DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS: CORROSIÓN INDUCIDA POR EL IÓN CLORURO

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1 DURABILIDAD DE LAS ESTRUCTURAS: CORROSIÓN INDUCIDA POR EL IÓN CLORURO Revista Cemento Año 6, Nº 27 La agresión que representa el ión cloruro (Cl ~ ) para el acero no es novedad, puesto que se conocen los "riesgos de oxidación" de los cromados del automóvil o la intensa corrosión de los aceros en proximidades del mar (carpintería de edificios, barandas, etc.). El acero inmerso en el hormigón armado también es susceptible de corroerse (oxidarse), pero cuenta con la protección que le brinda el hormigón de recubrimiento. En este artículo se hace referencia a los fenómenos corrosivos de las armaduras inducidos por efecto del ión cloruro y los factores que influyen retardando o acelerando estos procesos. Efecto del ión cloruro sobre la protección que brinda el hormigón al acero. El ph fuertemente básico del hormigón (aproximadamente 12,5) conduce a la formación de un "film protector" sobre las armaduras y, en estas condiciones, se dice que el acero está "pasivado"; esto es, aun en presencia de oxígeno y humedad, no se oxida. Los iones cloruro son capaces de "romper" este film pasivante y dejar al acero sin protección, dado que forman un compuesto soluble, el cloruro ferroso (FeCl 1 ) con los óxidos de hierro que constituyen el film.

2 Una vez que se ha perdido la pasivación, el acero es susceptible de corroerse si están presentes todos los elementos necesarios: oxígeno, humedad y un medio (el hormigón) de baja resistividad eléctrica. Formas de ingreso de los iones cloruro al hormigón La presencia de iones cloruro en el hormigón puede deberse a dos situaciones diferentes: a) ingresaron en el momento de preparación de la mezcla b) ingresaron durante la vida en servicio del hormigón. El primer caso es lógicamente más severo que el segundo, aunque es el más fácil de evitar con un adecuado control de los componentes de la mezcla. Las situaciones más comunes son que los iones cloruro integren el agua de amasado (aguas salobres), constituyan una contaminación del agregado fino (arena de médano) o formen parte de los aditivos (particularmente, aditivos aceleradores). El caso b) corresponde a situaciones típicas de hormigones en ambiente marino, en las que el hormigón ingresa lentamente desde el exterior y cuando alcanza las barras, se inicia el deterioro propiamente dicho (o la fase de propagación, tal como se definió en el artículo anterior). El ingreso del ión cloruro al hormigón está vinculado al transporte de fluidos en un medio poroso, por lo que se centrará la atención en comprender los distintos mecanismos que intervienen. Mecanismos de transporte de fluidos Sin pretender un tratamiento completo del tema, es útil señalar que existen básicamente 4 mecanismos de transporte de fluidos en un hormigón: succión capilar, difusión, permeabilidad y una combinación de succión y permeabilidad conocida como efecto "mecha". La succión capilar se produce cuando el hormigón seco se pone en contacto con un líquido, en nuestro caso, agua con iones cloruro disueltos. El efecto de la tensión capilar provoca un ingreso rápido del agua dentro del hormigón, tanto mayor cuanto peor sea la calidad del hormigón del recubrimiento. Obviamente, para un hormigón saturado su capacidad de absorción capilar es nula. El transporte de un fluido está controlado por la permeabilidad del hormigón cuando existe una diferencia de presión hidráulica entre dos secciones adyacentes que "provoca" o induce el movimiento del fluido. Es claro también que un hormigón más denso, menos poroso (más resistente) y bien curado, es menos permeable. Es condición necesaria que ambas caras del hormigón estén en contacto con el fluido (agua) para poder considerar que el mecanismo de transporte es la permeabilidad. Afortunadamente, los hormigones de buena calidad son muy poco permeables. El transporte de una solución puede producirse por diferencias de concentración

3 entre dos zonas adyacentes, es decir, en una zona del hormigón la concentración es mayor que en otra; esto genera un movimiento desde la zona más concentrada hacia la zona menos concentrada, intentando establecer un equilibrio. Este tipo de proceso se conoce como "difusivo" y es bastante lento. Un ejemplo típico es el ingreso de CO 2 desde la atmósfera, provocando la carbonatación del hormigón. La cuarta forma de transporte combina dos fenómenos. Por una cara "húmeda", ingresa el fluido, controlado por la permeabilidad del material. Por la cara opuesta, en contacto con el aire, se evapora agua y existe una zona intermedia, en el interior del material, donde se producen meniscos que aceleran el proceso de transporte. La evaporación en la superficie "seca" acelera el ingreso de fluido desde la parte "húmeda" y, por analogía, se lo denomina "efecto mecha". Este proceso es más rápido que el transporte por difusión y que el controlado por la permeabilidad, aunque es más lento que la succión capilar. Dependiendo de las condiciones de exposición del hormigón y su contenido de humedad, prevalecerá un mecanismo u otro, cambiando la velocidad de ingreso del fluido (agua con iones cloruro en nuestro caso) en el material y alterando la duración del período de "incubación" del deterioro. En estructuras en servicio, es posible determinar el "perfil" de concentraciones de ión cloruro, que suele presentar la forma que se indica en el Gráfico 1. Como puede observarse, la mayor concentración no se da en el exterior del hormigón, dado que los sucesivos ciclos de mojado y secado alteran la distribución "ideal" o previsible a través de la aplicación de modelos matemáticos apropiados. Gráfico 1. Perfil típico de penetración de iones cloruro

4 Consecuencias del ingreso de iones cloruro sobre la estructura del hormigón endurecido y las armaduras El ión cloruro reacciona con las fases aluminato para formar un compuesto relativamente insoluble conocido como Sal de Friedel. Este compuesto es levemente expansivo pero no es capaz de inducir tensiones severas que deterioren al hormigón. La formación de esta sal "inmoviliza" temporalmente los iones cloruro, reduciendo su movilidad para alcanzar a las armaduras y romper su condición pasiva. Ciertamente, el daño más severo asociado al ingreso de iones cloruro se produce en el hormigón armado, porque la corrosión del acero va acompañada de incremento de volumen, fisu-ración del hormigón y desprendimiento del hormigón de recubrimiento. El óxido de hierro no es resistente a la tracción, se debilita la adherencia entre hormigón y acero y, cuando la pérdida de la sección útil es significativa, puede llegar a producir el colapso de la estructura. Otros factores que influyen en la corrosión asociada al ión cloruro La corrosión es un fenómeno electroquímico en el que una sección del acero se comporta como ánodo y otra (aleatoria), como cátodo. Una vez rota la capa pasiva por efecto del ión cloruro, en el ánodo se produce la oxidación del hierro y en el cátodo, la reducción del O 2. El hormigón húmedo constituye el medio por el que circulan los iones Fe 2+ y OH ~ para combinarse y formar el Fe(OH) 2, de color pardo característico; los electrones libres circulan por el metal. El siguiente esquema ilustra el fenómeno. Esquema del fenómeno electroquímico de la corrosión

5 Es evidente que, en ausencia de oxígeno o de humedad, el proceso corrosivo no se produce o es tan lento como para no alterar la vida útil de la estructura, aún en presencia de ión cloruro. Por ejemplo, en estructuras permanentemente sumergidas, aún cuando el contenido de iones cloruro puede ser elevado, el acero no se corroe porque el suministro de oxígeno es muy limitado. Tampoco se oxida la armadura de elementos estructurales "secos". Cuando el hormigón se encuentra carbonatado, la agresividad por ión cloruro se incrementa y la presencia de otras sales en el hormigón y la temperatura favorecen también el proceso corrosivo. Cómo puede evaluarse el riesgo potencial de corrosión por cloruros? El riesgo potencial de corrosión por iones cloruro depende, como es evidente, de numerosos factores, pero se ha establecido un "umbral" de concentración por debajo del cual el riesgo es bajo. Dado que el cemento es el agente "protector" de las armaduras, dado que aporta el ph fuertemente básico capaz de mantener la capa pasiva sobre el acero, el contenido crítico de iones cloruro totales no debe superar 0,4 g / 100 g de cemento, aunque este valor debe tomarse como indicativo. Prevención del riesgo de corrosión por cloruros Los mecanismos de prevención del deterioro asociado a la corrosión inducida por ión cloruro surgen claramente de las consideraciones expuestas en los párrafos anteriores: Limitar el contenido de iones cloruro del hormigón fresco, mediante un control de los constituyentes del hormigón. No usar arenas de mar sin lavar. Cuidar la calidad del hormigón de recubrimiento, elemento vital en el control de los mecanismos de ingreso de ión cloruro desde el exterior (baja relación agua/cemento, buen curado, ausencia de fisuras o control de su abertura). Incrementar el espesor de recubrimiento en función de la exposición del elemento estructural y la calidad del hormigón. Empleando el Abaco propuesto por Browne. es posible determinar la calidad necesaria del hormigón en función del espesor de recubrimiento, para la vida útil proyectada. Cuidar los detalles constructivos y de diseño arquitectónico, de forma tal de reducir los períodos en los que el hormigón está "húmedo". Consultar los reglamentos y recomendaciones generales para las construcciones en ambiente marino. La construcción en ambiente marino constituye un capítulo especial, por lo que no debe suponerse que las "reglas del arte" convencionales son capaces de brindar una respuesta satisfactoria. Si la tecnología necesaria para satisfacer los requerimientos mínimos de calidad establecidos por los códigos no es accesible, se debe brindar protección adicional, mediante los revestimientos adecuados. La selección del hormigón a la vista como recurso arquitectónico sólo debe emplearse si se cuenta con la tecnología adecuada para asegurar la calidad

6 adecuada para el hormigón superficial. Abaco propuesto por Browne para determinar la calidad necesaria del hormigón Es posible estimar la vida útil del hormigón armado que ha sufrido la agresión por ión cloruro? Si se puede establecer el "perfil" de penetración de ión cloruro para la estructura y se admite que la condición de exposición futura no diferirá significativamente de la que corresponde a la "historia" del hormigón, es posible estimar con cierto grado de aproximación cuánto tardaría el inicio del proceso activo de corrosión, es decir, la propagación del daño. Para ello, se emplea el Gráfico 2 y supondremos que la rama descendiente de la curva se aproxima a una parábola, es decir, la concentración C de ión cloruro, (para un tiempo t correspondiente al momento de la medición) se puede expresar como una constante K por la raíz cuadrada de la profundidad x, medida desde el exterior del hormigón. C (t) = K. x Gráfico 2. Perfil de penetración de iones cloruro, identificando la posición del nivel crítico

7 Si las condiciones de exposición no cambian, puede asumirse que la constante K, que representa la influencia del conjunto de condiciones de exposición sobre la penetración del ión cloruro se mantiene, por lo que puede establecerse el siguiente conjunto de ecuaciones: X 1 (t) = K. t 1 X 2 (t) = K. t 2 Si se determinó que, para el momento t de la medición, el umbral crítico se presentó a x mm de profundidad, será posible estimar cuánto tiempo tardará en alcanzarse el umbral crítico para el espesor de recubrimiento. Si se asignan valores numéricos a estos parámetros, suponiendo que la evaluación se realizó a la edad de 10 años, el espesor del recubrimiento es 25 mm y el umbral crítico se alcanzó a los 18 mm, dividiendo miembro a miembro ambas ecuaciones y despejando t2, queda: t 2 = ( 25/18) 2 x 10 años = 19 años A los 19 años, desde que se ejecutó la obra, se alcanzará el contenido crítico de iones cloruro en la posición de las armaduras. Este dato nos permitiría efectuar tareas de mantenimiento preventivo sobre una base racional.

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