¿Cuál es la varilla de refuerzo más resistente a la corrosión?
Debido a que la corrosión del refuerzo puede dar como resultado agrietamiento, manchas y astillamiento del concreto, así como reparaciones costosas, con frecuencia el refuerzo resistente a la corrosión es la elección obvia para estructuras de concreto expuestas a altos niveles de cloruro. Lo que no queda muy claro es cuál es el mejor tipo de varillas de refuerzo que ha de usarse para un proyecto particular.
Las varillas de refuerzo con una capa epóxica, las galvanizadas, las de polímeros reforzados con fibra de vidrio, las de acero sólido inoxidable y las revestidas de acero inoxidable, todas están diseñadas para resistir la corrosión, especialmente la corrosión inducida por iones de cloruro. Antes de seleccionar uno de estos productos para una obra, se deben considerar factores tales como costos iniciales, aspectos de construcción, grado de resistencia a la corrosión y comportamiento a largo plazo. La siguiente comparación de las cinco opciones de varillas de refuerzo pueden ayudar a tomar una decisión bien fundamentada.
Varillas de refuerzo con una capa epóxica (epoxy-coated rebar, ECR)
Los recubrimientos epóxicos en las varillas se han diseñado para que actúen como una barrera física, aislando el acero de los tres elementos principales necesarios para que ocurra corrosión –oxígeno, humedad y iones de cloruro–. El recubrimiento también sirve como un aislante eléctrico para el acero y minimiza el flujo de corriente corrosiva.
Aunque las varillas recubiertas completamente con epóxicos no se corroen, su rendimiento depende de la capacidad e integridad del recubrimiento. Cuando se presentan defectos en el revestimiento (pequeñas superficies sin revestir) y ocurre el daño, la resistencia a la corrosión disminuye. La mayor parte del daño causado, tales como astillas, raspaduras y áreas magulladas, ocurre durante el transporte, el manejo y la colocación de las varillas, y cuando el concreto fresco cae violentamente sobre las varillas.
Al igual que ocurre con las varillas de refuerzo negras y sin recubrimiento, el rendimiento de las ECR también depende del grado de agrietamiento del concreto, la profundidad del recubrimiento de concreto y los niveles de cloruro. La acción combinada de los defectos del recubrimiento y los daños por la exposición a condiciones severas puede llevar a la corrosión prematura y al deficiente comportamiento de las ECR.
Desde mediados de los años setenta, las ECR se han usado ampliamente porque se suponía que la capa epóxica evitaría problemas de corrosión. Sin embargo, a principios de los noventa empezaron a surgir informes acerca de fallas de las ECR, particularmente en puentes de concreto en los Cabos Florida. En respuesta a estos informes, la Administración Federal de Carreteras recomendó que los estados evaluaran el comportamiento de las ECR en los tableros de puente existentes. En seguida tenemos algunos de los resultados clave de estas evaluaciones:1
· La condición general de las estructuras hechas con ECR era buena, con sólo algunas áreas aisladas deterioradas. Ningún agrietamiento o delaminación en los tableros de los puentes fue causado por corrosión de las ECR.
· De las 202 muestras de ECR tomadas de los tableros de puentes, 81 por ciento no mostraba corrosión alguna. Las áreas donde había corrosión se localizaban típicamente en lugares con pequeñas superficies sin revestir visibles o con acero expuesto. Las muestras fuertemente corroídas de ECR se encontraban en áreas con un recubrimiento ligero de concreto y altas concentraciones de cloruro.
· Las concentraciones promedio de cloruro cerca de la varilla de refuerzo estaban en, o por encima, del umbral necesario para iniciar la corrosión en el acero negro. En áreas con un recubrimiento inadecuado de concreto, los niveles de concentración de cloruro eran usualmente más altos y el concreto se encontraba típicamente agrietado.
En los tableros de puente evaluados, los recubrimientos epóxicos no dañados proporcionaban un sistema de barrera adecuado y una protección efectiva contra la corrosión hasta por 20 años, reiterando la importancia de manejar las SCR con cuidado y reparar apropiadamente todos los recubrimientos dañados.2 Además de las evaluaciones de campo, la investigación en el laboratorio sobre la corrosión acelerada confirma que es muy importante recubrir completamente las varillas de refuerzo con epóxicos para lograr la resistencia contra la corrosión, especialmente en el concreto agrietado y allí donde las ECR están eléctricamente unidas al acero negro.
En pruebas de especímenes de concreto preagrietado en las que se usaron cátodos negros (con las ECR amarradas eléctricamente al acero negro), las tasas de corrosión para las varillas de refuerzo con daño en el recubrimiento sobre 0.5 por ciento de la superficie, fueron de 2.1 a 36 veces más bajas que las tasas para el acero negro. Para las ECR con 0.004 por ciento de daño en el recubrimiento, los valores eran de 6.7 a 289 veces más bajos. En concreto no agrietado con un cátodo epóxico, las tasas de corrosión de las ECR con un daño de 0.5 por ciento en el recubrimiento eran de 150 a 1,175 veces más bajas que las correspondientes a las varillas negras. Para las ECR con daño en el recubrimiento del 0.004 %, las tasas fueron de 69 a 1,762 veces más bajas (véase la tabla 1). Los investigadores atribuyeron el amplio rango de resultados a los diferentes tipos y marcas de recubrimiento epóxico empleado en la investigación.
Es importante hacer notar que el umbral de cloruro para iniciar la corrosión en las ECR con daño de 0.5 por ciento en el recubrimiento, es el mismo que el umbral para iniciar la corrosión en el acero negro.3 Para las ECR con daño de 0.004 por ciento o menos en el recubrimiento, el umbral es más alto debido a que el recubrimiento epóxico impide que los iones de cloruro lleguen a estar en contacto con el acero. En la obra, esto significa que el daño al recubrimiento epóxico que resulta de la construcción podría disminuir los límites del umbral de cloruro. La investigación indica también que las varillas dobladas tienen una menor resistencia a la corrosión que las varillas rectas, ya que la acción de doblado daña el recubrimiento epóxico en las áreas de doblado.
Varillas de refuerzo galvanizadas
Desde los años treinta se han usado varillas de refuerzo galvanizadas por inmersión en caliente o recubiertas con zinc, pero los informes sobre su comportamiento son contradictorios, especialmente cuando las varillas de refuerzo se someten a grandes concentraciones de cloruro. Un investigador asegura que el nivel del umbral para iniciar la corrosión es de 4 a 10 veces más alto que el del umbral para las varillas de refuerzo negras. Otros investigadores dicen que las varillas galvanizadas producirán únicamente un ligero incremento de la vida de una estructura en ambientes severos de cloruro.4
El recubrimiento de zinc protege la varilla actuando como una barrera. Si el mismo se daña, se autocura en cierta medida al formar una capa de corrosión no expansiva, sacrificatoria, que protege el acero subyacente. Algunos resultados de corrosión acelerada indican que la varilla de refuerzo galvanizada es 38 veces más resistente a la corrosión que el acero negro para concreto no agrietado, usando un cátodo galvanizado. Para concreto agrietado y un cátodo negro, las tasas de corrosión se incrementan en 41 por ciento.3 Esto indica claramente la necesidad de un concreto de buena calidad, libre de grietas, y acoplamientos no galvanizados entre el refuerzo recubierto y no recubierto. Cuando se empleen varillas de refuerzo galvanizadas, hay que asegurarse de que las varillas y los herrajes estén recubiertos de zinc. Los extremos cortados y las soldaduras deben estar recubiertos con un imprimador con alto contenido de zinc.
Varillas de refuerzo de polímero reforzado con fibra de vidrio (glass-fiber-reinforded-polymer, GFRP)
Las varillas de refuerzo GFRP compuestas de fibras de vidrio impregnadas de resina y que no contienen acero, son inmunes al ataque de cloruros y de químicos. Además, las varillas de refuerzo no son conductoras de electricidad y tienen altas relaciones de resistencia a peso. Tienen una resistencia a la tensión hasta dos veces mayor que la del refuerzo de acero convencional aunque pesen únicamente la cuarta parte (un atado de 10 varillas núm. 6 pesa únicamente 34 kg). Debido a que las varillas de refuerzo GFRP no son conductoras, no afectan los campos magnéticos ni las frecuencias de radio, se vuelven el refuerzo ideal para concreto en la vecindad de equipos con imagen de resonancia magnética, equipos de radio y de calibración de brújulas, o transformadores de alto voltaje, cables y subestaciones.
Puesto que las GFRP tienen cualidades distintas a las del acero, existen importantes diferencias en el diseño y en las consideraciones de construcción. Por ejemplo, el módulo de tensión del refuerzo con GFRP es únicamente 1/5 del correspondiente al acero, lo que puede limitar las longitudes de claros. Todos los dobleces para las varillas GFRP deben hacerse en la fábrica; no se permiten dobleces en la obra. Se permite cortarlas, pero debido a que los materiales con alto pH, como es el concreto, degradarán las fibras de vidrio expuestas, los fabricantes pueden recomendar que se sellen los extremos cortados. Sin embargo, algunos fabricantes dicen que no es necesario el sellado, ya que cualquier degradación que pueda ocurrir será pequeña. Las varillas GFRP no pueden ser soldadas ni mecánicamente empalmadas.
Varillas sólidas de acero inoxidable
Estas varillas, hechas de una aleación de acero formada por la adición de cromo, níquel y molibdeno, son varillas de acero inoxidable químicamente inactivas y altamente resistentes a la corrosión, gracias a la delgada capa de óxido rico en cromo que se forma en la superficie del acero. Al agregar diferentes cantidades de cromo, níquel y molibdeno, se crean diferentes grados de acero inoxidable. Para el acero de refuerzo, los grados 304 y 316 son los más comunes, siendo el grado 316 el más popular. Aunque los investigadores informan que el grado 316 es ligeramente más resistente a la corrosión inducida por cloruros que el grado 304, ellos recomiendan basar la selección del grado en las propiedades físicas y de diseño, ya que la resistencia a la corrosión de los diferentes grados de acero inoxidable es similar.5
Las pruebas de corrosión acelerada indican que las varillas de acero inoxidable son de 800 a 1,500 veces más resistentes a la corrosión que las varillas negras, y tienen un umbral de cloruro de 15 a 24 veces más alto.3 Sin embargo, las varillas de grado 304 pueden ser susceptibles de sufrir corrosión cuando se usan en un ambiente muy severo con un cátodo negro, mientras que la varilla de grado 316 no parece ser afectada por el preagrietamiento del concreto previo a la prueba y el uso de un cátodo negro. Aun en presencia de altas concentraciones de cloruro, parece que las varillas de acero inoxidable pueden durar hasta cien años.3
Las varillas de refuerzo y de acero inoxidable pueden doblarse, cortarse, soldarse en la obra, y son muy resistentes a raspaduras y astillas. Las áreas maltratadas, los extremos cortados y las soldaduras no necesitan recubrirse.
Varillas revestidas de acero inoxidable
Las varillas de refuerzo revestidas de acero inoxidable se han introducido recientemente en Estados Unidos. Un delgado revestimiento exterior de acero inoxidable está adherido al núcleo de acero y carbón convencional, creando una varilla compuesta que tiene la misma resistencia a la corrosión que las varillas sólidas de acero inoxidable, según informan el fabricante. El revestimiento es muy duro y casi imposible de raspar o astillar. La varilla revestida puede doblarse, cortarse y soldarse, aunque algunos especificadores pueden exigir que se aplique un revestimiento a los extremos cortados.
Comparación de costos
Los costos de las varillas con una capa epóxica, las galvanizadas, las GFRP, las de acero inoxidable sólido y las revestidas, varían casi tanto como las propiedades físicas y de resistencia a la corrosión. La tabla 2 muestra la relación de costos entre el acero negro y cuatro tipos de varilla resistentes a corrosión con base en las cifras de costos que se dan en la tabla 1. (Debido a que las GFRP son considerablemente menos densas que el acero, su costo por libra no puede compararse directamente con los distintos aceros). Estas cifras comparan únicamente costos materiales, de modo que para determinar los costos en el sitio de la obra, hay que considerar también los costos de fabricación.
Al comparar las opciones de varilla de refuerzo, hay que ver más allá de los costos iniciales y considerar los beneficios potenciales a largo plazo así como los costos del ciclo de vida total. Las encuestas han demostrado que el uso de varillas de refuerzo resistentes a la corrosión puede incrementar el costo inicial de un proyecto en sólo un pequeño porcentaje, lo que significa que las varillas de refuerzo pueden probar su alta rentabilidad en el largo plazo.
Referencias
1. J.L. Smith y Y.P. Virmani, "Performance of epoxy coated rebars in bridge decks”, publicación núm. FHWA-RD-96-092, Federal Highway Administration, Research and Development, Turner-Fairbank Highway Research Center, McLean, Va., 1996.
2. David P. Gustafson y Theodore L. Neff, “Epoxy-coated rebar: handle with care”, Concrete Construction, abril de 1994, pp. 356-359.
3. D.B. McDonald, D.W. Pfeifer y M.R. Sherman, “Corrosion evaluation of epoxy-coated, metallic-clad and solid metallic reinforcing bars in concrete”, publicación núm. FHWA-RD-98-153, Federal Highway Administration, Research and Development, Turner-Fairbank Highway Research Center, 1998.
4. S.R. Yeomans, “Comparative studies of galvanized and epoxy-coated steel reinforcement in concrete”, Durabilidad del Concreto / Segunda Conferencia Internacional, SP 126, American Concrete Institute. Farmington Hills, Mich., 1991, pp. 335-370.
5. D.B. McDonald, M-R-. Sherman. D.W. Pfeifer e Y.P. Virmani, “Stainless steel reinforcing as corrosion protection”, Concrete International, American Concrete Institute, mayo de 1995.
======================================
Tabla 1. Comparación de varillas resistentes a la corrosión
Tipo de Cantidad de veces Resistencia Doblado
varilla más resistente a a raspaduras
la corrosión y astillamiento
__________________________________________________________
Capa epóxica Daño fácil, Se permite,
. Nivel de 150 a 1,175 requiere pero puede
daño 0.5% reparaciones dañar el
. Nivel de 69 a 1,762 en la obra recubrimiento
daño 0.004% epóxico
__________________________________________________________
Galvanizada 38 Muy dura: Se permite,
(capa de zinc) difícil de pero puede
dañar debilitar el
recubrimiento
__________________________________________________________
GFRP No se Bastante No se permite
corroe dura: no fácil doblado en el
de dañar campo
__________________________________________________________
Acero 800 a 1,500 No hay Se permite
inoxidable problema
sólido
_________________________________________________________
Revestimiento Igual que Muy dura; Se permite
de acero la varilla casi
inoxidable sólida de imposible
acero de dañar
inoxidable
__________________________________________________________
___________________________________________________________
Cortes Soldadura Umbral de Costo,
Cloruro $ / lb1
_________________________________________________________
Se permiten; Se permite; Igual que el 0.32
se requiere se requiere de la varilla
una capa en recubrimiento negra
el extremo en la solda-
cortado dura Muy alto
__________________________________________________________
Se permiten; Se permite; 4 a 10 veces 0.50
se requiere se requiere más alto que
recubrimiento recubrimiento el del acero
en el extremo en la negro
cortado soldadura
__________________________________________________________
Se permiten; No soldable Inmune al 3.00 a
puede reque- ataque de 4.002
rirse sellado cloruro
del extremo
cortado
__________________________________________________________
Se permiten Se permite; 15 a 24 veces 1.60
aplicar más alto que
procedimientos el de la varilla
especiales de negra
soldado
__________________________________________________________
Se permiten; Se permite; Igual que el de 0.60
puede reque- aplicar la varilla sólida
rirse recubri- procedimientos de acero
miento del especiales de inoxidable3
extremo soldado
cortado
__________________________________________________________
1 Los costos mostrados se basan en la referencia 5 y en la información de expertos de la industria. Son costos de materiales únicamente, y pueden variar en diferentes partes del país.
2 La densidad de las GFRP es considerablemente menor que la delel acero y los valores no se pueden comparar directamente con la varilla de acero.
3 Se supone que los valores son los mismos que para el acero inoxidable sólido.
=======================================
Tabla 2. Relación de costos entre varilla negra y varilla resistente a la corrosión
Tipo de varilla Relación
Negra (a 24 c / lb) 1.0
Capa epóxica 1.33
Galvanizada 2.08
Acero sólido inoxidable 6.67
Revestimiento de acero inoxidable 2.5
_______________________________________________________
ILUSTRACIONES
Figura 1. Las varillas de polímero reforzado con fibra de vidrio pueden tener el doble de resistencia a la tensión que las varillas de acero, pero pesan sólo la cuarta parte. Y como no contienen acero, no se corroen.
Figura2. Las varillas con recubrimiento epóxico resisten más efectivamente la corrosión si se repara cualquier daño en el recubrimiento.
Este artículo se publicó en Concrete Construction y se reproduce con la autorización de The Aberdeen Group
Resumen:
Para estar en condiciones de decidir cuál es el refuerzo que más conviene a fin de evitar la corrosión, es preciso conocer los distintos tipos de varilla que pueden utilizarse, y para ello, nada mejor que consultar esta comparación de las características, el rendimiento y el costo de cinco opciones que se encuentran en el mercado.
Instituto
Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C.
Revista Construcción y Tecnología
Febrero 2000
Todos los derechos reservados
