Corrosión en las Armaduras

La corrosión de las armaduras es uno de los problemas más frecuentes de daño de las  estructuras de hormigón armado.  La consecuencia más importante de este proceso es una baja de la capacidad resistente de los elementos atacados, afectando con ello la integridad de la estructura y su durabilidad.

La corrosión es un fenómeno electroquímico, que se presenta cuando un metal tiene zonas sometidas a distintas concentraciones de oxígeno, o que posee zonas con diferentes estructuras cristalinas, o que se encuentra embebido en un medio heterogéneo, o que está sometido a diferentes tensiones, entre otras, lo que da lugar a la formación de una pila.

El lugar donde el acero se corroe es el ánodo, en el cual se produce una disolución del hierro que libera electrones:

Estos electrones perdidos se consumen en el cátodo, en una reducción de oxígeno, el cual se ha difundido disuelto en agua a través de los poros del hormigón, dando lugar a la formación de iones hidroxílo:

que luego son transportados al ánodo  a través del electrolito, combinándose con los cationes F++ para formar hidróxido de hierro soluble:

Si hay aportación suficiente de oxígeno el óxido pasa a ser insoluble de color rojizo formando la herrumbre.

En un principio la corrosión se concentra en el ánodo, dando lugar a la conocida corrosión localizada, luego sigue avanzando extendiéndose a toda la superficie de la barra, dando origen a la llamada corrosión generalizada. Si la corrosión se concentra en la barra de forma puntual se denomina corrosión por picadura.

Carácter protector del hormigón

Como ya es sabido, las barras de acero embebidas en el hormigón quedan protegidas contra la corrosión debido a dos aspectos:

a.-    Al reaccionar el oxígeno presente en la masa de hormigón con el acero, se forma sobre la superficie de la barra una finísima capa de óxido, proceso conocido como pasivación, que la protegerá de cualquier corrosión posterior.

b.-    Si el hormigón es compacto y el recubrimiento es adecuado, se impedirá el acceso a las barras de los agentes agresivos del exterior  y mantendrá el carácter básico del hormigón al reducir el riesgo de carbonatación.

Por lo tanto, son factores  desencadenantes de  la corrosión aquellos que de una u otra forma afectan a los aspectos señalados en el párrafo precedente. Destacamos los siguientes:

a.-    La carbonatación
El dióxido de carbono que se difunde a través de los poros llenos de aire del hormigón reacciona con el hidróxido cálcico dando origen al carbonato cálcico. Esto provoca una baja importante de la alcalinidad del hormigón, que desciende desde un pH del orden  de 13 a un pH del orden de  8 a 9. La carbonatación máxima se produce con humedades del orden del 60%.

b.-    La porosidad del hormigón
Mientras más poroso sea el hormigón con mayor facilidad penetrarán los agentes agresivos y mayor será la velocidad de carbonatación.

c.-    Bajo espesor de recubrimiento
El espesor de recubrimiento ( en mm ) es directamente proporcional a la raíz cuadrada del tiempo ( en años ) en que tarda la carbonatación en avanzar hasta la armadura.

d.-   La fisuración
En general, para pequeños anchos de fisura ( del orden de 0.4 mm ) no existe riesgo de corrosión. Es común que estas fisuras cicatricen o queden selladas al penetrar polvo en ellas.  También en algunos casos se produce una autocicatrización  originada por los productos de la corrosión y depósitos cálcicos. Para ancho de fisuras mayores, la fisura representa un camino enormemente más rápido para la penetración de agentes agresivos, en especial el anhídrido carbónico y los cloruros, que la estructura porosa del hormigón.

e.-    Presencia de iones ( sulfatos y cloruros )
Dos son los efectos negativos de la presencia de los iones en el hormigón. Por una parte destruyen la capa pasivante de las barras de forma puntual dando lugar a una corrosión por picadura que puede incluso seccionar la barra y por otra,  dan lugar a la creación de un electrólito tanto más conductor cuanto mayor es la concentración de cloruros, acelerándose en este caso  el proceso de corrosión.

f.-     Ambiente agresivo
La presencia en la atmósfera de agentes agresivos, junto con el calor y la humedad,   son condicionante fundamentales para que se produzca corrosión en las estructuras de hormigón armado. 
Síntomas de una estructura corroída

Los síntomas que presenta una estructura corroída son fisuras paralelas a la armadura y manchas de óxido.

Baja de resistencia estructural

Tres son los factores que influyen en la baja de resistencia de los elementos de hormigón armado afectados  por la corrosión:

a.-    Los productos de la corrosión presentan un aumento de volumen del orden de 3 a 4 veces el del material original, lo cual provoca un desprendimiento de los recubrimientos, con la consiguiente pérdida de sección de hormigón. Al quedar las armaduras expuestas al aire libre, la corrosión avanza ahora a mayor velocidad. El volumen de óxido finalmente puede alcanzar del orden de diez veces el del acero desaparecido.

b.-    Al corroerse la armadura, se produce una pérdida de sección que origina una baja de resistencia del elemento afectado, cuya gravedad dependerá del porcentaje de sección de acero atacada.

c.-    El proceso de corrosión de la armadura suele afectar  más a sus condiciones de adherencia y anclaje que a su sección. El ataque, sin merma de sección de la barra, reduce en forma muy importante las corrugas y por tanto la adherencia. Además, si consideramos que el aumento de volumen de los productos corroídos destruye el recubrimiento, el anclaje de la barra se ve drásticamente  comprometido.

Grados de corrosión

Las discrepancias que existen entre los usuarios del sector respecto a emplear barras individuales que se muestran aparentemente oxidadas, cuando aún no han sido manipuladas, es amplia. En el cuadro que a continuación se presenta, se observa una solución práctica que permite ayudar a tomar la decisión en terreno si es o no conveniente utilizar dichas barras en la fabricación de armaduras, según el grado de oxidación que presentan.

Fuente: Gerdau AZA Manual de Armadura de Refuerzo para Hormigón. Año 2008.

Influencia del recubrimiento

Es conocido que la manera más efectiva para evitar la corrosión de las barras de refuerzo es disponer un adecuado recubrimiento que cumpla con los siguientes aspectos:

• Espesor de recubrimiento adecuado con base a la agresividad del medio donde se emplace la estructura.
• Uso de relación agua / cemento lo más baja posible compatible con el método de colocación del hormigón.
• Contenido de cemento elevado.
• Compactación enérgica del hormigón.
• Curado suficiente.

La norma NCh430 Hormigón Armado – Requisitos de diseño y cálculo, establece requisitos mínimos para los recubrimientos, fundamentado en lo siguiente:

• Transferencia de esfuerzos de las barras de refuerzo al hormigón.
• Protección de la armadura contra la corrosión.
• Protección de la armadura contra los efectos del fuego, provocando un efecto retardador.

En relación con la protección contra la corrosión, la norma NCh 430 establece las siguientes condiciones ambientales:

Condiciones ambientales severas: interior de edificios donde la humedad es alta; zonas donde se produce escurrimiento de agua; condiciones atmosféricas industriales o marítimas adversas.

Condiciones ambientales normales: condiciones no incluidas en la categoría de condiciones severas.

La tabla siguiente, extraída de la Norma NCh 430, muestra los recubrimientos recomendados según el tipo de exposición.

Recubrimientos epóxicos y galvanizados

Con base a recubrimientos epóxicos

Los recubrimientos con base a pinturas epóxicas fueron agregados al ACI 318 en el año 1995 (ASTM A 934M) reconociendo su uso especialmente para condiciones en que la resistencia a la corrosión del refuerzo es de particular importancia. Comúnmente se utilizan en losas de estacionamientos y puentes y en ambientes altamente corrosivos.

Esta tecnología contempla la preparación de la superficie de las barras para luego ser recubiertas con epóxico adherido por fusión, por medio de spray electrostático u otro método adecuado.

Las barras una vez protegidas con el epóxico, no pueden ser dobladas o redobladas.

Con base a recubrimientos galvánicos

El acero galvanizado es aquel que se obtiene luego de un proceso de recubrimiento de varias capas de la aleación de hierro y zinc.  El recubrimiento galvanizado le otorga al acero una excelente protección, entregándole muy buenas propiedades entre las que se encuentra su gran resistencia a la abrasión, así como también a la corrosión. El galvanizado  tiene dos efectos:

• Protección por efecto de la barrera física que representa la capa de galvanizado, que aísla al metal del medio ambiente, que en algunos casos podría ser agresivo.
• Protección catódica o de sacrificio que es aquélla en la que el zinc se comporta como la parte anódica de la corrosión, de este modo, mientras exista recubrimiento de zinc, el acero estará protegido.

Por otra parte, el galvanizado aporta protección contra la corrosión atmosférica, que responde a las condiciones climáticas del lugar en la que la pieza de acero se encuentre ubicada, así como también contra los agentes contaminantes como el óxido de azufre y los cloruros, típicos de las zonas cercanas a la costa. Otra de las protecciones que brinda el galvanizado guarda relación con el agua, tanto dulce, como de mar.