¿El óxido es dañino para el acero?

Depende. Respondiendo de forma rápida tenemos que: el óxido presente puede ser un proceso que afecta o beneficia las propiedades del acero, de acuerdo a las condiciones y función al que está destinado.

Para comprender mejor la respuesta es necesario conocer el contexto y la naturaleza del fenómeno de la oxidación.

La oxidación es un proceso natural que se da cuando los metales y no metales pierden electrones.

La forma de deterioro para los tres principales grupos de materiales es:

Metales: Se caracteriza por la pérdida de material por disolución o por la formación de una capa no metálica (óxido).
Cerámicas: Son más resistentes al deterioro, el cual ocurre a elevadas temperaturas y ambientes extremos.
Polímeros: Pueden disolverse en disolventes líquidos o absorberlo e hincharse. Los rayos ultra violeta alteran su estructura.

Cuando el oxígeno se combina con un metal se forma óxido (óxido básico). Si el oxígeno se combina con un no metal se forman anhídridos (óxido ácido).

Los metales se corroen (oxidación) en un medio ambiente gaseoso, alta temperatura.

Los polímeros se corroen (foto-oxidación) cuando se exponen al oxígeno, alta temperatura y radiación ultravioleta.

Este proceso se produce porque la estructura de los elementos tiende a volver a su estado original (el hierro, por ejemplo, se encuentra en la naturaleza en forma de óxidos semejantes a la herrumbre). Generalmente involucra un cambio de peso y deterioro visible que disminuye la resistencia.

La oxidación es un tipo de corrosión. No confundir la corrosión con la oxidación ya que en muchos casos son fenómenos contrarios.

Así, por ejemplo, el aluminio, el cromo y el zinc en contacto con el aire húmedo produce en su superficie una capa de óxido estable que protege de la oxidación al resto del metal.

Entonces ¿Cuándo el óxido se vuelve perjudicial?

Las normativas contienen las variaciones permisibles en masa y dimensiones que deben cumplir los distintos materiales, en nuestro caso las variaciones en masa y acabado.

La norma ASTM A615/A615M (Especificaciones estándar para barras de aceros al carbono lisos y deformados para refuerzo de hormigón), menciona en su Sección 11. “Variación permisible en masa. Las barras con resaltes para hormigón (concreto) armado serán evaluadas sobre la base de masa nominal. La masa determinada usando la masa de una probeta de ensayo, debe ser por lo menos 94% de la masa aplicable por unidad de longitud. En ningún caso el sobrepeso (exceso de masa) de cualquier barra de resalte será causa de rechazo. La variación de masa para barra redondas lisas será calculada sobre la base de variaciones permisibles en diámetro.”

Sección 12. Acabado. “Óxidos, fisuras, irregularidades, u óxido laminado no serán causa de rechazo, si la masa, dimensiones, área de la sección recta, y propiedades de tracción, de una probeta limpiada con escobilla de alambre, no son menores que los requerimientos de esta norma.”

¿Cómo determinamos cuánto se puede reducir una varilla?

Conocer las normativas involucradas nos permite conocer las propiedades y parámetros que deben cumplirse.

El parámetro de área de sección transversal que indica la norma es del 94%, es decir, que se puede reducir hasta un 6% el área de la varilla.

Ejemplo: determinar cuánto es el diámetro mínimo por norma de una varilla con un diámetro de 1 pulg (25.4 mm).

El área para 1 pulgada es de 510 mm²
Aplicando el parámetro del 94% del área tenemos:
Área mínima = 0.94 * 510 mm² = 479.4 mm²

Lo que falta por hacer es una operación para determinar cuál es el diámetro que nos permite obtener esta área de 479.4 mm ², la cual es el área de una circunferencia:

A=π(ϕ/2)^2 despejando el diámetro tenemos que: ϕ=√((4A)/π)
Sustituyendo valores y resolviendo las operaciones tenemos:
ϕ=24.71 mm
Tenemos que la variación o tolerancia en menos es de 0.69 mm

Esta variación es la diferencia entre el diámetro inicial de la varilla y el nuevo diámetro resultado de limpiar y remover el óxido.

¿Qué efectos tienen la oxidación en el acero de refuerzo?

Para tener una referencia se considera la función como acero de refuerzo en el concreto, que podemos encontrar en todas las construcciones, edificios, instalaciones, casas habitación, departamentos, puentes, entre otras más.

La norma ASTM menciona que, para el acero de refuerzo en el concreto, la corrosión da como resultado la formación de óxido de 2 a 4 veces más volumen que el acero original, con la correspondiente pérdida de sus óptimas propiedades mecánicas, produciendo una reducción en la capacidad del elemento de concreto armado.

El acero de refuerzo (varilla corrugada) en el concreto reforzado, aporta propiedades de resistencia a la tensión requeridas en el concreto. Sin embargo, cuando el acero de refuerzo se corroe provoca una pérdida importante de adherencia entre el acero y el concreto, afectando la estabilidad de la estructura al reducirse el área del acero en su sección transversal y por consiguiente su capacidad resistente.

Las causas más frecuentes por las que se produce la corrosión en el acero de refuerzo son: la carbonatación del concreto, el ataque de cloruros y de sulfuros, y la acción de ambientes agresivos.

Existen dos formas en que afecta la corrosión al acero de refuerzo.

Efecto perjudicial. Corrosión

Para una estructura de concreto armado, encontramos dos principales elementos perjudiciales que se encuentran en el medio ambiente que lo rodea y sustancias con las que interactúa.

El agua o químicos que tienen sulfatos y cloruros; atacan al concreto y una vez que ha sido degradado, atacan al acero de refuerzo dilatando la parte oxidada, esta dilatación crece ocupando más espacio expandiéndose dentro, reventando y debilitando la zona más débil del concreto (lado del recubrimiento), descarándose dejando expuesta aún más la superficie del acero a la intemperie provocando que se presente el proceso de oxidación más rápido.

En condiciones donde el concreto presenta fallas, grietas o áreas que expongan al acero de refuerzo, si se deja expuesto por tiempos prolongados ocasiona que éste se oxide y se degrade por corrosión hasta desaparecer.

Efecto benéfico. Óxido

Caso contrario cuando en el concreto no existen fallas significativas que expongan al acero de refuerzo, el óxido da un beneficio mayor a que si no lo tuviera.

Este óxido es el que se produce cuando se deja el acero a la intemperie un cierto tiempo (con una lluvia, el acero ya presenta óxido de color amarillo o anaranjado).

Lo que normalmente podríamos pensar y que nos dice el sentido común es que se debe limpiar el acero, en este caso las varillas corrugadas.

Pero lo que realmente sucede es que el óxido no influye en la resistencia a la fluencia (deformación) de la varilla corrugada. Mientras se mantengan los parámetros dentro de los límites de la norma, no se debe desechar la varilla oxidada.

¿El óxido es dañino para el acero de refuerzo? La respuesta es no, no es dañino el óxido en varillas dentro del concreto ya que queda aislado del oxígeno del ambiente (elemento que provoca la oxidación) y a su vez éste mejora la adherencia entre el acero y el concreto.

No es necesario realizar una limpieza de las varillas, todo lo contrario. Para poder fundamentar las respuestas anteriores es necesario conocer las normativas involucradas y los parámetros que permiten que esto sea posible.

El óxido aumenta la adherencia del acero de refuerzo con el concreto y la normativa ACI 318S-14 presenta los fundamentos y parámetros correspondientes.

“La norma ACI 318S-14 (Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural), en el comentario R26.6.1.2 (b) Los límites especificados de la oxidación se basan en los ensayos realizados (Kemp et al. 1968) y en la revisión de ensayos y recomendaciones anteriores. Kemp et al. (1968) proporciona una guía con respecto a los efectos de la oxidación y del escamado sobre las características de las barras de refuerzo corrugado. Investigaciones han demostrado que una cantidad normal de óxido aumenta la adherencia. Generalmente, por medio del manejo brusco normal se pierde el óxido que está suelto y que puede perjudicar la adherencia entre el concreto y el refuerzo.”

Ahora sabemos que el óxido es un proceso que puede beneficiar o afectar a las propiedades del acero según el sector donde se utiliza, en este caso es un beneficio dentro del sector de la construcción.

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