Durabilidad de las armaduras corrugadas de acero inoxidable en estructuras de hormigón armado en ambientes marinos
- Autores: Alicia Pachón
- Directores de la Tesis: Javier Sánchez Montero (dir. tes.), Pilar Herrasti González (tut. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Victoria Matres Serrano (presid.), Luis Saucedo Mora (secret.), Álvaro Ridruejo (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Electroquímica. Ciencia y Tecnología
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
El hormigón armado es un material compuesto que posee una gran durabilidad. Sin embargo, el ciclo de vida de las estructuras puede reducirse bien por factores que ocurren durante la puesta en obra o fallos de proyecto, o bien por la exposición a agentes agresivos y/o solicitaciones mecánicas no previstas.
En la actualidad existe una tendencia a construir estructuras cuya durabilidad se establezca en 100 años sin necesidad de ser reparadas. Para lograr este objetivo se puede alargar el tiempo de iniciación, mejorando el efecto barrera del hormigón (aditivos inhibidores, revestimientos, hormigones especiales) o se puede incrementar la resistencia a la corrosión de las armaduras (armaduras poliméricas, protección catódica, galvanizadas, con resinas epoxi y aceros inoxidables).
El interior del hormigón es un medio altamente alcalino y esta característica se debe principalmente a las reacciones de hidratación que se producen cuando el cemento se pone en contacto con el agua de amasado. En el caso de los aceros de refuerzo que se encuentran embebidos en el hormigón, la elevada alcalinidad favorece la formación de una capa protectora de óxidos e hidróxidos de hierro, termodinámicamente estables y de unos pocos nanómetros de espesor. Esta fina capa se denomina capa pasiva y puede ser destruida por la entrada de agresivos que reaccionan con los productos de hidratación provocando el descenso del pH. Por otro lado, el ión cloruro es uno de los agresivos más comunes que puede entrar en el hormigón y atacar la capa pasiva dando lugar al desarrollo de la corrosión. Este agresivo es especialmente abundante cuando las estructuras se encuentran en el mar o próximo a él.
En la actualidad, las armaduras de aceros inoxidables como acero de refuerzo comienzan a ser una alternativa para evitar reparaciones costosas y estas se utilizan indistintamente para constituir estructuras completas como de forma parcial en estructuras que ya sufren corrosión. Sin embargo, el precio de algunos elementos de aleación como el Ni y el Mo sufren grandes fluctuaciones en el mercado y ello influye en el precio final del acero inoxidable. Por ello, en los últimos años se han desarrollado diferentes calidades de aceros inoxidables con distintas concentraciones de sus elementos de aleación con estructuras dúplex y bajas concentraciones de Ni y Mo. Al mismo tiempo, los aceros inoxidables austeníticos clásicos continúan comercializándose y por lo tanto se presenta un amplio abanico de distintas calidades de los mismos. La selección óptima de un acero inoxidable de refuerzo para una estructura determinada, discerniendo entre austenítico y dúplex, depende de la agresividad del medio al que se exponga, de las características de la estructura y del precio de los aleantes principales que constituyen los materiales en el momento de la construcción.
El objetivo principal del presente trabajo de investigación es conocer cuál es el comportamiento de los diferentes grados de aceros inoxidables como armaduras de refuerzo cuando se encuentran en estructuras de hormigón sometidas a la acción de los iones cloruro.
El presente trabajo de investigación se desarrolla en el marco del Proyecto IISIS cuyas siglas significan: Investigación Integrada de Islas Sostenibles. En el proyecto se desarrolla un nuevo sistema basado en componentes constructivos prefabricados, para el diseño arquitectónico de construcciones industrializadas de elementos habitables, autosuficientes energéticamente, adaptados para su implantación en diferentes condiciones climáticas, flexibles y versátiles a lo largo de su vida útil para permitir diversos usos e implantaciones, montables y desmontables fácilmente, y adaptados al medio marino. Siendo este último punto el origen de la investigación y siendo cinco tipos de calidades de aceros inoxidables como acero de refuerzo los que resultan de interés comparativo para el mismo. Se han estudiado dos aceros inoxidables austeníticos clásicos y cuyas nomenclaturas americanas son; AISI 304-L y AISI 3016-L, y tres aceros inoxidables dúplex; 2001, 2304 y 2205 que han sido laminados en frío y con un diámetro de 12 mm. La metodología utilizada se basa principalmente en la utilización de técnicas electroquímicas aplicadas a ensayos acelerados y no acelerados, en una gran variedad de sistemas que simulan el interior de una estructura, bien sea mediante disoluciones, probetas de morteros o grandes bloques situados en el mar. El tipo de muestra utilizada es la barra corrugada directamente y no muestras manipuladas que puedan modificar las condiciones reales que sufren dichas barras en el interior de las estructuras debido a la existencia de corrugas y de rugosidades en la superficie.
Se estudia la susceptibilidad a la corrosión por cloruros de las armaduras de acero inoxidable, su capacidad de repasivación en los distintos ambientes de pH y la pérdida de material que experimentan frente a ensayos acelerados de corrosión. Además, se estudia la capacidad de repasivación de las distintas calidades de aceros inoxidables, característica que no se muestra con el índice PREN.
Los resultados más destacados dentro del presente trabajo de investigación se inician con la superioridad frente a la corrosión por cloruros en el interior del hormigón, del acero dúplex 2205 frente al resto de los aceros estudiados. Este acero es el más adecuado cuando las condiciones del medio son las más agresivas en cuanto a concentraciones de cloruros. No obstante, debido a que presentan un alto contenido en Mo, estos pueden adquirir en determinados momentos un alto precio y por lo tanto podría sustituirse por el dúplex 2304 con menor contenido en Mo y Ni.
Los aceros austeníticos AISI 304-L y dúplex 2001 demuestran ser menos resistentes a la corrosión por cloruros presentando ambos similares comportamientos frente a la corrosión por cloruros. El acero AISI 304-L presenta mayor cantidad de pérdida de material que el dúplex 2001. Sin embargo, desde el punto de vista económico, el dúplex 2001 resulta óptimo por presentar menores concentraciones de Ni y Mo.
El acero austenítico AISI 316-L y el dúplex 2304, se encuentran en un estado intermedio de resistencia a la corrosión por cloruro, por lo que se recomiendan para ambientes intermedios de concentraciones de cloruros. Sin embargo, el acero dúplex 2304 se muestra mucho más resistentes a la corrosión que acero austenítico AISI 316-L cuando se realizan ensayos de laboratorio en disolución, lo cual no concuerda cuando los estudios se realizan en probetas de mortero.
Por último y como uno de los resultados más importante del presente trabajo, se obtienen diferentes límites críticos de cloruros para cada calidad de acero inoxidable embebidos en un mortero constituido por CEM I 42,5 R/SR con una relación agua/cemento de 0.5. Para obtener un límite lo más realista posible y de forma acelerada, se ha realizado una propuesta metodológica modificando el ensayo estándar existente que se describe en la norma UNE- EN 83992-2. La obtención de la concentración crítica de cloruros en mortero es imprescindible para poder obtener la vida útil de una estructura. Si estos cálculos se aplican a los elementos de hormigón expuestos a un ambiente marino de carrera de mareas, es posible predecir su vida útil y comparar estos valores con los valores reales que se obtengan en un futuro.
