Barra de Refuerzo Galvanizada

Autor: Héctor Muñoz Castillo

Ingeniero Metalurgista, Ingeniero de Desarrollo de Productos, Nexa Resources, Cajamarquilla-Lima-Perú.

Resumen

La protección frente a la corrosión de la barra de refuerzo en el concreto armado se ampara totalmente en la protección que le puede ofrecer el concreto alrededor. Sin embargo, el concreto es un material permeable y puede permitir el paso de ciertos contaminantes del ambiente como cloruros o dióxido de carbono que modificarán las propiedades químicas del concreto y eventualmente provocarán la corrosión de la barra. Existen actualmente varios métodos para mejorar la calidad y permeabilidad del concreto que ayudan a retrasar esta corrosión, pero el uso de un recubrimiento de zinc galvanizado protege directamente al acero y existen casos reales donde se han comprobado estos beneficios.

Corrosión de la barra de refuerzo en el concreto

La corrosión de las barras de refuerzo era observaba en un inicio en ambientes marinos y en la industria química pero actualmente existe una preocupación porque cada vez más se reportan casos de corrosión en puentes, viaductos, estacionamientos y otras estructuras expuestas a cloruros [1]. Esto merece una especial atención debido al riesgo que puedan ocurrir fallas estructurales catastróficas y también por los altos costos que involucran las reparaciones.

El acero embebido en el concreto normalmente está protegido de la corrosión debido a la pasivación en la superficie de la barra que ocurre por las condiciones alcalinas del concreto (> pH 12.5). Sin embargo, el concreto es un material poroso y la presencia de elementos corrosivos en el ambiente como agua, cloruros, oxígeno, dióxido de carbono y otros gases pueden penetrar a través del concreto, cambiar su naturaleza y eventualmente corroer a las barras de refuerzo [2].

Corrosión de las barras en concreto. A) Barra antes de la corrosión. B) Cuando la barra de acero se despasiva se inicia la corrosión en la superficie de la barra. C) Los productos de la corrosión (óxidos con 2-10 veces más volumen que el acero original) producen esfuerzos de tensión en el concreto originando grietas. D) Finalmente se produce un desprendimiento del concreto y la barra queda expuesta.

La causa más común de inicio de corrosión del acero en el concreto es la presencia de iones cloruro. Cuando los iones cloruros están en una concentración por encima del límite máximo permitido, entonces el acero se despasiva ocasionando que este pierda su capacidad de protección frente a la corrosión. Estos cloruros pueden provenir de diversas fuentes tales como agregados marinos sin lavar, agua de mar, agua del fraguado, ambientes industriales, sales para deshielo y hasta el uso de ciertos aditivos aceleradores usados para el concreto (cloruros de calcio).

Por otro lado, los gases como el dióxido de carbono (CO₂) que se encuentran en la atmósfera también representan otro problema muy serio debido a que estos reaccionan con los componentes alcalinos de la pasta de cemento reduciendo el pH del concreto a niveles de hasta 8.5 donde el acero pierde químicamente su estado de pasivación y dejan al acero expuesto a procesos corrosión. Este proceso es conocido como carbonatación y es la principal causa de la reducción de la vida útil del concreto en ambientes urbanos, rurales o mixtos [5]. Como referencia, en ambientes naturales la concentración de CO₂ en el aire es de 0.03%, esta concentración se incrementa hasta 10 veces su valor en las ciudades y puede alcanzar 100 veces este valor en ambientes industriales. [1]

Prevención de la corrosión del acero en estructuras de concreto

Existen varias alternativas tecnológicas en el mercado para combatir la corrosión del acero en el concreto, pero una de las que ha tenido un éxito comprobado por más de 50 años en diversos países del mundo es la utilización de una barra de refuerzo galvanizada [3]. La barra galvanizada consiste en aplicar un recubrimiento de zinc metálico directamente sobre la barra y es un método ampliamente aceptado en el sector debido a sus características técnicas y su economía. Su utilización es cada vez más difundida y existe una gran cantidad de normas técnicas en diversos países donde se especifican las características de este material.

¿Cómo se comporta la barra galvanizada dentro del concreto?

La capa de zinc del recubrimiento galvanizado no sólo actúa como una simple protección de barrera que aisla a la barra del medio corrosivo sino que también ofrece una protección catódica adicional debido a que el zinc es un metal más activo que el acero y actúa como un ánodo de sacrificio protegiendo a la barra de refuerzo.

Es de crucial importancia el límite máximo permitido de cloruros para que se inicie la corrosión, y para el caso del zinc este límite es 2 a 4 veces mayor comparado con el acero en negro (sin recubrimiento). Adicionalmente, el rango de pH para pasivación del zinc es mucho más amplio que del acero, haciendo que el recubrimiento de zinc se mantenga pasivado cuando el pH del concreto se reduce debido a los problemas de carbonatación.

Aun cuando el recubrimiento galvanizado empiece a corroerse, los productos de la oxidación del zinc son sueltos, como un polvo y menos voluminosos que los óxidos de hierro y son capaces de migrar de la superficie de la barra hacia la matriz del concreto. Por lo tanto la corrosión del recubrimiento de zinc causará una mínima disrupción física en el concreto adyacente a la barra.

Un tema muy importante en una estructura de concreto armado es la adherencia de la barra al concreto, y para el caso de la barra de refuerzo galvanizada esta adherencia es tan buena como lo es para una barra en negro basado en diversos estudios realizados. De hecho, lo que más contribuye a la adherencia al concreto es la presencia de corrugas en las barras.

Respecto a los trabajos de doblado que son requeridos, las buenas prácticas recomiendan que estos se realicen antes del proceso de galvanizado para evitar daños en el recubrimiento por corte o por el doblado en sí. Sin embargo, por motivos prácticos, también se puede optar por realizar los dobleces posterior al galvanizado y en este caso se sugiere aplicar velocidades de doblado más lentas y diámetros de doblado mayores (indicados en las normas técnicas). Cualquier daño que pueda existir al recubrimiento galvanizado puede repararse según lo indicado en las normas de reparación (ASTM A780). [2]

Costos y Ventajas de la Barra Galvanizada

Estudios recientes indican que considerando el costo inicial de la obra, el incremento en costo por la utilización de barras de refuerzo galvanizadas es del orden del 1% al 3% [6]. Pero cuando estos costos se comparan con los costos de los daños originados por la corrosión que pueden ser evitados en la estructura, esto resulta siendo una fracción pequeña.

Además, considerando el costo del ciclo de vida de la estructura, la barra de refuerzo galvanizada se considera una excelente inversión debido a los bajos o nulos costos de reparaciones y el significativo aumento de la duración en servicio del acero. De hecho, en un concreto con alta concentración de cloruros, la duración de la barra galvanizada es de 4-5 veces mayor que una barra de acero en negro (sin recubrimiento) en condiciones de exposición equivalente. [2]

Entre las principales ventajas que trae la utilización de la barra de refuerzo galvanizada frente a la barra de acero en negro se puede destacar lo siguiente:

• Mayor tiempo para el inicio de la corrosión del acero y riesgo reducido de agrietamiento del concreto, presencia de manchas de óxido y descascarillamiento del concreto;
• Incremento en la duración de la estructura del concreto o componente;
• Reducción en la frecuencia y prolongación de las reparaciones;
• Mayor tolerancia a la variabilidad natural del concreto, presencia de una calidad inferior del concreto y/o concreto colocado deficientemente; y
• Protección frente a la corrosión de la barra acero en obra antes que sea embebida en el concreto.

Respecto al mercado mundial de la barra de refuerzo, la Asociación Internacional del Zinc (IZA, por sus siglas en inglés) indica que aproximadamente el 1% de la producción mundial de barras de refuerzo tiene algún tipo de protección contra la corrosión (galvanizado, recubrimiento epóxico o acero inoxidable) y se espera un crecimiento significativo de este mercado en los siguientes años [7]. De estas tres opciones, un estudio realizado en losas de puentes de concreto en el estado de Virginia (EE.UU) concluye que la barra de refuerzo galvanizada es la que presenta el menor costo a largo plazo para un tiempo de servicio de 100 años [8].

Especificaciones y recubrimientos y procesos

Existen normas específicas para la barra de refuerzo galvanizada, en todas estas normas se especifica una masa mínima de recubrimiento (g/m²) dependiendo del tipo y diámetro de la barras. Por lo general se especifica una masa de recubrimiento de zinc de 600-610 g/m² lo que equivale a un espesor de 85-87 µm.

Conclusiones

La galvanización es uno de los sistemas de protección que actualmente existen en el mercado para prevenir la corrosión de la barra de refuerzo en el concreto. Existe mucha experiencia de proyectos realizados y estudios acumulados a lo largo de varios años que demuestran los beneficios que brinda el galvanizado frente a la corrosión, retrasando la aparición de esta y reduciendo los riesgos de agrietamiento en el concreto. Es importante destacar también que este sistema de protección es muy conveniente desde el punto de vista de fabricación y suministro, debido a la disponibilidad de varios galvanizadores locales en nuestras regiones, y este producto ofrece además facilidad para el manejo, almacenamiento y transporte por lo que se adapta muy bien a una gran variedad de construcciones de concreto.

Referencias

1. ACI 222R-01 Protection of Metals in Concrete Against Corrosion. American Concrete Institute. 2001.
2. Yeomans, S. Galvanized Steel Reinforcement in Concrete. Elsevier. 2004.
3. International Zinc Association. Hot Dip Galvanized Reinforcing Steel: A Concrete Investment. 2006.
4. American Galvanizers Association. How Long Does HDG Last in Concrete. https://galvanizeit.org/hot-dip-galvanizing/how-long-does-hdg-last/in-concrete#bondstrength
5. Iloro, F. Efectos de CO₂ Ambiental sobre la Carbonatación de Hormigones Elaborados con Distintos Cementos. Ciencia y Tecnología de Materiales. 2015.
6. Suplicy, R. Barra de Aço para Armadura de Concreto Galvanizada por Imersão a Quente. Revista do Aço. 2019.
7. Goodwin, F. Galvanized Reinforcing Bar: Process, Developments, Project Opportunities. Latingalva Peru. 2018.
8. Weyers, R. Galvanized Rebar: Lower Cost of Ownership in Reinforced Concrete Bridges. [Consultado 30 Set 2020]. Disponible en: https://www.galvanizedrebar.com/wp-content/uploads/sites/7/2019/04/IZA_CostOfOwnership.pdf