¿Qué es la corrosión del acero?
La corrosión es un proceso químico, en el que los metales refinados como el acero vuelven a su estado de mineral más natural y estable de menor energía (es decir, óxidos de hierro). El fenómeno se explica científicamente con la Ley de la Entropía. La reacción ocurre con la pérdida de material de acero y la producción de óxido rojo, que generalmente es de 4 a 7 veces mayor en volumen. El aumento en el volumen de acero aumenta las tensiones en el concreto hasta el punto que puede agrietarse, lo que resulta en delaminación en losas de puentes de concreto o losas de garajes de estacionamiento y pérdida de cobertura de concreto en vigas, vigas y columnas.
Efectos estructurales de la corrosión
1. Pérdida de fuerza
La corrosión del acero reduce la sección transversal efectiva de los componentes estructurales. Esta sección transversal reducida reducirá la capacidad de los elementos de hormigón, como losas, columnas y vigas. La pérdida de resistencia de la sección puede ser crucial en losas de puentes y losas de garajes de estacionamiento.
Una de las principales preocupaciones es que la corrosión de los componentes de acero (barras, vigas, torones) no siempre tiene señales visuales, lo que dificulta mucho el proceso de inspección. El colapso de Algo Center Mall es un gran ejemplo de pérdida de capacidad e integridad en elementos estructurales que pasaron desapercibidos durante las inspecciones visuales. La corrosión de los elementos de acero cubiertos por aislamientos y materiales ignífugos es una preocupación importante en muchas refinerías, plantas industriales y tuberías.
Los elementos de acero cubiertos con aislamiento ignífugo experimentan corrosión durante su vida útil. Otro ejemplo famoso es la capacidad reducida de flexión y corte del elemento RC. Du et al (2005) desarrollaron un modelo matemático para el área residual y los parámetros de resistencia (como el límite elástico). Esta fórmula describe el área residual basada en la tasa de corrosión de las barras de acero.
La corrosión puede reducir el área de la sección transversal efectiva del refuerzo transversal en vigas y columnas, y reducir la capacidad de corte de la sección. En las losas de hormigón, esto puede reducir la resistencia al corte de la losa cerca de las columnas y aumentar la posibilidad de rotura por punzonamiento. En las zapatas, la corrosión puede resultar en una falla por cortante de la zapata, falla del anclaje o deformación por flexión del refuerzo de acero.
2. Fatiga
Otro efecto estructural de la corrosión es la resistencia a la fatiga de los elementos de acero, las conexiones y los elementos RC. La corrosión puede acelerar la propagación de fisuras por fatiga en aceros estructurales. El desarrollo de corrosión por picaduras introduce puntos adicionales de concentración de esfuerzos en los que se pueden desarrollar grietas, lo que reducirá la resistencia a la fatiga. Apostolopoulos (2006) estudió el efecto de la corrosión sobre la fatiga de ciclo alto y bajo del acero de refuerzo.
Weijian Yi et al (2010) estudiaron el efecto de la corrosión sobre el comportamiento a la fatiga de las vigas de hormigón armado. Llegaron a la conclusión de que “La corrosión del acero afecta notablemente el rendimiento a la fatiga de las vigas RC. A medida que aumenta el porcentaje de pérdida de masa del refuerzo de acero corroído, la vida de fatiga de las vigas disminuye ”.
3. Unión reducida entre acero y hormigón
La capacidad de los elementos compuestos, como los elementos RC, depende de las características de la interfaz hormigón-armadura. Cuando el acero se corroe, los productos de la corrosión se expanden. Esto dejará una capa de acero de mala calidad sobre la superficie del refuerzo. Esta capa tiene una mala adherencia con el hormigón circundante; por tanto, reducirá la capacidad de la sección. En caso de empalmes traslapados o anclajes, esto puede reducir la longitud efectiva del anclaje y provocar una falla prematura de las secciones. Stanish (1997) estudió el efecto de la corrosión sobre la fuerza de unión en elementos RC.
4. Ductilidad limitada
La corrosión puede reducir significativamente la ductilidad de las secciones RC. Esto es fundamental en el diseño y la evaluación sísmica. Las secciones corroídas tienen menor ductilidad, lo que significa que su deformación plástica es limitada. Esto afectará la respuesta sísmica de los elementos. La corrosión del refuerzo en los empalmes traslapados afectará la transferencia de carga en las vueltas, evitando que se desarrolle un límite elástico. Asri y Ou (2011) estudiaron la respuesta sísmica de columnas de puentes corroídas mediante análisis de empuje no lineal.
¿Cómo evaluar la corrosión en el hormigón?
Si bien no hay forma de evitar la corrosión, existen ciertos métodos que se han desarrollado para proteger y mantener los elementos de hormigón armado. El uso de inhibidores de corrosión, protección catódica y recubrimientos epóxicos ha demostrado ser eficaz para controlar la tasa de corrosión. Sin embargo, la inspección y el control adecuados de los elementos RC es clave para preservar su durabilidad y rendimiento estructural a lo largo del tiempo.
1. Mapeo del potencial de corrosión de media celda
El mapeo del potencial de corrosión de media celda es un procedimiento eficaz para evaluar la probabilidad de corrosión activa en elementos RC. La prueba es el procedimiento más utilizado para la inspección de
cubiertas de puentes de hormigón y estructuras de
garajes de estacionamiento.
2. Resistividad eléctrica superficial
La resistividad eléctrica de superficie es una prueba no destructiva rápida y rentable que se puede utilizar para evaluar el rendimiento de durabilidad de los materiales de hormigón. La prueba se puede utilizar para evaluar la permeabilidad (conductividad) del hormigón frente a la entrada de agentes agresivos como el cloruro. La prueba de resistividad eléctrica ha sido adaptada por el AASHTO TP95 y varios DOT y MTO.
3. Radar de penetración terrestre
Ground Penetrating Radar (GPR) ha demostrado ser un método de prueba no destructivo eficaz para el cribado rápido de grandes componentes de concreto, como plataformas de puentes y losas de garajes de estacionamiento. La prueba puede ser para identificar las ubicaciones que requieren más pruebas e inspecciones. Si bien el GPR no puede mostrar la corrosión directamente, puede ayudar a los usuarios experimentados a identificar áreas con mayor probabilidad de corrosión.
