Un gran porcentaje de las patologías que detectamos en estructuras de hormigón armado se deben al fenómeno de corrosión de las armaduras. Podemos decir que es la patología mas encontrada en estructuras de hormigón armado.
Estudios realizados en distintos países corroboran la importancia que tienen las Patologías relacionadas con este fenómeno que ocasionan importantes pérdidas económicas llegando hasta el 5% del PBI del país. Podemos citar al estudio realizado en EEUU, donde la mitad de los más de medio millón de puentes que hay en ese país están afectados por corrosión de las armaduras y donde los costes de sus reparaciones ascienden a más de 50 billones de dólares.
Verdaderamente en las construcciones, el acero embebido en el hormigón posee una doble protección contra la corrosión:
Física Se lo da el recubrimiento que lo separa del medio ambiente con el que están en contacto y que impide así la entrada de agentes agresivos
Química Debido a que el hormigón tiene un pH entre 12 y 13 que lo hace básico, (alcalino), que produce la pasividad de las armaduras mediante la formación de una capa continua de óxido – de espesor muy pequeño del orden de 100.000 Amstrong – sobre la superficie de las mismas que impide que el hierro contenido en la barra de acero se corroa.
– El proceso de formación de esta capa de protección no está del todo esclarecido, algunos autores mencionan que esta capa es una combinación de óxidos férricos y óxidos ferroso-férricos –
En relación a esto los cementos con mayor alcalinidad, (más ricos en cal), serán más eficaces en la protección de las armaduras.
Cuando el proceso de corrosión comienza a afectar a las armaduras de la estructura podemos decir que el hormigón ha perdido sus cualidades químico-protectoras – hay reducción de alcalinidad – es decir que su basicidad ha sido neutralizada por los agentes ácidos del medio en un proceso conocido como carbonatación, aquí el pH se ha reducido a valores menores a 10.
En este proceso podemos encontrar dos etapas: inicio y propagación. La primera etapa, es el tiempo que tardan los agentes agresivos en ingresar a través del hormigón hasta la superficie del acero de refuerzo y alterar su pasividad. La segunda etapa, conocida como propagación, se refiere al periodo de tiempo en el cual se pierde la pasividad y se manifiesta la corrosión en el exterior, en forma de manchas de oxido, agrietamientos o desprendimientos
Existen dos procesos de corrosión que afectan las estructuras: La Carbonatación y el ataque por Cloruros.
La Carbonatación del Hormigón se produce a causa de la reducción de alcalinidad de la mezcla, por difusión del CO2 a través de los poros que reacciona con los componentes alcalinos de la mezcla con incidencia de otro factor vital: la humedad. En este proceso el agua es el elemento necesario para producir la reacción – sin embargo un H° saturado de agua no permite la entrada de CO2 y por consiguiente no se produce la corrosión.
El ingreso de CO2 al interior de la masa del hormigón lo hace por donde no hay materia que se lo impida; al ser un gas no necesita de poros o fisuras de gran tamaño. Este proceso de penetración del CO2 se denomina difusión
Por tratarse de un proceso invasivo hablamos de frente de carbonatación pues la interfase entre H° Carbonatado y no carbonatado crea habitualmente un plano mas o menos paralelo a la superficie en hormigones homogéneos.
El incremento de la temperatura y las caras expuestas al viento favorecen el ingreso del CO2 y aceleran el proceso. En las caras perpendiculares a la dirección de los vientos encontraremos mayor avance del frente de carbonatación. En un ambiente urbano puede encontrarse 10 veces más CO2 que en uno rural, donde podemos estar en torno al 0,03%.
No solo el tamaño y porcentaje de poros es de influencia en las características resistentes a la carbonatación, la distribución y la conectividad entre poros son mucho más influyentes que su número. Los poros con conexión crean vías que facilitan el progreso del CO2. Que estos poros se encuentren saturados o no de agua los convertirá respectivamente en poros no activos o activos frente a la carbonatación. Una estructura en el desierto de Atacama no puede ser afectada por carbonatación ya que no hay humedad exterior, si no hay agua el hidróxido de calcio no se diluye y por lo tanto no hay carbonatación posible.
Además de la red porosa, las fracturas, fisuras y microfisuras son elementos que ofrecen un fácil aporte directo y por lo tanto carbonatación.
No solo la humedad juega en nuestra contra por la disolución del hidróxido cálcico, sino que existe otra reacción favorecedora de la creación de carbonato de calcio por colaboración del CO2 con el agua:
CO2 + H20 -> CO3H2 (ácido carbónico) CO3H2 + Ca(OH)2 -> CaCo3 + 2H2O (es decir carbonato de calcio hidratado) Aquí se produce un descenso del PH por la formación del Carbonato de Calcio. Ca(OH)2 El hidróxido de Calcio es también llamado Portlandita.
Este fenómeno de Carbonatación es relativamente lento. En un hormigón bien dosificado, (350kg/m3), la profundidad a la que llega la carbonatación es de 4mm en dos años, 10mm en 8, 20mm entre los 20 y 25 años.En las esquinas de los elementos de hormigón ha de considerarse que el frente de carbonatación adquiere una forma redondeada y se produce un incremento de la profundidad de carbonatación si las dos caras están expuestas.
En relación a todo lo mencionado podemos decir que para que no se produzca o sea mínima la carbonatación, debemos evitar:
• Mala Dosificación
• Porosidad : Relación agua/cemento – tipo de cemento – cantidad de agregado – vibrado – uso eventual de aditivos
• Tipo de cemento
• Puesta en obra que facilite la fisuración
• Espesores pequeños de recubrimientos
• Exposición a medios agresivos.
Para detectar, a primera vista, las patologías causadas por la carbonatación, será necesario buscar en principio, manchas de óxido y grietas longitudinales que sigan la dirección probable de la armadura.
Una manera clara de detectar esta patología, es mediante un procedimiento químico, basado en la reacción de una solución de fenolftaleína con el hidróxido cálcico. Se comprueba así si el hormigón que recubre las armaduras cambia o no de color, lo que nos indica el grado de carbonatación: rosa oscuro el pH está por encima de 12-13, rosa claro el pH está sobre 11 y sin color el pH es inferior a 10-9. En este último caso, el hormigón está carbonatado.
Corrosión por Cloruros:
Otro mecanismo importante para el fenómeno de la corrosión, es el ataque de cloruros, este tipo de ataque al acero del hormigón armado, es el más agresivo.
El ingreso de cloruros a la masa de hormigón, puede darse a través de los poros o en la adición de aditivos o materiales contaminados.
Cuando los cloruros ingresan al hormigón lo hacen a través de la red de poros, (en similitud con el ingreso de CO2 en la carbonatación), por este medio, también puede ingresar el agua produciendo daños no en mucho tiempo.
El cloruro que llega al acero de refuerzo, se va concentrando hasta alcanzar una concentración crítica que rompe la estabilidad química de la capa de pasividad, debido a la heterogeneidad del hormigón, ésta desestabilización se produce en algunos sectores en particular, es por esto que éste tipo de corrosión, se conoce como corrosión por picaduras. La concentración critica del cloruro depende de varios factores, tales como: adición de puzolanas, razón agua/cemento, cantidad de cemento, tipo de curado espesor del recubrimiento, y la compactación del hormigón entre otras.
Este ataque es un problema significativo de durabilidad de las estructuras de H°A°. Su remediación resulta altamente dificultosa por lo que es conveniente adoptar medidas que prevengan su aparición y así lograr extender su vida útil.
Este tipo de corrosión puede afectar capas relativamente profundas del metal mientras gran parte de la superficie puede permanecer intacta o con apariencia de corrosión escasa.
Asímismo, muchas veces se descubre la armadura y se ve que la corrosión es generalizada, que es típica del ataque por carbonatación en vez de picaduras que es particular del ataque por cloruros. Pero en algunos casos y sobre todo muy próximos al mar, en realidad no es una corrosión generalizada, sino más bien una acumulación de ataque por picaduras.
Aunque los tratamientos suelen ser bastante idénticos para los dos procesos vistos, en este caso la diferencia fundamental es que si no se eliminan los cloruros presentes en la armadura, éstos si les llega oxígeno y sobre todo si el par ánodo-cátodo de la reacción electroquímica no se ha cortado, la corrosión continúa aunque se haya actuado en el hormigón.
Por lo que es muy importante realizar ensayos de presencia del ión cloruro en el hormigón para dilucidar cual ha sido el ataque que ha sufrido la estructura.
En conclusión para prevenir la corrosión inducida por el ion cloruro:
• No se deben usar arenas de mar sin lavar.
• Hay que cuidar la calidad del hormigón de recubrimiento.
• Baja relación a/c – Buen curado – Ausencia de fisuras.
• Incrementar el espesor del recubrimiento en función de la exposición del elemento estructural y de la calidad del H°..
En pocos casos, la corrosión por picaduras se produce por iones sulfato suministrados por el yeso en los edificios.
Poros de aire incorporado: Existen aditivos que se valen de la inclusión del aire para modificar las propiedades del hormigón durante el amasado, vertido o el hormigón ya fraguado por lo que se generan poros internos y puede existir interconexión entre los mismos que favorecen la difusión del CO2 dentro de la masa del Hormigón.
