Corrosión en suelos

Franky Esteban Bedoya LoraEstudiante Maestría en Ingeniería

Curso: Corrosión y ProtecciónProfesor: Juan Guillermo Castaño

INTRODUCCIÓN La corrosión por suelos o en estructuras

enterradas es un fenómeno electroquímico.

Es de vasta complejidad. No hay dos suelos que sean exactamente

iguales. Influencia de factores climáticos. Factores fisicos, químicos y

microbiológicos. Existe una vasta cantidad de bibliografía

respecto al fenómeno.

INTRODUCCIÓN Porqué se ha estudiado tanto?

Tanques en acero bastante usados hastala década de los 80’s

El mantenimiento y reemplazo de esta infraestructura requiere grandes cantidades de esfuerzo y dinero

Lugar (Uso) Extensión (km)Canadá 580.000

EE.UU (Gas natural) 2.000.000EE.UU (Petróleo) 280.000

Que es la tierra? “La colección de cuerpos

naturales ocupando porciones de la superficie del planeta que soportan las plantas y que tiene propiedades dependientes del clima y de la materia viviente que actúa sobre ella, que a su vez están condicionados por los periodos de tiempo”

Departamento de Agricultura de los Estados Unidos

Que es la tierra? Sistema físico, químico y biológico,

complejo y dinámico, que está en constante cambio.

Dependen de factores ambientales: Lluvia Temperatura Movimiento del aire Luz solar El paso del tiempo

Exiten gran variedad de tipos de tierra:

Que es la tierra?

MuskegsTurbas

Pantanos

95% de agua17% C base seca

ArenaPradera

Tipo mineral0.5 – 6 % material orgánico

Propiedades de la tierraDebenden bastande de la granulometría y capacidad de difusión de especies. Físicas

Permeabilidad Granulometría

Químicas Composición química de elementos

presentes en el suelo solubles en agua. Mineralogía y composición química.

Propiedades físicas de la tierraLas tierras suelen clasificarse en tres grandes grupos de acuerdo a su granulometría:

Arenas gruesas: 0.07 a 2 mm Cieno: 0.005 mm a 0.07 Arcillas: menores a 0.005 mm

Propiedades físicas de la tierra Permeabilidad

Influenciada también por la distribución del tamaño de partícula.

Factor importante al considerar los mecanismos electroquímicos.

Controla el flujo de líquidos o gases en el suelo.

Propiedades químicas de la tierra Resistividad que a su vez depende de

Humedad pH Concentración de iones Granulometría Temperatura Compactación

Se usa el método de Wenner para sumedición

Propiedades químicas de la tierra Método de Wenner

Propiedades químicas de la tierra Composición química

Arcillas Arena: Silicatos principalmente Carbonatos: Cal y dolomita Evaporites: Alto contenido de sales.

Propiedades químicas de la tierra Perfiles según factóres climáticos

Regiones áridas: Bajo contenido organico. Alto contenido de sales.

Climas tropicales: Alto contenido de minerales solubles. Temperaturas altas.

Zonas templadas: Perfiles de suelo muyvariados, dependen del régimen de lluvias.

Condiciones árticas: Ciclos de congelamiento/descongelamiento.

Mecanismos de corrosión en suelos El mecanismo de corrosión de los

materiales metálicos es electroquímico siempre y cuando exista un mínimo de humedad.

Factores que influyen en la corrosión de estructuras enterradas

Aireación (permeabilidad) Contenido de humedad Resistividad del suelo Contenido de iones pH Potencial redox Microorganismos

Aireación Se basa en la cantidad de oxígeno y

humedad que alcanza el metal y afecta el proceso corrosivo.

Metales en tierras con bajo contenido de oxígeno son generalmente anódicos cuando se comparan con aquellos con alto contenido de oxígeno.

En general un suelo muy bien aireado tiende a disminuir la corrosión debido a que impide la retención de la humedad

Contenido de HumedadSe presentan tres casos: En terrenos muy húmedos la reacción

anódica se despolariza, alto control catódico.

Cuando el suelo es muy seco corrosión bajo control anódico (baja resistencia).

Los terrenos agresivos son por lo tanto, aquellos que presentan niveles intermedios de humedad.

Contenido de HumedadBásicamente existen tres fuentes de agua: Agua gravitacional Agua capilar Agua subterránea

En términos generales se asume: Humedad > 20%: Corrosión uniforme (poco

agresiva) Humedad < 20%: Corrosión por picadura (muy

agresiva) Terreno seco: Corrosión despreciable o uniforme.

Contenido de Humedad

Resistividad Sin protección: bajas resistividades

aumentan la corrosión. Con protección catódica: altas

resistividades favorecen el efectoprotector.

Resistividad

Contenido de iones Mientras más concentración mas conductor el

suelo. Ciertos iones que tienen el efecto opuesto:

Calcio Magnesio

Sales más comunes: Silicatos Carbonatos Calcio Magnesio Oxidos de aluminio y hiero insolubles Sales de cloruro y sulfato

Contenido de iones

pH Los suelos generalmente tienen un pH de

3.5 a 10. Ácidos,pH menores a 4

Material orgánico Presencia de CO2

Los terrenos generalmente suelen ser de tipo alcalino, condiciones en las cuales el terreno no resulta ser muy agresivo.

pH superiores a 9 originan la corrosión alcalina en metales anfóteros

pH

Potencial Redox (ORP) NO es una medición de la concentración de

oxígeno, sino un indicador de la capacidad reductura/oxidante del suelo.

Se ha demostrado que el ORP aun siendo un valor abstracto puede ser de ayuda en la predicción de la corrosividad en suelos.

Microorganismos Bacterias sulfatorreductoras las cuales se

han identificado como las responsables de los mas severos casos de corrosión. Se presenta en condiciones anaerobias.

Microorganismos Bacterias productoras de ácidos (APB). Organismos productores de cieno que

pueden depositar estos residuos y generar la formación de celdas.

Hongos que pueden atacar recubrimientos orgánicos.

Raíces que pueden crecer lo suficiente como para causar daños.

Corrosividad de los suelosBásicamente existen dos métodos para caracterizar la agresividad de un suelo, :

Clasificación de severidad por un solo parámetro.

Escalas numéricas de corrosividad(AWWA C105 y DVGW GW9).

Clasificación de severidad por un solo parámetro EL parámetro mas usado es la

resistividad del suelo, ya que es la variables que tiene mas peso dentro de las demas.

Otros estudios consideran además: Potencial redox Vida microbiana pH

Tipos de CorrosiónEn el suelo se puede presentar desde corrosión uniforme, en medios homogéneos, hasta corrosión localizada, cuando existen heterogeneidades en el suelo Los tipos de corrosión pueden ser:

Corrosión por micro o por macropilas Corrosión galvánica Corrosión por corrientes vagabundas Corrosión microbiológica Corrosión por picaduras

Corrosión por micro o por macropilas Micropilas

Generadas por heterogeneidades en la superficie del metal o del medio.

Las zonas anódicas y catódicas se hallan muy próximas entre sí.

Produce una corrosión de tipo uniforme y no suele ser servero.

Se define como “corrosividad absoluta” del terreno

Corrosión por micro o por macropilas Macropilas

Terreno es altamente conductor puede formar zonas anódicas-catódicas separadas por una distancia considerable.

Se originan principalmente por fenómenos de aireación diferencial

Consituyen la “corrosividad relativa” Suele presentar corrosión localizada y de alta agresividad

Corrosión galvánica Metales diferentes y unidos físicamente. Si a una tubería de acero o fundición le

colocamos un accesorio de aleación de cobre, como latón o bronce, la diferencia de materiales hará que se forme una pila de corrosión, en donde en este caso el acero o fundición sufrirá la oxidación.

Corrosión por corrientes vagabundas La entrada de la corriente constituiría la

región catódica y la salida la anódica, si la relación de áreas favorece la zona catódica se puede originar un ataque severo en la región anódica.

Corrosión microbiológica Bacterias sulfatorreductoras

especialmente del genero desulfovibro.

Estas bacterias causan la corrosión produciendo un producto altamente corrosivo, ácido sulfhídrico, a partir de sulfatos, que en contacto con hierro puede causar su deterioro.

Corrosión por picadurasLa aparición de este tipo de corrosión puede deberse a:

Fenómenos muy locales de aireación diferencial

Fallos muy locales en revestimientos como poros o grietas

Zonas muy reducidas de salida de corrientes vagabundas

Regiones de resquicio. Efecto de aniones agresivos como el cloruro

en cercanías al mar

Corrosión por picaduras Correlación de tipo exponencial

Correlación de Scott

Medidas preventivas Existen varios medios para prevenir los

distintos tipos de corrosión en estructuras enterradas, sin embargo, el mas usado ampliamente es unacombinación de protección catódica y recubrimientos orgánicos en los metales.

Medidas preventivas Rodear el metal con un medio menos

corrosivo. Cambiar el medio por otro menos corrosivo. Mezclarlo con algún producto químico para

neutralizar su corrosividad, cal por ejemplo. Drenar o secar la zanja.

Cambiar el metal por otro más resistente a la corrosión. Cambiar tanques de acero por plastico con fibra

de vidrio reforzado. Reemplazar el tramo afectado, pero tener en

cuenta que se debe aislar eléctricamente

Medidas preventivas

Aislar el metal del medio (Recubrimientos) En ocasiones es suficiente una simple

pintura asfáltica. Pinturas constituyen uno de los métodos

de prevención más común en la protección anticorrosiva de estructuras enterradas.

Los tiempos de vida útil estimados se encuentran entre 8 a 10 años.

Aislar el metal del medio (Recubrimientos)

Protección catódica Un suelo con alto contenido de sales o baja

resistividad es deseable para la localización del ánodo.

La protección catódica confiere protección a cualquier área en que el revestimiento haya quedado incompleto o deteriorado

BibliografíaCalderon J.A., Delgado J., Peñaranda S., A., “Análisis estadístico de los factores que

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