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Mecanismo de la Corrosión en el Acero de Refuerzo
Reporte ACI - Capítulo UNSAAC 12/06/2012
Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco
Cusco - Perú - Ciudad Universitaria de Perayoc
aci.unsaac@hotmail.com
Editado por: Darwin La Torre Esquivel
Contenido:
1. Capítulo 1.-Introducción.
2. Capítulo 2.-Principios de corrosión.
2.1. Película de oxido pasiva.
2.2. La cinética de la corrosión.
3. Capítulo 3.-Iniciación de la corrosión activa.
3.1. Iniciación de la corrosión debido a cloruros.
3.1.1. Incorporación de los cloruros en el concreto durante el mezclado.
3.1.2. Difusión de los cloruros en el concreto maduro.
3.1.3. Cloruros vinculantes y valores mínimos.
3.2. Iniciación de la corrosión debido a la carbonatación.
3.3. Efectos de la carbonatación y cloruros.
4. Capítulo 4.-Propagación de la corrosión.
4.1. Celdas de corrosión.
5. Capítulo 5.-Referencias.
1. CAPÍTULO 1.- INTRODUCCIÓN
En el presente artículo se estudia el mecanismo de corrosión en el concreto, el cual se debe a un proceso electroquímico. La ASTM (G15) define corrosión como “la reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medio ambiente que producen un deterioro del material y sus propiedades” El proceso de corrosión convenientemente puede dividirse en dos etapas: Etapa inicial o iniciación y la Etapa de propagación; durante la etapa de iniciación, la superficie del acero de refuerzo empieza a reaccionar, pero en la etapa de propagación ocurre la corrosión propiamente dicha.
2. CAPÍTULO 2.- PRINCIPIOS DE LA CORROSIÓN
2.1. Película de óxido pasiva.-
Las barras de acero de refuerzo embebidas en el concreto normalmente no se corroen, debido a que las buenas condiciones alcalinas en el concreto producen una capa de oxido pasivo en la superficie del acero de refuerzo, esta película no detiene la corrosión, pero reduce su ratio a valores mínimos; el ratio típico de la corrosión en presencia de esta capa pasiva es de 0.1 µm/yr, sin la presencia de esta película, la corrosión en el acero es por lo menos tres veces mayor en magnitud.
2.2. La cinética de la corrosión.-
La información de la rapidez de corrosión o también denominado ratio de corrosión puede ser determinada como la medida de la pérdida de electrones del hierro en las reacciones anódicas, la perdida de metal en la superficie del acero se puede calcular por la Ley de Faraday:
M=(I*t*Aw)/(n*F)
Donde:
M = masa del material convertido en oxido, g.
I = corriente, A.
t = tiempo, s.
Aw = peso atómico.
n = valencia.
F = constante de Faraday (96500coulombs/masa equivalente)
3. CAPÍTULO 3.- INICIACIÓN DE LA CORROSIÓN ACTIVA
La corrosión activa del acero en el concreto debe ser precedida por la rotura de la película protectora pasiva. Esto puede ocurrir en toda la superficie del acero de refuerzo debido a un cambio general de condiciones termodinámicas, o en puntos localizados debido a ataques químicos o fisuras; el primero usualmente es el resultado del decremento del pH desde un pH13 hasta valores menores de pH8, causando que la película de oxido pasivo sea destruida, el último es causado por el ataque de iones agresivos como los cloruros, pero puede ser resultado de la presencia de fisuras en el concreto.
………………………………………………CONTINÚA EN LA PARTE 2
CAPÍTULO 5.- REFERENCIAS
01. Brian B.Hope, “Protection of Metals in Concrete Against Corrosion”,
ACI 222R-01,American Concrete Institute , 2001
02. C.Arya, L.A.Wood, “The Relevance of Cracking in Concrete to Corrosion of Reinforcement”, Concrete Society Technical Report No44, The Concrete Society, 1995
Link
03. http://www.concrete.org/COMMITTEES/
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LA NEUROPISQUIATRIA DEL AMOR Y EL CONCRETO ARMADO, UNA ESTRECHA RELACION
Sabemos que el amor es consecuencia de una serie de reacciones químicas cerebrales, a partir de esta premisa encontramos la primera relación con el concreto, vayan tomando nota, ahora según la Dra Helen Fischer, de la Universidad de Rutgers en Nueva Jersey una de las especialistas en neuropsiquiatría, ha dicho que lo que nosotros llamamos amor, es una condición mental que tiene tres momentos: el amor lujurioso, el amor romántico u obsesivo y el amor estable ¿Qué tiene que ver todo esto con el concreto?...ahora les explico…(mas fácil será si empezamos a recordar una experiencia amorosa).
El amor lujurioso es el que se desarrolla cuando dos personas se conocen y se atraen, y se libera en gran cantidad un neurotransmisor llamado dopamina (sustancia que se libera en situaciones placenteras de la vida), tiene mucho que ver con las sensaciones olfativas, táctiles, auditivas; los enamorados se besan, se escuchan, se miran, se tocan, quieren estar juntos todo el tiempo, quieren mas y mas, aprovechar esos momentos únicos...como lo dice el Dr Elmer Huerta ¿no suena este estado a una adicción?: Esta fase de amor lujurioso es entonces una fase de adicción.
Ahora recordemos de que está constituido el concreto, es una mezcla de cemento, agregado grueso, fino, agua y aire atrapado, bien pero también el concreto pasa por un ciclo que podemos dividirlo en tres fases, tenemos la edad temprana (aproximadamente los primeros 14 días) y en especial los primeros 7 días donde para el cemento Portland Tipo I la resistencia es aproximadamente el 65 a 70% de la resistencia a los 28 días, luego una segunda etapa entre los 14 y 28 días y finalmente la edad madura que es a partir de los 28 días.
Durante la primera semana de vaciado del concreto, dos de los compuestos principales del cemento tales como el Silicato Tricálcico C3S (alita) y el Aluminato Tricálcico C3A; el primero el más importante y abundante (30 a 50%), determinante de la resistencia inicial del concreto y el segundo en ser el primero en hidratarse y fraguar con mucha rapidez (hidratación violenta); liberan gran cantidad de calor de hidratación (120 y 207 cal/gr). ¿No les suena esto familiar?
Podemos encontrar una relación entre la alita y la dopamina, pues también podemos decir que se crea un estado de adicción en el concreto, es en esta etapa cuando se libera la mayor cantidad de calor de hidratación y el estado de éxtasis se produce entre el agua y el cemento ¿Por qué?, cuando entran en contacto empieza la reacción química que dará lugar a la pasta que será el material cementante que unirá de forma adecuada los demás componentes para formar el concreto, y como se dice “nada en exceso es bueno”, una alta relación agua cemento aumentará la porosidad reduciendo la resistencia, al igual que el amor, ya sabemos que si se exageran las cosas pues probablemente no duraras mucho tiempo.
Así lo demuestran los ensayos de ACI, y los gráficos del Ing Gonzales Cuevas y el Ing Gianfranco Ottazzi.
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20120508-diagramas_11.png
Podemos añadir también que: • La cantidad total de cemento, tiene que ver con el calor de hidratación que se genera durante la fragua y por consiguiente con el potencial de que se formen fisuras térmicas. • A mayor cantidad de pasta en el concreto también se producirá mayor creep o flujo plástico debido a que la pasta es la que experimenta este fenómeno. • La retracción por secado depende de la relación agua/cemento. A fiel estilo del Dr Huerta deberíamos escuchar la canción Pisando Fuerte de Alejandro Sanz
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El amor romántico u obsesivo es aquel en el que no solo hay necesidad de tener contacto físico permanente con tu pareja, sino que se desarrolla una dependencia con la otra persona, una necesidad de cercanía, se ha demostrado que disminuyen intensamente los niveles de serotonina en el cerebro, situación que también ocurre en enfermedades con el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) y la depresión. Esta etapa es muy similar al cuadro clínico del síndrome obsesivo compulsivo, además que disminuye la cantidad de testosterona en el hombre y aumenta en la mujer, es por eso que el hombre enamorado esta como atontado y la mujer está más decidida.
Volviendo con nuestros temas ingenieriles, en el concreto el Silicato Dicálcico C2S conocido también como belita, es la responsable de la resistencia a edades mayores a una semana y alcanza una elevada resistencia a compresión a largo plazo, y junto con la alita contribuyen a la estabilidad volumétrica de la pasta, luego sucede que los niveles de agua bajan debido a la evaporación quedando el aire atrapado, existiendo una relación directa entre el porcentaje del contenido de aire y la resistencia del concreto, tal como se aprecia en el siguiente grafico:
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20120508-diagramas_22.png
Entonces acabamos de demostrar que tanto en el concreto como en el amor, a mayor cantidad de "huecos", menor resistencia, sobretodo si aun no se logro la madurez en la pareja.
A estas alturas se reduce la necesidad de calor de hidratación pero aumenta la resistencia, que según el comité 209 ACI para concreto fabricado con cemento tipo I y curado por vía húmeda (23°C+-1.7°C y humedad >95%) propone la siguiente expresión:
(f´c-t)=t/(4+0.85*t)*(f´c-28dias)
Entonces ya tenemos un concreto más estable pero sin llegar aun a su madurez.
Sería conveniente escuchar EL EMBRUJO – GRUPO 5
Finalmente esta el amor estable o duradero en el que se produce una gran cantidad de una hormona cerebral (sustancia diferente de un neurotransmisor) llamada oxitocina. La pareja entra en una relación estable y duradera, son fieles y se prometen cariño eterno.
A partir de los 28 días el concreto entra a su edad madura donde su resistencia alcanza el valor deseado y a partir de entonces aumentara con el tiempo su valor pero en menor magnitud, al igual que el cariño y amor se vuelve estable y crece con el tiempo, por esta razón si se toman probetas (briquetas) de edificaciones antiguas se ha demostrado que su resistencia es mayor a la diseñada.
Pero para terminar la explicación de repente más conveniente es relacionar con la curva esfuerzo -deformación del concreto armado, ya que en su etapa madura y con las solicitaciones aplicadas la estructura se encuentra en el rango elástico, donde se producen deformaciones proporcionales a las cargas, pero si estas dejan de aplicarse entonces estas deformaciones se recuperan, por lo que constituyen las deformaciones elásticas que ocurren paralelamente con las plásticas.Concluyendo con una comparación graciosa, en relaciones anteriores que tuve, a cada problema amargo, de esos que no se olvidan yo los denominaría “problemas plásticos”, al final lo que tenemos que evitar es que el concreto y nuestra relación no fallen y tanto el acero como nuestra relación tampoco entren en fluencia…..
20120508-diagramas_33.png Para cerrar este post les dejo con AMOR CONCRETO, AMOR ABSTRACTO – RAFO RAEZ Y LOS PARANOIAS
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OPTIMIZACIÓN EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL
Según el diccionario dela RAE: "Optimizar. tr. Buscar la mejor manera de realizar una actividad". En el diseño estructural es posible satisfacer los requerimientos funcionales de acuerdo al método "ensayo - error" pudiendo emplear un diseño optimo, seleccionando la mejor configuración, geometría, secciones, dimensiones, y parámetros de tal modo que el sistema estructural sea eficiente y cumpla con requisitos estructurales, funcionales, económicos y estéticos, siempre teniendo como base la Seguridad del sistema.
en los siguientes Post empezaremos a desarrollar una Formulación General para un Diseño Optimo de Estructuras.
20120222-optimizacion_1.png
VARIABLES DE DISEÑO
Un Sistema Estructural puede ser descrito por una serie de cantidades o parámetros, muchos de estos vistos como variables en el proceso de optimizacion. Los valores que definen al sistema estructural y son utilizados durante el proceso de diseño se les denomina "Parámetros Pre asignados" y estos no varían en el algoritmo de la optimización.Los valores que no son pre-asignados les denominamos "Variables de Diseño".
desde un punto de vista las variables de diseño varían de acuerdo al proceso de optimizacion pudiendo representar las siguientes propiedades de la estructura:
1.-propiedades físicas y mecánicas del material
2.-características de la estructura (conexiones, numero de elementos)
3.-configuración geométrica de la estructura
4.-dimensiones de los miembros
Desde un punto de vista matemático es importante distinguir entre variables continuas y discretas para el diseño. En los casos donde las variables discretas con un gran numero de valores uniformemente distribuidos dentro de un intervalo dado, se puede utilizar una variable continua representativa siguiendo por la selección del valor discreto libre mas cercano. Cuando una variables es estrictamente discreta y es considerada de este modo, se le categoriza como pseudodiscreta.