estudio de la corrosión del hormigón

Mario Rodríguez Ramírez*, Facundo Almeraya Calderón**, Citlalli Gaona Tiburcio**, Andrés Torres***,
Alberto Martínez Villafañe**, Oladis Trocónis de Rincón****
Estudio de la corrosión de hormigón armado en un ambiente
urbano-industrial. Proyecto DURACON
Corrosión study of reinforced concrete in urban-industrial
environment. DURACON Project
* Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C. Universidad Autónoma de Chihuahua (UACH), Chihuahua,
MEXICO
** Centro de Investigación en Materiales Avanzados, S.C., Chiuahua. MEXICO
*** Instituto Mexicano del Transporte (IMT), MEXICO
**** Univesrisdad de Zulia, VENEZUELA
facundo.almeraya@cimav.edu.mx
Fecha de recepción: 23/ 02/ 2005
Fecha de aceptación: 14/ 06/ 2005
PAG. 129 - 136
Estudio de la corrosión de hormigón armado
Resumen
Este trabajo forma parte del proyecto iberoamericano DURACON, en el cual se caracteriza la durabilidad de hormigones expuestos en condiciones ambientales
prevalecientes en Ibero América, basándose en la exposición de muestras de hormigón armado en al menos dos atmósferas distintas, considerándose una
zona marina y otra urbana, en cada país participante. Los resultados obtenidos de exponer probetas de hormigón armadas a condiciones ambientales
actuantes en la ciudad de Chihuahua, México (atmósfera Urbano-Industrial) durante 24 meses de exposición, se discutirán en este trabajo. Se diseñaron
dos tipos de hormigones en función de su relación agua/cemento siendo de 0.45, y 0.65 con un mismo tipo de cemento, además, tres espesores de
recubrimiento (15, 20 y 30 cm.) fueron evaluados. Los ensayos estuvieron centrados principalmente en la medida de parámetros electroquímicos que
permitieron evaluar la susceptibilidad a la corrosión de las barras metálicas, mediante pruebas y monitoreo de potenciales de corrosión, e implementando
la técnica de resistencia a la polarización para determinar la velocidad de corrosión.
Palabras Clave: Corrosión, hormigón, durabilidad, ambiente, acero
Abstract
This work is part of the DURACON Ibero-American project, which seeks to characterize the concrete durability in Ibero-American environmental conditions,
being based on the concrete reinforced samples exposition in at least two different atmospheres (marine and urban), for each Ibero-American country. Results
from concrete reinforced probes exposed in Chihuahua-City, Mexico (atmospheres urban-industrial) environmental conditions during 24 months of exposition
were obtained. Two types of concrete were used in water/cement ratios of 0.45 and 0.65 respectively. Furthermore, three covers (15, 20 and 30 cm) were
evaluated too. The present work focused on the measurements of electrochemical parameters to evaluate the corrosion susceptibility for the metallic bars
through the measurement and monitoring of corrosion potentials, and implementing the lineal polarization resistance (LPR) technique to measurement of
corrosion rates.
Keywords: Corrosion, concrete, durability, environmental, carbon steel
La corrosión de la armadura en el acero de
refuerzo es una de las causas más habituales responsable
del deterioro de las estructuras de hormigón que está
llevando a elevados gastos de reparación y mantenimiento,
con la preocupación que ello supone para las
administraciones que son las propietarias de las obras
públicas, y los particulares cuyas viviendas sufren
deterioros prematuros.
Las investigaciones relacionadas con la corrosión
de armaduras han sido amplias en los últimos años, pero
han estado especialmente enfocadas en aspectos como:
el estudio de las causas y mecanismos de deterioro, el
desarrollo de técnicas electroquímicas de evaluación y
control (tanto en laboratorio como “in situ”) y al empleo
Revista Ingeniería de Construcción Vol. 20 No
2, Agosto de 2005 www.ing.puc.cl/ric 129

2. Metodología experimental
130 Revista Ingeniería de Construcción Vol. 20 No
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La estación de ensayo fue constituida por paneles
metálicos para sostener los probetas de hormigón a un
metro por encima del suelo, y orientados hacia la dirección
de los vientos predominantes.
2.1 Materiales para la fabricación de las probetas de
hormigón
Los hormigones estudiados fueron fabricados
tomando en cuenta las especificaciones que se dan a
continuación:
1. Tipo de Cemento: Cemento Pórtland Ordinario CPO
30 RS, densidad 3.15
2. Árido Siliceo triturado de 19 mm (tamaño maximo
grueso), densidad 2.58, Pg= 58 %
3. Arena cuarzosa, densidad 2.50, Pa = 42%,
4. Relación a/c: 0.45 (cemento 411 kg/m3 y agua 185
lto/ m3), f´c =350 kg/cm2
5. Relación a/c: 0.65 (cemento 285 kg/m3 y agua 185
lto/ m3), f´c =210 kg/cm2
6. Adición de plastificante 0.3% del peso del cemento
(sikament 190 CR).
7. Asentamiento 10 ± 1.0 cm
8. Encofrado en madera resinosa.
9. Curado bajo agua por 7 días.
10. Se prepararon 6 probetas de hormigón con armadura
(tresconrelacióna/c=0.45y tresconrelacióna/c=0.65).
2.2 Caracterización física de las probetas de hormigón
con armadura
Las probetas de hormigón armado que fueron
expuestos en las estaciones de ensayo son: 3 probetas
de relación a/c 0.45 y 3 de relación 0.65, de forma
prismática de 15x15x30 cm con 3 series de armaduras
del mismo tipo en cada probeta, con espesores de
recubrimiento distintos, siendo de 15, 20 y 30 mm como
se puede apreciar en el corte de la sección transversal
de la Figura 1. Además, las barras acero del refuerzo
vistas en sentido longitudinal tienen 15 cm de la armadura
desnuda, esto tomando como referencia el centro de la
probeta que es de 30 cm de largo y el resto de la barra
es recubierto por una resina epóxica en cada extremo,
acompañada por tubo de plástico que hace la función
de aislante de la parte no desnuda y como protector del
contacto del cable de cobre, el cual se utilizara para las
conexiones eléctricas durante el estudio de corrosión
(ver figura 2).
Las probetas se montaron en estructuras
metálicas debidamente separadas y aisladas unas de
de métodos de protección. Más recientemente se planteó
la necesidad de cuantificar la vida útil de estructuras
afectadas por corrosión, por lo que en los últimos años
se ha ido centrando el interés en la búsqueda de modelos
que permitan predecir la vida útil de estructuras de
hormigón armado. (Castro P., et al., 1998)
Las características físicas del hormigón como
aislante están relacionadas con la estructura de la red de
poros que se genera debido al exceso de agua que es
necesario utilizar en el amasado, para hacer
suficientemente manipulable el material. La porosidad
total del hormigón está constituida, tanto por los poros
cerrados u ocluidos como por una red de poros, cuyos
tamaños oscilan entre pocas m hasta alrededor de 100 m
(poros de gel) desde 100 m hasta 105
m (poros capilares)
y desde 105
m hasta el orden de mm, que son los
llamados poros de aire o grandes poros. Todos los que
están comunicados entre sí están relacionados con el
concepto de permeabilidad o penetrabilidad, que es la
característica fundamental que va a controlar la llegada
de agentes agresivos hasta la armadura. La permeabilidad
del hormigón a una determinada sustancia no depende
sólo del tamaño y número de poros, como en el caso de
los materiales porosos inertes, sino que influyen en ella
también fenómenos de absorción, las reacciones químicas
que se pueden producir, el necesario equilibrio de capas
eléctricas, etc. De lo anterior surgen comentarios de que
en el caso del hormigón se comporte como una membrana
semipermeable. (Andrade, 1993, Andrade et al., 1994)
Cuando la humedad ambiental es suficiente,
estos poros del hormigón están rellenos por un líquido
acuoso constituido principalmente por iones OH-
(alcalinidad elevada con un pH entre 12 y 14), Ca2+
, Na+
,
K+
y SO4
2-
. La cantidad relativa de cada uno de ellos
depende fundamentalmente del tipo y proporción de
cemento utilizado y de la relación agua/cemento, además,
esta composición varía con la edad del hormigón,
habiéndose demostrado que a partir de los 28 días de
edad, el ión Ca2+
prácticamente desaparece de la
disolución, que pasa a estar constituida casi
completamente por NaOH y KOH. A esta elevada
alcalinidad y con el contenido de O2 normal en las
estructuras enterradas o sumergidas, el acero se recubre
de una capa de óxidos muy adherente, compacta e
invisible (pasivante) que lo preserva indefinidamente de
cualquier signo de corrosión, mientras el hormigón sea
de buena calidad, no esté fisurado y no cambie sus
características físicas o químicas por agresiones exteriores
(Andrade, 1988).
M. Rodríguez R., F. Almeraya C., C. Gaona T., A. Torres, A. Martínez V., O. Trocónis de Rincón

3. Resultados y discusiones
otras, y con una orientación preferencial hacia los vientos
dominantes en la azotea de uno de los edificios del
complejo, considerando el menor de las barreras físicas
que se pudiera tener e impedir la corriente de flujos del
viento en el área(ver figura 3).
Figura 1. Sección transversal de la probeta
Figura 2. Sección longitudinal de la probeta
Figura 3. Estación de monitoreo orientada hacia los vientos
dominantes
3.1 Potencial de Corrosión
El análisis de las gráficas de potencial obtenidas
de cada una de las probetas en estudio, se realizó de
acuerdo a los criterios de evaluación establecidos por la
norma ASTM C-876-91. (ver Tabla 1).
Tabla 1. Interpretación de resultados norma ASTM C-876-91
En la Gráfica 1 (inciso a-c) se observa el
comportamiento del potencial de corrosión como función
del tiempo de exposición para las probetas 1, 2 y 3 cuya
la relación a/c es 0.45 y con los tres recubrimientos (15,
20 y 30 mm). Como se puede observar los valores de
los potenciales no superaron los -200 mV lo que indica
que existe un 10 % de probabilidad de que exista corrosión
de acuerdo con ASTM C-876-91. Los potenciales en las
probetas ya mencionadas comenzaron con valores de -
130 mV aproximadamente al inicio de la experimentación
y conforme fue transcurriendo el tiempo se llega a alcanzar
valores de potencial mas nobles, que van desde los +70
a +100 mV después de los dos años de exposición, esto
significa que el acero refuerzo se encuentra estado pasivo
para los tres casos (ver grafica 1).
En el caso de las probetas con relación a/c de
0.65 (Gráfica 2, incisos a-c). Los valores de los potenciales
permiten observar que existe un 10 % de probabilidad
de corrosión de acuerdo como se establece en ASTM C-
876 -91. El comportamiento de los potenciales que se
observó en estas tres probetas (4-6), presentó una tendencia
a través del tiempo a la formación de una película
pasivante del sistema sobre la superficie de las varillas
de refuerzo conformada por los iones OH
-
posicionados
en el acero. Los valores de los potenciales para la relación
a/c 0.65 van desde -140 a +110 mV demostrándose su
pasividad a la fecha en los tres tipos de recubrimientos,
y por otro lado, el patrón de desenvolvimiento que siguen
los potenciales dejan ver que existen periodos de
activación del sistema, sobre todo cuando existe una
humedad relativa alta y sostenida en un microclima como
el que se está evaluando.

a) Relación a/c: 0.65. Rec 15 mm
b) Relación a/c: 0.65. Rec 20 mm
c) Relación a/c: 0.65. Rec 30 mm
Gráfica 2. Comportamiento del potencial de corrosión en las
probetas 4, 5 y 6 con relación a/c 0.65 y recubrimientos de 15,
20 y 30 mm.
a) Relación a/c: 0.45.Rec 15 mm
b) Relación a/c: 0.45.Rec 20 mm
c) Relación a/c: 0.45.Rec 30 mm
Gráfica 1. Comportamiento del potencial de corrosión en las
probetas 1, 2 y 3 con relación a/c 0.45 y recubrimientos de 15,
20 y 30 mm

b) Relación a/c: 0.45. Rec 20 mm
Gráfica 3. Comportamiento de la intensidad de la corriente en
las probetas 1, 2 y 3 con relación a/c 0.45 y recubrimientos de
15, 20 y 30 mm
En las probetas 4-6 con relación a/c de 0.65
(ver Gráfica 4, incisos a-c). Según el comportamiento del
recubrimiento de 15 mm para las probetas 4-6, se observa
que los valores de velocidad de corrosión son moderados,
pero entre los meses 8-10 la velocidad de corrosión se
incrementó sin llegar a niveles de corrosión elevada y
posteriormente se mantiene en un estado de pasivacion.
Las probeta 5 con recubrimientos de 20 mm (inciso b),
presentaron las siguientes características: inicia con
valores altos al principio de la exposición siendo de
0.5 A/cm2
y posteriormente descienden durante los
primeros 9 meses de exposición; después de este tiempo
se vuelve a generar una activación del sistema
generalmente con valores por encima de la probeta 4 y
6 como muestra el patrón desarrollado por las 3 probetas.
Actualmente, se encuentra en una velocidad de corrosión
3.1 Velocidad de corrosión
La cinética de corrosión en el hormigón armado
se obtuvo a través de mediciones de velocidades de
corrosión que se analizan en las graficas del tipo semi-
log de icorr (intensidad de corrosión) obtenidas de cada
una de las probetas estudiadas, en el tiempo estimado.
Además, se realizo de acuerdo a la referencia internacional
DURAR, ver Tabla 2 (Trocónis et al., 1998).
Tabla 2. Clasificación de icorr en términos de vida útil
En la Gráfica 3 (incisos a-c) correspondientes a
las probetas 1-3 con relación a/c de 0.45 se observan los
siguientes comportamiento de icorr. En el recubrimiento
de 15mm (inciso a), la icorr se encuentra en el intervalo
de 0.10 a 0.45 A/cm2 lo cual permite clasificarlo como
una corrosión de nivel moderado, basándose en los
criterios del DURAR. El recubrimiento de 20 mm tuvo
un comportamiento descendente, lo que permite identificar
que la corrosión de la armadura se está pasivando
(corrosión moderada) dado que la icorr está en un intervalo
de 0.1 a 0.5 A/cm2. En el caso del recubrimiento de
30 mm, inciso c, comienza con una velocidad de corrosión
elevada de 0.5 A/cm2 los primeros 4 meses de exposición,
y con el paso del tiempo se vuelve una corrosión
moderada, y en el caso de las otras 2 probetas el
comportamiento se muestra de manera muy diferente
debido a que sus valores no varían con respecto al tiempo,
presentando una velocidad de corrosión de tipo moderada.
a) Relación a/c: 0.45 .Rec 15 mm

moderada en estado pasivo. Para el caso del recubrimiento
de 30 mm se observan valores de velocidad de corrosión
menores a 0.1 A/cm2
casi al final del monitoreo,
considerándose una corrosión en niveles aun
despreciables.
a) Relación a/c: 0.65.Rec 15 mm
b) Relación a/c: 0.65.Rec 20 mm
Gráfica 4. Comportamiento de la intensidad de la corriente en
las probetas 4, 5 y 6 con relación a/c 0.65 y recubrimientos de
15, 20 y 30
3.2 Registro de parámetros ambientales y
metereoquímicos de la zona de estudio
El registro de la humedad relativa y temperaturas
a través de los 24 meses de exposición se puede observar
en la Gráfica 5. En el caso de la humedad relativa se
observan los niveles máximos, medios y mínimos
mensuales reportados por la estación climatológica del
CIMAV, lugar donde se tiene la estación de monitoreo,
para el caso los meses de julio a octubre donde el
humedecimiento del ambiente es mayor en relación a
los otros meses, aunado al incremento de las temperaturas
ambientales, las cuales también son mayores en estas
épocas de verano alcanzando los 35° C. Es importante
observar la relación del comportamiento de los parámetros
electroquímicos en estas fechas (ver Gráficas 1,2,3 y 4),
ya que concuerdan con una moderada activación del
sistema a través de la lectura de los potenciales e
intensidades de corriente de corrosión, aunque de acuerdo
a la magnitud y sobre todo por la permanencia de las
mismas, no se pueden considerar de mucha influencia
ya que después de esta temporada se presenta una
desecación por reducciones en los valores de estos
parámetros.
Por lo anterior se puede señalar que a medida
que hay un incremento de la humedad, los potenciales
de corrosión tienden a ser más activos (valores más
negativos) y esto se ve mayormente reflejado en la
intensidad de corrosión donde se observa más el
incremento de este parámetro porque el sistema de
corrosión se activa. En el caso de la temperatura, este
factor no afecta tan directamente los parámetros
electroquímicos como el caso de la humedad relativa.
De acuerdo con los ensayos metereoquímicos,
las probetas son expuestas en la estación de ensayo,
catalogada como una zona urbano-industrial en
Chihuahua, México,(latitud 28º-38”-07´, longitud 106º-
00”-40´, 1380 m altitud snm). Los parámetros se muestran
en la Tabla 3.
Los valores mostrados en la Tabla 3 nos indican
el tipo de atmósfera que se presenta en la zona,
presentando en el caso de la humedad relativa un
promedio de 37 %, condición de lugar poco húmeda,
tendiendo a largos periodos de tiempo por debajo aun
del valor medio en el año. Esto lo respalda el análisis de
factor de tiempo de humectación, el cual por su magnitud,
es catalogada como una atmósfera baja según norma
ISO 9223.
En el caso del contenido del ión cloruro (Cl
-
) y
el dióxido de azufre (SO2), los datos obtenidos de sus
concentraciones atmosféricas nos indican un bajo

contenido de cloruros, aún considerando valores máximos
presentados como 0.077, siendo que la norma ISO 9223
nos indica que hasta 3 (mg/m2dia) se catalogaría como
una atmósfera de muy baja agresividad corrosiva por este
agente. Para el SO2, si se toma en cuenta su valor medio
de 35.7, también nos presenta características de categoría
baja para la zona de ensayo. Por último, el dióxido de
carbono se ha mantenido en niveles moderados, aunque
en los últimos meses se han determinado los valores
máximos de 2.23 mg/lt, lo cual propicia una alteración
en el proceso de carbonatación del hormigón.
Gráfica 5. Registro de la humedad relativa y temperatura ambiente
Tabla 3. Parámetros metereoquímicos de la estación de Chihuahua,
México
Después de 24 meses de exposición de las
probetas de hormigón armado se llegaron a las siguientes
conclusiones:
1. Los valores de los potenciales de corrosión observados
en la armadura de refuerzo de las probetas tanto para
la relación a/c = 0.65 y 0.45 se comportan más activos
en los primeros meses de exposición. Sin embargo,
conforme aumenta el tiempo de exposición los
potenciales se vuelven más nobles, esto se debe en
gran parte a las bajo nivel de humedad relativa promedio
que se presentan en la región no permitiendo el
desencadenamiento de un sistema de corrosión activo
permanente, tendiendo a presentar una escasa
probabilidad de corrosión, de acuerdo con los criterios
de interpretación ASTM C-876-91.
2. El comportamiento de la velocidad de corrosión icorr,
en las probetas es de un nivel de corrosión moderado
de acuerdo a la referencia internacional de valores de
intensidad de corriente propuesto por el DURAR para
hormigón armado. Esto se debe a la baja agresividad
de los fenómenos climatológicos, al menos en el caso
de la humedad relativa, la cual no genera una influencia
importante en esta zona. Además, se puede concluir
de acuerdo al comportamiento de estas gráficas, que
el sistema en la actualidad se encuentra en estado
pasivo tanto para la relación a/c de 0.45 como para la
de 0.65.
3. En los tres tipos de recubrimientos 15, 20, y 30 mm,
hasta la fecha no se tiene alguna diferencia notable en
cuanto a los valores de potenciales de corrosión (Ecorr),
ni en los de intensidad de corriente (icorr ), ya que sus
valores para ambos parámetros se encuentran en rangos
que van desde niveles despreciables hasta moderados
de corrosión, esto se le puede atribuir también a la
baja agresividad atmosférica que prevalece en el lugar.
4. En cuanto a los parámetros de humedad relativa (HR)
y factor de humectación (fTDH),se observan valores
que reflejan una atmósfera catalogada como de
agresividad corrosiva baja según norma internacional
ISO 9223, ya que en primer termino se tienen
humedades relativas con valores promedio por debajo
de la considerado para activar al sistema y desencadenar
la corrosión en la armadura, y esto se puede comprobar
con los valores del factor de humectación (fTDH) que
se encuentran en porcentajes muy bajos en relación a
otras zona con altas concentraciones de humedad
como son las marinas, aunado todo esto a las bajas
cantidades de precipitación que se registran en la zona
de ensayo.
4. Conclusiones

5. Las concentraciones de Cl-
y SO2 son relativamente
bajas según norma internacional ISO 9223, sobre todo
en la parte de cloruros, lo que confirma la baja
agresividad corrosiva para el hormigón armado en una
zona seca y a su vez, se constituye una influencia
cíclica en las demás variables como consecuencia de
este tipo de medio ambiente, como son los potenciales
de corrosión e intensidad de corriente.
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Oladis Trocónis de Rincón y Miembros de la Red Durar.
(1998),”Manual de Inspección, Evaluación y Diagnóstico
de Corrosión en Estructuras de Hormigón Armado”.
CYTED. ISBN 980-296-541-3 Maracaibo, Venezuela.
1997(1era. Edición). 1998, 2da. Edición.
Los autores agradecen el apoyo económico al
Centro de Investigación de Materiales Avanzados (CIMAV),
CONACYT y al Programa de Mejoramiento al Profesorado
PROMEP de la Secretaria de Educación Publica SEP. Así
mismo también se agradece a los técnicos académicos
del Laboratorio de Corrosión y Protección (M.C. Adán
Borunda Terrazas y M.C. Víctor M. Orozco Carmona) y
Laboratorio de Ambiental del CIMAV (Ing. Elías Ramírez,
M.C. Alfredo Campos, Ing. Daniel Lardizábal).
5. Referencias
6. Agradecimientos

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