La corrosión en el hormigón es uno de los principales enemigos silenciosos de la infraestructura de los sectores industriales y productivos. Afecta seriamente la durabilidad de las estructuras de concreto, especialmente aquellas expuestas a entornos agresivos como plantas industriales, zonas costeras o instalaciones mineras.
La corrosión del acero en el hormigón armado se produce mediante un mecanismo electroquímico o galvánico provocado por la presencia de agua y oxígeno en el interior del hormigón. La temperatura también influye en el desarrollo de este proceso.
Por qué el acero está protegido dentro del hormigón
Durante el proceso de hidratación, el cemento genera cal hidratada que es responsable de un ambiente alcalino. Generalmente, el acero que se encuentra embebido en el mortero u hormigón está protegido contra la corrosión gracias al elevado pH (> 12,5) de la pasta que constituye el conglomerante, sea éste cemento o cemento de albañilería.
El pH del hormigón debe estar entre 12’5 y 13’5 para proteger y pasivar correctamente las armaduras de su interior. Esta elevada alcalinidad favorece la formación de una capa pasivante sobre el acero, que limita las reacciones de corrosión.
Sin embargo, ya sea debido al proceso de carbonatación donde el hormigón está perdiendo su alto nivel alcalino o debido a la penetración de cloruros, los aceros de refuerzo ya no están en condiciones pasivas y comienzan a corroerse.
Desde el punto de vista termodinámico, la corrosión de los metales es inevitable. En efecto, para la obtención del hierro en estado puro (componente principal del acero), es necesario someter a la hematita (Fe2O3), el mineral de hierro más común en la naturaleza, a un tratamiento térmico, con un gran aporte energético, lo que lleva al metal a un estado de elevada energía potencial.
Sorprendentemente, el elevado pH de la pasta se debe, principalmente, a la presencia de hidróxido de calcio (cal), que se forma durante el proceso de hidratación del clínker pórtland. En otras palabras, la “cal”, lejos de corroer al metal, lo protege.
Qué es la carbonatación del hormigón
La carbonatación es el proceso con el cual el hormigón disminuye su pH, por lo tanto, disminuye la protección de la armadura.
En la carbonatación el CO2 atmosférico penetra en los capilares llenos de aire del hormigón y reacciona con el hidróxido de calcio dando lugar a carbonato de calcio.
Cuando el frente de carbonatación alcanza la armadura, la reducción de la alcalinidad puede destruir la pasivación del acero. A partir de ese momento, si también están presentes agua y oxígeno, puede comenzar el mecanismo electroquímico de corrosión.
Penetración de cloruros y corrosión por picadura
Los iones cloruro destruyen la capa pasivante del acero de forma puntual dando lugar a una corrosión por picadura que va extendiéndose en profundidad, pudiendo llegar a seccionar las barras y especialmente los alambres de pretensado que son más finos y con estructura cristalina más delicada.
En un sentido estricto, el contenido crítico de cloruros depende del grado de carbonatación del hormigón y de la humedad relativa de ambiente.
La velocidad de la corrosión inducida por cloruro es rápida (de 1 a 10 mm al año), muy local y no produce signos visibles externamente hasta que el recubrimiento de hormigón se delamine.
La penetración de cloruros resulta especialmente relevante en estructuras situadas en zonas costeras, plantas industriales, instalaciones mineras y otros ambientes donde existe exposición frecuente a agua o sustancias agresivas.
Factores que favorecen la corrosión
Relación agua-cemento
La relación agua-cemento desempeña un papel vital en la resistencia y durabilidad del hormigón. Una relación agua-cemento excesiva puede aumentar la permeabilidad del hormigón, haciéndolo más susceptible a la penetración del agua y, por tanto, a la corrosión.
El exceso de agua actúa como una vía de entrada para agentes corrosivos, como los iones cloruro, que pueden alcanzar el acero de refuerzo y acelerar el proceso de corrosión.
Permeabilidad
La permeabilidad se refiere a la capacidad del agua y de otras sustancias para atravesar el hormigón. Un hormigón muy permeable permite que los agentes corrosivos penetren y lleguen al acero de refuerzo, lo que provoca una corrosión acelerada.
El hormigón con una relación agua-cemento elevada, materiales de baja calidad, mayor permeabilidad y un proceso de curado inadecuado está más expuesto a la corrosión.
Humedad, agua, oxígeno y temperatura
La humedad es un factor crítico en el proceso de corrosión. Las zonas con alta humedad o exposición constante al agua son especialmente vulnerables a la corrosión.
La presencia simultánea de agua y oxígeno en el interior del hormigón favorece el mecanismo electroquímico o galvánico que provoca la corrosión del acero.
La temperatura también influye en el desarrollo del proceso corrosivo.
Retracción y fisuración
A medida que el hormigón se cura, experimenta un proceso de retracción debido a la evaporación del agua. Esta retracción puede provocar la aparición de fisuras en el hormigón, proporcionando vías para que los agentes corrosivos alcancen el acero de refuerzo.
Las fisuras constituyen una vía de penetración especialmente importante porque reducen la distancia que deben recorrer el agua, el oxígeno, el dióxido de carbono y los cloruros para llegar a la armadura.
Calidad de los materiales
La calidad de los materiales utilizados en la construcción de hormigón afecta directamente a su resistencia a la corrosión. Los áridos de baja calidad o el acero de refuerzo con una resistencia insuficiente frente a la corrosión pueden acelerar la aparición de este fenómeno.
Los materiales preventivos incluyen áridos y cemento de alta calidad, grout epoxi, fibras poliméricas, metales no corrosivos como el acero inoxidable y revestimientos protectores para el hormigón.
Diseño, mezcla, curado y colocación
Aunque el hormigón es intrínsecamente resistente, factores como un diseño deficiente, proporciones de mezcla incorrectas, falta de un curado adecuado y una colocación incorrecta pueden perjudicar su resistencia.
Las prácticas de construcción deficientes pueden aumentar la permeabilidad, favorecer la fisuración y reducir la protección que el recubrimiento proporciona a las armaduras.
Consecuencias de la corrosión en el hormigón armado
La corrosión en el hormigón armado puede provocar una expansión de volumen, causando tensiones internas y fisuración, lo que conduce a una reducción de la capacidad portante y de la integridad estructural.
La corrosión aumenta la permeabilidad del hormigón, provocando fisuración, desprendimiento y eventual desintegración.
El deterioro puede comenzar en el interior de la estructura y permanecer oculto durante un tiempo. En la corrosión inducida por cloruros, el ataque puede ser muy localizado y no producir signos visibles externamente hasta que el recubrimiento de hormigón se delamine.
Cuando la corrosión avanza, la pérdida de sección de las barras disminuye su capacidad resistente. La expansión de los productos de corrosión genera presiones sobre el recubrimiento, que pueden causar fisuras, desprendimientos y pérdida de adherencia entre el acero y el hormigón.
Cómo prevenir la corrosión del hormigón armado
La prevención de la corrosión del hormigón implica una combinación de buenas prácticas constructivas, selección estratégica de materiales y mantenimiento continuo.
Mediante medidas preventivas es posible proteger las estructuras de hormigón frente a los efectos perjudiciales de la corrosión.
Uso de hormigón de alta calidad
La base de la prevención de la corrosión consiste en utilizar hormigón de alta calidad. Emplear un diseño de mezcla adecuado, técnicas correctas de curado y áridos apropiados puede mejorar la durabilidad y la resistencia del hormigón frente a la corrosión.
También es necesario controlar la relación agua-cemento, reducir la permeabilidad y evitar la aparición de fisuras que faciliten la entrada de agentes agresivos.
Buenas prácticas de construcción
Las prácticas de construcción cualificadas y cuidadosas desempeñan un papel fundamental en la prevención de la corrosión, especialmente para evitar la corrosión del acero en el hormigón.
El diseño, la mezcla, la colocación y el curado deben ejecutarse correctamente para conservar la resistencia y la capacidad protectora del hormigón.
Selección del acero de refuerzo
Al seleccionar el acero de refuerzo, deben elegirse materiales no corrosivos o resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable o el acero revestido con epoxi.
Los metales como el acero inoxidable y el acero galvanizado tienen menos probabilidades de corroerse en el hormigón debido a sus menores niveles de reactividad.
Fibras poliméricas
La incorporación de fibras poliméricas a la mezcla de hormigón puede ayudar a controlar la fisuración por retracción, que constituye una vía habitual para que los agentes corrosivos penetren en el hormigón.
Recubrimientos y selladores
Los recubrimientos epoxi ofrecen una excelente capa protectora para las superficies de hormigón. Estos recubrimientos actúan como barreras que protegen el hormigón de la exposición a elementos corrosivos.
Los recubrimientos epoxi no sólo previenen la corrosión, sino que también aportan ventajas adicionales, como una mayor resistencia química y mejoras estéticas.
Por último, la aplicación de un revestimiento para hormigón proporciona una capa protectora adicional frente a los elementos externos perjudiciales. Estos revestimientos pueden ser desde pinturas anticorrosivas hasta selladores que impiden que el agua y los agentes corrosivos penetren en el hormigón.
Inhibidores de corrosión para hormigón armado
Un inhibidor es una sustancia que demora o retrasa la velocidad de una reacción química.
Los inhibidores de corrosión para hormigón armado están disponibles como aditivo mezclado junto con el mortero de reparación u hormigón, o como producto aplicado superficialmente. El segundo caso es el más común para la reparación de hormigón.
Inhibidores anódicos
El inhibidor anódico suprime la reacción anódica; el producto típico es un inhibidor a base de nitrito.
Su uso puede ser crítico si su concentración no es lo suficientemente alta, pues puede ocurrir corrosión acelerada.
Inhibidores catódicos
Los inhibidores catódicos ralentizan la reacción catódica en sí o se precipitan selectivamente sobre las áreas catódicas, para aumentar la impedancia superficial y limitar la difusión de especies reducibles a estas áreas.
Los productos típicos son compuestos de zinc, que producen la precipitación de óxido formando una película protectora en la armadura, o sulfito sódico, que actúa como “recolector” de oxígeno.
Se consideran seguros, pero son menos eficientes que los inhibidores anódicos.
Inhibidores ambiódicos o mixtos
El inhibidor ambiódico, o mixto, actúa simultáneamente en zonas anódicas y catódicas.
Esta clase de inhibidor tiene un efecto de sinergia, combinando los beneficios de los tipos anódicos y catódicos incluso en dosis bajas.
Evaluación y mantenimiento de las estructuras
Elegir el equipo correcto para evaluar este fenómeno es esencial para prevenir fallas estructurales y garantizar la seguridad.
Elegir el equipo correcto depende de varios factores: tipo de estructura, nivel de exposición, accesibilidad y tipo de corrosión sospechada.
La evaluación debe prestar especial atención a las estructuras de hormigón armado como edificios, puentes y otras construcciones expuestas a ambientes agresivos.
El mantenimiento continuo permite detectar fisuras, desprendimientos, delaminaciones y otras señales relacionadas con la pérdida de protección de la armadura antes de que el deterioro comprometa la capacidad portante o la integridad estructural.
La cal y su relación con la corrosión de los metales
Una consulta frecuente que realiza la gente de obra es si el HIDRALIT contiene cal, ante la creencia de que ésta daría lugar a la corrosión de cualquier elemento metálico que se halle en contacto con la mezcla.
Esta idea equivocada, aunque muy frecuente, proviene de dos conceptos erróneos.
No, no contienen cal (Ca(OH)2), al menos, no la contienen como un “producto agregado”.
Desde el punto de vista de la protección del acero embebido, la presencia de hidróxido de calcio en la pasta de cemento contribuye al elevado pH que permite mantener la pasivación de las armaduras.
Con base a lo anterior, uno podría preguntarse por qué es desaconsejable incluir elementos metálicos en un mortero de cal.
La norma ASTM C270, que cubre los requisitos de desempeño que deben cumplir los morteros que se emplean en la construcción de muros de mampostería, simple o armada, establece que, cuando el refuerzo estructural está embebido en un mortero elaborado a base de cal y cemento, basta con limitar el contenido máximo de aire al 12 %.
HIDRALIT no contiene cal y está diseñado para realizar diversas tareas de “albañilería”: submuraciones, elevación de mampostería, revoque grueso, contrapisos, carpetas de nivelación (bajo piso) y colocación de mosaicos y losetas, entre otras.
Importancia económica y estructural
Se estima que una cuarta parte de la producción anual de acero del mundo es destruida por la corrosión cada año.
Esto equivale a 150 millones de toneladas por año (equivalente a 5 toneladas/segundo).
El costo de la corrosión está ahora bien documentado por varias organizaciones diferentes, incluyendo la NACE, Asociación Nacional de Ingenieros de la corrosión por sus siglas en inglés (National Association of Corrosion Engineers) en los EE.UU.
La magnitud de estas pérdidas muestra por qué la corrosión del acero en el hormigón armado debe abordarse desde el diseño, la selección de materiales, la ejecución de la obra, la protección superficial y el mantenimiento.