Resumen La corrosión del acero

Modelo de difusión de cloruros en las

estructuras de hormigón armado expuestas

en la Península de Yucatán (México)(#)

H. Castañedav , R Castrov , C. González^ } y J. Genescáv J

Resumen La corrosión del acero de refuerzo es una de las causas que reduce la vida en servicio de las estructuras

de hormigón, especialmente en las zonas costeras. Este fenómeno, en atmósferas marinas, se produce

como consecuencia de la llegada de iones cloruro a la superficie de la barra por difusión o capilaridad.

La vida útil de una estructura se puede dividir en dos períodos: uno de iniciación, durante el

cual el acero se mantiene pasivo como resultado del contacto con un medio de pH alcalino, en el cual

los iones agresivos penetran el hormigón en dirección al acero, y otro período de propagación, que se

inicia cuando la concentración de los iones cloruro en la superficie del acero excede de un cierto

nivel crítico. El propósito de este trabajo es presentar un modelo, basado en la segunda ley de Fick,

que permita estudiar la difusión de los iones cloruro en un medio marino durante el período de iniciación.

Se toma en consideración tanto la variabilidad de los coeficientes de difusión como los parámetros

inherentes al hormigón, durante un tiempo de exposición de 2 años en las condiciones ambientales

prevalecientes en la Península de Yucatán (México). Para la resolución del conjunto de

ecuaciones a que da lugar el modelo se ha utilizado el método numérico de las diferencias finitas,

teniéndose en cuenta la no linealidad del problema. Los valores obtenidos a partir del modelo se han

comparado con los experimentales para así comprobar la efectividad y viabilidad del modelo propuesto.

Palabras clave: Coeficiente de difusión de cloruros. Atmósfera marina. Modelo matemático.

Método de diferencias finitas. Hormigón armado.

Mathematical model for chloride diffusion in reinforced

concrete structures at Yucatán Península, México

Abstract Corrosión of reinforcing steel can seriously limit the service life of concrete structures in marine

applications. Chloride diffusion is one of the two major problems causing this phenomenon,

increasing when the concrete is exposed to a marine environment in coastal áreas. The service life of

a structure may be divided into two general phases: an initiation period, in which the reinforcing steel

surface is still passive as a result of the contact with a high pH médium, in which the aggressive ions

penétrate the concrete toward the reinforcing bar, and a propagation period that starts when the

chloride ion contamination on the steel surface exceeds the critical threshold level for the passivity

breakdown. The aim of this work is to examine the chloride diffusion at the initial period on a marine

environment by considering the variability of the diffusion coefficients with inherent parameters of

the concrete, exposed during a period of two years in Yucatán, México. A model based on the second

Fick's law is proposed; the non-linearity of the problem is taken into account and a numerical

procedure based on the finite difference method is developed to solve the set of equations.

Comparisons with experimental data are also carried out in order to show the reliability and the

effectiveness of the proposed numerical model.

Keywords: Chloride diffusion coefficient. Marine environment. Mathematical model.

Corrosión. Durability. Finite differences method. Reinforced concrete.

1. INTRODUCCIÓN

(y Trabajo recibido el día 10 de febrero de 1997.

' > Dpto. de Ingeniería Metalúrgica. Facultad de Química.

Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

04510 México D.F. (México).

(**) CINVESTAV. Unidad Mérida, km 6. Ant. Carretera a

Progreso, A.P., 73, Cordemex, C.P. 97310 Mérida, Yuc.

(México).

México es uno de los muchos países que sufre

problemas de corrosión en sus infraestructuras (1),

con mayor severidad en las costas o ambientes

marinos. Dichos problemas no se han evaluado,

Rev. Metal. Madrid, 33 (6), 1997 387

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H. Castañeda et al. /Modelo de difusión de cloruros en las estructuras de hormigón armado...

hecho que provoca pérdidas tanto humanas como

económicas. Los tipos de corrosión se manifiestan

de diferentes formas, pero, en ambientes marinos,

el principal agente que acelera este fenómeno es el

ion cloruro proveniente del mar. En el caso de las

estructuras de hormigón armado, el daño es poco

visible a edades tempranas y la aparición de

herrumbre es el primer signo visible de corrosión

avanzada. Además, en la Península de Yucatán, en

la preparación del hormigón se utilizan materiales

calcáreos y relaciones agua/cemento (a/c) elevadas,

que tienen acusada influencia en el desarrollo de la

corrosión de la armadura. De aquí, la importancia

de contar con herramientas que permitan predecir

vidas útiles residuales de las estructuras.

La predicción cuantitativa de la vida útil de una

estructura es un paso crucial en el análisis costobeneficio

necesario para determinar la durabilidad

de la misma. Cualquier predicción se refiere, por lo

regular, a la velocidad de acumulación del cloruro

en la superficie de las armaduras embebidas en hormigón

y al cálculo, mediante un programa de ordenador,

del tiempo necesario para llegar a la concentración

crítica (momento del rompimiento de la

capa pasiva formada) en la interfase acero-hormigón.

Para el presente trabajo se consideró como la

concentración crítica de cloruros necesaria para el

inicio de la corrosión y, de acuerdo a la experiencia

previa de los autores, el intervalo comprendido

entre 0,6 y 0,9 kg/m3, que concuerda con valores

similares publicados recientemente

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