Acero Galvanizado como refuerzo del concreto -...

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ASOCIACION VENEZOLANA DE GALVANIZADORES Acero Galvanizado como refuerzo del concreto Prof. Laura Viloria Rendón Coord. Técnico AVGAL

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    Acero Galvanizado

    como refuerzo del concreto

    Prof. Laura Viloria RendnCoord. Tcnico AVGAL

  • ASOCIACION VENEZOLANADE GALVANIZADORES Contenido

    Comportamiento del acero negro en el concretoComportamiento del acero galvanizado en el concretoFabricacin de productos galvanizadosAspectos econmicosEvaluaciones de campo Ejemplos de construcciones

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    Comportamiento del acero negro en el concreto

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    La proteccin del acero en el concreto

    El acero dentro del concreto se mantiene pasivo debido al medio muy alcalino del concreto hidratado pH > 12,5

    Mientras se mantenga este ambiente el acero no se sigue corroyendo

    Para una proteccin a largo plazo el concreto debe limitar el transporte de especies como H2O, Cl-, CO2, O2 y otros gases hacia el refuerzo

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    La proteccin del acero en el concreto

    Diseo estructural apropiadoObservar normativasAdecuado espesor

    Calidad del concretoDenso e impermeable

    Buenas prcticasMano de obra calificadaSupervisin de la mano de obra

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    La calidad del concreto

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    Las buenas prcticas

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    Corrosin del acero en el concreto

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    Corrosin del acero en el concreto

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    Proceso electroqumico

    Corrosin: formacin de una celda electroqumica, con cuatro elementos principales: un nodo, donde ocurre la oxidacin; un ctodo, donde ocurre la reduccin; un conductor metlico, donde la corriente elctrica fluye en forma de electrones yun electrolito (el concreto), donde la corriente elctrica es generada por el flujo de iones en un medio acuoso.

    Migracin de electrones

    Corriente

    ANODO CATODO

    Me - 2 e- Me++

    Me++ + OH- e + 2

    2 (gas) + 2 2 + 4 e- 4

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    Corrosin del acero en el concreto

    Condiciones Presencia de Oxgeno y agua

    Humedad relativa en el ambiente >70-80%

    Clima tropical Marino: 98% del tiempo la HR > 80%

    Diferente potencial electroqumicoVariaciones locales en la composicin del concreto

    Disponibilidad de agua y oxgeno

    Condicin de la superficie del concreto

    Contactos metlicos distintos

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    La corrosin del acero en concreto

    Causada por el efecto de la carbonatacinDisminucin del pH cuando los gases cidos de la atmsfera (CO2, SO2, NO2) se disuelven en la solucin de poro del concreto.

    Causada por la concentracin de iones clorurosobre un nivel umbral en la profundidad del refuerzo.

    Agregados contaminados del concreto (arenas marinas) agua salobre en el curado del concreto exposicin al ambiente marino o aguas subterrneas salinas, uso de sales de descongelar.

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    Corrosin del acero en el concreto

    El refuerzo de acero desnudo comienza a perder la pasividad a medida que el pH que rodea al acero disminuye de 11,5 Comienza y progresa el herrumbre que ocupa ms espacio que el acero consumido Se generan esfuerzos por la expansin del volumen en una matriz rgida de concreto

    Antes de corrosin

    Comienza la herrumbre

    Grietas en el concreto y manchas en la

    superficie

    Entallamiento y desprendimiento

    del concreto.

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    La corrosin del acero en concreto

    El tiempo transcurrido hasta que la permeacin de la solucin cida y/o los cloruros alcanza el acero es funcin de:

    AmbienteCiclos de mojado/secadoPorosidad y composicin del concreto Dificultad de atravesar el laberinto (porosidad conectada) hasta la superficie del refuerzo.

    Profundidad del cubrimiento del refuerzoPresencia de fisuras en el concreto

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    Durabilidad

    En ambientes normales, la durabilidad de una estructura est garantizada mediante un adecuado diseo y correcta preparacin del concreto . Para condiciones ambientales muy agresivas, es necesario la aplicacin de mtodos de proteccin adicional.

    Acero galvanizadoRecubrimiento epoxiAcero inoxidable.

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    Comportamiento del acero galvanizado en el concreto

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    Galvanizacin en caliente

    Recubrimiento metlico del acero por inmersin en bao de cinc metlico fundido

    Temperatura de fusin del cinc 419C

    Sobre 450C el acero y el cinc son afines y forman aleaciones

    El revestimiento forma una unin metalrgica con el acero base

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    Refuerzos galvanizados

    Estribos y amarresCabillas

    Malla soldada

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    Armaduras galvanizadas

    No hay necesidad de retoques en dobleces, cortes y soldaduras.

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    GALVANIZADO EN CALIENTE

    Es el ms comn de los recubrimientos de secciones estructurales

    El zinc facilita:Proteccin por barrera al refuerzo

    Proteccin por sacrificio al acero expuesto

    Mayor tolerancia a los cloruros

    Resistencia a la reduccin del pH del concreto

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    Vida til del galvanizado

    Espesor del recubrimientoAgresividad del ambiente Standard ISO 9223

    Espesor mnimo del recubrimiento por norma es 86 m

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    Normas de galvanizacin en caliente de armaduras de acero

    Estados Unidos ASTM-A767 Barras de acero recubiertas con zinc (galvanizadas) para hormign armado

    Francia NF A35-025 Barras y bobinas galvanizadas en caliente para hormign armado

    Italia UN 10622Barras y varillas de acero recubiertas de zinc (galvanizadas) para hormign armado

    India IS12594Recubrimientos en caliente de barras de acero estructurales para aplicaciones con hormign armado

    Organizacin Internacional de Normalizacin

    IS0 14657 Acero revestido con zinc para hormign armado

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    Efecto del pH en la corrosin del zinc

    En el rango de pH de 5.5 - 12.5:

    Se forma una pelcula protectora en la superficie

    La velocidad de la corrosin es muy lenta.

    El galvanizado no se ve afectado por la carbonatacin.

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    Resistencia a los cloruros

    El refuerzo galvanizado puede tolerar valores de concentracin de cloruros muy por encima del valor umbral que causa corrosin en el acero negroConsideremos:

    Un umbral en 0,4% de cloruros por masa de cemento para el acero desnudo y 1 % para el galvanizado0,35% de cloruros en la superficie del concreto30 mm de espesor de concretoCoeficiente de difusin en el concreto D=1,4x10-12 m2/sCalculando el tiempo de penetracin de los cloruros hasta el refuerzo por la ley de Fick

    El ataque del refuerzo desnudo comenzar en 15 aos mientras que en el galvanizado comenzar despus de 44 aos

    Una extensin de la vida de servicio de tres veces, seguida de un largo perodo de proteccin del zinc antes de que se inicie la corrosin del acero base.

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    Vida til del refuerzo

    Inicio: tiempo transcurrido hasta que la acidez por carbonatacin o la penetracin de cloruros alcanza la superficie del refuerzo.

    Propagacin: tiempo transcurrido hasta que se alcanza el nivel permitido de corrosin

    Modelo de TuuttiACERO NEGRO

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    Vida til del refuerzo galvanizado

    Inicio: perodo ms largo que en el acero desnudo porque los valores umbrales son mayores.

    Proteccin: tiempo transcurrido hasta que la corrosin consume todo el galvanizado.

    Propagacin: perodo de corrosin activa del acero base

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    Etapa de proteccin

    El recubrimiento se disuelve lentamente formando productos de corrosin del zinc

    Son menos voluminosos que la herrumbre del acero y no perturban al concretoMigran desde la interfase del refuerzo hacia la masa del concreto sellando poros y grietasSe extiende considerablemente la vida til del concreto reforzado

    De cuatro a doce veces!

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    Fabricacin de productos galvanizados

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    Diseo de estructuras

    El acero galvanizado reemplaza directamente al acero negro como refuerzo del concreto.

    No se requieren consideraciones especiales de diseo

    No se requieren aditivos especiales en la mezcla del concreto.

    No hay que ampliar las longitudes de anclaje como en las cabillas recubiertas con epoxi.

    No conviene mezclar acero negro con acero galvanizado para evitar uniones galvnicas.

    El galvanizado no suple la proteccin de un concreto pobre, o las malas prcticas. Con la mejor calidad del concreto se alcanzar su mximo desempeo.

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    Las propiedades mecnicas del acero

    Aceros endurecidos por deformacin en fro serie 410C: requieren un recocido de liberacin de esfuerzos para evitar que sea fragilizado durante el galvanizado.

    Aceros templados y revenidos o micro aleados (410Y) no son afectados por el galvanizado

    Barras de nueva generacin de 500 Mpa (500N): sus propiedades mecnicas superiores son retenidas con el galvanizado

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    Adherencia en el concreto

    Numerosos estudios reportan excelente adherencia, inclusive superior a la del acero negro

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    Adherencia en el concreto

    Cargas de deslizamiento en pruebas de extraccin a cualquier nivel de carga

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    Fabricacin del refuerzo galvanizado

    El corte, la soldadura y perforacin del acero se deben hacer antes de la galvanizacin para reducir al mnimo la exposicin de bordes desprotegidos y para aprovechar la proteccin de la capa del cinc.

    Hay las situaciones que ameritan que los productos galvanizados sean fabricados en el campo. En estos casos, el contratista debe estar conciente de las caractersticas y de las limitaciones de la capa.

  • ASOCIACION VENEZOLANADE GALVANIZADORES Doblado

    Antes del galvanizadoMnimo de 3xd

    Para evitar deformacin en fro y fragilizado durante el galvanizado.

    Despus del galvanizadoPara minimizar el agrietamiento para doblados de 90

    Barras de =16 mm 5xd

    Barras de >16 mm 8xd

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    Soldadura

    El acero galvanizado se puede soldar por las tcnicas convencionales, ajustando los parmetros para asegurar una penetracin adecuada

    Recomendaciones*Remover el recubrimiento antes de soldarDisponer de suficiente ventilacin o extraccin de gasesReparar la zona soldada para reponer el Zn

    * Boletn tcnico, octubre 2006, www.avgal.net

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    Reparacin del recubrimiento

    ACTIVE STANDARD: ASTM A780-01(2006) Standard Practicefor Repair of Damaged and Uncoated Areas of Hot-Dip GalvanizedCoatings

    Soldaduras base Zn: Se aplica en forma de barras o polvo sobre la superficie calentada y se extiende con la ayuda de una esptula. Aplicar un espesor mnimo de 85 m.Pinturas ricas en Zn (92% de Zn metlico en pintura seca): El mtodo ms comn y prctico para reparacin en campo. Espesor de pelcula de 100 m para proteccin contra la corrosinMetalizado con Zn: termorrociado sobre la superficie puede alcanzar espesores equivalente al galvanizado original. Requiere buena experticia.

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    Aspectos econmicos

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    El costo de galvanizar

    El galvanizado aade el 30 %-50% al costo del aceroEl acero representa el 25 % del costo del concreto (CR)

    El galvanizado es menos del 10 % del costo del concreto

    El concreto representa el 25-30 % del costo de la obraEl costo del galvanizado se reduce al 2-3 % del costo de la obraSi se utiliza galvanizado selectivo este costo se reduce a 1%

    El galvanizado es la fraccin ms pequea del valor total de construccin

    Representa un aumento mnimo de 4 a 5 veces en la vida til de la obra

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    El costo extra pagado por galvanizar

    Vara de pas a pas dependiendo de la ubicacin especfica de la obra y su proximidad de la planta galvanizadora por el costo de transporte y manejo

    Este costo extra se debe relacionar con el ahorro potencial enorme, por la reparacin no programada del concreto reforzado

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    Parlamento de Australia

    1800 revestimientos precolados y unidades de ventanas

    600 ton de refuerzo galvanizado

    3,5 % del precio del proyecto

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    Evaluaciones de campoEstudios financiados por ILZRO

    Presentacin del Dr. Luis Maldonado Lpez Taller de Refuerzo Galvanizado Mxico,

    mayo 2007

  • 17 aos

    27 aos

    26 aos

    31 aos

    27 aos

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    Ejemplos de aplicaciones

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    Aplicaciones

    PuentesCarpetas de rodamientos Barreras de contencin en autopistasMuelles y atracaderosPlantas petroqumicasEdificaciones de prestigioEstructuras costa afuera

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    Onomichi - Japn

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    La experiencia en las Bermudas

    Despus de 42 aos de antigedad el espesor del revestimiento remanente en el refuerzo superaba con creces el mnimo an con niveles de cloruros en el hormign de hasta 4 Kg/m3

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    Gracias

    Acero GalvanizadoContenidoComportamiento del acero negro en el concretoLa proteccin del acero en el concretoLa proteccin del acero en el concretoLa calidad del concretoLas buenas prcticasCorrosin del acero en el concretoCorrosin del acero en el concretoProceso electroqumicoCorrosin del acero en el concretoLa corrosin del acero en concretoCorrosin del acero en el concretoLa corrosin del acero en concretoDurabilidadComportamiento del acero galvanizado en el concretoGalvanizacin en calienteRefuerzos galvanizadosArmaduras galvanizadasGALVANIZADO EN CALIENTEVida til del galvanizadoNormas de galvanizacin en caliente de armaduras de acero Efecto del pH en la corrosin del zincResistencia a los clorurosVida til del refuerzoVida til del refuerzo galvanizadoEtapa de proteccin Fabricacin de productos galvanizadosDiseo de estructurasLas propiedades mecnicas del aceroAdherencia en el concretoAdherencia en el concretoFabricacin del refuerzo galvanizadoDobladoSoldaduraReparacin del recubrimientoAspectos econmicosEl costo de galvanizarEl costo extra pagado por galvanizarParlamento de AustraliaEvaluaciones de campoEjemplos de aplicacionesAplicacionesLa experiencia en las Bermudas