PROTOCOLO DE PRUEBAS

CONTROL DE CALIDAD

Fecha 2014/07

Código:

PROTOCOLO PRUEBAS DE CORROSION NORMA: ASTM G31-72, OXIDACION THE AMERICAN RUST STANDARD GUIDE;Y

DETERMINACION DEL COEFICIENTE DE CONFORMACION SUPERFICIAL NORMA: ABNT 7477:1982 PARA BARRAS DE

CONSTRUCCION DE ½ PULGADA DE DIAMETRO SEGUN NORMA DE FABRICACION ASTM A615 GRADO: 60

1. INTRODUCCION:La corrosión metálica aparece como resultado de reacciones electroquímicas entre la superficie del metal y el ambiente que le rodea. En el estado elemental las energías de los metales son más altas, y por eso existe una tendencia espontánea de los metales a reaccionar químicamente para formar compuestos de menor energía y más estables. La mayoría de fenómenos de corrosión son esencialmente electroquímicos e implican la presencia de una solución acuosa (de sal, ácido o álcali) llamada electrolito en contacto con el metal. La velocidad a la que tiene lugar la corrosión depende en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades del metal en cuestión.

Como es sabido, el hecho de reforzar el mortero o el hormigón con barras de acero nos proporciona una resistencia y ductilidad añadida. A su vez, un recubrimiento de hormigón o mortero nos proporciona un alto grado de protección del acero frente a la corrosión. En el ambiente fuertemente alcalino proporcionado por el mortero o el hormigón (con pH>13,5) el acero permanece pasivado. Se denomina pasivación (Schönbein, 1836) a la formación sobre el metal de una capa superficial que inhibe o ralentiza las reacciones posteriores del metal. El grado de corrosión puede incrementar el deterioro del hormigón, el acero, o ambos produciendo una disminución de la resistencia inesperada con sus correspondientes problemas.

Dentro de los factores que intervienen en la corrosión: impurezas en la matriz metálica, partículas contaminantes en la superficie, uniones bimetálicas, discontinuidades en los recubrimientos., oxígeno y otros gases disueltos, pH.

Factores que afectan al concreto armado: contenido del cemento, consolidación del agua –cemento, grosor del recubrimiento, presencia de cloruros, temperatura, carbonatación y entrada de contaminantes ácidos.

En el presente estudio se realizaran ensayos de corrosión acelerada por inmersión total ASTM G31-72 .Las probetas sumergirán por 48 a 168 horas en una solución de agua potable volumen de la disolución con relación a la probeta a ensayar 0,40ml/mm2.

Seguidamente obteniendo distintos grados de oxidación para las barras de construcción de ½ pulgada de diámetro deacuerdo con la Guía Estándar Americana de Herrumbre, evaluaremos la influencia de barras oxidadas deacuerdo al coeficiente de conformado superficial según norma ABNT NBR 7477.

2. ANTECEDENTES:

En la actualidad y desde hace tiempo, el material más utilizado en la industria de la construcción es el concreto, cuyo consumo supera al de todos los materiales de construcción. La mayoría de las estructuras de concreto está reforzada con varillas de acero, y la corrosión de estos refuerzos es la causa principal del deterioro de las mismas en ambientes marinos (Torres Acosta, 2001).Cuando el acero embebido en concreto se corroe, se consume una capa de la superficie del acero, y se forma una capa de productos de corrosión (óxido, Fe3O4, o hidróxido de fierro, Fe(OH)2) en el perímetro de la barra. El volumen ocupado por dicho óxido (o hidróxido) es mayor que el que ocupaba el acero original, creando presiones contra el concreto que rodea al acero; esto propiciará la formación de grietas y desprendimientos del concreto. Dichas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto además de ser antiestéticas, pueden disminuir el anclaje del acero, y potencialmente, la resistencia del elemento estructural (Torres Acosta y Martínez Madrid, 2001).

ACI 318 (2008) afirma que "... la armadura de acero con óxido, la cascarilla de laminación o una combinación de ambos se considera satisfactorio, siempre que las dimensiones mínimas (incluyendo la altura de las deformaciones) y el peso de una muestra de prueba luego del cepillado a mano cumpla con las especificaciones de la ASTM…".

AASHTO (2002) detalla requisitos para la manipulación, el almacenamiento, y la condición de la superficie de las barras de refuerzo son similares a ACI, todavía un poco más descriptivo. Sección 9.5 de la División de Construcción II Requisitos del Estado: "Refuerzo de acero... deberá estar protegido contra daño mecánico y deterioro de la superficie causada por la exposición a condiciones que producen óxido. Cuando se coloca en la obra, el refuerzo debe estar libre de suciedad, óxido suelto o

incrustado, mortero, pintura, grasa, aceite u otros recubrimientos no metálicos que reducen la adherencia (junta). Refuerzo estarán libres de defectos perjudiciales tales como grietas y laminaciones. El oxido depositado, las costuras superficiales, irregularidades de la superficie, o la cascarilla de laminación no serán causa de rechazo, siempre que las dimensiones mínimas, el área de la sección transversal y las propiedades de tracción de una barra de muestra cepillada a mano cumpla con los requisitos físicos para el tamaño y grado de acero especificado. "

Según Almeida Filho (2006), la resistencia a la compresión del concreto y el diámetro de las barras de acero tienen fuerte influencia en el resultado de la resistencia a la adherencia. Conforme la literatura técnica, cuanto mayor la resistencia a la compresión del concreto mayor la resistencia de adherencia, siendo lo mismo valido para el diámetro de la barra de acero.

Para barras lisas la adherencia depende fundamentalmente de la adhesión química y, tras el deslizamiento, del rozamiento mientras que para barras corrugadas dependa de la interacción mecánica existentes entre las corrugas y el concreto que las rodea (CE 1982, Balazs 1986)..

Se ha llevado a cabo un programa experimental para relacionar la adherencia del Concreto con el acero el comportamiento resistente de pieza de concreto armado y estudiar los principales factores que influyen en ella. Se realizan: a) ensayos de adherencia tipo pull-out, b) tipo de ensayos de viga , y c) ensayos de flexión en viga . El objeto de esta parte del programa experimental es determinar el efecto de la relación recubrimiento/diámetro (c/Ø) en la capacidad de adherencia de elementos estructurales Este ensayo consiste en la extracción de un barra de acero embebida en hormigón y medir la fuerza necesaria que se aplica para romper la adherencia. 

A partir del ensayo normalizado de adherencia pull-out propuesto por la RILEM/CEB/FIP en el año 1970 se han empleado una gran variedad de ensayos con el objeto de caracterizar las barras de acero y analizar la tensión de adherencia.

A continuación se describen los principales tipos de ensayos de adherencia: el de arrancamiento (pull-out) y el ensayo de adherencia en vigas (beam test).

En los primeros ensayos pull-out prismáticos, Rehm (1961), analizaba el comportamiento de la adherencia local en una única corruga, situaba la longitud adherente en el centro de la barra, apareciendo problemas debido al rozamiento entre la probeta y la placa de apoyo. En el año

1979 Losberg realiza el ensayo con una longitud adherida igual a 3ø obteniendo por el procedimiento de ensayo la tensión máxima de adherencia. Hasta que en los años 70 se normaliza el ensayo pull-out con pequeña longitud adherente, RILEM/CEB/FIP. La región de la barra con adherencia (l=5φ) se desplaza respecto al ensayo de Rehm al extremo pasivo de la barra. Para evitar el rozamiento se coloca una plancha de goma entre la superficie de apoyo y la probeta.

Saifullak y Clark demostraron cuestionaron la extrapolación directa de los resultados de ensayo de corrosión acelerada en laboratorio a las estructuras deterioradas demostraron que la intensidad de corriente aplicada para acelerar la corrosión ejerce una gran influencia en la adherencia armadura – hormigón. Realizaron ensayos pull–out en probetas 150mm de altura, 170 mm de altura y 150mm de longitud de armadas con armaduras de 8 mm de diámetro situadas en las cuatro esquinas la relación recubrimiento diámetro adoptada fue igual 1 y la longitud de la embebida es 14 veces el diámetro. La densidad de corriente fue de 4 a 0.004 mA/cm2 durante el tiempo necesario para alcanzar perdidas de sección del 20%. Los resultados indican que para velocidades de corrosión altas hay una caída de tensión máxima de adherencia en el momento que aparece una fisura longitudinal y va disminuyendo de forma gradual a medida que aumenta el nivel de corrosión. Sin embargo para velocidades de corrosión bajas la resistencia en la adherencia aumenta en los primeros estados de corrosión y tras la aparición de la fisura comienza un descenso paulatino. Esto significa que para ensayos fuertemente acelerados se necesitan bajos valores de corrosión para fisurar periodos de ensayo más cortos. Por ejemplo con una velocidad de corrosión alta velocidad de corriente de 4mA/cm2 se generaran fisuras con un 0.2% de corrosión y en pocas horas mientras que con una velocidad de corrosión bajas (0.04 mA/cm2 generaran fisuras cuando la corrosión es de 1.2% y después de 8 a 12 días.

3. DEFINICION DEL PROBLEMA

En la actualidad y desde hace tiempo, el material más utilizado en la industria de la construcción es el concreto, cuyo consumo supera al de todos los materiales de construcción. La mayoría de las estructuras de concreto está reforzada con varillas de acero, y la corrosión de estos refuerzos es la causa principal del deterioro de las mismas en ambientes marinos (Torres Acosta, 2001).Cuando el acero embebido en concreto se corroe, se consume una capa de la superficie del acero, y se forma una capa de productos de corrosión (óxido, Fe3O4, o hidróxido de fierro, Fe (OH)2) en el perímetro de la barra. El volumen ocupado por dicho óxido (o hidróxido) es mayor que el que ocupaba el acero original, creando presiones contra el concreto que

rodea al acero; esto propiciará la formación de grietas y desprendimientos del concreto. Dichas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto además de ser antiestéticas, pueden disminuir el anclaje del acero, y potencialmente, la resistencia del elemento estructural.

El concreto reforzado utiliza acero para aportarle las propiedades de resistencia a la tracción que son necesarias en el concreto estructural. Esto evita la falla de las estructuras de concreto que están sujetas a esfuerzos de tensión y flexión debido al tráfico, los vientos, las cargas muertas y los ciclos térmicos.

Sin embargo, cuando el refuerzo se corroe, la formación de óxido conduce a la pérdida de adherencia entre el acero y el concreto y la subsecuente de laminación y exfoliación. Si esto se ha dejado sin revisar, la integridad de la estructura puede verse afectada. La reducción del área de sección transversal del acero reduce su capacidad resistente. Esto es especialmente dañino en el desempeño de los cables de alto límite elástico en el concreto pretensado.

La mayoría de personas por falta de conocimiento o que nadie les enseño que la oxidación en barras de construcción mejora la adherencia en acero concreto hasta un límite establecido. Barras oxidadas con distinto grado de oxidación dan mejores resultados de adherencia al concreto. En este estudio de ensayos de corrosión acelerada por inmersión total norma ASTM G31-72 , se pretende obtener distintos grados de oxidación Deacuerdo la Guía Americana Estándar de Herrumbre y demostrar la influencia de estos grados de oxidación en ensayos de adherencia según norma ABNT NBR 7477.

4. HIPOTESIS:

Obteniendo diversos grados de oxidación deacuerdo a la Guía Americana Estándar de Herrumbre en barras de construcción de ½ pulgada de diámetro norma de fabricación ASTM A615 GRADO: 60 evaluaremos cuanto influye la oxidación de estas barras en los ensayos de adherencia norma ABNT NBR 7774.

5. JUSTIFICACION:

a.- científica.- El estudio de estos ensayos de corrosión acelerada por inmersión total según NORMA ASTM G31-72 y determinación del Coeficiente de Conformación Superficial NORMA NBR7774 es de creciente interés, ya que midiendo la adherencia en la interface acero-concreto predecimos hasta qué grado de oxidación deacuerdo a la Guía

Estándar Americana de Herrumbre no influyen en la adherencia acero concreto.

6. OBJETIVO:

6.1 Generales:

Determinar el coeficiente de conformado superficial según la norma ABNT NBR 7477:1982 para barras de construcción laminadas de ½ pulgada de diámetro ASTM A615 Grado: 60 en los diferentes grados de oxidación de acuerdo (The American Rust Standard Guide).

6.2 Especifico:

Evaluar Los Ensayos Mecánicos: tracción resistencia a la tracción y limite de fluencia. al inicio, intermedio y final para barras de construcción según norma de fabricación ASTM A615 GRADO: 60

Evaluar los grados de oxidación de barras de construcción de ½ pulgada de diámetro norma de fabricación ASTM A615 GRADO: 60 por ensayos de corrosión acelerada según norma ASTM G31-72.

Obtener los distintos grados de oxidación en función del tiempo de acuerdo a la Guía Estándar Americana de Herrumbre

Realizar los registros y procedimientos para el monitoreo de las pruebas de corrosión acelerada por inmersión total según norma ASTM G31-72.

7. MARCO CONCEPTUAL

7.1 Definiciones:

7.1.1 Oxidación: fenómeno químico en el cual el acero, al estar expuesto al medio ambiente interactúa con el oxigeno, humedad, aire y agua formando una película de oxido sobre la superficie de la varilla.

7.1.2 Concreto: El hormigón o concreto es un material compuesto empleado en construcción, formado esencialmente por un aglomerante al que se añade partículas o fragmentos de un agregado, agua y aditivos específicos.

7.1.3 Concreto Reforzado: utiliza acero para aportarle las propiedades de resistencia a la tracción que son necesarias en el concreto estructural.

7.1.4 Acero: Es una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 1,075 % en peso de su composición, dependiendo del grado

7.1.5 Retracción Plástica: Es la aparición de fisuras en la superficie que está a la vista o sea la más expuesta de un elemento, esto ocurre cuando el concreto está en estado plástico en un periodo que va desde las primeras horas de su colocación hasta que alcanza el fraguado.

7.1.6 Asentamiento Plástico: Desplazamiento de los elementos sólidos hacia el fondo o parte baja de los moldes debido a la acción de gravedad y del agua hacia la superficie del concreto.

7.1.7 Fricción Dinámica: Esta fuerza se representa cuando se rompe el estado de reposo y el cuerpo inicia en movimiento.

7.1.8 Potencial De Corrosión: el potencial de corrosión (mv) se mide en múltiples puntos del metal y se usa como un índice cualitativo para predecir si el metal tienen tendencia a corroerse o no.

7.1.9 Intensidad De Corriente: mediante la intensidad de corriente (Amp/cm2) se tiene una idea cualitativa de la corrosión global de la estructura.

7.1.10 pH:( potencial hidrógeno) El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas disoluciones.

7.1.11 Temperatura: es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

7.1.12 Adherencia: Fernades e Debs (2000) definen la adherencia como el mecanismo de transferencia de tensiones existente en la interface entre las barras de acero de la armadura y el concreto envolvente. Resaltan que este fenómeno es tan importante que la propia definición de concreto armado se condiciona a su existencia.

7.1.13 Resistencia A la Tracción: Es la máxima tensión alcanzada en la curva tensión deformación.

7.2 Corrosión en Aceros:

7.2.1. Definición:

La corrosión se define como la reacción química o electroquímica entre un material y su entorno que provoca el deterioro del material y de sus propiedades (Botia, 1985). Otra definición de corrosión es la dada en “Reichanschuss für Metallschutz, (1926)”. Según este texto, corrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no provocado, de naturaleza química o electroquímica, que se inicia en la superficie del material. De manera más general, puede entenderse como la tendencia que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna (Smith, 1998).

7.2.2. La corrosión en los metales:

La corrosión metálica aparece como resultado de reacciones electroquímicas entre la superficie del metal y el ambiente que le rodea. En el estado elemental las energías de los metales son más altas, y por eso existe una tendencia espontánea de los metales a reaccionar químicamente para formar compuestos de menor energía y más estables. La mayoría de fenómenos de corrosión son esencialmente electroquímicos e implican la presencia de una solución acuosa (de sal, ácido o álcali) llamada electrolito en contacto con el metal. La velocidad a la que tiene lugar la corrosión depende en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades del metal en cuestión. Se define diferencia de potencial como la diferencia de voltaje entre dos puntos, equivalente al trabajo que se necesita para transferir una unidad de carga desde un punto de referencia a otro determinado. El alcance de la corrosión depende de la afinidad química entre electrolito y metal también llamada diferencia de potencial (Thomas, 1994).

La combinación de dos conductores eléctricos, llamados electrodos, sumergidos en un electrólito se denomina pila galvánica. La pila convierte la energía química en energía eléctrica. Al unir los electrodos con un conductor se establece una corriente eléctrica desde el polo positivo (cátodo) hacia el polo negativo (ánodo).

Para determinar la diferencia de potencial es preciso establecer una referencia como cero arbitrario de la escala de potenciales. Se toma la semipila de hidrógeno en condiciones estándar (1M, 1 atm de presión y 298 K de temperatura) como escala cero de potenciales:

H2 2H+ + 2 e- [1]

Los valores del potencial de corrosión de diferentes materiales medidos respecto a la semipila de hidrógeno están tabulados. En la tabla 1, se muestran algunos de ellos, referidos siempre a metales cuya superficie está libre de capa de óxido. Los valores numéricos indican el voltaje de la pila formada por cualquier electrodo o semi reacción y el electrodo de hidrógeno. El signo positivo indica que la reacción es de reducción (ganancia de electrones) mientras que el negativo indica que la reacción es de oxidación (pérdida de electrones). Cuanto mayor sea el potencial de corrosión, más acentuada será la tendencia del electrodo a reducirse y mayor será su poder oxidante.

Tabla N°1: Potencial electrodico (Thomas 1994, Gómez de León 2004)

En condiciones estándar para una reacción en la que se oxida un metal M1 y se reduce un metal M2 (Ecua. 1)

La diferencia de potencial total que se tiene entre electrodos de pila será: (Ecua. 2)

Según las leyes de la termodinámica, para que la reacción se produzca espontáneamente, debe ser positivo. La expresión anterior no contempla el efecto de la temperatura ni de la concentración de las disoluciones puesto que se imponen condiciones estándar. Si se tienen en cuenta estos factores la diferencia de potencial se puede calcular mediante la ecuación de Nerst. (Ecua. 3)

Donde R es la constante de los gases; n es el número de electrones intercambiados en el proceso; F es la constante de Faraday

la concentración iónica molar de cada disolución; y T la temperatura absoluta.

No todos los materiales tienden a corrosionarse (actuación anódica) y dentro de los que se corrosionan existen algunos más propensos a la corrosión. La serie galvánica constituye una clasificación de las actividades relativas de los diferentes metales frecuente en un medio dado. En la tabla siguiente se recoge la serie galvánica en agua de mar. Los metales están ordenados según su actividad catódica y anódica siendo el primero el menos propenso a la corrosión y el último el que más propenso.

Tabla N° 2: .Serie Galvánica en agua de mar (Gómez de León, 2004)

7.2.3 Factores que Intervienen en la corrosión:

7.2.3.1 Factores internos:

El origen de la corrosión puede venir de diferentes heterogeneidades en la capaces de crear una diferencia de potencial en la misma. Los principales causantes de heterogeneidades son: (Gómez de León, 2004)

Impurezas en la matriz metálica: Es la inclusión de diferentes compuestos químicos dentro del metal.

Partículas contaminantes en la superficie: La superficie puede ser contaminada por ejemplo durante el laminado por uso de rodillos sufriendo golpes con otros metales durante el transporte o roces con herramientas de trabajo durante el almacenamiento.

Uniones bimetálicas: Piezas formadas por metales distintos en contacto directo entre sí.

Discontinuidades en los recubrimientos: La presencia de una discontinuidad puede ser el origen de una pila de corrosión entre el metal y el recubrimiento.

Regiones de metal sometidas a tensión y deformación elástica: Las regiones sometidas a tensiones tienen tendencia a comportarse más anódicamente ya sea por la deformación de la estructura cristalina o la aparición de grietas en la superficie del metal.

7.2.3.2 Factores externos:

Entre los factores externos con más influencia en el proceso corrosivo destacan la temperatura, la presión y la composición del agua o fluido en contacto con el metal (Terán et al, 2004). Así, al incrementar la temperatura aumenta tanto la probabilidad como la velocidad de corrosión. Esto se explica porque al proporcionar una mayor energía cinética a los átomos del material se facilita la ruptura de enlaces para formar otros nuevos. Por otro lado un aumento de presión equivale a un aumento de la concentración del agente corrosivo en la superficie metálica (Gómez de León, 2004).El medio en contacto con el material juega un papel trascendental en la corrosión. En agua y disoluciones acuosas se debe tener en cuenta los diferentes factores: (Feliu, 1991):

Efecto del pH: Se sabe que la acidez del medio influye en la velocidad de corrosión. La mayoría de metales utilizados en la construcción experimentan una aceleración de la corrosión en medios ácidos. En medios neutros esta velocidad de corrosión se mantiene pequeña y constante mientras que en medios básicos el comportamiento depende del metal. La mayoría de

ellos, en medio básico y con presencia de oxígeno sufren un incremento en la velocidad de corrosión.

Oxígeno y otros gases disueltos: El oxígeno es necesario para que haya corrosión en medios neutros y básicos. A mayor agitación del medio que envuelve el metal, mayor será el contenido de oxígeno disuelto y por consiguiente aumentará la velocidad de corrosión. Otros gases que afectan a la corrosión son el cloro, el amoníaco y el dióxido de carbono.

Dureza: Las aguas con presencia de iones Ca+2 y Mg +2son menos corrosivas porque son capaces de formar capas protectoras de carbonato sobre la superficie del metal.

Presencia de sales: La presencia de sales en el agua aumenta la velocidad de corrosión debido a un aumento de la conductividad. Dentro de este grupo destaca el agua de mar, cuya corrosividad viene determinada por muchos factores pero principalmente por la concentración de sal y acceso de oxígeno a la estructura metálica.

7.3 Corrosión del acero embebido en Mortero u Hormigón.

7.3.1 Consideraciones Iniciales

Como es sabido, el hecho de reforzar el mortero o el hormigón con barras de acero nos proporciona una resistencia y ductilidad añadida. A su vez, un recubrimiento de hormigón o mortero nos proporciona un alto grado de protección del acero frente a la corrosión. En el ambiente fuertemente alcalino proporcionado por el mortero o el hormigón (con pH>13,5) el acero permanece pasivado. Se denomina pasivación (Schönbein, 1836) a la formación sobre el metal de una capa superficial que inhibe o ralentiza las reacciones posteriores del metal. Con la pasivación conseguimos que el metal sea mucho menos reactivo ya que se comporta como si tuviera un potencial electroquímico más noble (es decir, con menor tendencia a la oxidación).

En el hormigón el volumen del material corrosionado es mayor que el metal en buen estado produciendo zonas de presión que tiende a expandirse y a fisurarse (Caré, 2007). El grado de corrosión puede incrementar el deterioro del hormigón, el acero, o ambos produciendo una disminución de la resistencia inesperada con sus correspondientes problemas (Fang et al, 2003). En vista al deterioro de muchas estructuras debido a su prolongada exposición al medio ambiente y sus agentes, se puede constatar que la corrosión es una de las principales causas de la limitada vida de las estructuras (Kapasny, 1993). Esta corrosión es debida

a agentes nocivos provenientes del medio ambiente. El peor de todos estos agentes nocivos son los cloruros contenidos ya sea

en agua de mar o en ciertas sales. Bajo un ataque de cloruros la capa pasivadora del acero es atacada e incrementan las zonas despasivadas y la corrosión.

7.3.2 Mecanismo de corrosión del acero embebido en mortero

En el acero embebido en mortero la superficie del metal funciona como un electrodo mixto compuesto por ánodos y cátodos conectados eléctricamente por el mismo cuerpo del material.

El agua contenida en los poros del hormigón o mortero funciona como un medio acuoso formando el electrolito, por lo tanto tenemos todas las partes necesarias para que se forme corrosión (Hansson, 1984). En el proceso de corrosión de una armadura en hormigón armado, las reacciones que se llevan a cabo son las siguientes:

La reacción anódica es el proceso de oxidación que tiene como consecuencia la formación del óxido y la disolución del metal. La reacción catódica en cambio es el proceso por el que se reduce el

(Fig 1 .Mecanismo de corrosión Electroquímica del Acero -Thomas 1994.)

Oxígeno disuelto formando iones hidróxido.

Dependiendo de la presencia de agentes agresivos y la existencia de un potencial electroquímico apropiado en la superficie del acero, las reacciones anódicas en medios con pH acido o neutro

van a ser las siguientes (Ahmad, 2003):

Las posibles reacciones catódicas dependen de la cantidad de oxigeno disuelto y del pH en la superficie del acero. Las más comunes son:

La corrosión de la armadura actúa perjudicialmente en dos sentidos. Por un lado consume la misma armadura disminuyendo la capacidad resistente de la estructura. Por otro lado, como podemos observar en la figura 2, los productos de la corrosión que se obtienen representan un incremento de volumen en relación al hierro no oxidado (Bazant, 1979). Este incremento de volumen provoca la aparición de fisuras y grietas en el hormigón y facilita la entrada de nuevos agentes agresores al interior de la matriz, favoreciendo los posteriores procesos de deterioro del material. (Fig2)

Fig. 2: volúmenes relativos de productos de la oxidación del hierro (Thomas ,1994)

Diferentes modelos conceptuales han sido propuestos para describir este proceso de corrosión.

Según Tuutti (1982), bajo condiciones naturales, la corrosión en el acero incluye dos estados diferenciados. El primer estado, también llamado de iniciación sucede cuando los agentes agresivos penetran el mortero pero sin despasivar el acero. En el segundo estado, o estado de propagación, el acero pierde la capa pasivadora de la superficie y el proceso de corrosión se acelera oxidando al acero. Como se ha citado anteriormente éste óxido tiende a aumentar el volumen del acero fisurando a su vez el mortero. (Fig 3)

Fig. 3: Estados de corrosión del acero en función del tiempo

7.3.3 Factores que intervienen en la Corrosión

7.3.3.1 Factores Internos

Los factores internos que intervienen en la corrosión del acero embebido en mortero u hormigón son también los mencionados en el apartado 1.1.3.1. En este apartado se nombran los factores que tienen características específicas a causa de la presencia del mortero u hormigón.

Contenido de cemento: El contenido de cemento no solamente afecta a la resistencia de la estructura sino que juega un papel fundamental en la durabilidad. Una mala proporción en la mezcla puede producir una mala consolidación del mortero formando huecos que ayudan a la penetración y difusión de agentes contaminantes. Un hormigón con poco contenido de cemento carecerá de plasticidad y no se formará la capa pasiva en la superficie del acero. Por eso es importante mantener un mínimo de cemento (Ahmad, 2003). Según Verbeck (1991), se recomienda un mínimo de 350-375 Kg/mm2: para estructuras expuestas a ambiente marino.

Consolidación y relación agua cemento: Un hormigón bien consolidado y con un ratio agua/cemento (a/c) bajo tiene una menor permeabilidad lo que minimiza la penetración de agentes agresivos como los cloruros, el dióxido de carbono, etc. La profundidad de penetración de los cloruros aumenta con el aumento de la relación a/c. Lo mismo pasa con la profundidad de la carbonatación (Jaegermann, 1990). Por ello es necesario controlar que los materiales que se van a utilizar durante la fabricación del mortero no contengan cloruros y que los contenidos de la mezcla (relación a/c y contenido de cemento) sean apropiados.

Grosor de recubrimiento: Un buen grueso de hormigón o mortero recubriendo el acero nos reducirá la penetración de agentes agresivos y a su vez reducirá la corrosión (Rasheeduzzafar et al, 1986). Dependiendo del ambiente al que este expuesta la estructura y su vida útil.

Proceso constructivo: El proceso constructivo (curado, compactación) debe asegurar la formación de la mínima porosidad.

Esfuerzos: La presencia de esfuerzos estructurales en el

acero, ya sean de carácter estático o cíclico, crea diferencias de potencial en diferentes puntos de la superficie del acero

causando, a su vez, la formación de celdas de corrosión (Mozer et al, 1965).

7.3.3.2 Factores Externos.

A parte de los factores explicados en el apartado 1.1.3.2, existen otros factores externos debido a la presencia de mortero y hormigón:

• Presencia de oxígeno disuelto al nivel del acero: La presencia de oxígeno disuelto tiende a formar iones que incrementan la capa de óxido e hidróxido en la superficie del acero.

• Temperatura: Un aumento de temperatura puede tener dos efectos contradictorios. Es cierto que si se incrementa la temperatura, las velocidades de las reacciones van a aumentar. No obstante este incremento de temperatura disminuye la solubilidad del oxigeno disminuyendo a su vez el grado de corrosión (Mozer et al, 1965).

• Carbonatación y entrada de contaminantes ácidos: El efecto de la carbonatación y la entrada de algunos ácidos es importante porque reduce el pH del hormigón. La bajada del pH destruye la capa pasivadora del acero y acelera el proceso de corrosión como se ha explicado en el apartado 1.1.3.2. (Berkely, 1990).

• Presencia de cloruros: La presencia del ion cloruro despasiva el acero causando la disolución del metal en la zona activa o ánodo. A su vez el acero dispone de zonas

7.3.4 Grado de Corrosión del Acero:

(Tabla N°3)

7.3.5 Reacciones que ocurren en agua potable sumergiendo las barras de construcción:

7.4 La oxidación en aceros:

7.4.1 Fundamentos de los procesos de oxidación

El fenómeno de oxidación viene dado al ceder electrones el elemento que se oxida al elemento oxidante, esto es, diremos que ocurre cuando un átomo inestable pierde un electron, lo que permite que el átomo forme un compuesto nuevo con otro elemento.

Material + Oxigeno → Oxido de material }� Energía

• Si es +, la reacción es exotérmica → formación del oxido.

• Si es -, la reacción es endotérmica → será de difícil oxidación.

Esta reacción global, para la formación del oxido, M + 1/2O2 →

MO, puede descomponerse en dos parciales:

• Una de oxidación (perdida de electrones): M → M2+ + 2e-

• Una de reducción (ganancia de electrones): 1/2O2 + 2e- → O2-

Básicamente, con lo visto anteriormente, existen dos tipos de reacciones químicas:

1) Aquellas en las cuales reaccionan iones o moléculas sin cambio aparente de la estructura electrónica de las partículas.

2) Reacciones en las cuales los iones o átomos experimentan cambios de estructura electrónica.

En el segundo tipo de reacción puede haber transferencia real de electrones de una partícula a otra o la forma en que se compartan los electrones puede modificarse. Este último tipo de reacción que involucra cambios electrónicos se llama reacción de oxidacion-reduccion.

El elemento oxidante por excelencia es el O2, aunque también la provocan el Cl2, S2, H2, Br2, SO2, SO3, CO y CO2. Existían muchos ejemplos conocidos de esto. El hierro se enmohece y el carbón arde. En el enmohecimiento, el oxigeno se combina lentamente con el hierro formando oxido ferroso (Fe2 O3); en la combustión, se combina rápidamente con el carbón para formar CO2.

La observación de estas reacciones origino los términos oxidación “lenta” y "rápida”. La oxidación se definió como el proceso

mediante el cual hay pérdida aparente de electrones de un átomo o ion.

7.4.1 Oxidación aceptable

Cuantificar el nivel de óxido en una barra de refuerzo se convierte en un ejercicio de juicio, especialmente cuando se ve el refuerzo de un punto de vista de inspección. Al considerar recién fabricada el refuerzo entregado, almacenado o colocado en el sitio de trabajo (obra), el óxido en el refuerzo se debe considerar normal. Las definiciones siguientes se ofrecen como guía para evaluar el rango de óxido que aparece en una barra de refuerzo.

Fig. 4 Oxidación aceptable

7.4.2 Oxidación clara ligera

Esta oxidación se caracteriza por un color rojo, naranja o color marrón claro. La cantidad de óxido en el acero es dependiente del espesor de la cascarilla de laminación, condiciones de humedad, exposición ambiental, y la edad de la barra (antigüedad). Este óxido, representado en las figuras 4 y 5 (página siguiente), es menor y no una preocupación estructural. De hecho, si el óxido es fuertemente adherido a la barra, el óxido mejorará las

características de adherencia de la barra para el hormigón circundante. La eliminación de este tipo de óxido no se justifica.

Fig. 5 Oxidación clara ligera

7.4.3 Oxidación pesada grave

Investigaciones anteriores han demostrado que las exposiciones ambientales normales de 18 a 24 meses no crearán ninguna pérdida importante sección de la barra nueva a ser motivo de preocupación. El aspecto de la barra de refuerzo puede parecer pobre, pero subproducto de la corrosión ocupa un volumen de aproximadamente siete (7) veces la sección transversal original.Para óxido grave, las secciones sueltas, escamoso o láminas de óxido deben ser retirados de las superficies de barras. Normal manipulación y colocación de la barra de refuerzo por lo general va a eliminar el oxido de la barra. Alternativamente, golpeando ligeramente la barra con un mazo o el centro del martillo debe ser suficiente para eliminar el óxido suelto. En última instancia, una superficie oxidada que tiene un paquete con óxido fuertemente adherido es deseable. Óxido fuertemente adherido que no ha alterado las deformaciones de barras probablemente mejorarán el comportamiento de adherencia de la barra de refuerzo.

Fig.6 Oxidación pesada

La Figura 6 ilustra un medio a fuerte oxido de la barra en construcción. El paquete de óxido es apretado, bien adherido, y

exhibe algunas picaduras menores. Este y otros condiciones de

barras serían consideradas aceptables.

7.5 La Adherencia en el concreto:

Es la resistencia a deslizarse desarrolladamente entre el concreto y las varillas. El esfuerzo de adherencia se expresa en kg/cm², del área superficial de contacto de varillas lisas, redondas. El lograr evitar el deslizamiento entre las varillas de refuerzo y el concreto es de gran importancia en toda construcción de concreto armado y la resistencia al deslizamiento, puede ser la resultante de la fricción y/o resistencia adhesiva al deslizamiento para lograr el equivalente de resistencia se emplean a veces anclajes en los extremos, extensiones y varillas con gancho.

La resistencia a la adherencia varía considerablemente el tipo de cemento, de los aditivos y la relación agua – cemento; todo esto influye en la calidad de la mezcla del concreto. Esto no se reduce notablemente mediante aire arrastrado; aumenta por la vibración retardada si se aplica debidamente y durante un tiempo adecuado lo que mejora aparentemente al contacto, después que tiene lugar el encogimiento por asentamiento. Es mayor para concreto seco que para concreto húmedo; es menor para varillas horizontales que para varillas verticales debido a la acumulación de aguas debajo de las varillas horizontales. La resistencia a la adherencia se reduce por la humidificación y secado alternos por la carga aplicada, o temperaturas bajas.

7.5.1 Ensayos de adherencia

Para caracterizar el fenómeno de la adherencia se emplean curvas tensión local de adherencia vs deslizamiento, que se obtienen de ensayo normalizados pull-out o ensayo de vigas, que se refiere al desplazamiento relativo entre la barra embebida y el concreto que la rodea al aplicar una fuerza creciente en el extremo. En éstas se pueden apreciar los diferentes mecanismos resistentes que intervienen en el fenómeno de la adherencia: adhesión química, rozamiento e interacción mecánica; dependiendo la importancia de cada uno de ellos de las características superficiales de la armadura.

Por ejemplo, para barras lisas la adherencia depende fundamentalmente de la adhesión química y, tras el deslizamiento, del rozamiento mientras que para barras corrugadas dependa de la interacción mecánica existentes entre las corrugas y el concreto que las rodea (CE 1982, Balazs 1986).

Se ha llevado a cabo un programa experimental para relacionar la adherencia del Concreto con el acero el comportamiento resistente de pieza de concreto armado y estudiar los principales factores que

influyen en ella. Se realizan: a) ensayos de adherencia tipo pull-out, b) tipo de ensayos de viga, y c) ensayos de flexión en viga. El objeto de esta parte del programa experimental es determinar el efecto de la relación recubrimiento/diámetro (c/Ø) en la capacidad de adherencia de elementos estructurales Este ensayo consiste en la extracción de una barra de acero embebida en hormigón y medir la fuerza necesaria que se aplica para romper la adherencia.

7.5.2 Factores que afectan la adherencia

Se encuentran: diámetro de las barras de acero, espesor del recubrimiento de concreto, longitud de adherencia y presión de confinamiento lateral.

Los efectos de corrosión en resumen se manifiestan en las tres vertientes consideradas en el esquema sobre el acero, sobre el concreto y sobre la adherencia acero/concreto.

Fig .7 Factores que afectan la adherencia

Fig.8: Efectos de la corrosión en las estructuras de Hormigón Armado

El producto primario de la oxidación del hierro es el hidróxido ferroso blanco, Fe(OH)2 que a su vez se oxida a hidróxido férrico de color rojizo, Fe(OH)3.

7.5.3 Propiedades del Concreto que afectan la Adherencia

Entre las propiedades del concreto que afectan a la adherencia, además de la resistencia, hay que considerar otros factores como la dosificación ya que la tensión de adherencia aumenta cuando disminuye la relación agua − cemento, (Tilantera y Rechardt, 1977), (fib 2000).

La dosificación del concreto influye sobre todo en la retracción plástica y en el asentamiento plástico, factores muy relacionados con la fisuración del recubrimiento

Otro factor a considerar es la ejecución ya que es decisiva la calidad de la mano de obra que incide en la homogeneidad y en la uniformidad del concreto. Además la adherencia varía con el sistema de compactación empleado y con la consistencia (aumenta con la consistencia seca). En cuanto a la fase de curado, la adherencia aumenta en condiciones óptimas de humedad al disminuir la retracción plástica.

Durante el proceso de hidratación (curado), se induce la formación de una capa pasiva protectora en la superficie del acero, provocada por la presencia de especies alcalinas, como son KOH, NaOH y Ca (OH)2.

La barrera de protección que le proporciona el concreto a la varilla de acero es reforzada por el valor de pH alcalino que se alcanza después de las reacciones de hidratación del cemento, que pasivan al elemento metálico y lo protegen químicamente.

Sin embargo, la interacción con el medio ambiente provoca que la protección se vea disminuida. Los principales agentes agresivos son los cloruros en regiones marinas y la carbonatación en zonas rurales e industriales. La combinación de los agentes agresivos tiene un efecto sinérgico, acelerando el proceso de degradación de las estructuras de concreto armado.

Cuando los agentes agresivos no están presentes desde la elaboración del concreto, éstos penetran a través de él cuando la estructura es puesta en servicio. Al llegar a la superficie del metal, provocan que la corrosión se desencadene. Una vez que la corrosión se ha desencadenado, ésta se manifestará bajo tres vertientes:

1) Sobre el acero, con una disminución de su diámetro inicial y por lo tanto de su capacidad mecánica.

2) Sobre el concreto, debido a que al generarse acumulación de óxidos expansivos en la interface acero-concreto, provoca fisuras y desprendimientos.

3) Sobre la adherencia acero/concreto.

7.6 La corrosión del acero en el concreto

En la actualidad y desde hace tiempo, el material más utilizado en la industria de la construcción es el concreto, cuyo consumo supera al de todos los materiales de construcción. La mayoría de las estructuras de concreto está reforzada con varillas de acero, y la corrosión de estos refuerzos es la causa principal del deterioro de las mismas en ambientes marinos (Torres Acosta, 2001).Cuando el acero embebido en concreto se corroe, se consume una capa de la superficie del acero, y se forma una capa de productos de corrosión (óxido, Fe3O4, o hidróxido de fierro, Fe (OH)2 en el perímetro de la barra. El volumen ocupado por dicho óxido (o hidróxido) es mayor que el que ocupaba el acero original,

creando presiones contra el concreto que rodea al acero; esto propiciará la formación de grietas y desprendimientos del concreto. Dichas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto además de ser antiestéticas, pueden disminuir el anclaje del acero, y potencialmente, la resistencia del elemento estructural (Torres Acosta y Martínez Madrid, 2001).

Fig. 9 El proceso de la corrosión del acero en concreto

8. METODOLOGIA:

8.1 Determinación de variables:

Para nuestro estudio para pruebas de corrosión acelerada por inmersión total norma ASTM G31-72. Las variables a utilizar:

El tiempo nos determinara el grado de oxidación de acuerdo a la Guía Estándar Americana de Herrumbre en probetas de ½” de diámetro.

Con La Guía Estándar Americana de Herrumbre se realizaran comparaciones con los grados de oxidación obtenidos en las pruebas de corrosión acelerada por inmersión total norma ASTM G31-72.

8.2 Características geométricas para bacos de construcción de ½” de diámetro.

Las características geométricas se efectuaran para 120 muestras de longitud de 100cm y otras 120 muestras de longitud de 50 cm en total 240 muestras de diámetro de ½” según norma de fabricación ASTM A615 GRADO:60 , en la máquina de medición de nervios L67CCT nos determinara:

Altura entre resaltes transversales (mm). Distancia entre resaltes transversales (mm).

Ancho de resalte longitudinal (mm). Angulo del resalte transversal con respecto al eje de la barra >= a

45°.

8.3 Ensayos mecánicos (Tracción)

Para los ensayos mecánicos (tracción) se realizaran después de obtener los resultados de las características geométricas. Para 120 muestras de longitud de 100cm y otras 120 muestras de longitud 50 cm para cada muestra se evaluara a una velocidad de 10 mm/min. En la maquina universal de ensayos TINIUS OLSEN 602 y dicha maquina nos determinara:

Limite de fluencia (Kg/mm2). Ultímate (Kg). Resistencia a la tracción (Kg/mm2). % de alargamiento (200 mm).

8.4. Pruebas de Laboratorio:

8.4.2. Pérdida de peso

El método de pérdida de peso relaciona el daño causado por la corrosión con pérdida de peso de los materiales las pruebas de inmersión total que emplean el método de pérdida de peso consisten en exponer piezas pequeñas de metal a ambientes corrosivos para determinar la pérdida de peso del material después de las pruebas (NACE ,1984).

Este método es uno de los más usados en estudios de oxidación y corrosión para determinar el grado de afectación de los metales esto se debe a que los resultados obtenidos son confiables al asemejarse a resultados obtenidos en pruebas de en planta, si se cuidan las condiciones al realizar las pruebas (Perry y Green, 2003). Las pruebas de corrosión mediante este método de pérdida de peso se consideran el método más rápido y satisfactorio para hacer una selección preliminar de los mejores materiales en estudio para una determinada aplicación (Roberge, 2000).

Ecuación para determinar la pérdida de peso es la siguiente:

PERDIA DE PESO = PESO INICIAL –PESO FINAL (Ecuac. 11)

8.4.3. Resistencia eléctrica

Las pruebas de corrosión por resistencia eléctrica se basan en los cambios en la resistencia metálica o alambre de los materiales por efecto de la disminución de su sección transversal. Estos equipos comerciales con el corrosometer. Que se emplean para llevar a cabo pruebas de corrosión mediante este método. Las pruebas consisten en exponer las muestras al ambiente para que el equipo grabe de forma periódica las lecturas traduciendo la velocidad de corrosión como la pérdida de peso del metal entre cada dos lecturas.

La principal ventaja de este tipo de pruebas es que puede llevarse a cabo en periodos de tiempo cortos además de que los estudios pueden realizarse en exposiciones a gases corrosivos, la velocidad de corrosión se puede determinar sin tener que realizar observaciones a la muestra ni retirarla del equipo.

8.5.- Procedimiento y recomendaciones para realizar pruebas de

Corrosión en laboratorio por Método de Pérdida de Peso

8.5.1.- Preparación de la superficieCuando se realizan pruebas de corrosión para predecir el comportamiento de un metal en un determinado ambiente lo deseable sería que la superficie de los testigos asemejara a lo de los metales empleados. Por ello el mejor procedimiento en la práctica es elegir una determinada condición de superficie para los testigos que pueda ser reproducida a lo largo de las pruebas. Adicionalmente es recomendable que la superficie de los testigos no presente raspaduras ya que estos sitios de ataque preferencial. Se puede esperar resultados con mayor uniformidad si se retira una capa significativa de la superficie del metal con el fin de eliminar las raspaduras o variaciones en las condiciones de la superficie metálica original.

En cuanto a la forma y dimensiones de los testigos no existe un estándar. El tamaño y la forma de estos varían de acuerdo a la finalidad de prueba la naturaleza del material y el equipo que se utiliza.

8.5.2.- Marcado de testigos para identificación

La forma más simple para marcar a los testigos es marcarlos con letras o números .El marcado puede realizarse mediante estampado con un esténcil o sello. Además si se realizan la prueba aun gran numero de testigos, se aconseja tener un historial de la posición relativa entre ellos o el dispositivo de soporte que se emplee para realizar las pruebas.

8.5.3.- Volumen de solución

El volumen de la solución a estudiar es un aspecto que se debe considerar al realizar las pruebas de corrosión. Es recomendable que el volumen sea lo suficientemente grande para evitar cambios apreciables de corrosión acuosa del agotamiento de los constituyentes corrosivos.

La norma de ASTM G31-72 recomienda que el volumen de la disolución con el área de exposición de los testigos sea de 40 cm3/cm2. ASTM (2003). Otra porción es adecuada de dicha relación es de 20cm3 de solución por cm2 de la superficie de la muestra.

Para el cálculo del área de barra de construcción de diámetro ½” pulgada necesitaremos calcular primeramente el radio de dicha barra con la formula de la densidad:

ρ=mv

Ecuación: 12

a) Despejando volumen:

v=mρ= 950 gr

7.85gr /cm3=121cm3

b) Con la ecuación del volumen del cilindro despejamos área de la base:

Vcilindro= Abaseh

Ecuación: 13

c) Despejando área de la base:

Ecuación 14:

Abase=Vcilindro x h=121cm3 x100cm=1.21cm 3

d) Con el área de la base despejamos radio:

Abase=π r2

r=2√ Abaseπ

r=2√ 1.21cm3π

r=6.206cm3

e) Calculo del área para barra de construcción de ½” de diámetro según norma de fabricación. ASTM A615 GRADO 60.

AT=2πrh+πr2+πr2 (Ecua.15)

AT = 2 X 3.14 X6.206 X 1000 mm + 3.14 X 6.352 + 3.14 X 6.352

AT=38.9934 X 1000mm + 120.996 + 120.996AT=39235.98472 mm2

f) Calculo para hallar volumen de disolución por varilla:

0.20 ml 1000 mm2 x=7847 ml/Valls.

X 39235.98472 mm2

8.5.3.1 Cálculos para recipiente N°1

Calculo del volumen del recipiente N° 1:

V=A X L X E (Ecuac. 16)

V=106 x 106 x7=78652cm3

Hallando volumen de platinas en recipiente N° 1:

V=A X L X E (Ecuac. 17)

V=19.5mm x 1060mm x3.1mm=63913mm3

Como son 2 platinas:

V= 63913 x 2 = 127825.4mm3

Conversión a cm3

V= 127.8254 cm3

Como van estar separadas las barras como minimo 2mm mas la estimación del diámetro de la barra de construcción que es 14 mm en total 16mm de espacio ocupara cada barra de construcción.

Tenemos el ancho del recipiente: 1060mm

Para el caculo de barras de construcción de 1/2” de diámetro de longitud 100cm a obtener en recipiente N°1 Ecuac (18)

Barrasa obtener=1060mm16mm

Barrasa obtener=66

Nota: nosotros solamente requerimos 65 probetas en el recipiente N°1:

Calculo volumen de 65 probetas:

V= 65 x 121 cm3 = 7866 cm3.

Cálculo del volumen a ocupar en la bandeja N°1:

V=Vbandeja−V 65 probetas−V 2 platinas (Ecuac.16)

V= 78652 cm3 – 7866 – 127.8254

V= 70658 cm3.

Conversión a litros:

V= 70658 / 1000 =70.66 LITROS

8.5.3.2 Cálculos para recipiente N° 2.

Calculo del volumen del recipiente 2:

V=A X L X E (Ecuac.17)

V=106 x 89 x7=63310cm3

Hallando volumen de platinas en recipiente 2:

V=A X L X E (Ecuac18)

V=19.5mm x 1050mm x3.1mm=77910mm3

Como son 4 platinas:

V= 77910 x 4 = 253239mm3

Conversión a cm3

V= 253.239 cm3

Como van estar separadas las barras como minimo 2mm mas la estimación del diámetro de la barra de construcción que es 14 mm en total 16mm de espacio ocupara cada barra de construcción.

Tenemos el ancho del recipiente: 1060mm

Para el caculo de barras de construcción de 1/2” de diámetro de longitud 50 cm a obtener en el recipiente N° 2 es:

Barrasa obtener=1060mm16mm

Barrasa obtener=66

Nota: Nosotros solamente requerimos 120 probetas de 50cm de longitud ; 60 probetas acomodadas en una cara lateral de 106 cm del recipiente y las otras 60 probetas acomodadas equidistantemente a 6 cm al frente de la otra cara lateral de las otras barras de 60cm . Calculo volumen de 120 probetas:

V= 120 x 60.5 cm3 = 7260 cm3. (Ecuac. 19)

Calculo del volumen a ocupar en la bandeja N°2:

V=Vbandeja−V 120 probetas−V 2 platinas (Ecuac. 20)

V= 63310cm3 – 7260 cm3 – 127.8254cm3

V= 71136 cm3.

Conversión a litros:

V= 71136 / 1000 =71.136 Litros.

8.5.3.3 Cálculos para recipiente N°3:

Calculo del volumen del recipiente N°3:

V=A X L X E(Ecuac. 21)

V=89x 106 x7=66038cm3

Hallando volumen de platinas en recipiente 3:

V=A X L X E

V=19.5mm x 890mm x3.1mm=53633mm3

Como son 2 platinas:

V= 53633 x 2 = 107325.1 mm3

Conversión a cm3

V= 1073251 cm3

Como van estar separadas las barras como minimo 2mm mas la estimación del diámetro de la barra de construcción que es 14 mm en total 16mm de espacio ocupara cada barra de construcción.

Tenemos el ancho del recipiente: 1060mm

Para el caculo de barras de construcción de 1/2” de diámetro de longitud 100 cm a obtener en recipiente N° 2 es:

Barrasa obtener=890mm16mm

Barrasa obtener=55

Calculo volumen de 55 probetas:

V= 55 x 121 cm3 = 6656 cm3.

Calculo del volumen a ocupar en la bandeja N°3:

V=Vbandeja−V 120 probetas−V 2 platinas (Ecuac. 22)

V= 66038cm3 – 6656 cm3 – 107.3251cm3

V= 71136 cm3.

Conversión a litros:

V= 71136 / 1000 =71.136 Litros

Utilizando la ecuación siguiente para determinar la densidad en barras de construcción de 1/2 “de diámetro:

ρ=mv

(Ecua. 23)

Donde:

ρ = densidad del material expresado en (gr/cm3)

m = masa del material expresado en (gr)

v= volumen de la barra de construcción expresado en (cm3)

8.5.4. La Duración de La Prueba

La duración de la prueba está influenciada por la naturaleza del mismo y su finalidad. Los materiales que presentan efectos de corrosión importantes no requieren de tiempos prolongados para obtener velocidades de corrosión precisas. De forma general se recomienda que las pruebas sean prolongadas para obtener datos más reales que los que se pudiera obtener en pruebas cortas. Los períodos de prueba más comunes son 48 a 168 h (2 a 7 días). Según norma ASTM G31 -72.

8.5.5.- Limpieza de las muestras después de las pruebas (OPCIONAL)

Al finalizar las pruebas de corrosión es importante realizar una inspección visual. En las observaciones se debe de considerarlas formaciones de productos de corrosión así como la deposición de dichos productos en los testigos

No existe una regla fija para la forma en que se debe realizar la limpieza de los testigos los procedimientos varían dependiendo del grado de metal y el tipo de adherencia.

Para nuestra investigación se va a realizar la limpieza mecánica aquí remueve los productos de corrosión mediante procedimientos mecánicos entre dichos procedimiento se encuentra el raspado, cepillado, el choque mecánico y el ultrasonido.

8.5.6 Determinación de la velocidad de corrosión

Para la determinar la velocidad de corrosión primeramente necesitamos obtener la pérdida de peso (en unidad: gr) por barra de construcción de ½” de diámetro de longitud 1 metro, según norma de fabricación ASTM A615 grado: 60.

Seguidamente utilizando la norma ASTM G31-72 (ver 11.2) utilizando de la formula calculamos la tasa de corrosión por varilla.

velocidad decorrosion=(K xW )

(A XTX D) (Ecua.24)

Donde:

K: (es una constante según Norma ASTM G31-72).

T: Tiempo de exposición en horas al más cercano 0.0.1 Hrs.

A: Área en cm2 al más cercano 0.01cm2.

D: Densidad en gr/cm3.

Unidades de velocidad de corrosión constante (k)

Mils per year (mpy) 3.45 x 106

Mils per year (mpy) 3.45 x 103

Mils per month (ipm) 2.87 x 102

Millimetres per year (mm/y) 8.76 x 104

Micrometres per year (µm/y) 8.76 x 107

Picometres per second (pm/s) 2.78 x 108

Grams per square metre per hour (gr/m2.h) 1, 00 x 104 x DA

Milligrams per square decimeter per day (mdd) 2, 40 x 106 DA

Micrograms per square metre per second (µg/m2.s) 2, 78 x 10DA

8.6.- Otros métodos para determinar las velocidades de Corrosión

8.6.1.- Curvas de polarización: Se aplica un barrido potencial de -250 mv y +250mv con respecto al potencial de corrosión el barrido empieza en la zona catódica y se grafica el logaritmo de la densidad de corriente obtenida en función del barrido de potencial.

8.6.2.- Resistencia a la polarización: Un método más exacto para encontrar la corriente de corrosión, es usar la técnica de resistencia a la polarización junto con los datos de la pendiente tafel anódica y catódica. La resistencia a la polarización se define como la pendiente de la curva de polarización (E vs I) en el potencial de corrosión debido a que las

curvas de polarización son prácticamente rectas en un pequeño entorno de potencial de corrosión.

8.7 Diagrama de Bloques para ensayos de Corrosión Acelerada por Inmersión Total norma ASTM G31-72

8.7.1 Registro de monitoreo diario para ensayos de corrosión acelerada por inmersión total según norma ASTM G31-72

Características geométricas para bacos

de ½” de diámetro

Inmersión de probetas en agua potable.

Monitoreo de probetas

Limpieza de probetas mecánicamente y

químicamente (opcional)

Peso y longitud final de probetas

Obtención de grados de oxidación para Bacos de

½” de diámetro.

Producto:Colada:

Calidad:O.P.

Norma del Ensayo:Fecha:

HoraPh de la solucion

Tempe-ratura (C°)

Volumen de la

solucion (L)

HoraPh de la solucion

Tempe-ratura (C°)

Volumen de la

solucion (L)

HoraPh de la solucion

Tempera-tura (c°)

Volumen de la

solucion (L)

HoraPh de la solucion

Tempera-tura (C°)

Volumen de la

solucion (L)

HoraPh de la solucion

Tempera-tura (C°)

Volumen de la

solucion (L)

1

2

3

4

5

6

Observaciones Codigo de

probeta

N°

de r

eci

pie

nte

MONITOREO: pH , Temperatura,Volumen de la solucion

Responsa-ble

2

Registro de monitoreo para pruebas de corrosion acelerada por Inmersion Total

1 3 4 5

Foto obtenida del ensayo

TOMA DE FOTO PARA GRADOS DE OXIDACION

CODIGO: REVISION: PAGINA:1 DE 1 APROBACION:M.F.R. FECHA:2014/07

Foto (THE AMERICAN RUST

STANDARD GUIDE)

Rango pesos por Vlls (Kg)

Rango de temperatur

a (C°)

Rango de pH (H2O)

Tiempo de monitoreo por recipiente (min.) Valores especificos de tiempo

05-oct6.5-9.523-45 0.994-0.934

48 Hrs. 108 Hrs. 168 Hrs.

MaximoNominalMinimo

N° de

muest

raIde

ntificac

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la mu

estra

Grado

de oxi

dacion

Dia

metro

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8.7.2 Descripción del proceso para ensayos de corrosión acelerada por inmersión total norma ASTM G31-72

Pruebas por corrosión acelerada Inmersión

Total.

The American Standard Guide

Norma ASTM G31-72

Baco de construcción de ½ “de diámetro.

Grados de oxidación en bacos de construcción de ½ “. De diámetro.

Registro de monitoreo para pruebas de corrosión acelerada por Inmersión total.

Registro de control de peso y dimensiones para bacos de construcción de ½” de diámetro.

Registro para características geométricas de ½” de diámetro.

Norma de fabricación ASTM A615 G: 60 (Baco ½” de

8.8 Planos de los recipientes para las pruebas de oxidación corrosión:

8.9 Determinación del coeficiente de conformación superficial:

8.9.1 Especificación Norma ABNT NBR 7477:1982

• Fabricación de moldes según norma ABNT NBR 5738:

d = lado del molde = Ø = diámetro nominal de la barra

ℓ = longitud del molde ≥ 15 x d

• Dimensiones del concreto:

Diámetro nominal (mm)

Lado de concreto ( cm) Longitud del concreto (cm)

12.7 5.40 81.05

Dimensiones del agregado y arena según norma ABNT NBR 7211:

Agregado = diámetro máximo < (d - Ø) * (1/4) Arena = diámetro máximo = 4.8 mm

• Cemento portland para la composición del concreto conforme según norma ABNT NBR 5732 y ABNT NBR 5733.

• Las muestras cilíndricas de concreto deben ser ensayados según norma ABNT NBR 5739, para el diseño de mezcla.

Ensayo de tensión-ruptura a compresión axial = (250 ± 25) Kgf/cm2.

• Moldeo y curado muestras de concreto según norma ABNT NBR 5738.

a) Las muestras para el ensayo de tensión-ruptura a compresión axial mínimo tres muestras por diámetro.

b) Moldes lubricado – interiormente con aceite mineral.

c) Aplicación de vibración en la colocación del concreto.

d) Después de que los moldes se llenan, se deben cubrir con una lámina de plástico, o sacos humedecida periódicamente con el fin de permitir la evaporación del agua y la posterior contracción de secado por un periodo no inferior a tres días.

e) El transporte de las muestras no debe destruir o afectar la unión entre el concreto y la barra de construcción.

• Realización del concreto y el agua utilizada debe ser conforme según norma ABNT NBR 6118.

Mezclado de constituyentes en seco = 3 min a 5 min. Mezclado de constituyentes con agua = 3 min.

• Los ensayos de tracción de las muestras a realizar el ensayo de adherencia deben ser conformes según norma ABNT NBR 7480:2007 CA50.

• Los ensayos de tracción, aplicación de carga y velocidad para el ensayo de adherencia según norma ABNT NBR ISO 6892:2002 en sustitución a la norma ABNT NBR 6152:1992.

• Características geométricas de las muestras a realizar el ensayo de adherencia según norma ABNT NBR 7480:2007 CA50.

• Las muestras para el ensayo de adherencia deben ser pintado por las cuatro caras con agua con cal, a fin de visualizar la aparición de fisuras.

• Las muestras para el ensayo de adherencia deben ser realizados al tiempo de 28 días; los ensayos pueden ser realizados a partir de los 7 días cumpliendo el ensayo de tensión-ruptura a compresión axial para las muestras del diseño de mezcla.

• Se aplicara la carga a la velocidad indicada en el ensayo de tracción.

• Se aplicara el 80 % de carga del límite de fluencia determinado en las muestras previamente.

• Después de aplicar la carga máxima, las distancias entre las fisuras serán medidas en el eje longitudinal, en las cuatro caras de la muestra.

• Debe considerarse que los intervalos con más de cinco fisuras a lo largo de la sección transversal, espaciados regularmente a lo largo de los caras de la muestra.

• El número de ensayos debe efectuarse en un mínimo de nueve ensayos para cada tipo de diámetro.

• Cálculo del coeficiente de conformación superficial:

η = coeficiente de conformación superficial d = lado del molde Δ ℓ = distancia promedio entre fisuras, de las 4 caras

8.9.2 Diagrama de bloques para determinación del coeficiente de Conformación Superficial según norma ABNT NBR 7477

8.9.3 Descripción del proceso para la determinación del coeficiente de conformación superficial norma ABNT NBR 7477

Preparación: Diseño de mezclas (concreto)

Vaciado de concreto a los moldes metálicos

Desmoldeo

Bacos embebidos en concreto

Relación de concreto y agua Norma NBR 6118

Pintado (Superficie de concreto con Cal)

8.9.4 Registros diarios para ensayos de adherencia

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ENSAYO DE ADHERENCIA

Fabricación de moldes Norma ABNT NBR 5738

Cemento Portland Norma ABNT NBR 5732

Moldeo y curado de las muestras de concreto Norma NBR 5738

Baco de construcción de ½” de diámetro embebidos en concreto

Determinación Coeficiente de conformación superficial

Norma ABNT NBR

7477

Registro de ensayos de tracción

Registro de inspección para ensayo de adherencia

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9.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

Tesina de Especialidad - Universidad Politécnica de Cataluña - Estudio comparativo de la normativa existente para la evaluación del grado y velocidad de corrosión en aceros para la construcción – Marc Querol Marti.

CIP – Corrosión del acero en el concreto. Corrosión por Agua Domestica - T.E. Larson Oxidación en el fierro de construcción- NORMA ASTM A 615 Tesis doctoral - Corrosión de armaduras en estructuras de

hormigón: Estudio Experimental de la variación de la Ductibilidad en armaduras corroídas aplicando el criterio de acero equivalente – Ester Moreno Fernández

Tesis Doctoral - Comportamiento De Estructuras De Hormigón Armado Con Una Deficiente Transferencia De Tensiones Hormigón-Acero. Análisis Experimental Y Propuesta De Un Modelo De Evaluación Estructural – Martha Molina Huelva Universidad Politécnica de Madrid.

Tesis Doctoral - Corrosión de armaduras Embebidos en hormigón en Ambientes de Extrema Agresividad. Posibilidad de Inhibición Mediante Inhibidores.

Factores Que Afectan La Corrosión Del Hierro – A.R. Casado Merino (alumno de 4 ESO , IES Victoria Kent , torrejón de Ardoz)

Adherencia Entre Barras De Acero Y Concretos Autocompactantes Y Convencionales Sometidos A Cargamentos Cíclicos Y Monofónicos - Fredy E. Garzón Reyes, Fernando M. De Almeida Filho, Mounir Khalil El Debs E Ana Lucía H. De C. El Debs.

Norma ASTM G31- 72 - Standard Practice for Laboratory corrosion testing of Metals.

NORMA ABNT NBR 7477:1982 - Determinación del Coeficiente de Conformación Superficial de Barras y Alambres de Acero destinados a Armaduras de Concreto Armado.

The American Rust Standard Guide - A guide For Grading Hot Steel by Surface Condition – standardized Edition 5 Printing.

Corporación Aceros Arequipa – Ensayos para determinar el coeficiente de conformación Superficial en Barras de Construcción diámetro ½” ASTM A615 G60. – Asistente del Laboratorio de Control de Calidad: Ing. Cristian Oviedo.