Deterioror por corrosión de la infraestructura de concreto en México

Deterioro por corrosión de la infraestructura de concreto en

México

Instituto Mexicano del TransporteSecretaría de Comunicaciones y Transportes

Academia de Ingeniería

Corrosión: Oxidación destructiva del acero por el medio que lo rodea

Corrosión: Revancha de la naturaleza

=Óxido de fierro Refinado LaminadoAcero

+ +

Acero Humedad Corrosión (Óxido de fierro)+ =

• ¼-1/3 producción del hierro/año es destruida por Corrosión

• 40% de la producción del acero en los Estados Unidos es utilizada en reemplazar las partes corroídas.

Celda Electroquímica

CONDUCTORELÉCTRONICO

CÁTODO

CONDUCTOR

IÓNICO

ANODO

Corrosión electroquímica

3

2

4

1

Metal

Solución

ZC ZPÁnodo:

Zona Corroída (ZC)

Cátodo:

Zona Pasiva (ZP)

Contacto eléctrico Ánodo/Cátodo (Metal)

Conductor iónico /electrolito (Solución)

Fe Fe 2+ + 2e- O2 + H2 O + 4e- 4OH-

Corrosión del refuerzo en concreto

Cl- Cl-

Cl- Cl-Más negativo (anódico)

Más positivo (catódico)

Cl- Cl-

O2 H2O

Fe2+ Fe2+

OH-+ OH-+

Ánodo

Cátodo

FeFe2++2e-

Fe2++ 2OHFe(OH)

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Corrosión

Varilla Grieta

Reacciones encontradas en la Corrosión

Reducción

Oxidación

Fe Fe++ + 2e-

2H2O + O2 + 4e- 4OH-

H+ + e- H

O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Medios aireadosneutros

Medios ácidos

Medios ácidosaireados

Se eliminan los tramos de acero deteriorado que obstaculizan la

instalación.

Se coloca un separador, en la parte inferior del área dañada, por las cuatro caras del pilote.

Se instala el armado con varilla de acero electrosoldado

(opcional), a todo lo largo de la zona afectada, traslapándose inclusive a 25 cm. sobre la

zona no afectada.

Se coloca el molde de fibra de vidrio, semitransparente de 1/8” de espesor y prefabricado sobre

medida.

MECANISMO DE DEGRADACIÓN POR CORROSIÓN EN CONCRETO

El uso del concreto como material de construcción se ha incrementado en las últimas tres décadas.

Aunque el concreto es un material durable, las estructuras de concreto pueden llegar a deteriorarse por corrosión del acero de refuerzo o presfuerzo que está embebido en él.

La cooperación del concreto para con el acero de refuerzo (o presfuerzo) se basa en que el concreto provee al refuerzo una protección tanto química como física en contra de la corrosión.

La protección química se debe a la alcalinidad del concreto, la cual produce una capa de óxido (del orden de un par de nanómetros) en la superficie del acero impidiendo que el acero continúe corroyéndose (pasividad).

CapaPasiva

C

( 2 - 5 nanometros)

Protección Química

Superficie de Concreto

El concreto también funciona como una capa física protectora en contra de los agentes ambientales (O2, H2O, Cl-, CO2) que puedan despasivar al acero e iniciar su corrosión.

C

Protección Física

O2 CO2 H2O Cl-

Estas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto además de ser antiestéticas, pueden disminuir el anclaje del acero y, potencialmente, la resistencia del elemento estructural.

C

Degradación por Corrosión

O2 CO2 H2O Cl-

ExpansiónxCRIT

Grieta

GrietaGrieta

TIEMPO

COLAPSO

Limite de Serviciabilidad

Límite Último

FIN DE VIDA ÚTIL

T 1

T VU

RESIDUAL VIDA

Tiempo para Reparaciones

T 2

DIFERENTES ASPECTOS Y GRADOS DE AFECCIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA POR EFECTO DE LA

CORROSIÓN

PROBLEMÁTICA

6,500 puentes Federales administrados por Servicios Técnicos y Conservación de Carreteras

3,500 puentes administrados por CAPUFE

3´000,000 m2 de superficie “desconocida”

17 estados con puertos y muelles en 11,000 Km. de litorales ¿? Ingenio, creatividad, innovación. Ideas-trabajo equipo

DETERIORO POR CORROSIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA NACIONAL

Proyecto: Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión

1. Inspección y Discriminación Preliminar

2. Inspección Detallada

3. Rehabilitación y Protección

4. Normalización y Diseño

Estado NúmeroPuentes

Longitud (km) Estado Número

PuentesLongitud (km)

Aguascalientes 70 2.5 Nayarit 124 4.8Baja California 122 4.8 Nuevo León 241 8.4Baja Calif. Sur 96 2.9 Oaxaca 382 17.2Campeche 74 2.0 Puebla 140 4.0Coahuila 305 9.0 Querétaro 63 2.2Colima 58 3.1 Quintana Roo 19 0.8Chiapas 266 11.3 San Luis Potosí 251 8.6Chihuahua 352 9.9 Sinaloa 230 10.4Durango 237 7.0 Sonora 457 9.0Guanajuato 162 3.9 Tabasco 84 5.6Guerrero 390 18.5 Tamaulipas 349 10.9Hidalgo 197 7.0 Tlaxcala 152 3.9Jalisco 298 11.1 Veracruz 415 18.7México 208 8.2 Yucatán 23 1.1Michoacán 463 15.8 Zacatecas 195 4.8Morelos 77 1.9

Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por CorrosiónBase de Datos SIPUMEX

Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión

INFORMACION CAPTURADA

Nombre del Puente Número de Identificación Estado Político Carretera, Kilometraje y Tramo Año de Construcción Año Ultimo de Inspección Longitud y Número de Claros Obstáculo que Cruza Coordenadas Calificación SIPUMEX

AÑO PROMEDIO DE CONSTRUCCION19

76

1957

1982

1969

1975

1962

1971

1967 19

72

1980

1951

1969

1990

1970

1942

1962

1983

1963

1962

1953

1976

1956

1973

1949

1968

1963 19

68

1975

1994

1968

1971

1971

1985

1900

1950

2000

AG

UA

SC

ALI

EN

TES

BA

JA C

ALI

FOR

NIA

BA

JA C

ALI

FOR

NIA

SU

R

CA

MP

EC

HE

CO

AH

UIL

A

CO

LIM

A

CH

IAP

AS

CH

IHU

AH

UA

DU

RA

NG

O

GU

AN

AJU

ATO

GU

ER

RE

RO

HID

ALG

O

JALI

SC

O

ME

XIC

O

MIC

HO

AC

AN

MO

RE

LOS

NA

YA

RIT

NU

EV

O L

EO

N

OA

XA

CA

PU

EB

LA

QU

ER

ETA

RO

QU

INTA

NA

RO

O

SA

N L

UIS

PO

TOS

I

SIN

ALO

A

SO

NO

RA

TAB

AS

CO

TAM

AU

LIP

AS

TLA

XC

ALA

VE

RA

CR

UZ

YU

CA

TAN

ZAC

ATE

CA

S

CO

STE

RO

S

NO

CO

STE

RO

S

ESTADO

AÑ

OPlan Nacional de Evaluación de Puentes

Dañados por Corrosión


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 1 2 3 4 5Calificación SIPUMEX

Núm

ero

de P

uent

es

8269

1169

23862583

85

1ª. ETAPA DE LA IMPLEMENTACION DEL “PLAN NACIONAL DEEVALUACION DE LA DEGRADACION DE PUENTES”

CURSO: INSPECCION, EVALUACION Y DIAGNOSTICO DE CORROSION ENESTRUCTURA DE CONCRETO

PARTE I: INSPECCION Y DISCRIMINACION PRELIMINAR DE PUENTESDAÑADOS POR CORROSIÓN

SEDE FECHADEL

CURSO

ESTADOS PARTICIPANTES No. DEASISTENTES

No. DEHORAS

Veracruz, Ver. 22 y 23demarzo

Veracruz, Guerrero, Hidalgo, DistritoFederal, Oaxaca, Puebla, Tlaxcala,Morelos

20 13

Morelia, Mich. 5 u 6 deabril

Michoacán, Colima, Aguascalientes,Guanajuato, Jalisco, Estado deMéxico, Querétaro

46 13

Tijuana, B. C. 7 y 8 demayo

Baja California, Baja California, Sur,Chihuahua, Nayarit, Sinaloa, Sonora

59 13

Campeche,Camp.

17 y 18de mayo

Campeche, Chiapas, Tabasco,Quintana Roo, Yucatán

30 13

Tampico,Tamps.

24 y 25de mayo

Tamaulipas, Coahuila, Durango,Nuevo León, San Luis Potosí,Zacatecas

38 13


0%

5%

10%

15%

20%

25%Estado Costero

Estado Interior

Estados

Levantamiento Visual del Daño por Corrosión por Estado


MODELO CARTOGRÁFICO PARA EL ANÁLISIS DE CORROSIÓN EN PUENTES

MAPAS FUENTE MAPAS INTERMEDIOS MAPAS FINALES

LÍMITESESTATALES

CARRETERAS

PUENTES

COSTAS

CLIMAS

MUNICIPIOS

CARRETERAS Y PUENTES DE LA

REPÚBLICA MEXICANA

PUENTES EVALUADOS EN CAMPO POR LOS

CENTROS SCT

BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS


PUENTES EN BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS/UBICADOS

SOBRE RÍOS Y CANALES

PUENTES EN BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS

PUENTES SOBRE RÍOS Y CANALES

ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO

MUNICIPIOS CON PARQUES, CIUDADES Y

CORREDORES INDS.

PUENTES EN ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO

PUENTES EN MPIOS. CON PARQUES, CIUDADES Y

CORREDORES INDSUSTRIALES

PUENTES CONSTRUIDOS EN 1990 Y ANTES

PUENTES PRIORITARIOS,CORROSIÓN POR CLORUROS

PUENTES DE PRIORIDAD ALTA, CORROSIÓN POR

CLORUROS


CARBONATACIÓN

PUENTES PRIORITARIOS, CORROSIÓN POR

CARBONATACIÓN

G

MODELO CARTOGRÁFICO PARA EL ANÁLISIS DE CORROSIÓN EN PUENTES

MAPAS FUENTE MAPAS INTERMEDIOS MAPAS FINALES

LÍMITESESTATALES

CARRETERAS

PUENTES

COSTAS

CLIMAS

MUNICIPIOS

CARRETERAS Y PUENTES DE LA

REPÚBLICA MEXICANA

PUENTES EVALUADOS EN CAMPO POR LOS

CENTROS SCT



PUENTES EN BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS/UBICADOS

SOBRE RÍOS Y CANALES

PUENTES EN BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS

PUENTES SOBRE RÍOS Y CANALES

ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO

MUNICIPIOS CON PARQUES, CIUDADES Y

CORREDORES INDS.

PUENTES EN ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO

PUENTES EN MPIOS. CON PARQUES, CIUDADES Y

CORREDORES INDSUSTRIALES

PUENTES CONSTRUIDOS EN 1990 Y ANTES

PUENTES PRIORITARIOS,CORROSIÓN POR CLORUROS


CLORUROS


CARBONATACIÓN

PUENTES PRIORITARIOS, CORROSIÓN POR

CARBONATACIÓN

G

A

B

C

D

E

F

G

H

INI

FIN

I

J


PARA CLORUROS:Año de Construcción > 10 Años (0 ó 1)Dentro de 5 km de costa (0 ó 1)Dentro de 20 km de costa + Sobre Río (0 ó 1)Calificación SIPUMEX: SIPUMEX 4-5 = 2

SIPUMEX 2-3 = 1SIPUMEX 0-1 = 0

TOTALES PRIORIDAD ALTA = 4-5PRIORIDAD MEDIA = 2-3PRIORIDAD BAJA = 0-1


2a Fase del Plan – Curso de Especialización en Inspección por Corrosión de Puentes - JALAPA


2a Fase del Plan – Curso de Especialización en Inspección por Corrosión de Puentes - SALTILLO

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.001 0.01 0.1 1

x / r0

Rodriguez Beams

Rodriguez Columns

Almusallam Slabs

Mangat Beams

Al-Sulaimani Beams

Tachibana Beams

Crack) rEFF

C

N = 2 r0

x

CrackCrack

r0

CAPACIDAD ESTRUCTURAL vs CORROSIÓN

CAPACIDAD ESTRUCTURAL vs CORROSIÓNPRUEBAS EN VIGAS REFORZADAS

ANODO

CATODOGALVANOSTATOe-Alambron

VarillaCORROSION

e-

M M+ + e-

REACCION EN EL ANODO

PRODUCTO DE CORROSION (EXPANSIVO)

Diagrama de conexiones del sistema de corrosión acelerada utilizado.


LEVANTAMIENTO DE GRIETAS POR CORROSIÓN

SEMANA 6 SEMANA 12


PRUEBA DE CARGA ESTÁTICA A LA FALLA


Viga 05

y = 2.013xR2 = 0.9998

m1

y = 0.0647x + 9.4199R2 = 1

m3

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Deformación del Pistón (mm)

Esfu

erzo

(KN) Pmax

PRUEBA DE CARGA ESTÁTICA A LA FALLA

Viga 03

y = 2.0127xR2 = 0.9999

m1

y = 0.8675x + 1.4287R2 = 0.9896

m2

y = 0.0395x + 8.5919R2 = 1

m3

0

2

4

6

8

10

12

14

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Deformación del Pistón (mm)Es

fuer

zo (K

N) Pmax

Pcritica

CONTROL

CORROSION

INSPECCIÓN DETALLADAMONITOREO DINÁMICO

MONITOREO DINÁMICO DE ESTRUCTURAS DAÑADASPOR CORROSIÓN

0,00E+00

1,00E-03

2,00E-03

3,00E-03

4,00E-03

5,00E-03

6,00E-03

0 20 40 60 80 100 120

Frecuencia (Hz)

Ace

lera

ción

(g)

-2,50E-02-2,00E-02-1,50E-02-1,00E-02-5,00E-030,00E+005,00E-031,00E-021,50E-022,00E-022,50E-02

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tiempo (seg)

Ace

lera

ción

(g)


Prueba de Impacto. Transductor de Fuerza

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38

Tiempo, seg

Fuer

za, N

Prueba de Impacto. Transductor de Fuerza

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38

Tiempo, seg

Fuer

za, N

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 500 1000 1500 2000 2500

Frecuencia, Hz

Den

sida

d Es

pect

ral d

e Po

tenc

ia (P

SD),

g^2/

Hz

Prueba de Impacto. Acelerómetro ubicado en el Centro

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 500 1000 1500 2000 2500

Frecuencia, Hz

Den

sida

d Es

pect

ral d

e Po

tenc

ia (P

SD),

g^2/

Hz

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0 500 1000 1500 2000 2500

Frecuencia, Hz

Den

sida

d Es

pect

ral d

e Po

tenc

ia (P

SD),

g^2/

Hz

Prueba de Impacto. Acelerómetro ubicado en el Centro


PROYECTO XV.3 DURACON

SECCION MEXICO

UNIV. MICHOACANA

CINVESTAV - MERIDAUADY

I.T. OAXACA

UNAM I.T. VERACRUZI N I N

PATROCINADORES

MEXICANA

UACAMP

UNIV. A. Baja Calif.

U. VERACRUZANA

I.T. CAMP

RED DURACON

REPRESENTANTE PAIS INSTITUCIÓN

Mirta Raquel Barbosa

Argentina

Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNCPBA)

MMaarryyaannggeellaa GG.. ddee LLiimmaa

Paulo Helene

Brasil

Instituto Tecnológico de

Aereonaútica/Universidade de Sao Paulo

Ruby Mejía de Gutiérrez Colombia Universidad del Valle

Vitervo O’Reilly

Cuba

Comisión Nacional de

Cemento y el Hormigón de Cuba

Rosa Vera

Ana María Carvajal

Chile

Universidad Católica de

Valparaíso/Santiago

PARTICIPANTESPROYECTO XV.3

DURACON

RED DURACON

REPRESENTANTE PAIS INSTITUCIÓN

Ma. Carmen Andrade España Insituto de Ciencias de laCostrucción Eduardo

TorrojaAndrés TorresPedro Castro

México Instituto Mexicano delTransporte/CINVESTAV

Isabel Díaz Tang Perú Pontificia UniversidadCatólica del Perú

Manuela Salta Portugal Laboratorio deEngenharia Civil – LNEC

Miguel A. Sánchez G.Rafael Fernández

Venezuela Centro de Estudios deCorrosión. La Universidad

del Zulia

PARTICIPANTESPROYECTO XV.3

DURACON

PRINCIPALES PARÁMETROS CLIMÁTICO-AMBIENETALES QUE DEBERÁN SER REGISTRADOS PERIÓDICAMENTE

1. Humedad Ambiental.2. Concentración de Cloruros.3. Concentración de Sulfatos.4. Régimen de vientos.5. Precipitación.6. Temperatura.7. Insolación.8. Concentración CO29. Otras que se consideren.

RED DURACONPROYECTO XV.3 DURACON

ESTACIONES DE MONITOREO - CHIHUAHUA

Protección Catódica

TIPO DE SISTEMASM Fe

I E+ -

M Fe

ANODOS DE SACRIFICIO

CORRIENTE IMPRESA

IIII

IIII

Anodo Cátodo

M Más activo Fe

M puede ser hasta = FeAnodo Cátodo

Método para reducir la corrosión haciendo mínima la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo.

Único Sistema capaz de detener la corrosión

DISEÑO

ÁNODOSGALVÁNICOS

CORRIENTEIMPRESA

1) Definir el estado del recubrimiento2) Calcular corriente de protección

4) Calcular N0 de Ánodos

3) Elegir el material de acuerdo almedio

1) - 4) Igual a Ánodos Galvánicos5) Diseñar el rectificador

Protección Catódica

CONTROL DE CORROSIÓN

1. Control de las variables del proceso

2. Diseño Ingenieril con Criterios de Durabilidad

3. Proteccióna. Catódicab. Anódicac. Revestimientos

4. Selección de Materiales

PRO

TEC

CIÓ

N A

NTI

CO

RR

OSI

VA

ANODICA

CATODICA

ANODO DE SACRIFICIO

CORRIENTE IMPRESA

RECUBRIMIENTOS

ORGANICOS

INORGANICOS

INHIBIDORES

NEUTRALIZANTES

PELICULA

BARNICESESMALTESLACASPINTURAS

METÁLICOS

NO METÁLICOS

NOBLES(CATODICOS)

SACRIFICIO(ANODICOS)

ESMALTES-VITREOSMORTERO-CONCRETO

CONVERSIÓNQUÍMICA

AGCuCrNiPbAlCDSNZn

ELECTRODEPOSITIVO(CINCADO)

PLAQUEADOEVAPORACIÓNELECTROLESSATOMIZACIÓN

PINTURASINMERSIÓN EN CALIENTE

(GALVANIZADO)DIFUSIÓN

(SHERARDIZADO)

FOSFATADOANODIZADOCROMATIZADO

CONTROL DE CORROSIÓN

Protección Catódica por ánodos de sacrificio termorrociados

Sales higroscópicas para aumentar la eficiencia de la Protección Catódica

3a Fase del Plan – Sistemas de Protección Catódicapara Rehabilitación Estructural

¡ GRACIAS POR SU ATENCIÓN !

Deterioror por corrosión de la infraestructura de concreto en México

Engineering

Transcript of Deterioror por corrosión de la infraestructura de concreto en México