, chloride, reparation

Capítulo XIII: Anexos, Trabajo VE28, pp. XIII.31 - XIII.38



INTRODUCCIÓN

El sótano consiste en una estructura de concreto reforzada con acero, en forma de T. Estesótano está expuesto continuamente a inundaciones y estancamiento de agua proveniente

principalmente del Lago a través de un canal, del desbordamiento de un tanque de agua fresca y

del lavado de los equipos que se encuentran en los pisos superiores. El agua depositada en elsótano representa un medio agresivo ya que contiene cloruros, desechos de lavado (aceites,

espuma), entre otros contaminantes, con coloración entre amarilla y verde.

A través de una simple observación visual, la estructura no indicaba daños ni deterioro,debido al retoque superficial que se le había aplicado durante la reparación (seis meses antes de

la evaluación). Sin embargo, en la Figura 1 se pueden percibir marcas de humedad en las

columnas, muros, etc. así como ciertas reparaciones localizadas (parcheo) que se presentabanpara el momento de la evaluación.

Debido a la urgencia con la cual se efectuó la última reparación, no fue posible realizar un

estudio de los daños sufridos por corrosión, que permitiese reparar los elementos afectadostomando en consideración los procedimientos que adecuadamente se requieren de acuerdo al

grado e intensidad del deterioro por efecto de la corrosión que ha sufrido la estructura. Por lo

tanto el objetivo de este trabajo fue realizar un estudio que permitiera establecer una evaluación ydiagnóstico de las condiciones existentes de la estructura por los daños sufridos por corrosión,

verificando la validez de las reparaciones y sugerir otras si fuese necesario.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

El trabajo se desarrolló en dos etapas: Una primera etapa, denominada Inspección

Preliminar, que consistió en visitas de reconocimiento antes y después de las reparaciones.Previamente a la reparación, el Centro de Estudios de Corrosión de la Universidad del Zulia

(CEC-LUZ) elaboró un informe donde se indicaban los procedimientos a seguir para apuntalar laestructura y así poder realizar una evaluación en forma segura que permitiese reparar/rehabilitar

los diferentes elementos afectados en una forma optima1. Sin embargo, la empresa dada la

gravedad en cuanto a seguridad y funcionalidad que presentaban algunos de los elementos queestaban a punto de colapsar, decidió intervenirlos con carácter de urgencia, en ausencia de la

evaluación. Posteriormente a esta reparación se realizó una inspección general a la estructura,

con el fin de seleccionar algunos elementos en diferentes áreas, para examinarlos detalladamente.

Esta tarea no fue fácil, dada la dificultad de diferenciar las distintas intervenciones que se habíanefectuado.

En la segunda etapa, denominada Inspección Detallada, se realizaron los ensayos ymediciones requeridos para la obtención de información suficiente en naturaleza y número,siguiendo los esquemas programados en la primera etapa. Esta inspección detallada permitió

definir la naturaleza y origen de la corrosión, así como una evaluación de las reparaciones

efectuadas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El criterio general de selección de los elementos fue establecido en base a la información

aportada por el personal técnico de la empresa, tal como se señala en la Tabla 1. La evaluación

físico-química del concreto se realizó extrayendo núcleos, en los sitios donde el acero



manifestaba potencialidad corrosiva, de acuerdo a la evaluación electroquímica que se efectuó

previamente y que se reportan en la Tabla 2.

Es importante resaltar que en la zona perimetral del sótano se observó una mayor cantidadde daños por los derrames de agua que ocasionan algunos equipos ubicados en el piso

superior, sobre los elementos instalados inferiormente y que conforman el sótano.

ColumnasPara la evaluación se seleccionaron las columnas de acuerdo al tipo de intervención: A.- C-

1, C-2 y C-12 con reparaciones parciales; B.- C-8 con reparación total; y C.- C-4 tratadasuperficialmente (pintada).

Análisis Electroquímico. Los medidas de potenciales realizadas en las caras seleccionadas

de las columnas en estudio, revelaron que la armadura presentaba de moderada a altapotencialidad corrosiva1,2 (considerando potenciales activos valores <–200 mV vs Cu/CuSO4) a

lo largo de toda su extensión, haciéndose más negativo el potencial a medida que se acercaba al

piso (menor a 0,4 m de altura), a pesar de que el refuerzo posee una capa de protección deconcreto con un espesor de recubrimiento entre 1,6 cm y 12,6 cm. Mientras la columna C-8,

reparada con eliminación total de concreto (Tabla 1), mostró medidas de potenciales que

indicaron pasividad del refuerzo a una altura superior a 0,4 m y la columna C-4, la cual fuesolamente pintada por no presentar aparentes signos de daños (Tabla 1), exhibió potenciales

activos en la zona inferior y un poco menos activas en su unión con la losa.

En la columna C-1, se observaron potenciales2

entre -211 mV y –434mV vs Cu/CuSO4, paralas dos caras evaluadas (Norte y Este), tal como se presentan en la Figura 2. Estos valores

indican una alta potencialidad de corrosión de la armadura.1,2 En cuanto a la velocidad de

corrosión obtenidas por medio del GECORR6 resultaron muy bajas, pues son mucho menores a

0,1 A/cm2

(0,049 A/cm2), a 20 cm del pie de la columna,

3mientras que en la parte superior de

la columna se obtuvo 0,235 A/cm2 (Figura 2). La resistividad estuvo cercana al límite de lo

que se considera como alto riesgo de corrosión 10 k cm.1 En la columna 4 para cada una de

las caras (Norte, Sur, Este y Oeste) se observó un comportamiento similar, con valores depotenciales entre +32 mV y –460mV vs Cu/CuSO4, notándose que la activación se ve

promovida en los puntos más cercanos al suelo (a 20 cm del piso), mientras que el resto de la

columna exhibe baja actividad. Las velocidades de corrosión se midieron en la cara sur a

diferentes alturas de la columna, arrojando valores por debajo de 0,1A/cm2 (0,093 A/cm2),

para espesores de recubrimiento entre 1,6 y 6,4cm. Los valores de resistividad fueron superiores

a 10 k cm, indicando riesgo moderado.1

Análisis Físico-químico. a. Perfil de Cloruros. Ninguno de los resultados reportados de los

núcleos obtenidos de las columnas C-1, C-4 y C-8 mostraron valores por encima del límiteumbral de contenido de cloruros1,4 (4000 ppm Cl- /cemento). En la zona inferior de la columna

reparada totalmente C-8 (Tabla 1) se observa una contaminación muy alta por ión cloruro, si seconsidera el poco tiempo en que se había efectuado la reparación (aproximadamente 6 meses).

Mientras que en la columna C-4, que sólo había sido pintada, la concentración fue mucho

menor.

b. Profundidad de Carbonatación.1

En la Tabla 2 se muestra la profundidad de carbonataciónobtenida en cada uno de los núcleos tomados en el Sótano de Planta Eléctrica, en conjunto con

su correspondiente recubrimiento de concreto, con el fin de conocer la llegada del frente de

carbonatación a la armadura para promover su corrosión, tal como se observa en las Figuras 3a,3b.



De acuerdo a los resultados observados, ninguna barra de acero ha sido afectada por la

carbonatación del concreto, ya que la profundidad medida de carbonatación es mucho menor que

la profundidad a la que se encuentra la barra. Sin embargo, es de hacer notar que el núcleoextraído en la columna C-8 (Figura 3b) presenta mayor grado de carbonatación que la columna

que no fue reparada, lo que evidencia una vez más la mala calidad del material que se utilizó.

Todos los resultados indican que los altos potenciales negativos y velocidades de corrosiónencontrados en las columnas C-1, C-2, C-3 y C-12 demuestran que el acero se encuentra bajo

condiciones corrosivas. Esta actividad se debe a que la reparación efectuada dejó barras en

concreto contaminado con iones cloruro y al vaciar el nuevo concreto se producen celdasgalvánicas que evitan que el acero en la zona reparada alcance potenciales nobles.5 Este efecto

aceleraría la corrosión de las barras que quedaron ubicadas en el concreto contaminado, de tal

manera que las velocidades medidas corresponden a las acopladas galvánicamente bajo estasituación.

VigasLas vigas evaluadas se indican en la Tabla 1. Las vigas V-1 y V-3 fueron reparadas

parcialmente, la viga V-2 fue reparada superficialmente (pintada) y la viga V-4 fue reparada en

su totalidad.Análisis Electroquímico. La viga V-2 fue dividida por su gran extensión en vigas V-2A y V-

2B. Para ambas vigas se tiene un rango de potenciales más negativos que –200mV vs. Cu/CuSO4

en toda su extensión, con lo cual se evidencia la potencialidad que tiene la armadura a corroerse.Esta posibilidad se reafirma al medir la velocidad de corrosión en cuatro puntos a lo largo de la

viga, tres de los cuales manifestaron valores mayores a 0,1 A/cm2 (1,561 A/cm2 en la viga V-

2B/zona potencialmente agresiva). Los valores de resistividad están dentro del rango de alta

tendencia a la corrosión, siendo menor a 10 k cm (2,18 k cm). En cuanto a la viga V-4, la

cual fue aparentemente reconstruida en su totalidad, los potenciales medidos ubicados más alnorte, oscilaron entre –200mV a –336mV vs Cu/CuSO4, mientras que en los puntos más

próximos al sur (columna C-3), los potenciales oscilaron entre –160mV a –206mV vs Cu/CuSO4.

La velocidad de corrosión para ambos casos reportó valores superiores a 0,1 A/cm2

(0,205

A/cm2) y resistividades menores a 10 k cm. Estos resultados no concuerdan con la posiblereconstrucción total que se le realizó, ya que si se le colocó nuevo concreto, la armadura tendría

que haberse pasivado totalmente tal como sucedió con la columna C-8.

Análisis Físico-químico. a. Perfil de Cloruros. Solo se realizó el análisis de cloruros en laviga V-4 (viga reparada totalmente), obteniéndose valores por debajo del límite umbral de

contenido de cloruros (4000 ppm Cl- /cemento) que causan corrosión de la armadura y era lo

esperado por haber sido reconstruida.1,4,5

b. Profundidad de Carbonatación. En la Tabla 2, se muestra la profundidad de Carbonatación

obtenida para el núcleo extraído de la viga V-4 (N5), con su correspondiente espesor de

recubrimiento de concreto. De acuerdo a los resultados obtenidos, ninguna barra de acero había

sido afectada por carbonatación del concreto, ya que el frente de carbonatación (0,1 cm) esmucho menor que la profundidad a la que se encuentran las barras. Este resultado de la

carbonatación es de esperarse ya que este núcleo fue extraído de una zona con solo seis (6) meses

de reconstruida. Este comportamiento de las vigas se corresponde de modo similar con el de lascolumnas que se repararon localizadamente.



SopotesAnálisis Electroquímico. Los potenciales medidos fueron menos activos a medida que se

ascendía con la altura. Los potenciales medidos a 20 cm del piso indicaron de moderada a altapotencialidad corrosiva (<-150 mV vs Cu/CuSO4). Se registró una velocidad de corrosión de

0,051 A/cm2 y una resistividad de 61,62 k cm. Observándose un comportamientoelectroquímico muy similar al fenómeno mostrado en las columnas.

LosasAnálisis Electroquímico. En la losa no reparada, el rango obtenido de potenciales fue

menos negativo oscilando entre –130 mV y -284 mV vs Cu/CuSO4, mostrando potenciales más

activos en la zona norte del área seleccionada. La velocidad de corrosión obtenida fue menor a

0,1 A/cm2 (0,017 A/cm2), mientras que la resistividad fue de 13,79 k cm. Es importante

destacar que esta área es la más alejada de las zonas de derrames de agua. En la losa reparada elrango de potenciales obtenido varió entre –152mV y –357mV vs Cu/CuSO4, presentando

potenciales más electronegativos en la zona norte. Con respecto a la velocidad de corrosión, el

valor obtenido fue de 0,109 A/cm2. La resistividad fue mayor a 10 k cm (17,50 k cm).Nuevamente se observa que en las losas al igual que en las columnas y vigas, se manifiesta

una alta actividad producida por las reparaciones localizadas en zonas donde la penetración de losagentes agresivos es alta.

Concreto utilizado en la reparaciónDebido a la ligereza con la cual se realizó la intervención no se dispuso de una adecuada

inspección durante su ejecución,5 de modo que se utilizaron: a. inadecuados criterios de selección

de material/sistema; b. malas prácticas de construcción; c. concreto con baja resistencia a lacompresión, alta porosidad (> 16%), unido con baja cohesión y adherencia. Los ensayos de

compresión sólo se realizaron, a los 28 días de curado, a muestras que se tomaron durante la

preparación del concreto. Los valores alcanzados por resistencia a la compresión fueron

menores a 205 Kg/cm2, los cuales aunados con los improcedentes procedimientos utilizados en

la intervención se ha facilitado las condiciones para que la estructura se encuentre comprometida

con baja durabilidad.

CONCLUSIONES

1. La técnica de la inspección visual en esta evaluación no resultó ser una herramientafundamental, debido a que las superficies de la mayoría de los elementos que fueron o no

intervenidos se pintaron.

2. Las reparaciones realizadas no cumplieron con la durabilidad, pues se usaron materiales de

mala calidad, bajas resistencias física y mecánica y malas prácticas de construcción, que sonperjudiciales para una estructura que está continuamente expuesta a un medio muy agresivo.

3. Por tener la estructura más de treinta años de construida y su permanente exposición a un

medio muy agresivo, se debe inspeccionar minuciosamente algunos elementos, aún cuando esténalejados de los derrames de agua. Uno de ellos es el pórtico central, que actualmente no muestra

signos visibles de deterioro pero que se debe determinar el grado de contaminación y tomar las

acciones respectivas.



RECOMENDACIONES

1. Planificar una nueva reparación del área perimetral del sótano que se encuentren en malascondiciones, realizando previamente un apuntalamiento de toda la zona, para demoler todo el

concreto de losas, vigas y columnas que se encuentren afectadas. La reparación se debe ejecutar

siguiendo buenas prácticas de construcción, tales como las indicadas por la ICRI.6

2. Dado que fue insuficiente el tiempo planificado en la evaluación por el inadecuado acceso al

sótano y por no disponer con una información detallada de los elementos en cuanto a cantidad,

calidad y extensión de las intervenciones, se recomienda realizar un nuevo muestreo medianteanálisis físico-químico y electroquímicos para estimar la durabilidad y tomar acciones

preventivas y correctivas, en caso de ser necesarias.

REFERENCIAS

1. O. de Rincón y Miembros DURAR. Red Temática XV.B. Durabilidad de la Armadura.“Manual De Inspección, Evaluación Y Diagnóstico De Corrosión En Estructuras De Hormigón

Armado”. CYTED ISBN 980-296-541-3. Subprograma XV. Corrosión: Impacto Ambiental sobre

Materiales. Maracaibo, 1997.2. ASTM. Standard C-876-87 “Standard Test Method for Half-Cell Potentials of Uncoated

Reinforcing Steel in Concrete”. ASTM 1987. Philadelphia. USA.

3. S. Feliú, J. González, V. Feliú, S. Feliú Jr., M. Escudero, I. Maribona, V. Austiín, C. Andrade,J. Bolaño, F. Jiménez: “Corrosion Detecting Probes For Use With A Corrosion-Rate Meter For

Electrochemically Determining The Corrosion Rate Of Reinforced Concrete Structures”. U.S.

Patent No. 5.259.944 (1993).

4. P. Bamforth, “Chloride Penetration and Service Life”. Paper presented at COST-509

Workshop: Corrosion and Protection Metals in Contact with Concrete. Sevilla, España: 1995.5. P. Helene, F. Pereira y miembros RED REHABILITAT. “Manual de Rehabilitación de

Estructuras de Hormigón Armado”. Reparación, Refuerzo y Protección. CYTED ISBN 85-903707-1-2. Subprograma XV. Corrosión: Impacto Ambiental sobre Materiales. San Paulo,

2003.

6. ICRI 03730-”Guide for Surface Preparation for the Repair of Deteriorated Concrete Resultingfrom Reinforcing Steel Corrosion”. 1995



Tabla 1. Elementos intervenidos y tipo de reparaciónELEM. TIPO/REP. OBSERVACIONESC-1 Parcial Acero dañado removido y sustituido. Sólo se dejó el núcleo central.

Acero remanente limpiado con cepillo y aplicado un convertidor de

óxido. Aumento de espesor de columna (40x40cm).

C-2 Parcial Acero dañado removido y sustituido. Acero remanente limpiadocon cepillo y aplicado un convertidor de óxido.

C-3 Parcial Acero dañado removido y sustituido. Acero remanente limpiado

con cepillo y aplicado un convertidor de óxido.

C-4 Superficial Pintada.

C-8 Total Construida en su totalidad durante la reparación.

C-12 Parcial Demolición en el perímetro hasta 2,5cm después del acero. 60% de

acero nuevo.

V-1 Parcial Acero dañado removido y sustituido. Acero remanente limpiadocon cepillo y aplicado un convertidor de óxido.

V-2 Superficial Pintada.

V-3 Parcial Corte de 45° en ambos lados dejando acero viejo. Núcleo centralsustituido.

V-4 Total Construida en su totalidad.

S-1 Total Sustituido totalmente por encontrarse en mal estado. No tienen

armadura.

Losa Parcial Se demolió por debajo y por arriba, se sustituyó acero, se colocómalla y concreto

S-2 Parcial Acero en mal estado sustituido

Tabla 2. Profundidad de Carbonatación Núcleos de la Planta EléctricaUBICACIÓN

NÚCLEOELEMENTO CARA ALT/DIST

ESPESOR(cm)

CARBONATACIÓN(cm)

N1 C-4 OESTE 0,20m 1,6 0,5

N2 C-4 SUR 1,50m 3,3 1,5

N3 C-8 SUR 0,20m 8,8 1,3

N4 C-8 NORTE 1,50m 8,7 1,6

N5 V-4 OESTE 0,20m 4,5 0,1

N6 C-1 ESTE 1,54m 12,5 0,1



Figura 1. Estado Actual de la Estructuras en el Sótano. Obsérvese la presencia de manchasde humedad, reparaciones localizadas (parcheos).

Figura 2. Medidas Electroquímicas para la Columna C-1 – Cara Este

Figura 3. (a) Núcleo N6 de la Columna C1, Cara Este, h = 1,54 m.

(b) Núcleo N3 de la Columna C8, Cara Sur, h = 0,20 m.

DIBUJO ISOMETRICO Pto. E(+)mV

Ic(*)

A/cm2

E(*)mV

Re

K

Rs

K-cm

Espesor

(cm)

1 -331

2 -359

3 -367 0,235 -347,9 0,40 7,48 8,6

4 -330

5 -261

6 -234

7 -221

8 -213

9 -232

10 -313

11 -433 0,049 -439,3 1,60 11,07 7,3

(+) Utilizando como electrodo de Referencia Cu/CuSO4

(*) Obtenidos por medio del GECORR6.

N

1

2

3

4

5

6

7

89

10

11

2,30m

0,80 m

0,60 m

0,40 m

0,20 m

0,00 m

NUCLEO

(a)

Corrosión Catódica

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