Varios son los mecanismos que se desencadenan alrededor de las estructuras de hormigón que pueden afectar su durabilidad. Dentro de los más agresivos se encuentran el ataque de sulfatos, la carbonatación del hormigón y la penetración de iones cloruro. Estos dos últimos de vital importancia debido a su repercusión en el deterioro de las armaduras de refuerzo en el hormigón armado, ya que debilitan su capa de protección, desencadenando de esta manera la corrosión.
1.4.1. Carbonatación:
La carbonatación del hormigón se produce cuando el anhídro carbónico CO2
presente en el aire reacciona en presencia de humedad con el Ca(OH)2 para
formar carbonato de calcio según muestra la siguiente ecuación:
Ca (OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (1.10)
Este proceso va reduciendo progresivamente la alcalinidad del hormigón, que pasa de un valor de pH en torno a 12 - 13 a tener valor de 9.5 o incluso inferiores.
El daño por carbonatación ocurre más rápidamente cuando existe un espesor de recubrimiento pequeño, aunque en caso de que el recubrimiento del refuerzo tenga una estructura de poros muy manifiesta que permita la difusión del CO2 de forma rápida, este fenómeno puede ocurrir aunque el espesor sea
considerable. También puede ocurrir cuando las reservas alcalinas sean pobres en la solución de poros, fenómeno que se da cuando el contenido de cemento en la mezcla es pobre.(Ferreira, 2004)
Si los poros del hormigón se encuentran secos, el CO2 se difunde fácilmente,
pero la carbonatación no puede ocurrir debido a la falta de agua. Este caso solo se presenta en hormigones que están sobresecados, como ocurre en climas muy secos. Por otra parte si los poros están llenos de agua hay apenas alguna carbonatación debido de la poca difusión de CO2 en el agua, este es el
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caso de estructuras que se encuentran sumergidas. Finalmente si los poros están parcialmente llenos de agua, la carbonatación puede proceder hasta un espesor donde los poros del concreto están secos.
Asumiendo que la concentración de CO2 es prácticamente la misma y
relativamente constante en cada ambiente, el factor que más influye en el proceso de carbonatación es la humedad del hormigón. Según(Hernández López, 2009), las circunstancias más propicias para la carbonatación son las correspondientes a humedades intermedias (HR ≈ 50-70%) y más aún las alternancias de humectación y secado.
Un efecto secundario de la carbonatación es el encogimiento que trae acompañado. Cuando el hormigón armado se ve envuelto en ciclos de secado y humedad el encogimiento debido a la carbonatación se vuelve irreversible y esto conduce a la fisuración de la superficie del hormigón armado.(Alonso, 2013)
1.4.2. Penetración de Iones Cloruro:
La corrosión inducida por cloruro se presenta en nuestro país en estructuras expuestas al medio marino. Los iones cloruro están presentes en el agua de mar, pero es posible que también los desplace el viento de la brisa marina a la zona costera y los deposite en estructuras de hormigón cercanas a la línea de costa.
Los iones cloruro son los iones despasivantes que afectan más directamente a la pasivación del refuerzo, provocando una disolución localizada de la capa protectora del acero de refuerzo, dando lugar a ataques puntuales (picaduras) que pueden reducir drásticamente la sección de trabajo del acero en períodos de tiempos relativamente cortos.(Hernández López, 2009)
Los cloruros son transportados desde la superficie hasta la armadura a través de la estructura de poros. De esta manera, se forma una celda de corrosión con una zona catódica en la cual se da el proceso de reducción y un área
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anódica pequeña, la picadura, donde se disuelve el acero(Pérez Méndez, 2010)
Fig. 1.2 Esquema del fenómeno electroquímico de la Corrosión por Cl- Los iones cloruro pueden estar presentes en el concreto de tres maneras: enlazados, adsorbidos y disueltos en el agua que se conserva en los poros, lo que constituye la disuloción poro. (Rodríguez Roble, 2010)
(Samsom et al., 2009) plantea que es aceptado que la penetración de iones de cloruro en materiales basados en cementos no conduce fácilmente a la formación de fases perjudiciales que pueden causar expansión y agrietamiento. Al contrario, la interacción entre el cloruro en la solución y la pasta es considerada a menudo para tener una influencia beneficiosa en lo duradero del hormigón armado, ya que la pasta ata iones incisivos, desacelerando la tasa de admisión hacia el acero de refuerzo.
(Pérez Méndez, 2010) expone que una parte de los cloruros presentes en el hormigón pueden estar químicamente ligados con el cemento para formar la llamada Sal de Friedell. Los iones de cloruro en forma libre son los únicos que representan un peligro para la corrosión de armaduras. Por su parte (Rodríguez Roble, 2010) a estudiado los equilibrios que se presentan y concluye que, es posible que los iones que están adsorvidos se incorporen a la solución y se tornen peligrosos.
Mientras muchos estudios enfocaron la atención en la formación de la sal de Friedel de los sistemas hidratados C3A, el papel de Fe en la disminución de la
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penetración recibió muy poca atención. Es sólo recientemente que la formación de minerales a partir de C4AF hidratado reaccionando con cloruro, ha
despertado interés. Suryavanshi estudió la atadura de cloruro en el sintético C4AF. Hidrató con niveles diferentes de NaCl disuelto en el agua de la mezcla.
Las fases con Cloruro estaban identificadas usando difracción de rayos X y tomografía de calorimetría diferencial. Los resultados mostraron que se forma: C3F.CaCl2.10H2O un análogo de ferrita para la sal de Friedel. (Samsom et al.,
2009)
La despasivación del acero a causa de la presencia de iones cloruros depende de dos parámetros que son:
Coeficiente de difusión del hormigón, el cual varía en función del tamaño y distribución de los poros del hormigón.
La capacidad del hormigón para fijar o combinar cloruros.
Los cloruros por si solos no son capaces de iniciar la corrosión de las armaduras, dependiendo en los primeros momentos de la presencia de una de las siguientes características:
Tipo de cemento: Finura, cantidad de C3A, cantidad de yeso, presencia
de adiciones.
Relación agua-cemento. Curado-compactación.
Contenido en humedad y variación.
Tipo de acero y calidad superficial de éste (presencia de óxido exterior). Disponibilidad de oxígeno para que se desencadene la corrosión.
Varios métodos se han propuesto para proteger las estructuras de hormigón de la corrosión inducida por cloruros. A modo de ejemplo, pueden citarse los hormigones de baja permeabilidad, diferentes capas protectoras y sellantes a base de polímeros, recubrimientos de mayor espesor, la protección catódica y diversos refuerzos alternativos.(Sun et al., 2002)
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1.4.2.1. Determinación de la presencia de Cloruros:
La cantidad de cloruros en los elementos de hormigón es usualmente determinada disolviendo muestras de polvo de hormigón en ácido. Las muestras son tomadas con taladro, preferiblemente a difentes profundidades, así, el perfil de cloruros puede ser hecho correctamente. Como la prueba de profundidad de carbonatación, el perfil de cloruros debe ser relativo al recubrimiento, entonces la profundidad del acero respecto a los cloruros puede ser determinada.
La cantidad de cloruros puede ser medida por diferentes métodos. En el laboratorio la (NC-272, 2003) ―Hormigón endurecido, Cemento y Áridos. Determinación de Cloruros Totales por Valoración Potenciométrica” expone el proceder para determinar la cantidad de cloruros presentes en estos materiales. El método de ensayo de dicha normativa se basa en la reacción que se produce entre el ión cloruro y la solución de Nitrato de Plata a un pH entre 3 y 5 lo cual genera un salto brusco en el potencial en el punto de equivalencia.
(Pérez Méndez, 2010) plantea un método que puede ser utilizado en obras para una detección rápida de la presencia de cloruros, el mismo consiste en rociar una superficie de fractura reciente con una disolución de nitrato de plata al 1%, la valoración es positiva cuando el área rociada se vuelve blanca.
1.5. Evaluación del comportamiento de la durabilidad de las