FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS AGRARIAS

1- PROYECTO	

 1.1	Título: VULNERABILIDAD DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN ARMADO A LA CORROSIÓN.

1.2 Área Temática  
Disciplina: Ingeniería Civil
Especialidad: Tecnología de materiales – Tecnología de la construcción – Materiales de construcción.
1.3	Área Prioritaria: Materiales y energía para un medio ambiente sustentable

1.4 Tipo de Proyecto: Desarrollos tecnológicos

1.5 Lugar de Trabajo: FICA UCA - CNEA

2- RESPONSABLES	

2.1 Director
Apellido y nombre: Gomez, Enzo David
Cargo Docente: Profesor Adjunto
Dedicación: Asesor Técnico
Títulos académicos obtenidos: Ingeniero Civil – Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales.

2.2 Co-Director
Apellido y nombre: Mantegna, Diego Hernan
Cargo Docente: Profesor Adjunto
Dedicación: Laboratorista
Títulos académicos obtenidos: Ingeniero Civil
2.3 Investigador
Apellido y nombre: Lourenco Cidades, Marcelo.
Cargo Docente: Laboratorista.
Dedicación: Laboratorista
Títulos académicos obtenidos: Técnico Electromecánico.

3.  PLAN DE INVESTIGACIÓN	

3.1 Resumen

La corrosión de armaduras es el principal proceso de degradación que afecta a estructuras de hormigón armado. Al respecto, el reglamento argentino de construcciones de hormigón armado (CIRSOC 201) exige tomar una serie de medidas de diseño, basadas en la exposición ambiental de las estructuras, con el objetivo de atenuar el efecto de la corrosión. Si se materializan correctamente, estas medidas, de base empírica, son efectivas en elementos estructurales expuestos ambientes poco agresivos. En condiciones de mayor agresividad se hace necesario tener herramientas que permitan evaluar el desempeño de materiales y reconocer elementos estructurales más comprometidos para tomar medidas de diseño que garanticen su durabilidad. Resulta entonces importante actualizar, adaptar y/o desarrollar metodologías de evaluación y diseño que le permitan a la comunidad profesional concebir estructuras más durables y por ende más sustentables, ante cualquier exposición ambiental. Para avanzar en esta tarea, este proyecto plantea el análisis y desarrollo de metodologías que permitan evaluar el desempeño de materiales y analizar las características de elementos estructurales convencionales con el objetivo de plantear categorías de vulnerabilidad estructural. Teniendo en cuenta escenarios ambientales y de vida de servicio, se pretende proponer “grados de vulnerabilidad” admisibles y máximos, que den los lineamientos para tomar medidas de diseño que mejoren la durabilidad en cada tipo de elemento estructural. Las metodologías y recomendaciones que resulten de este proyecto, serán propuestas para su aplicación en reglamentaciones futuras.

3.2 Palabras claves 

Riesgo ambiental – Corrosión de armaduras – Diseño por durabilidad – Sustentabilidad industrial

3.3 Estado actual del conocimiento sobre el tema 

La corrosión de armaduras es el principal proceso de deterioro que afecta a las estructuras de hormigón armado. Como consecuencia de la corrosión, el acero de refuerzo pierde sección resistente y la adherencia acero-hormigón se ve comprometida [1-3]. A su vez, el recubrimiento de hormigón se fisura y eventualmente puede desprenderse como consecuencia de la acumulación de productos de corrosión [4]. Todas estas consecuencias actúan en detrimento del funcionamiento y desempeño estructural de elementos de hormigón armado. Sin embargo, la corrosión no es un proceso que se inicia de manera instantánea. En hormigones que no están fisurados, el proceso de corrosión puede tardar décadas en iniciarse. Esto se debe a que, inicialmente, el acero se encuentra protegido de la corrosión por una capa de óxido superficial, denominada “capa pasiva”, formada por el pH alcalino (pH>>12) de la pasta de cemento. La contaminación del hormigón con agentes agresivos, que generen cambios en el pH o desestabilicen químicamente a la capa pasiva, puede iniciar el proceso de corrosión. Es así que pueden pasar décadas antes de que dichos agentes agresivos ingresen en el hormigón y alcancen las armaduras, siendo las condiciones ambientales y la concentración de agentes agresivos en el ambiente exterior los factores más importantes en el tiempo de contaminación [1-3].

En este sentido, se pueden reconocer dos etapas en el proceso de corrosión: un primer periodo de tiempo denominado “etapa de iniciación”; en la cual las armaduras no se corroen y representa el tiempo que les lleva a los gentes agresivos ingresar gradualmente en el hormigón hasta alcanzar las armaduras; y un segundo periodo de tiempo denominado “etapa de propagación”; en la cual el proceso de corrosión se desarrolla activamente. El límite entre estas dos etapas, cuando los agentes agresivos alcanzan las armadas y destruyen la capa pasiva, es el punto inicio del proceso de corrosión [3].

Si se relacionan las diferentes etapas del proceso de deterioro por corrosión con la vida de servicio de los elementos estructurales se pueden reconocer diferentes etapas de vida. En primera instancia podemos definir la vida útil de una estructura como el periodo de tiempo en el cual dicha estructura conserva los requisitos de proyecto asociados a la seguridad, funcionalidad y estética [5,6]. Terminada la vida útil, comienza la vida residual de los elementos estructurales que pueden ser operativos aun con cierto grado de deterioro siempre y cuando se pueda verificar su seguridad. Cuando la seguridad estructural de un elemento no se puede garantizar, se alcanza el fin de la vida de servicio siendo necesario intervenir la estructura para poder restaurar su funcionalidad.

Los problemas aparecen cuando elementos estructurales sufren deterioro tal que compromete su operación segura antes de alcanzar la vida de servicio proyectada. Operar una estructura durante la vida residual no se considera seguro y por lo tanto el fin de la vida útil es considerado un hito importante. En estructuras afectadas por corrosión localizada, debido al ingreso de cloruros, el inicio de la corrosión suele considerarse el fin de la vida útil de dicha estructura [5]. Esto se debe a la irregularidad y aleatoriedad del mecanismo de corrosión que se manifiesta a través de picaduras que generan pérdidas de sección en puntos localizados, lo cual genera una gran dificultad para gestionar la vida residual de los elementos estructurales en términos de seguridad. Por otro lado, en estructuras afectadas por corrosión generalizada, debido a la perdida de pH por carbonatación del hormigón, el inicio de la corrosión no determina el fin de la vida de útil de una estructura [5]. En este escenario, se utilizan otros indicadores, como la aparición de fisuras, manchas de óxido o desprendimientos en el recubrimiento, para establecer el fin de la vida útil. La pérdida de sección por corrosión generalizada es relativamente homogénea en toda la superficie afectada siendo posible gestionar la vida residual de una estructura con menos riesgo siempre que haya monitoreo y verificación estructural.

En nuestro país, la reglamentación para construcciones de hormigón, CIRSOC 201, establece los requerimientos mínimos, en términos de resistencia y durabilidad, para el diseño y la construcción de estructuras de hormigón sin armar, armado y pretensado, de uso general y convencional [6]. En términos de vida de servicio, establece requisitos para lograr elementos estructurales que alcancen vida útil de servicio de 50 años. Para garantizar la durabilidad de los elementos estructurales la reglamentación CIRSOC 201 califica la agresividad del medio ambiente en el cual estará emplazada la estructura y en base a dicha calificación establece requisitos y pruebas de control de calidad sobre el hormigón a utilizar, aunque no establece requisitos, ni pruebas, sobre el acero en términos de durabilidad. 

En relación a la calidad del hormigón y de la construcción, especifica con claridad parámetros como la relación agua – cemento (a/c), la resistencia a la compresión (fc) y los recubrimientos mínimos y sus tolerancias. Sin embargo, parámetros como el contenido de cemento,  resultados de pruebas de capilaridad, penetración de agua y flechas en elementos flexionados solo se reglamenta en términos de valores mínimos a cumplir. Finalmente, especifica la necesidad de realizar “controles muy severos de fisuración”, en elementos flexionados expuestos a ambientes marinos, o la posibilidad de incluir “requerimientos por desempeño” sin brindar ninguna metodología y dejado a criterio del diseñador cualquier tipo de requerimiento complementario.

La particularización de los requerimientos de calidad y control sobre los materiales basado en su exposición ambiental es la estrategia común en la mayoría de los códigos y reglamentos alrededor del mundo [7,8]. En este sentido el CIRSOC 201, brinda requerimientos de calidad de materiales y recomendaciones del “buen arte” de la construcción basándose en la calificación de escenarios ambientales generales y con un objetivo de vida útil “bajo” en comparación con otros códigos de relevancia [8,9], donde se brindan recomendaciones y metodologías de control para sustentar diseños de 100 años de vida útil (hasta 300 años también [10,11]). Sin embargo, la reglamentación argentina no establece, ni exige, metodologías para el control de calidad de las construcciones; si permite, pero no brinda, metodologías para la utilización de requerimientos prestacionales y deja abierta, al criterio y el estudio de los diseñadores, la resolución de casos complejos de estructuras vulnerables a la degradación por corrosión en ambientes marinos.

Trabajos en países con vasta experiencia de resolución de problemas de durabilidad en climas y exposiciones extremas [12], fueron recopilando información que indica que no solo es necesario auditar y controlar la calidad de los materiales, sino que en muchos casos el deterioro prematuro de los elementos estructurales esta asociado al mal desarrollo de los procesos constructivos [12,13]. La utilización de este tipo de experiencia, del desarrollo del conocimiento en temas de corrosión [14] y del desarrollo de instrumentales y técnicas de técnicas de medición [13,15], permitiría actualizar varias de las recomendaciones de diseño actuales del reglamento argentino y brindar metodologías para el control de calidad. A su vez, la posibilidad de auditar estructuras de hormigón armado locales del orden de los 50 años de antigüedad, en diferentes condiciones ambientales, permitiría recopilar información sobre los principales problemas asociados a los procesos constructivos en nuestro medio.

El avance y la actualización de la reglamentación CIRSOC 201, en relación a criterios de diseño y control de calidad por durabilidad, puede resultar en metodologías que posibiliten proyectar y construir estructuras durables con vidas útiles de servicio mayores a 50 años, posicionando a la industria de la construcción nacional sobre condiciones de desarrollo sustentable.

3.4 Objetivos e hipótesis de la investigación

Las recomendaciones actuales del reglamento CIRSOC 201 permiten tomar medidas generales para atenuar la degradación por corrosión en elementos de hormigón armado considerando una vida útil de servicio de 50 años. En la actualidad hay avances científicos y tecnológicos que permiten avanzar sobre la actualización y el desarrollo de  nuevas metodologías que puedan ser utilizadas por ingenieros de proyecto para tomar medidas específicas que resulten en el diseño de elementos estructurales más durables y, por ende, más sustentables.
El objetivo general que se plantea es:
 •	Actualizar y desarrollar metodologías que permitan categorizar la vulnerabilidad de elementos estructurales convencionales teniendo en cuenta desempeño de los materiales (individual y compuesto) y las características (geométricas y de carga) de los elementos estructurales.
Como objetivos específicos se plantea:
 •	Desarrollar/actualizar metodologías reproducibles para evaluar el desempeño de materiales individuales como parte de un sistema de control de calidad basado en la durabilidad.
 •	Desarrollar/actualizar metodologías reproducibles para evaluar el desempeño del material compuesto prestando principal atención al efecto del proceso constructivo como atenuador de calidad.
 •	Desarrollar un sistema de clasificación de vulnerabilidad de elementos estructurales convencionales basado sus características geométricas, de carga y de fisuración. 
 •	Desarrollar un programa de relevamiento de datos, tecnológicos y constructivos de interés, para estudios estadísticos que apoyen futuras recomendaciones de diseño.
 
3.5 Metodología 

La metodología general del trabajo implica desarrollar categorías de vulnerabilidad en base a datos del desempeño de materiales, del grado de compromiso de diferentes tipo de elementos estructurales y de problemas en los proceso constructivos que permiten materializar cada tipo de elemento.
Para poder obtener datos confiables que permitan establecer categorías de vulnerabilidad se plantean tres ejes de trabajo:
 •	El estudio, actualización y/o adaptación de metodologías existentes.
 •	El planteo de nuevas metodologías basadas en el desarrollo de programas experimentales.
 •	El desarrollo de bases de datos basadas un programa de relevamiento sobre estructuras existentes.
Una vez planteada las categorías de vulnerabilidad, se podrá avanzar, en programas futuros, sobre medidas de diseño que garanticen la durabilidad de cada elemento estructural.
Se planteara la conformación de equipos multidisciplinarios, que puedan analizar la complejidad del problema con mayor efectividad, y se buscara establecer relaciones interinstitucionales con organismos que tengan interés e inferencia directa sobre la temática 
A su vez se plantea la incorporación de estudiantes de ingeniería (civil - Industrial) como parte de un programa de formación y desarrollo curricular.

3.6 Desarrollo del Trabajo 

El desarrollo de esta investigación plantea cuatro etapas a desarrollarse en dos años:
 •	En primera instancia, se propone la investigación bibliográfica para actualizar el estado del conocimiento y evaluar avances en metodologías y reglamentaciones actuales. 
 •	Como segunda etapa, se propone el desarrollo de programas experimentales que permitan actualizar, adaptar o generar nuevas metodologías para obtener datos precisos sobre el desempeño de materiales. 
 •	En una tercera etapa, se propone el desarrollo de programas de relevamiento para obtener datos, a partir de estructuras existentes, que permitan reconocer aspectos problemáticos en términos constructivos que afecten a la durabilidad de las estructuras. 
 •	Finalmente, se propone el análisis de resultados para el desarrollo de criterios de evaluación y categorización de la vulnerabilidad de elementos estructurales. 
La presentación de resultados culmina el desarrollo del programa de investigación.

3.7 Bibliografía 

[1] Bertolini L., Elsener B., Pedeferri P., Redaelli E., Polder R. (2013), Corrosion of Steel in Concrete - Prevention, Diagnosis, Repair. Ed. WiLEY – VCH.
[2] Broomfield J. P. (2007), Corrosion of steel in concrete - Understanding, investigation and repair. Ed. Taylor & Francis.
[3] Tuutti K. (1982), Corrosion of steel in concrete. Ed. Of the Swedish Cement and Concrete Institute.
[4] Andrade C., Alonso C. y Molina F. J. (1993), Cover cracking as a function of bar corrosion. Part I: experimental test, Materials and structures 26, 453 – 464.
[5] Trocónis de Rincon O., Romero de Carruyo A., Andrade C., Helene P. y Diaz I. (2006). Manual de inspección, evaluación y diagnóstico de corrosión en estructuras de hormigón armado. Ed CYTED.
[6] CIRSOC 201 (2005), Reglamento argentino de estructuras de hormigón, Ed. INTI.

[7] EHE-08 (2010), Instrucción del hormigón estructural, Ed. Ministerio de fomento. 

[8] ACI Committee 318 (2019), Building Code Requirement for Structural Concrete, Ed. ACI.

[9] Fib CEB (2013), Model code for concrete structures, Ed. Enrst & Sohns 

[10] DuraCrete Report (2000), General guidelines for durability design and redesign: DuraCrete, probabilistic performance based durability design of concrete structures, Ed. Gouda.

[11] Fib Bulletin 34 (2006), Model Code for Service Life Design, Ed. Fib.

[12] Gjorv O. E. (2014), Durability design of concrete structures in servere environments, Ed Taylor & Francis.

[13] Angst M. U. (2018), Challenges and opportunities in corrosion of Steel in concrete,  Materials and structures. N°51, 4.

[14] Andrade M.C. (2019), Propagation of reinforcement corrosion: principles, testing and modelling, Materials and structures. N°52, 2.

[15] C. Andrade, C. Alonso (2004), Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of polarization resistance method, Materials and structures 37, 623–643.

4.  DESARROLLO DEL PROYECTO	

4.1 Cronograma de Actividades  
								
 	Actividad	 	Años	
Investigación bibliográfica			2022	
Desarrollo de programas experimentales		2022	2023	
Desarrollo de programa de relevamiento 		2023	2024	
Análisis de resultados			2024	
Presentación de resultados 			2024	
Comentarios y aclaraciones:	Duración total: 3 años	

4.2 Actividades de Transferencia 

El proyecto contempla la divulgación pública de los resultados con el fin de propiciar datos tecnológicos para la evaluación del riesgo por parte de la comunidad profesional. 

4.3 Vinculación del proyecto con la actividad docente desarrollada en UCA

El proyecto se vincula de manera directa con la catedra “Estudio y ensayos de materiales”, perteneciente a la carrera de ingeniería civil, específicamente con temas asociados a la degradación de materiales.

4.4 Vinculación del proyecto con problemas de la Comunidad
	
La degradación de materiales es uno de los principales problemas de sustentabilidad en la actividad industrial y civil. Cuanto más durable es una estructura civil, más sustentable es la actividad que se desarrolla en ella. Ofrecer datos que permitan mejorar el desempeño de estructuras civiles ante condiciones ambientales agresivas resulta en mejoras de la durabilidad, lo cual implica mayor sustentabilidad.

5.  PERSONAL ASIGNADO AL PROYECTO	

5.1 Completar la tabla de datos para cada uno de los integrantes en el siguiente orden: Director, Codirector, Investigadores e Investigadores en formación.

5.1.1. Por la UCA

Función:	Director	
Apellido y Nombre:	Gomez, Enzo David	
E -mail:	enzogomez@uca.edu.ar	
Título de Grado:	Ingeniero Civil	
Máximo Título Obtenido:	Magister en Ciencia y Tecnología de Materiales	
Cargo Docente:	Profesor Adjunto	
Si reviste como investigador en otra Institución (Ej.: CONICET, etc.), consignar: 	Institución
CNEA 	Cargo 
Investigador	Dedicación
Completa	

Función:	Co-director	
Apellido y Nombre:	Mantegna, Diego Hernan	
E -mail:	dmantegna@uca.edu.ar	
Título de Grado:	Ingeniero Civil	
Máximo Título Obtenido:	Ingeniero Civil	
Cargo Docente:	Profesor Adjunto	
Si reviste como investigador en otra Institución (Ej.: CONICET, etc.), consignar: 	Institución
 	Cargo 	Dedicación

Función:	Investigador	
Apellido y Nombre:	Lourenco Cidades, Marcelo	
E -mail:	luislourenco@uca.edu.ar	
Título de Grado:	-	
Máximo Título Obtenido:	-	
Cargo Docente:	Laboratorista	
Si reviste como investigador en otra Institución (Ej.: CONICET, etc.), consignar: 	Institución
 	Cargo 	Dedicación

6.  ALUMNOS COLABORADORES	

6.1 Por la UCA 

El desarrollo de los programas experimentales ofrece la oportunidad de que alumnos avanzados de la carrera de ingeniería civil puedan desarrollar, trabajos finales de graduación, pasantías de laboratorio y ayudantías de investigación. A la vez, ofrece la oportunidad de que alumnos que cursan la materia “estudio y ensayo de materiales” puedan presenciar tareas experimentales pertenecientes a los programas en desarrollo.

Se propone realizar convocatoritas anuales a:
 •	Prácticas y/o talleres, asociados al desarrollo de programas experimentales, en el marco de la catedra de Estudio y ensayo de materiales. 
 •	Planes de trabajo final de graduación en temas relacionados con el plan de investigación.
 •	Becas de ayudantes de investigación, de financiamiento nacional, en temas relacionados con el plan de investigación.
 •	Pasantías no rentadas en laboratorio para participar en programas experimentales asociados al plan de investigación.

El listado de alumnos colaboradores se actualizará, con todos los trámites correspondientes, en la medida que nuevos integrantes sean incorporados oficialmente.