ASOCIACION VENEZOLANA DE GALVANIZADORES. Acero Galvanizado. como refuerzo del concreto. Prof. Laura Viloria Rendón. Coord.

Transcripción

1 Acero Galvanizado como refuerzo del concreto Prof. Laura Viloria Rendón Coord. Técnico AVGAL

2 Contenido Comportamiento del acero negro en el concreto Comportamiento del acero galvanizado en el concreto Fabricación de productos galvanizados Aspectos económicos Evaluaciones de campo Ejemplos de construcciones

3 Comportamiento del acero negro en el concreto

4 La protección del acero en el concreto El acero dentro del concreto se mantiene pasivo debido al medio muy alcalino del concreto hidratado ph > 12,5 Mientras se mantenga este ambiente el acero no se sigue corroyendo Para una protección a largo plazo el concreto debe limitar el transporte de especies como H 2 O, Cl -, CO 2, O 2 y otros gases hacia el refuerzo

5 La protección del acero en el concreto Diseño estructural apropiado Observar normativas Adecuado espesor Calidad del concreto Denso e impermeable Buenas prácticas Mano de obra calificada Supervisión de la mano de obra

6 La calidad del concreto

7 Las buenas prácticas

8 Corrosión del acero en el concreto

9 Corrosión del acero en el concreto

10 Proceso electroquímico Corrosión: formación de una celda electroquímica, con cuatro elementos principales: un ánodo, donde ocurre la oxidación; un cátodo, donde ocurre la reducción; un conductor metálico, donde la corriente eléctrica fluye en forma de electrones y un electrolito (el concreto), donde la corriente eléctrica es generada por el flujo de iones en un medio acuoso. ANODO Migración de electrones Corriente Me - 2 e - Me ++ Me ++ + OH - ΜeΟ + Η 2 Ο CATODO Ο 2 (gas) + 2 Η 2 Ο + 4 e - 4 ΟΗ

11 Corrosión del acero en el concreto Condiciones Presencia de Oxígeno y agua Humedad relativa en el ambiente >70-80% Clima tropical Marino: 98% del tiempo la HR > 80% Diferente potencial electroquímico Variaciones locales en la composición del concreto Disponibilidad de agua y oxígeno Condición de la superficie del concreto Contactos metálicos distintos

12 La corrosión del acero en concreto Causada por el efecto de la carbonatación Disminución del ph cuando los gases ácidos de la atmósfera (CO 2, SO 2, NO 2 ) se disuelven en la solución de poro del concreto. Causada por la concentración de iones cloruro sobre un nivel umbral en la profundidad del refuerzo. Agregados contaminados del concreto (arenas marinas) agua salobre en el curado del concreto exposición al ambiente marino o aguas subterráneas salinas, uso de sales de descongelar.

13 Corrosión del acero en el concreto El refuerzo de acero desnudo comienza a perder la pasividad a medida que el ph que rodea al acero disminuye de 11,5 Comienza y progresa el herrumbre que ocupa más espacio que el acero consumido Se generan esfuerzos por la expansión del volumen en una matriz rígida de concreto Antes de corrosión Comienza la herrumbre Grietas en el concreto y manchas en la superficie Entallamiento y desprendimiento del concreto.

14 La corrosión del acero en concreto El tiempo transcurrido hasta que la permeación de la solución ácida y/o los cloruros alcanza el acero es función de: Ambiente Ciclos de mojado/secado Porosidad y composición del concreto Dificultad de atravesar el laberinto (porosidad conectada) hasta la superficie del refuerzo. Profundidad del cubrimiento del refuerzo Presencia de fisuras en el concreto

15 Durabilidad En ambientes normales, la durabilidad de una estructura está garantizada mediante un adecuado diseño y correcta preparación del concreto. Para condiciones ambientales muy agresivas, es necesario la aplicación de métodos de protección adicional. Acero galvanizado Recubrimiento epoxi Acero inoxidable.

16 Comportamiento del acero galvanizado en el concreto

17 Galvanización en caliente Recubrimiento metálico del acero por inmersión en baño de cinc metálico fundido Temperatura de fusión del cinc 419 C Sobre 450 C el acero y el cinc son afines y forman aleaciones El revestimiento forma una unión metalúrgica con el acero base

18 Refuerzos galvanizados Malla soldada Cabillas Estribos y amarres

19 Armaduras galvanizadas No hay necesidad de retoques en dobleces, cortes y soldaduras.

20 GALVANIZADO EN CALIENTE Es el más común de los recubrimientos de secciones estructurales El zinc facilita: Protección por barrera al refuerzo Protección por sacrificio al acero expuesto Mayor tolerancia a los cloruros Resistencia a la reducción del ph del concreto

21 Vida útil del galvanizado Espesor del recubrimiento Agresividad del ambiente Standard ISO 9223 Espesor mínimo del recubrimiento por norma es 86 μm

22 Normas de galvanización en caliente de armaduras de acero Estados Unidos ASTM-A767 Barras de acero recubiertas con zinc (galvanizadas) para hormigón armado Francia NF A Barras y bobinas galvanizadas en caliente para hormigón armado Italia UNÍ Barras y varillas de acero recubiertas de zinc (galvanizadas) para hormigón armado India IS12594 Recubrimientos en caliente de barras de acero estructurales para aplicaciones con hormigón armado Organización Internacional de Normalización IS Acero revestido con zinc para hormigón armado

23 Efecto del ph en la corrosión del zinc En el rango de ph de : Se forma una película protectora en la superficie La velocidad de la corrosión es muy lenta. El galvanizado no se ve afectado por la carbonatación.

24 Resistencia a los cloruros El refuerzo galvanizado puede tolerar valores de concentración de cloruros muy por encima del valor umbral que causa corrosión en el acero negro Consideremos: Un umbral en 0,4% de cloruros por masa de cemento para el acero desnudo y 1 % para el galvanizado 0,35% de cloruros en la superficie del concreto 30 mm de espesor de concreto Coeficiente de difusión en el concreto D=1,4x10-12 m 2 /s Calculando el tiempo de penetración de los cloruros hasta el refuerzo por la ley de Fick El ataque del refuerzo desnudo comenzará en 15 años mientras que en el galvanizado comenzará después de 44 años Una extensión de la vida de servicio de tres veces, seguida de un largo período de protección del zinc antes de que se inicie la corrosión del acero base.

25 ACERO NEGRO Inicio: tiempo transcurrido hasta que la acidez por carbonatación o la penetración de cloruros alcanza la superficie del refuerzo. Propagación: tiempo transcurrido hasta que se alcanza el nivel permitido de corrosión Vida útil del refuerzo Modelo de Tuutti

26 Vida útil del refuerzo galvanizado Inicio: período más largo que en el acero desnudo porque los valores umbrales son mayores. Protección: tiempo transcurrido hasta que la corrosión consume todo el galvanizado. Propagación: período de corrosión activa del acero base

27 Etapa de protección El recubrimiento se disuelve lentamente formando productos de corrosión del zinc Son menos voluminosos que la herrumbre del acero y no perturban al concreto Migran desde la interfase del refuerzo hacia la masa del concreto sellando poros y grietas Se extiende considerablemente la vida útil del concreto reforzado De cuatro a doce veces!

28 Fabricación de productos galvanizados

29 Diseño de estructuras El acero galvanizado reemplaza directamente al acero negro como refuerzo del concreto. No se requieren consideraciones especiales de diseño No se requieren aditivos especiales en la mezcla del concreto. No hay que ampliar las longitudes de anclaje como en las cabillas recubiertas con epoxi. No conviene mezclar acero negro con acero galvanizado para evitar uniones galvánicas. El galvanizado no suple la protección de un concreto pobre, o las malas prácticas. Con la mejor calidad del concreto se alcanzará su máximo desempeño.

30 Las propiedades mecánicas del acero Aceros endurecidos por deformación en frío serie 410C: requieren un recocido de liberación de esfuerzos para evitar que sea fragilizado durante el galvanizado. Aceros templados y revenidos o micro aleados (410Y) no son afectados por el galvanizado Barras de nueva generación de 500 Mpa (500N): sus propiedades mecánicas superiores son retenidas con el galvanizado

31 Adherencia en el concreto Numerosos estudios reportan excelente adherencia, inclusive superior a la del acero negro

32 Adherencia en el concreto Cargas de deslizamiento en pruebas de extracción a cualquier nivel de carga

33 Fabricación del refuerzo galvanizado El corte, la soldadura y perforación del acero se deben hacer antes de la galvanización para reducir al mínimo la exposición de bordes desprotegidos y para aprovechar la protección de la capa del cinc. Hay las situaciones que ameritan que los productos galvanizados sean fabricados en el campo. En estos casos, el contratista debe estar conciente de las características y de las limitaciones de la capa.

34 Doblado Antes del galvanizado Mínimo de 3xd Para evitar deformación en frío y fragilizado durante el galvanizado. Después del galvanizado Para minimizar el agrietamiento para doblados de 90º Barras de φ =16 mm Barras de φ >16 mm 5xd 8xd

35 Soldadura El acero galvanizado se puede soldar por las técnicas convencionales, ajustando los parámetros para asegurar una penetración adecuada Recomendaciones* Remover el recubrimiento antes de soldar Disponer de suficiente ventilación o extracción de gases Reparar la zona soldada para reponer el Zn * Boletín técnico, octubre 2006,

36 Reparación del recubrimiento ACTIVE STANDARD: ASTM A780-01(2006) Standard Practice for Repair of Damaged and Uncoated Areas of Hot-Dip Galvanized Coatings Soldaduras base Zn: Se aplica en forma de barras o polvo sobre la superficie calentada y se extiende con la ayuda de una espátula. Aplicar un espesor mínimo de 85 μm. Pinturas ricas en Zn (92% de Zn metálico en pintura seca): El método más común y práctico para reparación en campo. Espesor de película de 100 μm para protección contra la corrosión Metalizado con Zn: termorrociado sobre la superficie puede alcanzar espesores equivalente al galvanizado original. Requiere buena experticia.

37 Aspectos económicos

38 El costo de galvanizar El galvanizado añade el 30 %-50% al costo del acero El acero representa el 25 % del costo del concreto (CR) El galvanizado es menos del 10 % del costo del concreto El concreto representa el % del costo de la obra El costo del galvanizado se reduce al 2-3 % del costo de la obra Si se utiliza galvanizado selectivo este costo se reduce a 1% El galvanizado es la fracción más pequeña del valor total de construcción Representa un aumento mínimo de 4 a 5 veces en la vida útil de la obra

39 El costo extra pagado por galvanizar Varía de país a país dependiendo de la ubicación específica de la obra y su proximidad de la planta galvanizadora por el costo de transporte y manejo Este costo extra se debe relacionar con el ahorro potencial enorme, por la reparación no programada del concreto reforzado

40 Parlamento de Australia 1800 revestimientos precolados y unidades de ventanas 600 ton de refuerzo galvanizado 3,5 % del precio del proyecto

41 Evaluaciones de campo Estudios financiados por ILZRO Presentación del Dr. Luis Maldonado López Taller de Refuerzo Galvanizado México, mayo 2007

42 17 años 27 años 26 años 31 años 27 años

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48 Ejemplos de aplicaciones

49 Aplicaciones Puentes Carpetas de rodamientos Barreras de contención en autopistas Muelles y atracaderos Plantas petroquímicas Edificaciones de prestigio Estructuras costa afuera

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51 Onomichi - Japón

52 La experiencia en las Bermudas Después de 42 años de antigüedad el espesor del revestimiento remanente en el refuerzo superaba con creces el mínimo aún con niveles de cloruros en el hormigón de hasta 4 Kg/m 3

53 Gracias