Deterioror por corrosión de la infraestructura de concreto en México
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Deterioro por corrosión de la infraestructura de concreto en
México
Instituto Mexicano del TransporteSecretaría de Comunicaciones y Transportes
Academia de Ingeniería
Corrosión: Oxidación destructiva del acero por el medio que lo rodea
Corrosión: Revancha de la naturaleza
=Óxido de fierro Refinado LaminadoAcero
+ +
Acero Humedad Corrosión (Óxido de fierro)+ =
• ¼-1/3 producción del hierro/año es destruida por Corrosión
• 40% de la producción del acero en los Estados Unidos es utilizada en reemplazar las partes corroídas.
Corrosión electroquímica
3
2
4
1
Metal
Solución
ZC ZPÁnodo:
Zona Corroída (ZC)
Cátodo:
Zona Pasiva (ZP)
Contacto eléctrico Ánodo/Cátodo (Metal)
Conductor iónico /electrolito (Solución)
Fe Fe 2+ + 2e- O2 + H2 O + 4e- 4OH-
Corrosión del refuerzo en concreto
Cl- Cl-
Cl- Cl-Más negativo (anódico)
Más positivo (catódico)
Cl- Cl-
O2 H2O
Fe2+ Fe2+
OH-+ OH-+
Ánodo
Cátodo
FeFe2++2e-
Fe2++ 2OHFe(OH)
O2 + 2H2O + 4e- 4OH-
Corrosión
Varilla Grieta
Reacciones encontradas en la Corrosión
Reducción
Oxidación
Fe Fe++ + 2e-
2H2O + O2 + 4e- 4OH-
H+ + e- H
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O
Medios aireadosneutros
Medios ácidos
Medios ácidosaireados
Se eliminan los tramos de acero deteriorado que obstaculizan la
instalación.
Se coloca un separador, en la parte inferior del área dañada, por las cuatro caras del pilote.
Se instala el armado con varilla de acero electrosoldado
(opcional), a todo lo largo de la zona afectada, traslapándose inclusive a 25 cm. sobre la
zona no afectada.
Se coloca el molde de fibra de vidrio, semitransparente de 1/8” de espesor y prefabricado sobre
medida.
MECANISMO DE DEGRADACIÓN POR CORROSIÓN EN CONCRETO
El uso del concreto como material de construcción se ha incrementado en las últimas tres décadas.
Aunque el concreto es un material durable, las estructuras de concreto pueden llegar a deteriorarse por corrosión del acero de refuerzo o presfuerzo que está embebido en él.
La cooperación del concreto para con el acero de refuerzo (o presfuerzo) se basa en que el concreto provee al refuerzo una protección tanto química como física en contra de la corrosión.
La protección química se debe a la alcalinidad del concreto, la cual produce una capa de óxido (del orden de un par de nanómetros) en la superficie del acero impidiendo que el acero continúe corroyéndose (pasividad).
CapaPasiva
C
( 2 - 5 nanometros)
Protección Química
Superficie de Concreto
El concreto también funciona como una capa física protectora en contra de los agentes ambientales (O2, H2O, Cl-, CO2) que puedan despasivar al acero e iniciar su corrosión.
C
Protección Física
O2 CO2 H2O Cl-
Estas grietas y/o desprendimientos del recubrimiento de concreto además de ser antiestéticas, pueden disminuir el anclaje del acero y, potencialmente, la resistencia del elemento estructural.
C
Degradación por Corrosión
O2 CO2 H2O Cl-
ExpansiónxCRIT
Grieta
GrietaGrieta
TIEMPO
COLAPSO
Limite de Serviciabilidad
Límite Último
FIN DE VIDA ÚTIL
T 1
T VU
RESIDUAL VIDA
Tiempo para Reparaciones
T 2
PROBLEMÁTICA
6,500 puentes Federales administrados por Servicios Técnicos y Conservación de Carreteras
3,500 puentes administrados por CAPUFE
3´000,000 m2 de superficie “desconocida”
17 estados con puertos y muelles en 11,000 Km. de litorales ¿? Ingenio, creatividad, innovación. Ideas-trabajo equipo
DETERIORO POR CORROSIÓN DE LA INFRAESTRUCTURA NACIONAL
Proyecto: Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
1. Inspección y Discriminación Preliminar
2. Inspección Detallada
3. Rehabilitación y Protección
4. Normalización y Diseño
Estado NúmeroPuentes
Longitud (km) Estado Número
PuentesLongitud (km)
Aguascalientes 70 2.5 Nayarit 124 4.8Baja California 122 4.8 Nuevo León 241 8.4Baja Calif. Sur 96 2.9 Oaxaca 382 17.2Campeche 74 2.0 Puebla 140 4.0Coahuila 305 9.0 Querétaro 63 2.2Colima 58 3.1 Quintana Roo 19 0.8Chiapas 266 11.3 San Luis Potosí 251 8.6Chihuahua 352 9.9 Sinaloa 230 10.4Durango 237 7.0 Sonora 457 9.0Guanajuato 162 3.9 Tabasco 84 5.6Guerrero 390 18.5 Tamaulipas 349 10.9Hidalgo 197 7.0 Tlaxcala 152 3.9Jalisco 298 11.1 Veracruz 415 18.7México 208 8.2 Yucatán 23 1.1Michoacán 463 15.8 Zacatecas 195 4.8Morelos 77 1.9
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por CorrosiónBase de Datos SIPUMEX
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
INFORMACION CAPTURADA
Nombre del Puente Número de Identificación Estado Político Carretera, Kilometraje y Tramo Año de Construcción Año Ultimo de Inspección Longitud y Número de Claros Obstáculo que Cruza Coordenadas Calificación SIPUMEX
AÑO PROMEDIO DE CONSTRUCCION19
76
1957
1982
1969
1975
1962
1971
1967 19
72
1980
1951
1969
1990
1970
1942
1962
1983
1963
1962
1953
1976
1956
1973
1949
1968
1963 19
68
1975
1994
1968
1971
1971
1985
1900
1950
2000
AG
UA
SC
ALI
EN
TES
BA
JA C
ALI
FOR
NIA
BA
JA C
ALI
FOR
NIA
SU
R
CA
MP
EC
HE
CO
AH
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A
CO
LIM
A
CH
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AS
CH
IHU
AH
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DU
RA
NG
O
GU
AN
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GU
ER
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RO
HID
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O
JALI
SC
O
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O
MIC
HO
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AN
MO
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LOS
NA
YA
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EV
O L
EO
N
OA
XA
CA
PU
EB
LA
QU
ER
ETA
RO
QU
INTA
NA
RO
O
SA
N L
UIS
PO
TOS
I
SIN
ALO
A
SO
NO
RA
TAB
AS
CO
TAM
AU
LIP
AS
TLA
XC
ALA
VE
RA
CR
UZ
YU
CA
TAN
ZAC
ATE
CA
S
CO
STE
RO
S
NO
CO
STE
RO
S
ESTADO
AÑ
OPlan Nacional de Evaluación de Puentes
Dañados por Corrosión
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0 1 2 3 4 5Calificación SIPUMEX
Núm
ero
de P
uent
es
8269
1169
23862583
85
1ª. ETAPA DE LA IMPLEMENTACION DEL “PLAN NACIONAL DEEVALUACION DE LA DEGRADACION DE PUENTES”
CURSO: INSPECCION, EVALUACION Y DIAGNOSTICO DE CORROSION ENESTRUCTURA DE CONCRETO
PARTE I: INSPECCION Y DISCRIMINACION PRELIMINAR DE PUENTESDAÑADOS POR CORROSIÓN
SEDE FECHADEL
CURSO
ESTADOS PARTICIPANTES No. DEASISTENTES
No. DEHORAS
Veracruz, Ver. 22 y 23demarzo
Veracruz, Guerrero, Hidalgo, DistritoFederal, Oaxaca, Puebla, Tlaxcala,Morelos
20 13
Morelia, Mich. 5 u 6 deabril
Michoacán, Colima, Aguascalientes,Guanajuato, Jalisco, Estado deMéxico, Querétaro
46 13
Tijuana, B. C. 7 y 8 demayo
Baja California, Baja California, Sur,Chihuahua, Nayarit, Sinaloa, Sonora
59 13
Campeche,Camp.
17 y 18de mayo
Campeche, Chiapas, Tabasco,Quintana Roo, Yucatán
30 13
Tampico,Tamps.
24 y 25de mayo
Tamaulipas, Coahuila, Durango,Nuevo León, San Luis Potosí,Zacatecas
38 13
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
0%
5%
10%
15%
20%
25%Estado Costero
Estado Interior
Estados
Levantamiento Visual del Daño por Corrosión por Estado
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
MODELO CARTOGRÁFICO PARA EL ANÁLISIS DE CORROSIÓN EN PUENTES
MAPAS FUENTE MAPAS INTERMEDIOS MAPAS FINALES
LÍMITESESTATALES
CARRETERAS
PUENTES
COSTAS
CLIMAS
MUNICIPIOS
CARRETERAS Y PUENTES DE LA
REPÚBLICA MEXICANA
PUENTES EVALUADOS EN CAMPO POR LOS
CENTROS SCT
BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS
BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS
PUENTES EN BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS/UBICADOS
SOBRE RÍOS Y CANALES
PUENTES EN BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS
PUENTES SOBRE RÍOS Y CANALES
ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO
MUNICIPIOS CON PARQUES, CIUDADES Y
CORREDORES INDS.
PUENTES EN ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO
PUENTES EN MPIOS. CON PARQUES, CIUDADES Y
CORREDORES INDSUSTRIALES
PUENTES CONSTRUIDOS EN 1990 Y ANTES
PUENTES PRIORITARIOS,CORROSIÓN POR CLORUROS
PUENTES DE PRIORIDAD ALTA, CORROSIÓN POR
CLORUROS
PUENTES DE PRIORIDAD ALTA, CORROSIÓN POR
CARBONATACIÓN
PUENTES PRIORITARIOS, CORROSIÓN POR
CARBONATACIÓN
G
MODELO CARTOGRÁFICO PARA EL ANÁLISIS DE CORROSIÓN EN PUENTES
MAPAS FUENTE MAPAS INTERMEDIOS MAPAS FINALES
LÍMITESESTATALES
CARRETERAS
PUENTES
COSTAS
CLIMAS
MUNICIPIOS
CARRETERAS Y PUENTES DE LA
REPÚBLICA MEXICANA
PUENTES EVALUADOS EN CAMPO POR LOS
CENTROS SCT
BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS
BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS
PUENTES EN BUFFER A 20 KM DE LAS COSTAS/UBICADOS
SOBRE RÍOS Y CANALES
PUENTES EN BUFFER A 5 KM DE LAS COSTAS
PUENTES SOBRE RÍOS Y CANALES
ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO
MUNICIPIOS CON PARQUES, CIUDADES Y
CORREDORES INDS.
PUENTES EN ÁREAS DE CLIMA SECO Y SEMISECO
PUENTES EN MPIOS. CON PARQUES, CIUDADES Y
CORREDORES INDSUSTRIALES
PUENTES CONSTRUIDOS EN 1990 Y ANTES
PUENTES PRIORITARIOS,CORROSIÓN POR CLORUROS
PUENTES DE PRIORIDAD ALTA, CORROSIÓN POR
CLORUROS
PUENTES DE PRIORIDAD ALTA, CORROSIÓN POR
CARBONATACIÓN
PUENTES PRIORITARIOS, CORROSIÓN POR
CARBONATACIÓN
G
A
B
C
D
E
F
G
H
INI
FIN
I
J
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
PARA CLORUROS:Año de Construcción > 10 Años (0 ó 1)Dentro de 5 km de costa (0 ó 1)Dentro de 20 km de costa + Sobre Río (0 ó 1)Calificación SIPUMEX: SIPUMEX 4-5 = 2
SIPUMEX 2-3 = 1SIPUMEX 0-1 = 0
TOTALES PRIORIDAD ALTA = 4-5PRIORIDAD MEDIA = 2-3PRIORIDAD BAJA = 0-1
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
2a Fase del Plan – Curso de Especialización en Inspección por Corrosión de Puentes - JALAPA
Plan Nacional de Evaluación de Puentes Dañados por Corrosión
2a Fase del Plan – Curso de Especialización en Inspección por Corrosión de Puentes - SALTILLO
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0.001 0.01 0.1 1
x / r0
Rodriguez Beams
Rodriguez Columns
Almusallam Slabs
Mangat Beams
Al-Sulaimani Beams
Tachibana Beams
Crack) rEFF
C
N = 2 r0
x
CrackCrack
r0
CAPACIDAD ESTRUCTURAL vs CORROSIÓN
ANODO
CATODOGALVANOSTATOe-Alambron
VarillaCORROSION
e-
M M+ + e-
REACCION EN EL ANODO
PRODUCTO DE CORROSION (EXPANSIVO)
Diagrama de conexiones del sistema de corrosión acelerada utilizado.
CAPACIDAD ESTRUCTURAL vs CORROSIÓNPRUEBAS EN VIGAS REFORZADAS
LEVANTAMIENTO DE GRIETAS POR CORROSIÓN
SEMANA 6 SEMANA 12
CAPACIDAD ESTRUCTURAL vs CORROSIÓNPRUEBAS EN VIGAS REFORZADAS
Viga 05
y = 2.013xR2 = 0.9998
m1
y = 0.0647x + 9.4199R2 = 1
m3
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Deformación del Pistón (mm)
Esfu
erzo
(KN) Pmax
PRUEBA DE CARGA ESTÁTICA A LA FALLA
Viga 03
y = 2.0127xR2 = 0.9999
m1
y = 0.8675x + 1.4287R2 = 0.9896
m2
y = 0.0395x + 8.5919R2 = 1
m3
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Deformación del Pistón (mm)Es
fuer
zo (K
N) Pmax
Pcritica
CONTROL
CORROSION
0,00E+00
1,00E-03
2,00E-03
3,00E-03
4,00E-03
5,00E-03
6,00E-03
0 20 40 60 80 100 120
Frecuencia (Hz)
Ace
lera
ción
(g)
-2,50E-02-2,00E-02-1,50E-02-1,00E-02-5,00E-030,00E+005,00E-031,00E-021,50E-022,00E-022,50E-02
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tiempo (seg)
Ace
lera
ción
(g)
MONITOREO DINÁMICO DE ESTRUCTURAS DAÑADASPOR CORROSIÓN
Prueba de Impacto. Transductor de Fuerza
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38
Tiempo, seg
Fuer
za, N
Prueba de Impacto. Transductor de Fuerza
-2500
-2000
-1500
-1000
-500
0
0.3 0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 0.36 0.37 0.38
Tiempo, seg
Fuer
za, N
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 500 1000 1500 2000 2500
Frecuencia, Hz
Den
sida
d Es
pect
ral d
e Po
tenc
ia (P
SD),
g^2/
Hz
Prueba de Impacto. Acelerómetro ubicado en el Centro
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 500 1000 1500 2000 2500
Frecuencia, Hz
Den
sida
d Es
pect
ral d
e Po
tenc
ia (P
SD),
g^2/
Hz
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0 500 1000 1500 2000 2500
Frecuencia, Hz
Den
sida
d Es
pect
ral d
e Po
tenc
ia (P
SD),
g^2/
Hz
Prueba de Impacto. Acelerómetro ubicado en el Centro
MONITOREO DINÁMICO DE ESTRUCTURAS DAÑADASPOR CORROSIÓN
PROYECTO XV.3 DURACON
SECCION MEXICO
UNIV. MICHOACANA
CINVESTAV - MERIDAUADY
I.T. OAXACA
UNAM I.T. VERACRUZI N I N
PATROCINADORES
MEXICANA
UACAMP
UNIV. A. Baja Calif.
U. VERACRUZANA
I.T. CAMP
RED DURACON
REPRESENTANTE PAIS INSTITUCIÓN
Mirta Raquel Barbosa
Argentina
Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires (UNCPBA)
MMaarryyaannggeellaa GG.. ddee LLiimmaa
Paulo Helene
Brasil
Instituto Tecnológico de
Aereonaútica/Universidade de Sao Paulo
Ruby Mejía de Gutiérrez Colombia Universidad del Valle
Vitervo O’Reilly
Cuba
Comisión Nacional de
Cemento y el Hormigón de Cuba
Rosa Vera
Ana María Carvajal
Chile
Universidad Católica de
Valparaíso/Santiago
PARTICIPANTESPROYECTO XV.3
DURACON
RED DURACON
REPRESENTANTE PAIS INSTITUCIÓN
Ma. Carmen Andrade España Insituto de Ciencias de laCostrucción Eduardo
TorrojaAndrés TorresPedro Castro
México Instituto Mexicano delTransporte/CINVESTAV
Isabel Díaz Tang Perú Pontificia UniversidadCatólica del Perú
Manuela Salta Portugal Laboratorio deEngenharia Civil – LNEC
Miguel A. Sánchez G.Rafael Fernández
Venezuela Centro de Estudios deCorrosión. La Universidad
del Zulia
PARTICIPANTESPROYECTO XV.3
DURACON
PRINCIPALES PARÁMETROS CLIMÁTICO-AMBIENETALES QUE DEBERÁN SER REGISTRADOS PERIÓDICAMENTE
1. Humedad Ambiental.2. Concentración de Cloruros.3. Concentración de Sulfatos.4. Régimen de vientos.5. Precipitación.6. Temperatura.7. Insolación.8. Concentración CO29. Otras que se consideren.
RED DURACONPROYECTO XV.3 DURACON
Protección Catódica
TIPO DE SISTEMASM Fe
I E+ -
M Fe
ANODOS DE SACRIFICIO
CORRIENTE IMPRESA
IIII
IIII
Anodo Cátodo
M Más activo Fe
M puede ser hasta = FeAnodo Cátodo
Método para reducir la corrosión haciendo mínima la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo.
Único Sistema capaz de detener la corrosión
DISEÑO
ÁNODOSGALVÁNICOS
CORRIENTEIMPRESA
1) Definir el estado del recubrimiento2) Calcular corriente de protección
4) Calcular N0 de Ánodos
3) Elegir el material de acuerdo almedio
1) - 4) Igual a Ánodos Galvánicos5) Diseñar el rectificador
Protección Catódica
CONTROL DE CORROSIÓN
1. Control de las variables del proceso
2. Diseño Ingenieril con Criterios de Durabilidad
3. Proteccióna. Catódicab. Anódicac. Revestimientos
4. Selección de Materiales
PRO
TEC
CIÓ
N A
NTI
CO
RR
OSI
VA
ANODICA
CATODICA
ANODO DE SACRIFICIO
CORRIENTE IMPRESA
RECUBRIMIENTOS
ORGANICOS
INORGANICOS
INHIBIDORES
NEUTRALIZANTES
PELICULA
BARNICESESMALTESLACASPINTURAS
METÁLICOS
NO METÁLICOS
NOBLES(CATODICOS)
SACRIFICIO(ANODICOS)
ESMALTES-VITREOSMORTERO-CONCRETO
CONVERSIÓNQUÍMICA
AGCuCrNiPbAlCDSNZn
ELECTRODEPOSITIVO(CINCADO)
PLAQUEADOEVAPORACIÓNELECTROLESSATOMIZACIÓN
PINTURASINMERSIÓN EN CALIENTE
(GALVANIZADO)DIFUSIÓN
(SHERARDIZADO)
FOSFATADOANODIZADOCROMATIZADO
CONTROL DE CORROSIÓN
Protección Catódica por ánodos de sacrificio termorrociados
Sales higroscópicas para aumentar la eficiencia de la Protección Catódica