PROCEDIMIENTOS DE REPARACIÓN Y PROTECCIÓN DE ARMADURAS.

PROCEDIMIENTOS DE REPARACIÓN Y PROTECCIÓN DE ARMADURAS

Autores

Arlindo Gonçalves

Carmen Andrade

Marta Castellote

INTRODUCCIÓN

n este capítulo se presenta un pequeño resumen del fenómeno de la corrosión de armaduras en las estructuras de hormigón, seguido de todas las formas conocidas y consagradas de reparación y protección de armaduras conforme presentado en la Figura 7.1.

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Figura 7.1. Sistemas de protección y reparación de la corrosión de armaduras de estructuras de hormigón

Sobre la protección de armaduras de forma indirecta, a través de revestimientos superficiales aplicados sobre los concretos, se presenta en el capítulo 8 “Protección y Mantenimiento de Estructuras de Hormigón”, los procedimientos adecuados para intervención.

7.1        TÉCNICAS O MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS DE PROTECCIÓN

Las técnicas electroquímicas de protección/reparación de estructuras dañadas por corrosión de armaduras son tres: Protección catódica (PC),  Extracción electroquímica de cloruros (EEC) y Realcalinización (RAE), conforme Figura 7.1.1.

De estas tres técnicas, la protección catódica es la más antigua, habiéndose utilizado ampliamente para estructuras de acero en agua (barcos, plataformas petrolíferas) así como enterradas (tuberías).   Sus principios se conciben en el siglo XIX, pero no comienza a aplicarse a estructuras de hormigón armado hasta 1955 (estructuras sumergidas o enterradas).  A principio de los años 70 se comienza a utilizar para estructuras aéreas, y en los años 90 pasa a ser utilizada con carácter preventivo (prevención catódica) [1].  La protección catódica está regulada y normalizada en varios países [2-4]. En el año 2000, se publicó una norma europea sobre ese tema, la EN 12696 [5]. 

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Figura 7.1.1. Esquema general de las técnicas electroquímicas

La extracción electroquímica de cloruros, EEC (ver Figura 7.1.2), y la realcalinización, RAE (vide Figura 7.1.3), son métodos más recientes, que se están desarrollando en la actualidad. La aplicación de estas técnicas se basa en el concepto de eliminar la causa que está produciendo la corrosión de las armaduras; es decir, los cloruros o la reducción de pH en el entorno del acero.

En lo que respecta a la EEC, no existen normas que la regulen, pero la Federación Europea de Corrosión publicó en 1998 un completo estado del arte [6], siendo también destacable el trabajo que se encuentra en [34].

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Figura 7.1.2. Esquema de la extracción eletroquimica de cloruro

En cuanto a la realcalinización, en la actualidad CEN está elaborando un borrador de norma europea [7].  Además de estas normas, en la acción europea COST Action 521 [8], se ha elaborado un completo documento final acerca de las tres técnicas electroquímicas, que cubre la mayor parte de los aspectos involucrados en las mismas.

7.1.1 Fundamentos

El principio de estas técnicas consiste en la aplicación de corriente continua entre la armadura (conectada al polo negativo de la fuente de tensión, o cátodo) y un electrodo auxiliar externo (que actúa como ánodo), tal como se muestra en la Figura 7.1.4 

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Figura 7.1.3. Esquema de la realcalinización eletroquimica

Dada la naturaleza de las matrices de base cemento, con su compleja microestructura constituida por un entramado poroso conteniendo una fase acuosa rica en iones, éstas se comportan eléctricamente como un conductor, respondiendo a la presencia de un campo eléctrico como si los iones que confinan estuvieran en disolución. Así, los iones positivos se desplazan hacia el electrodo negativo, mientras los iones negativos lo hacen en sentido opuesto.

Además de la aceleración y direccionamiento de los iones, al aplicar un campo eléctrico, también hay que considerar la polarización de las armaduras y las reacciones electródicas: Si el ánodo es un metal poco noble, (por ejemplo el Fe), se oxida, dando lugar a sus especies en disolución.  Si por el contrario, es un metal noble, se produce la oxidación de especies presentes en el electrolito, por ejemplo formación de Cl2, o la hidrólisis del agua.  En el cátodo, es decir, en la armadura de la estructura, se lleva a cabo la reducción de sus propios óxidos, de especies presentes en el electrolito (oxígeno) o la hidrólisis del agua, originando iones OH-.

Por otra parte, al aplicar un campo eléctrico al hormigón puede tener lugar el fenómeno electrocinético de electroósmosis por el que, dada la carga negativa de las paredes de los poros de las matrices de base cemento, se establece un flujo de líquido desde el polo positivo al negativo cuya magnitud depende del tipo de matriz, del electrolito externo y del campo eléctrico aplicado.

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Figura 7.1.4. Esquema de funcionamiento de las técnicas

de reparación electroquímicas

Así, en este tipo de técnicas, el mecanismo de acción, viene dado por distintos fenómenos: En el caso de la protección catódica, el fundamento del método consiste en situar el potencial de la armadura por debajo del potencial de picadura, es decir, en la zona de inmunidad del diagrama de Pourbaix [9] conforme Figura 7.1.5, lo que se consigue mediante un flujo de corriente, que se mantiene durante toda la vida de la estructura.

En el caso de la extracción de cloruros, el fundamento del método radica en la eliminación de los agentes agresivos ya que, los iones cloruro, cargados negativamente, son atraídos hacia el electrodo externo (ánodo cargado positivamente) por la acción del campo eléctrico, además del incremento de alcalinidad debido a la reacción catódica. 

En el caso de la realcalinización, el objetivo del tratamiento consiste en la restauración de la alcalinidad del hormigón alrededor de las armaduras, de forma que éstas se repasiven, como consecuencia de la hidrólisis del agua en el cátodo y el establecimiento de un flujo electroosmótico que introduce los iones carbonato desde la solución externa hacia la armadura.

Un esquema de los diferentes procesos que tienen lugar al aplicar un campo eléctrico al hormigón, así como el fundamento de cada una de las técnicas se muestra esquemáticamente en la Figura 7.1.6.

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Figura 7.1.5. Diagrama de Pourbaix para el hierro

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Figura 7.1.6. Representación esquemática de los diferentes procesos que tienen lugar al aplicar un campo eléctrico al hormigón, así como el fundamento de cada una de las técnicas electroquímicas de reparación

Así, aunque el fundamento de actuación sea distinto, estas técnicas presentan muchos aspectos en común, fundamentalmente en lo que respecta a su aplicación, por lo que pueden tratarse de forma conjunta.  Las principales diferencias entre ellas radican en la densidad de corriente aplicada y duración del tratamiento, tal como se refleja en la Tabla 7.1.1.

Tabla 7.1.1. Características de las distintas técnicas o métodos electroquímicos

7.1.2 Aspectos Prácticos Previos al Tratamiento

Antes de proceder a realizar un tratamiento electroquímico, es necesario asegurar que la estructura no está dañada desde un punto de vista estructural.  Si lo estuviera, habría que reconsiderar el tratamiento después de acometer una reparación estructural, o sea, no puede tener fisuras, ni armaduras expuestas, todo debe estar arreglado previamente. 

Si no lo está, hay que llevar a cabo una inspección de preparación al tratamiento, que entre otros debe cubrir los siguientes puntos:

Continuidad eléctrica de las armaduras

Hay que garantizar que existe continuidad eléctrica entre las armaduras. Si quedasen armaduras desconectadas, éstas no estarían protegidas y podrían corroerse dramáticamente por formación de macropilas.  Si es necesario, hay que establecer conexiones adicionales entre las armaduras.

Continuidad electrolítica del hormigón

El hormigón debe proporcionar la continuidad electrolítica para el establecimiento del circuito de corriente. Por tanto, no debe tener fisuras de gran tamaño, delaminaciones, coqueras o parches de otras reparaciones (de muy diferente resistencia eléctrica) que darían lugar a un flujo de corriente no uniforme.  De existir tales problemas, es necesario proceder a su reparación antes de comenzar los tratamientos. Además, antes de aplicar cualquiera de estos métodos, es necesario llevar a cabo una limpieza de la superficie de hormigón para eliminar cualquier resto de polvo o grasa.

Espesor del recubrimiento

Es necesario conocer el espesor del recubrimiento así como su uniformidad. Un espesor no uniforme dará lugar a un flujo de corriente igualmente heterogéneo.

Existencia de áridos potencialmente reactivos (reacción árido-álcali)

Dado que estos métodos electroquímicos van a incrementar la alcalinidad del hormigón, podrían activar la reacción árido álcali si los áridos de la matriz son reactivos, sobre todo en el caso de EEC y RAE [10,11].  Por ello, se recomienda el establecer la potencial reactividad de los áridos y desaconsejar estos tratamientos caso de que resulten reactivos. 

Tipo de acero por riesgo de fragilización por hidrógeno

Al actuar la armadura de cátodo, tiene lugar el desprendimiento de hidrógeno por hidrólisis del agua, lo que conlleva riesgo de fragilización del acero, fundamentalmente en el caso de pre y postensado.  Por ello, para estos tipos de acero, se desaconseja la aplicación de EEC y RAE.  En el caso de PC, la polarización es mucho menor, por lo que se considera que el tratamiento es seguro siempre que el potencial se mantenga más positivo que –900 mV Ag/AgCl [5].

Contenido y distribución de cloruros

En el caso de realizar un tratamiento de EEC, es necesario verificar el contenido y distribución de los cloruros para establecer el estado inicial de la estructura y determinar posteriormente la eficiencia de la extracción, así como para asegurar que los cloruros no fueron añadidos en el momento del amasado, ya que si éste fuera el caso, se desaconsejaría este tratamiento, recomendándose la utilización de PC [12]. Para ello, se extraerá al menos un testigo y se determinará el perfil de cloruros.  Asímismo, se aconseja la realización de una simulación del resultado del tratamiento con objeto de determinar los parámetros óptimos y la duración del mismo, según el modelo descrito en  [13].

Profundidad y distribución de carbonatación

En el caso de realizar un tratamiento de RAE, es necesario determinar la profundidad de carbonatación en varios puntos de la estructura, con el fin de establecer el estado inicial de la misma y determinar posteriormente la eficiencia de la realcalinización.

Ensayo previo (para EEC y RAE)

La eficacia de este tipo de tratamientos depende de las características de la matriz, de la distribución de los perfiles de cloruros y pH y de la densidad de corriente pasada.  Otro parámetro determinante, en el caso de EC, es el número de transporte de los iones cloruro [34, 37-39], es decir, la fracción de la carga pasada transportada por ellos.

Conforme progresa el tratamiento, debido a la generación de OH en el cátodo, el nº de transporte de los iones cloruro disminuye, por lo que la eficacia del mismo baja.  En lo que respecta a la realcalinización, el éxito del tratamiento se postula que se basa en que tenga lugar la electroósmosis, ya que en ese caso tiene lugar la formación de un tampón que impide la carbonatación posterior. 

Como ya se ha comentado, estos tratamientos son experimentales, por ello, antes de aplicarlos a toda la estructura, se recomienda realizar una prueba a escala de laboratorio (con un testigo extraído de la misma) o a escala de planta piloto (sobre la propia estructura en una pequeña superficie), de forma que se pueda establecer la densidad de corriente apropiada, eficiencia del método para ese tipo concreto de hormigón y tiempo estimado de tratamiento.

De no poderse realizar un experimento previo, existen modelos en la bibliografía que permiten el predecir los perfiles residuales a distintas densidades de carga pasadas así como el tiempo óptimo de tratamiento [13].  El ensayo posterior que establece el criterio de aceptación del tratamiento se detalla en la secuencia.

7.1.3 Ejecución

En la ejecución de estos tratamientos, son parámetros clave el ánodo, el electrolito, la fuente de tensión y/o corriente, el sistema de control y la extensión de las zonas a tratar. 

Ánodo

El ánodo debe suministrar la corriente requerida y garantizar una correcta distribución de la misma a lo largo de las armaduras que se van a tratar.  En general, el ánodo debe [8] adherirse a la superficie del hormigón, ser aplicable a distintos tipos de superficies (en horizontal, vertical, curva, etc...). 

Para cada una de las técnicas, las peculiaridades a considerar son:

Protección catódica

En este caso la instalación es permanente, por tanto los ánodos deben ser durables, no añadir una carga adicional importante y no suponer un cambio en la estética de la estructura.

Los sistemas anódicos pueden ser:

▪       Por corriente impresa

Una malla ajustada a la superficie de la estructura y cubierta con una capa de material cementante.  La más utilizada es la de titanio activado: Es muy durable (entre 25-100 años de servicio) y proporciona una densidad de corriente máxima de 100 mA/m2.

Una capa conductora y electroactiva (pintura) cubriendo la superficie. La principal ventaja de este tipo de ánodo es que no requiere una capa cementicia adicional y que se aplica fácilmente para todo tipo de superficies.  Proporciona una densidad de corriente máxima de aproximadamente 30 mA/m2 y su vida en servicio podría llegar a ser de hasta 10-15 años [8].

▪       Por ánodo de sacrificio

Son sistemas mucho más simples. Su principal desventaja radica en el hecho de al presentar el hormigón una resistencia eléctrica elevada, su eficiencia no siempre está garantizada.

Los más utilizados son:

a) Capas termodepositadas por spray de Zn y Al así como de aleaciones de Al.

b) Ánodos de sacrificio colocados en orificios practicados a lo largo de la estructura que posteriormente se cubren con material cementante.

Extracción electroquímica de cloruros y realcalinización

Para la aplicación de estas técnicas o métodos se utiliza corriente impresa, empleando malla de titanio activado o incluso acero al carbono, que se consume por corrosión en el tratamiento. En este último caso, el hormigón puede quedar manchado por óxido, que luego habrá que limpiar. A diferencia del caso de protección catódica, con instalación permanente, en este caso los ánodos no se cubren con una capa de material cementante, sino que se introducen en un electrolito.

En el caso de EEC, el electrolito suele ser agua del grifo o disolución alcalina, mientras en realcalinización se utiliza una disolución 1 M de Na2CO3.  Este electrolito puede estar impregnando pulpa de celulosa, que se deposita en la superficie mediante proyección, o directamente en “piscinas” selladas a la superficie del hormigón. 

Fuentes de tensión/corriente

En este tipo de tratamientos, la corriente eléctrica se suministra normalmente mediante transformadores, que permiten, a partir de corriente alterna de red, obtener corriente continua a bajo voltaje.  Es importante un sistema de control que permita mantener constante la corriente suministrada (diferente dependiendo del tratamiento) durante largos periodos de tiempo. Recientemente, para el caso de protección catódica se están utilizando fuentes de energía solar o eólica.

7.1.4 Sistemas de control

El sistema de control de PC es diferente del de EEC y RAE debido a tratarse de un sistema permanente que queda incorporado a la estructura. Así, se tratarán por separado estos dos grupos de métodos:

Protección catódica

Durante la aplicación de protección catódica, es necesario un sistema de control que asegure una protección suficiente evitando la sobreprotección.  Para ello, se deben realizan medidas periódicas de potencial de las armaduras con respecto a electrodos de referencia que se embeben en el hormigón en el momento de instalación del sistema.  Los electrodos más utilizados son el de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl/KCl-0.5 M) dióxido de manganeso (Mn/MnO2/KOH-0.5 M). El control también puede llevarse a cabo mediante testigos de despolarización, normalmente de titanio activado o grafito [5].

El criterio de control más utilizado es llamado “de despolarización” (amortiguamiento de la corriente): las condiciones de protección se cumplen si se mide una caída de potencial de al menos 100 mV, a partir del potencial de desconexión instantánea, en un periodo entre 4 y 24 horas [2,5]. El potencial de desconexión se mide entre 0.1 y 1 segundos después de desconectar la corriente de protección.

En algunos casos, como en zonas sumergidas o en carrera de marea, puede ser más conveniente adoptar un criterio de potenciales absolutos. Así, la estructura estaría protegida cuando el potencial es más negativo de –720 mV con respecto a Ag/AgCl [5].  Para evitar sobreprotección, el potencial no debería bajar de –1100 mV Ag/AgCl para armaduras ordinarias  o de –900 mV para acero de pretensado.  Una despolarización mayor de 250mV es indicativa de sobreprotección [5]. Estas condiciones se resumen en la Tabla 7.1.2.

Tabla 7.1.2. Criterios de potenciales de protección y límites en PC

Extracción de Cloruros y Realcalinización

Durante la aplicación de estos tratamientos es necesario llevar un control del sistema para garantizar los resultados deseados. Así, es necesario asegurar en todo momento la presencia de electrolito, o la suficiente humedad en la pulpa de celulosa para garantizar la conexión eléctrica del sistema.  Asimismo, es necesario un control sobre la densidad de corriente aplicada (indicativa de posibles fugas de líquido, cortocircuitos, etc) y el aseguramiento de que el potencial necesario para suministrarla no implica riesgos para los trabajadores.

7.1.5 Extensión de las zonas a tratar

Para este tipo de tratamientos, se denomina “zona” la parte de la estructura con su propio sistema anódico, fuente de tensión/corrriente y sistema de control.  Cuanto menores son las zonas, más sencillo se hace el sistema de control y la comprobación de la ausencia de cortocircuitos. Además, si en una estructura existen partes que necesitan diferentes densidades de corriente o con diferencias importantes de resistividad, se dividen en zonas separadas.

En Extracción de cloruros y Realcalinización, como norma general, no se recomienda que las zonas tengan una extensión mayor de 100 m2.  (Foto 7.1.1)

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Foto 7.1.1. Extracción de cloruros: aplicación del electrólito sobre la malla metálica (STAP)

7.1.6 Finalización del tratamiento: criterios de aceptación

Como ya se ha comentado, la protección catódica es un tratamiento permanente que queda integrado en la estructura hasta el fin de servicio de la misma.  Sin embargo, la EEC y RAE son tratamientos puntuales que finalizan cuando se han alcanzado los objetivos del mismo.  A este respecto cabe señalar que dada la novedad de este tipo de métodos se pueden considerar en cierto sentido como métodos experimentales, y sobre ellos se sigue investigando para establecer los parámetros óptimos, así como los adecuados criterios de aceptación. 

En el caso de EEC, no existen normas que fijen los criterios de aceptación. Por tanto, los mismos serán determinados por el propietario de la estructura conjuntamente con el responsable de la aplicación del tratamiento. En principio, el proceso de EC terminaría cuando los cloruros residuales, analizados sobre testigos tomados a intervalos regulares, estén dentro de límites aceptables, que según las normas vigentes en la actualidad deberían ser inferiores al 0.4%, en peso de cemento.  Hay que señalar que dado que la eficacia del tratamiento disminuye conforme éste progresa, llega un punto en el que por más tiempo que se esté aplicando el campo eléctrico la concentración de cloruros no disminuye.  Si los perfiles residuales resultantes no son satisfactorios para la paralización de la corrosión, es necesario esperar hasta redistribución de los iones en la matriz y aplicar una segunda etapa de extracción.

En cuanto a la realcalinización, el borrador de la CEN publicado en el 2000 señala como criterio de aceptación y finalización del tratamiento el paso de una carga total de 200 A h/m2 [7]. Sin embargo, varios autores señalan que esa cantidad de carga pasada puede ser insuficiente para según qué hormigones [14-16], con lo que ese criterio sin más no sería aplicable.  El criterio más comúnmente utilizado es el de la toma de testigos y determinación del frente de carbonatación residual, mediante spray de fenoftaleína (cambio de color a pH 9). Algunos autores [14] señalan asimismo que es más apropiado el uso de Timolftaleína, cuyo cambio de pH tiene lugar en los alrededores de 10.

Es decir, en EEC y RAE, la base para detener el tratamiento la dará los resultados que arrojen los ensayos de cloruros y pH en testigos sacados después del proceso.

Otro criterio de aceptación que se puede adoptar, tanto para EEC como para RAE, es el de asegurar la repasivación de las armaduras mediante la realización de mapas de potencial o medida de la velocidad de corrosión in situ mediante la técnica de resistencia de polarización. Sin embargo, para este tipo de medidas después de EEC o RA, es necesario interpretar los resultados obtenidos de forma muy cuidadosa, ya que inicialmente las armaduras se encuentran muy polarizadas, y la despolarización tiene lugar lentamente [17-19], con lo que a tiempos cortos (incluso hasta varios meses después) los valores absolutos obtenidos no deben interpretarse de la misma forma que en una estructura no tratada.

7.1.7 Durabilidad

El  concepto de durabilidad del tratamiento aplica a EEC y RA, al ser la PC un sistema permanente integrado en la propia estructura, con lo que su durabilidad, si se lleva a cabo un control adecuado, es el de la vida de la estructura.

La durabilidad de un tratamiento de extracción de cloruros y RA depende del porcentaje remanente de cloruros que quedaron en la estructura después del tratamiento, así como el pH final alcanzado en la fase acuosa de los poros del hormigón.  Si el contenido de cloruros quedó por debajo del nivel crítico, incluso después de re-distribución de los cloruros remanentes, y se aplican posteriormente tratamientos que impidan o retarden la nueva penetración del cloruros (tratamientos hidrofóbicos, por ejemplo), la durabilidad de este tipo de método se estima superior a 10 años (dado que estos métodos son bastante nuevos, no existen casos documentados y seguidos posteriormente de aplicaciones superiores a este periodo de tiempo).   En lo que respecta a la realcalinización, al igual que en la EC, no se dispone de datos más allá de unos 10 años después de aplicación de los tratamientos, pudiéndose decir que en general estos tratamientos son durables [20].  En el caso de RA, la durabilidad del tratamiento depende del tipo de cemento [15], siendo menos durable para cementos con adiciones.

En cualquier caso, se recomienda proteger adicionalmente la estructura (pinturas) y llevar a cabo inspecciones periódicas de la misma (mediante medida de la velocidad de corrosión o la realización de mapas de potencial) después del tratamiento y repetir el mismo cuando de nuevo se tengan valores de corrosión activa de las armaduras.

7.1.8 Ejemplos de casos reales

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Figura 7.1.7. Perfil de cloruro durante el tratamiento

En la bibliografía se pueden encontrar varios casos de aplicación de estas técnicas a estructuras en servicio. La bibliografía más abundante corresponde a protección catódica [21-29], encontrándose aplicaciones a puentes, túneles, edificios, suelos, etc. Con respecto a EC, se pueden encontrar ejemplos de aplicación en [17, 30-32]. En [17] y [32], se encuentran además aplicaciones del método de realcalinización.

El proceso de extracción de cloruros debe darse por concluido cuando se alcanza la reducción requerida para el contenido de cloruros en el hormigón. En la  Figura 7.1.7 presentase los perfiles de cloruros obtenidos por Bennett y Schue [8] en una columna de puente.

7.1.9 Efectos secundarios

También en este apartado es necesario hacer mención especial al caso de la protección catódica, ya que la degradación del hormigón por efecto de la misma es muy rara.  Sin embargo, y potencialmente, los efectos secundarios que hay que considerar son los mismos que para el caso de EC y RA, y que se señalan a continuación:

Reacción Árido-Álcali

Como ya se ha comentado en el apartado de aspectos a tener en cuenta antes de comenzar el tratamiento, dado que estos métodos electroquímicos van a incrementar la alcalinidad del hormigón, podrían activar la reacción árido álcali si los áridos de la matriz son reactivos.  El mayor peligro tiene lugar en el caso de EEC, ya que el hormigón de partida es alcalino, y sobre ese umbral se está aumentando la cantidad de álcalis. 

En el caso de RA, el riesgo es menor ya que se parte de hormigón carbonatado. Algunos estudios [33] han mostrado que un hormigón con áridos expansivos totalmente carbonatado y posteriormente sometido a RA expandía menos que el mismo hormigón no carbonatado tomado como referencia.  En cualquier caso, se recomienda el establecer la potencial reactividad de los áridos y desaconsejar estos tratamientos caso de que resulten reactivos. 

Fragilización por hidrógeno

Como ya se ha comentado en los puntos a considerar antes del tratamiento, al actuar la armadura de cátodo, tiene lugar el desprendimiento de hidrógeno por hidrólisis del agua, lo que conlleva riesgo de fragilización del acero, fundamentalmente en el caso de pre y postensado. 

Por ello, para estos tipos de acero, se desaconseja la aplicación de EEC y RA.  En el caso de PC, la polarización es mucho menor, por lo que se considera que el tratamiento es seguro siempre que el potencial se mantenga más positivo que –900 mV Ag/AgCl [5].

Degradación del hormigón por ataque ácido

En la reacción anódica se produce acidificación del electrolito. Este ácido reacciona con las especies alcalinas de la superficie del hormigón.  En PC, dadas las bajas densidades de corriente empleadas, éste problema es normalmente despreciable.  En EEC y RA, si después de retirar el dispositivo se aprecia un ataque de la superficie del hormigón, se recomienda protegerla mediante algún recubrimiento superficial apropiado.

Pérdida de adherencia hormigón/armadura

A potenciales muy negativos, como en el caso de EC y RA, tiene lugar desprendimiento de H2, con la posible consecuencia de pérdida de adherencia entre la armadura y el hormigón [21].  En [35], se estudió la pérdida de adherencia en función de la densidad de carga pasada, entre 600 y 5000 Ah/m2 de acero, encontrando una reducción significativa de la adherencia, aunque con resultados contradictorios a elevadas densidades de carga pasadas.

Cambios microestructurales en la matriz de hormigón

El paso de corriente a través del hormigón implica el movimiento de las especies iónicas contenidas en la fase acuosa de los poros, con la consiguiente perturbación de los equilibrios sólido-líquido de la matriz. Por ello, este tipo de tratamientos (fundamentalmente EC y RA) inducen un incremento en la porosidad total del hormigón, así como un cambio en la distribución de tamaño de poros [36]. 

Este efecto no ha sido evaluado para las pequeñas densidades de corriente correspondientes a PC.

7.1.10      Costos

El establecer o determinar el coste de un determinado tratamiento involucra gran cantidad de parámetros, de forma que dar una indicación resulta bastante arriesgado, ya que además en cada país dependerá de la disponibilidad, adecuación, etc... nacionales. 

Como guía orientativa, recalcando una vez más que debe ser tomada como una simple indicación, en [8] se recogen los siguientes costes: protección catódica por pintura conductora: 100 euros por metro cuadrado; protección catódica con malla de titanio y recubrimiento de base cemento, entre 200 y 300 euros por metro cuadrado, la EEC sobre 150 euros por metro cuadrado y la RA alrededor de 100 euros por metro cuadrado. 

La reparación convencional se puede considerar enmarcada en el rango entre 50 y 500 euros por metro cuadrado. 

7.2        REVESTIMIENTOS SOBRE LAS ARMADURAS

Las armaduras internas en las estructuras de hormigón podrán ser protegidas contra la corrosión, por aplicación de revestimientos en su superficie. Estos pueden ser de metales más resistentes a la corrosión que el acero, como es el caso del zinc, o a través de revestimientos orgánicos a base, por ejemplo, de resinas epóxicas. En primer caso, el zinc, además de la acción de barrera, proporciona todavía la protección catódica del acero, cuando el revestimiento se damnifica y el acero queda localmente expuesto.

Las armaduras revestidas con resinas epóxicas fueron utilizadas por la primera vez en un puente en los EUA. Durante los años 70 apenas las armaduras más expuestas eran revestidas con resinas epóxicas, pero a partir de los años 80 se pasó a aplicar el revestimiento en todas las armaduras del elemento estructural, para evitar la ocurrencia de corrosiones intensas en locales donde se verificava rotura del revestimiento.

Las armaduras galvanizadas, mientras tanto, comenzaron a ser utilizadas en las estructuras de hormigón armado desde los años 30, cuando expuestas a ambientes agresivos [40].

7.2.1 Armaduras galvanizadas

La galvanización puede ser obtenida por inmersión de las barras de acero en un baño de zinc fundido a cerca de 450ºC. En la superficie del acero se forma un revestimiento compuesto por camadas de liga zinc-hierro (Zn-Fe) de diferente composición, como consecuencia de la reacción entre estos dos materiales. La proporción de hierro va diminuyendo, siendo la camada exterior del revestimiento constituido apenas por zinc.

Los productos protectores del zinc que se forman en el hormigón resultan de la reacción del zinc con la solución intersticial alcalina existente en la red de poros del hormigón, formando hidrozincato de calcio, com liberación de hidrógeno, H2:

2Zn+Ca(OH)2+6H2O→Ca[Zn(OH)3]2.2H2O+2H2

La formación de este compuesto consume cerca de 10 μm de zinc de la camada exterior del revestimiento. Las camadas de zinc puro (camadas más externas) originan la formación de películas de productos de corrosión más protectoras de que las camadas más interiores constituidas por liga Zn-Fe.

La velocidad de corrosión del acero galvanizado en el hormigón carbonatado, es muy inferior a la del acero no galvanizado. Por otro lado, los productos de corrosión del zinc son menos expansivos y ligeramente más solubles en el hormigón que los óxidos de hierro, pudiendo entonces difundirse y alejarse de la interface metal/hormigón, reduciendo así la tendencia de fisuración del hormigón.

Si el hormigón se encuentra contaminado com iones cloruro, las armaduras galvanizadas presentan también mejor comportamiento, pués la concentración de cloruro necesaria para que ocurra la despasivación del zinc es 4 a 5 veces superior a la del acero. Por otro lado, cuando el revestimiento queda parcialmente destruido, las zonas remanescentes actúan como ánodos de sacrificio y protegen el acero catódicamente, retardando su corrosión.

Ejecución

El espesor total del revestimiento necesario para garantizar la protección del acero de las armaduras depende del medio agresivo de exposición. De cualquier manera, no deberá ser inferior a 100 μm, para permitir la formación de la película de pasivación a costa de la camada de zinc, ni superior a 200 μm para no poner en detrimento la adherencia del revestimiento.

Existe ya normalización para armaduras galvanizadas en diversos países, como en los EUA [41,42].

Aspectos a Considerar

El uso de sistemas mixtos de armaduras galvanizadas y no galvanizadas exige que las mismas se encuentren eléctricamente aisladas. En las zonas de corte, doblado y soldadura debe garantirse la reposición del revestimiento.

Nótese que la presencia de un elevado contenido de álcalis en el hormigón puede comprometer la formación de la película protectora en la superficie del zinc durante la hidratación del cemento.

Variaciones bruscas en la humedad del hormigón pueden afectar negativamente el proceso de pasivación de las armaduras galvanizadas, por lo que se recomienda una cura conveniente del hormigón.

La liberación de hidrógeno que acompaña la formación de los óxidos de zinc y de los zincatos en el inicio de la hidratación del cemento en el hormigón, reduce temporalmente la adherencia entre el hormigón y el acero galvanizado, aunque a largo plazo, puedan alcanzarse valores inclusive superiores a los que son alcanzados con las barras de acero no galvanizado.

7.2.2 Armaduras revestidas con resinas epóxicas

La aplicación de los revestimientos a base de resinas epóxicas en las armaduras de acero puede ser efectuada de determinadas formas: por pintura, o inmersión utilizando resinas líquidas, por pasaje del acero pre-calentado en un lecho fluidificado de resinas em polvo, las cuales se funden en contacto com el metal, o por pintura electrostática con resinas em polvo. Estos revestimientos generalmente presentan buena resistencia química en medio alcalino.

Los revestimientos a base de resinas epóxicas cuando aplicados al acero forman una película que actúa como barrera, siendo especialmente impermeables a los iones cloruro. Cuando se encuentran en perfectas condiciones estos revestimientos presentan una buena capacidad de protección de las armaduras en hormigones fisurados.

Ejecución

El espesor de estos revestimientos deberá situarse entre 180 μm y 300 μm, de modo a no comprometer su flexibilidad y garantir una protección eficaz de las armaduras. Espesores inferiores a 250μm no afectan la adherencia al hormigón, pero valores superiores pueden llevar a reducciones de 60%.

La resistencia de los revestimientos obtenidos a partir de resinas sólidas es superior a la de los obtenidos a partir de resinas líquidas, siendo ambos estables hasta temperaturas de 200ºC.

Existe normalización para estas armaduras, citando Inglaterra [43] y en los EUA [44].

Aspectos a Considerar

El revestimiento deberá presentarse continuo y sin poros, fisuras u otros daños, pues la ocurrencia de estas anomalías promueve la formación de macrocélulas de corrosión en el hormigón expuesto a ambientes agresivos, resultando así en el aparecimiento prematuro de la corrosión.

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Foto 7.2.1. Corrosión debido a la ruptura del filme de resina de una armadura

 (Midwest Galvanizing Group Inc.)

De este modo son necesarios cuidados especiales en la aplicación del revestimiento, en el posterior manoseo de las armaduras revestidas y en la colocación del hormigón, por lo que en estructuras pre-fabricadas podrá esperarse un buen desempeño de estos revestimientos.

En la Foto 7.2.1 se verifica la ocurrencia de corrosión debido a la ruptura del filme de resina, en consecuencia del doblado efectuada en obra.

El uso de los revestimientos a base de  resinas epóxicas inviabiliza la aplicación posterior de tratamientos electroquímicos.

7.2.3 Comparación entre revestimientos galvanizados y epóxicos

En la Tabla 7.2.1 se presentan algunos aspectos comparativos entre los revestimientos utilizados en las armaduras de acero en el hormigón [44].

Tabla 7.2.1. Comparación entre los revestimientos aplicados en las armaduras de acero

7.3        ARMADURAS ESPECIALES