ARTICULO 5416

CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA EN LÁMINA GALVANIZADA (LOSACERO®)

Prato, M. del R.; Nouel, R.; Reyes, R y Arias A. A.

Centro de Investigaciones Tecnológicas (CITEC) Universidad N. E. Francisco de Miranda (UNEFM)

Intercomunal Coro-La Vela, al lado Conscripto Coro 4101, Venezuela

RESUMEN

Un problema de corrosión por picadura producida por el desarrollo de microorganismos aparece en techos de vivienda de reciente construcción las cuales fueron fabricadas con láminas galvanizadas. El problema es la segunda vez que se produce en Venezuela; apareciendo en el primer caso en edificios, específicamente en la losa de entrepiso elaborada con un concreto compacto y de pH básico; siendo para el presente caso, que se presenta con un concreto de baja cohesión y con un pH cerca de 8.5 o menos. En ambos casos aparecen en los puntos de corrosión localizada un exudado muy ácido que perfora la lámina y estalactitas poliméricas ricas en óxidos de hierro. Se realizaron evaluaciones por vía húmeda, del tipo fisicoquímicas, microbiológicas y de contaminación salina, en el suelo y los materiales de construcción, además en la lámina y el concreto colocado sobre la lámina “topping”. Los microorganismos evaluados fueron BSR, bacterias férricas, las productoras de ácido, mesófilos heterótrofos, hongos y levaduras. La concentración de cloruros en los puntos del exudado era un millón de veces superior que en otras áreas de la lámina y el pH del mismo era del orden de dos. Se emplearon además técnicas por DRX, Fluorescencia de Rayos X, MEB con EDS y Microscopía Óptica. Los resultados indicaron que la contaminación microbiológica provino del suelo siendo que los microorganismos pudieron desarrollarse por la contaminación salina, y desaireación. Los productos de corrosión encontrados se corresponden con los que se forman en ambientes ácidos y salinos. Se considera que esta contaminación microbiológica aunado a la contaminación salina y al sistema constructivo utilizado produjo aceleradamente este problema. Palabras claves: corrosión por picadura, anaerobismo, bacterias

INTRODUCCIÓN

El cinc es un material que viene utilizándose con éxito para proteger al acero, presentándose como un metal de sacrifico por cuanto el se oxida antes que el hierro, formando productos de corrosión estables y protegiendo por consiguiente al acero. Esto ocurre en condiciones normales de temperatura, humedad y aireación; sin embargo, puede ocurrir una corrosión puntual debido a un proceso electro-químico con la generación de ambientes ácidos en espacios desaireados y de geometría confinada cuando este además está expuesto a la humedad e iones como cloruros y sulfatos.

Las picaduras que ocurren en espacios confinados de baja aireación se debe a la presencia de iones negativos que se acumulan y traen corrosión en puntos preferenciales; debido a la falta de movilización o renovación de estos iones, el exceso es contrarrestado por la acumulación en esos espacios de H+, produciéndose entonces un pH muy ácido (≈2) [1]

Esta corrosión puntual puede además producirse y potenciarse por la presencia de microorganismos productores de ácido que disuelve el cinc. En condiciones de anaerobismo estricto (ausencia absoluta de oxígeno), la corrosión se produce en un ambiente de pH cerca de 5 por Bacterias sulfato reductoras “BSR” (Desulfovibrio Desulfuricans) y en condiciones aeróbicas a un pH cerca 2 por bacteria sulfuro oxidantes (T-Tiooxidans); para ambos casos se tratan de bacterias asociadas al azufre ya sea reduciéndolo u oxidándolo.

La problemática de corrosión de láminas galvanizadas del tipo LOSACERO®1, utilizadas en la construcción de estos techos, se trata de un ambiente muy ácido que se puede originar por mecanismo electroquímico o microbiológico o por la combinación de ambos.

La presencia de compuestos de azufre en alta concentración en los materiales agregado grueso y fino utilizado para la construcción, así como la presencia de cloruros, en espacios confinados y la desaireación parcial o total indican que un proceso de corrosión está latente.

La escasa proporción de cemento utilizado en la mezcla y el uso de un agregado calcáreo (mayoritariamente constituido por CaCO3) potencia el fenómeno ya que se produce un concreto de bajo índice de aglomeración y de naturaleza reactiva, formándose además bicarbonatos y ácido carbónico por cuanto desafortunadamente el agregado fino utilizado era ácido y consecuentemente era de esperarse un concreto también ácido. Siendo así, este material deja de poseer las propiedades que debe tener tanto desde el punto de vista tanto físico como químico; un proceso en donde se obtienen concretos de este tipo, se denomina la muerte blanca del concreto y afecta al acero que está en contacto con él [2]1.

1LOSACERO® es un producto comercializado por LAMIGAL C. A. en Venezuela.

METODOLOGÍA

Se realizaron evaluaciones para conocer las causa del proceso de disolución puntual de la lámina galvanizada con el que fue construido el techo de las casas, las cuales a simple vista se observaron con condiciones ambientales que favorecían su destrucción; son ellas:

El agua llega hasta el cinc por la humedad condensada de la atmósfera, o también por la lluvia, pudiendo penetrar a través de un concreto de bajo índice de aglomeración y no compacto; esto es posible además si se observan problemas en la impermeabilización y/o si existen grietas en el concreto permitiendo el paso de agua hasta la lámina. La fotografía de la Figura 1 muestra el sistema constructivo utilizado y en la Figura 2 se presenta como aparece la corrosión. Varias visitas para la recolección de muestra fueron realizadas; se tomaron muestras de suelo (tres sitios), concreto y lámina en tres casas, arena, agregado grueso, material de préstamo, agua para la elaboración de la mezcla; las mismas se realizaron en época seca y lluviosa. Los análisis microbiológicos de bacterias productoras de ácido y las férricas fueron realizados según la metodología de la “Standards Methods for the examination of water and wastewater”; particularmente para las BSR y bacterias férricas, se aplicó el método SM-9240-C y 9240-C, respectivamente. Para los mesófilos, hongos y levaduras se utilizó el método COVENIN, norma 902-87 para los mesófilos heterótrofos y 1337-90 para los hongos y levaduras (Tabla 1). Para los ensayos por vía húmeda de contaminación salina y fisicoquímicos, se utilizaron las normas ASTM; D-1293, para evaluar pH, D-1125 para la conductividad, D-512 para determinar cloruros, D-516 para sulfatos, y D-1067 para evaluar la acidez por bicarbonatos (Tabla 2). Para todos los ensayos se utilizaron muestra de tres casas (muestras de concreto y de la lámina); en la casa 1 y 2 se encontraron signos evidentes de corrosión y en la casa 3 no se presentaba el problema. A título comparativo se relaciona mayormente los resultados de la casa 2 (con mayores problemas y que fue tomada la muestra de techo y procesada antes de 24 horas) y la casa 3 (sin problemas la cual se tomo y procesó también la muestra en el momento). Por otra parte para las evaluaciones morfológicas con análisis elemental de los constituyentes en puntos de interés, se utilizó la técnica de Microscopía Electrónica de Barrido (MEB-EDS), Esta muestras fueron tomadas en las cercanías de daños evidentes a las láminas galvanizadas y a partir de estas, se seleccionaron de forma aleatoria 10 muestras para ser observadas bajo el microscopio electrónico de barrido.

Los materiales (minerales) utilizados en la construcción, suelos, concreto, material de préstamo y estalactita, fueron evaluados además por Difracción de Rayos X (DRX) presentándose en la Tabla 3 sus resultados y por Fluorescencia de Rayos X (Tabla 4), de manera de conocer su naturaleza química y contaminantes presentes.

Los resultados químicos, microbiológicos y físico-químicos se relacionaron con las características de los productos de corrosión, su morfología, constituyentes químicos elementales por MEB con EDS, además con los tipos de minerales y tipos de óxidos presentes analizados por DRX, de manera que junto con análisis por Fluorescencia de Rayos X se pudiera conocer que elementos destacaban en proporción y quienes aparecían como contaminantes minoritarios; al final esta información se cotejó entre sí. Por otra parte, evaluaciones por Microscopía Óptica de la lámina, permitió conocer si adicionalmente el problema era favorecido por el tipo de material utilizado, de manera de dar la mejor aproximación a lo que realmente produjo el fenómeno corrosivo y poder descartar si el problema era particular con el material de cada conjunto de casas.

ANTECEDENTES Como lo mas importante de la problemática presentada y que la hace muy particular, es la presencia del exudado muy ácido con pH 2, que disolvía al cinc y al acero perforándolo, se podría explicar esto teóricamente tomando en cuenta aspectos electroquímico o solo microbiológico, pero principalmente de la combinación de ambos :

Electroquímicamente se explica la producción de ambientes ácidos en espacios desaireados y de geometría confinada de materiales metálicos expuestos a la humedad e iones como cloruros.

Las picaduras que ocurren en espacios confinados de baja aireación se deben a la presencia de iones negativos que se acumulan y trae corrosión en puntos preferenciales; debido a la falta de movilización o renovación de estos iones, el exceso es contrarrestado por la acumulación en esos espacios de H+, produciéndose entonces un pH muy ácido (≈2) [1]. Microbiológicamente se explica la producción de ambiente muy ácidos por el metabolismo de algunos microorganismos donde se pueden generar una solución muy ácida como en efecto fue encontrado; siendo así se hacen aquí algunas consideraciones teóricas para ilustrar este fenómeno que es el segundo en Venezuela y en el mundo; la literatura reporta este tipo de acidez para el caso de materiales no-metálicos solo en minas y en tuberías cloacales. Siendo así el otro caso de la problemática encontrada en Venezuela ya ha sido reportado[2-4]. Para explicar el fenómeno microbiológicamente se hacen algunas consideraciones:

Las bacterias sulfuro oxidantes son consideradas el mayor agente responsable de la corrosión en ambientes como tuberías cloacales y del drenaje ácido en minas. Las especies Thiobacillus son el mayor representante de bacterias productoras de ácido en estos ambientes[5] Particularmente el género Thiobacillus ferrooxidans ha sido a menudo detectado y por lo tanto utilizado como modelo para explicar como el metabolismo de bacterias oxidantes de hierro y de sulfuro; ellas pueden catalizar la producción de ácido en el ambiente[6].

En la ecología microbiológica asociada con ambientes ácidos miembros del género Acidiphilium tienen una significante interacción con bacterias oxidantes de hierro y de sulfuro. Una relación mutualística entre especies Thiobacillus y miembros del género Acidiphilium ha sido sugerido. Miembros del género Acidiphilium son capaces de reducir hierro. La reducción biológica de Fe+3 a Fe+2 ayuda a atenuar la producción de hierro férrico y por tanto la de ácido. Todo esto soporta la necesidad de evaluar en conjunto las Thiobacillus (productoras de ácido y oxidantes de hierro), y las Acidiphilium (consumidoras de ácido y reductoras de hierro) y si es posible evaluarlas en el sitio [6-7] Estas teorías se corresponden con los resultados obtenidos para ambos casos encontrados en donde el pH variaba pero mayoritariamente encontrándose en 2, valores de 2, 3, 4 y 5 pero no inferior a 2, esto fue encontrado en este estudio y en el otro reportado en Venezuela.

Las Thiobacillus ferrooxidans aparecen en comunidades en los alrededores de ambiente de limo encontrándose a un pH mayor de 1,2 y no en los ambiente tan ácidos de pH entre 0,3 y 0,7. Tomando en cuenta estas consideraciones de diversos autores y relacionándolo con nuestros resultados podemos afirmar que dentro de un concreto pobre en cemento pueden varias bacterias desarrollarse; así se percibe con los resultados microbiológicos presentados en la Tabla 1.

Las bacterias requieren alimento para producir energía y sintetizar nuevas células, los elementos esenciales son los que se encuentran en las células e incluyen C, H, O, P y N principalmente, además de otros elementos como K, Na, Ca, Fe, Mn, Mg[8]. El C el elemento más abundante en la célula lo puede tomar de la materia orgánica o del CO2. Para el caso de las autótrofas anaeróbicas como las BSR, el O lo tomarían no del aire sino del SO4

= y el C del CO2[8]

Entre las heterótrofas están las BSR quienes reducen el SO4

= SO4

= -> S=

Y entre las autótrofas están las T-tiooxidans quienes oxidan el S= S= -> SO4

=

y las T-Ferrooxidans, quienes oxidan el hierro Fe+2 -> Fe+3 + e- + H+

Las T-Ferrooxidans producen un exopolímero en donde se pega el Fe+3 generándose electrones que utilizan las bacterias férricas para la reducción del hierro (ver Figura. 9 con fotografía de estalactitas que refieren a dichos exopolímeros). Estos exopolímeros se asocian entonces a estas bacterias.

Las bacterias férricas pertenecientes a las Acidiphilium quienes reducen el hierro, cohabitan con las T-Ferrooxidans

Fe+3 -> Fe+2 - H+

Especies unicelulares heterótrofas acidófilas oxidantes del hierro han sido aisladas en diversos tipos de ambientes en el Reino Unido y en Estados Unidos, indicando que ellas pueden estar ampliamente distribuidas en aguas y suelos ácidos [8]

Como se puede observar existen procesos en paralelo y en cadena que tienen que ver con un ciclo de reproducción de estos microorganismos. Este ciclo debe reflejarse en una disminución y aumento de la producción de ácido y consecuentemente de la corrosión.

RESULTADOS Evaluación por vía húmeda Los resultados que se presentan mas adelante conllevan a pensar que estamos en un proceso de disolución de la lámina galvanizada que se realiza en forma exponencial (la reproducción de los microorganismos es exponencial), pero sujeto a las condiciones ambientales que la favorecen; entre ellas:

La humedad (producido por el agua de la atmósfera condensada, lluvia, problemas de impermeabilización, pero además generada por el metabolismo de otros microorganismos como son los hongos quienes actúan como concentradores de humedad (Tabla 1), y además por el calor debido a las condiciones climáticas de la zona y que ha sido incrementando por el sistema constructivo utilizado (el metal y específicamente el Zn es muy buen conductor del calor). Este calor y humedad son preservados en ese sándwich que lo constituye el sistema constructivo como se ilustra a continuación (Figura 3). En estas figuras se pueden observar que existe en este sistema constructivo: desaireación, y un concreto pobre en cemento, una contaminación química en la arena y además posterior contaminación microbiológica de la arena (por el suelo), trayendo por lo tanto contaminación en el concreto. Esta contaminación se demuestra en las tablas 1 y 2 que se presentan a continuación. La presencia de microorganismos induce la corrosión localizada Corrosión inducida micro-biológicamente o “Bio-corrosión”. El proceso se inicia en el mismo concreto. En el afán de las bacterias férricas de buscar el Fe+3 que requieren en su proceso, y ayudadas por las bacterias productoras de ácido, se produce la disolución metálica del cinc (galvanizado) y del hierro (lámina de acero). Este es un proceso indefinido y cíclico porque depende de seres vivos que están en constante reproducción pero que depende además que estén dadas las condiciones ambientales para que estos organismos vivos se desarrollen. En la fotomicrografía a 50X de magnificación de la estalactita (Figura 4), se aprecia la apariencia resinosa, húmeda y rica en óxidos de hierro, el cual se corrobora con los resultados de los análisis y se soporta en los fundamentos teóricos ya expresados. Obsérvese en estas figuras el color naranja brillante húmedo de la estalactita constituida por óxido de hierro de color naranja. Muy probablemente se trate de los

exopolímeros que refiere la bibliografía[9] el cual se produce por las bacterias T-Ferrooxidans y que sirven de soporte al Fe+3, para luego ser utilizado por las bacterias férricas reduciendo este hierro a Fe+2. En forma esquemática al relacionar la teoría sobre estos microorganismos que afectan el proceso que ocurre en este caso de corrosión encontrado, se puede representar el fenómeno en forma esquemática como aparece en la Figura 5. Por otra parte, se puede observar en la Tabla 1 que hongos, levaduras y mesófilos crecieron en un orden de 10 o 100 veces (relacionando época seca y lluviosa), en el suelo 1, en donde se encontraron las BSR; esto pareciera indicar que el desarrollo de las BSR es propiciado por un incremento de todos los microorganismos antes mencionados pasando de un estado latente a un estado activo. Los hongos en específico crecieron 100 veces para el suelo 1, y 10 veces para el suelo 3; el suelo 2 permaneció prácticamente inalterado. Para el caso de levaduras se observa un descenso del orden de 10 en la época lluviosa para todos los casos. Esto significa que las estaciones del año afectan el ambiente microbiológicamente y por ende presupone una variación en la contaminación a la que pueden estar sujetos los materiales de construcción que indudablemente pueden contaminarse con este suelo. En el agua que se utilizó en la obra se observó un incremento notable en los mesófilos, casi 40 veces, comparando la época lluviosa con la seca. Esto hace presuponer que el problema puede llegar a ser mas grave en las construcciones que se realicen en esta época. Los resultados de la evaluación química de los principales iones que afectan la corrosión en las construcciones y de la evaluación fisicoquímica que tiene que ver con el fenómeno de la corrosión química del concreto y electroquímica de los materiales metálicos utilizados en construcción, se reportan en la Tabla 2 , las muestras procesadas fueron de 50g en 500 ml de agua destilada. Solo para el caso de la estalactita cambiaron las condiciones debido a lo pequeña de la muestra (0,003 g en 500 ml), es decir, ella fue diluida casi 16.000 veces respecto del resto. Se puede entonces ver la relación exponencial entre el pH y la concentración de Cl-, que indica una concentración de tres órdenes de magnitud en protones y cloruros en esos sitios de corrosión puntual. En esta Tabla 2 se puede observar además que la época lluviosa no trajo cambios importantes a considerar en la parte fisicoquímica, los valores mas desfavorables se encontraron en el suelo 3, en donde se obtuvieron las mas altas conductividades, los mas bajos pH, y las mayores concentraciones de cloruros, pero sin embargo en este suelo no se encontraron bacterias productoras de ácido ni las sulfato-reductoras (BSR).

En cuanto a las características del concreto se pueden observar que ninguno reúne las condiciones de alcalinidad para que sea considerado como tal, hasta tal punto que uno de ellos dio pH por debajo de siete. Estos resultados indican que estamos en presencia de un concreto muy pobre en cemento y que por lo tanto no puede tener la alcalinidad que el mismo por naturaleza le corresponde tener. Las concentraciones de los iones fueron bajas, mas no así las conductividades. Ensayos en concreto para la época lluviosa no fue posible. El hecho de encontrar en todo momento bicarbonatos y no carbonatos se corresponden con las características ácidas encontradas que se

relaciona tanto con el escaso uso del cemento como con la presencia de microorganismos que generan estas condiciones; aunque no fue posible evaluar BSR en el concreto, si se encontró en el suelo. Siendo esta problemática similar al otro caso en Venezuela[4] en cuanto a la apariencia del tipo de daño, la formación de estalactitas y la segregación de exudado de pH dos, se asocia este problema con una corrosión microbiológica por tio-bacterias que requieren de otros microorganismo para su desarrollo como los aquí reportados. El hecho que los estudios del otro caso evaluado[3-5] se realizaron durante dos años, permitió, en algunos casos, encontrar esta correspondencia que aquí no fue tan evidente. Por lo tanto, en este estudio de forma indirecta y por la similitud del tipo de daño y por la contaminación microbiológica ambiental y salina encontrada en el concreto, podemos decir que estamos de igual forma en presencia de una corrosión microbiológica producida por el sinergismo que trae la contaminación por estas bacterias en el ambiente y la salinidad dentro del concreto, aunado a las altas temperaturas y desaireación que conllevan al desarrollo de este tipo de corrosión. Nótese en esta Tabla 2 como la concentración de cloruros para la estalactita es casi un millón de veces mayor que el resto de las muestras y la conductividad un poco más de 10.000 veces (tomando en cuenta la dilución de la muestra). Como la estalactita coincide con la corrosión puntual de la lámina, implica que allí se concentran los H+ y los iones, corroborando las consideraciones electroquímicas que tienen que ver con las características de este tipo de sistema constructivo, y siendo que esta estalactita la producen las bacterias se afirma que es una corrosión inducida microbiológicamente. Los iones se concentran allí por la lixiviación ácida y también como productos originados de su proceso metabólico. Aparentemente existe un sinergismo entre el mecanismo electroquímico y el microbiológico en este problema. El solo aspecto en algunos puntos de corrosión, líquido verdoso-rojizo (ver fotografía de Figura 2), y la alta concentración de mesófilos y de hongos y levaduras (Tabla 1), hacen presuponer este sinergismo que conlleva a una corrosión localizada con disolución del Zn y posteriormente del Fe. En esta misma Figura 2 se pueden observar el aspecto de los aleros en algunas casas que muestran la corrosión microbiológica similar a la encontrada en un sistema constructivo parecido. Evaluación por DRX y Fluorescencia de Rayos X Los resultados pro DRX (Tabla 3) indican que el agregado grueso está compuesto principalmente de calcita (CaCO3) por lo que era de esperarse un concreto con elevada concentración de carbonatos y que debido a la acidez la presencia de bicarbonatos y CO2 es evidente (Tabla 2), sirviendo entonces como fuente de C que utilizan los microorganismos tales como T-ferrooxidans y BSR para la producción de sus células. La presencia de hierro Fe+3 que normalmente aparece en los suelo ricos en mineral de hierro y en los productos de corrosión es lo que desencadena el proceso, ya que las bacterias férricas miembros del género Acidiphilium requieren de este ión, que puede provenir además de la oxidación del acero por el ácido que generan las bacterias productoras de ácido. Las fotografías de la figura 14 (estalactita con alta concentración

de óxidos color naranja) y los resultados del análisis por Difracción de Rayos X confirman la concentración de Fe+3 como Akaganeita (Tabla 3), siendo este el constituyente principal de la estalactita cerca de un 70%. Esta Akaganeita (ver figura 5) se presenta como producto de corrosión del acero cuando se está en presencia de ambientes muy salinos y ácidos [2]. Los resultados por Florescencia para una mejor representatividad de los contaminantes presentes indican que Cl y S son los factores desde el punto de vista microbiológico y químico que favorecieron el proceso; se observa contaminación en todas las muestra de arena, concreto estalactita y agregado grueso, además el hecho de contaminación por P indica que se propicia el desarrollo microbiológico (Tabla 4). La contaminación por S fue mayor en las muestras de suelo. Análisis por MEB-EDS. En cuanto al concreto de la casa 2 se muestran en las fotomicrografías de la Figuras 6-10 aspectos representativos observados al MEB. Se observa superficie irregular con poca cohesión entre los componentes, pobre contenido en Ca y alto contenido en Al. Proporciones de los elementos que se ven en los picos de EDS en la fotomicrografía de la Figura 7 sugieren la presencia de óxidos de hierro, silicio, aluminio y cinc, también se reporta azufre en cantidades superiores a la esperada. Estas mismas cantidades elevadas de S se observan en la Tabla 4 en donde se presentan los resultados de fluorescencia de rayos X, se observa en esta misma tabla que en la casa 1 en donde no hubo problemas de corrosión la presencia de azufre también es alta indicando que el problema aún cuando todavía no aparece, muy posiblemente aparecerá, igual ocurre con el cloruro que también en ambas casas es alto. Esto se corresponde en aproximación con los resultados de análisis por vía húmeda (Tabla 2) en donde los sulfatos en ambas casas son altos pero duplicando la casa 2 a la casa 1, con cloruro hubo similitud. En cuanto a la contaminación microbiológica en general, que se refleja en el contenido de mesófilos, se observa que la concentración en el concreto de la casa 2 era 100 veces mayor que la casa 1. El hecho de que ellos están presentes y en menor cantidad indica que la problemática existe pero en menor grado por lo que la velocidad del proceso de bio-deterioro allí es mas lento. La acidez del concreto se corresponde con estos resultados un concreto ácido se encontró en la casa con signos evidentes de bio-corrosión (tabla 2). En la microfotografía de la Figura 10 se observa la apariencia mucosa del concreto que se asocia con contaminación microbiológica. Microscópico-Composicional (Estalactita) Son las formaciones que se observan por debajo de la lámina, ellas se proyectan hacia el piso del mismo modo que lo hacen las estalactitas en las cuevas. Se ubican alrededor de las picaduras formadas en la lámina y las rodean. Debido a su diminuto tamaño y a la poca disponibilidad de este particular elemento del proceso corrosivo los análisis que se realizan están limitados en cuanto al número de réplicas de las que se dispuso. De los análisis químicos elementales realizados a la superficie de muestra de estalactita casa 2 (cara interna) se puede inferir que se deposita principalmente óxido de hierro, una alta cantidad de cloro y restos de sílice que probablemente proviene de los materiales utilizados en la mezcla del concreto.

Análisis Morfológico-Composicional de la Picadura y la Grieta

Siendo la picadura el daño más importante del problema de corrosión de las casas, se presentan a continuación los resultados de la evaluación por MEB del tipo de picadura y de la morfología de los productos de corrosión adyacentes a la misma en sus caras internas y externas. Se observa en la Figura 11 la morfología del daño que produce la picadura, donde la grieta avanza superficialmente. Se observa mayor producción de productos de corrosión en las cercanías de la grieta. En la micrografía EDX de abajo. de las zonas adyacentes al frente de avance de la picadura son detectados principalmente hierro, adicionalmente cinc, calcio, azufre y cloro.

Los productos de corrosión principalmente están constituidos por óxidos e hidróxidos de hierro y en menor proporción los de cinc. Esto es posible sólo si en los estadios iniciales del proceso fue disuelto el recubrimiento galvanizado de cinc, lo cual se debió a la humedad presente y el bajo pH de la zona; bajo tales condiciones, la película pasiva de zincita pierde sus propiedades protectoras, al menos de forma local y entonces se rompe la protección en sitios localizados. En este momento es cuando se generan las picaduras, una vez que estas comienzan es muy poco probable que se detenga el proceso ya que la acidificación local se incrementa con cada reacción química que ocurre y el proceso se autocataliza. Finalmente el proceso consigue disolver la capa de cinc metálico y alcanza el acero base, el cual es aún más susceptible de daño bajo estas condiciones, en estos momentos el proceso incrementa su velocidad en varios órdenes de magnitud, ya que el acero base posee muy pocas propiedades protectoras y además se forma un par galvánico entre el cinc y el acero base, constituyendo este último la parte activa de la dupla.

El hecho de que la picadura se forme y posteriormente no incremente su ancho de forma uniforme, sino que más bien se propague en forma de grieta sugiere que existe un componente de esfuerzo mecánico asociado al proceso (ver Figuras 12-13). La grieta se propagaría en dirección perpendicular a la carga aplicada y es importante recalcar que el hecho de existir esa carga le incrementa la velocidad al fenómeno ya que contribuye a la expansión de la grieta y a la ruptura mecánica de la capa protectora de óxido que se pueda regenerar. La lámina ha sido diseñada para contener al concreto que se fragua sobre ella y que luego de secado se sostiene a si mismo; en las construcciones analizadas no se utilizó ningún tipo de refuerzo de acero, por lo que el peso del concreto vaciado descansa sobre la lámina y genera una carga que ésta debe soportar. La morfología de la grieta es característica de “Stress Corrosion Cracking” (SCC) y, probablemente de “Sulfide Stress Cracking” (SSC), estos modos de corrosión se dan en presencia de altas concentraciones de compuestos de azufre, el cual fue detectado en las cercanías de la picadura y en el frente de avance de la grieta como puede ser visto en el EDX realizado y corroborado en los estudios de fluorescencia realizados sobre productos de corrosión retirados mecánicamente de zonas oxidadas de las láminas (Tabla 4). Las bacterias presentes acidifican el medio, facilitando la formación de la picadura y posterior crecimiento de la grieta en dirección perpendicular a la carga aplicada, tal y como se produce en los fenómenos de SCC y SSC. Las evidencias encontradas sugieren que, al menos se puede concluir que la morfología de la grieta es característica de ambientes con altas concentraciones de azufre bajo esfuerzo mecánico aplicado.

Resultado de ensayos por microscopía óptica (metalografía) Las imágenes de microscopía óptica que se presentan muestran el daño por corrosión al recubrimiento galvanizado en las Casa 2 y 3, en ellas aún no se aprecia daño al acero base, sin embargo se puede apreciar como la película protectora se ve afectada por el medio ambiente. En la Figura 14 se observa la microestructura Ferrítica del acero base, característica de aceros de bajo carbono, consiguiéndose la misma microestructura en las muestras de las tres casas evaluadas. En la Figuras 15 a la 17 se presentan en detalle la microestructura además el recubrimiento galvanizado. Las microestructuras observadas se encuentran de modo similar en Casa 1, 2 y 3. En ellas se puede apreciar que el recubrimiento se constituye principalmente de dos fases, la externa de cinc y una interna con granos columnares de Fe-Zn. Se observan en estas figuras que independientemente de la gravedad de la corrosión por picadura (casa 1 y 2 grave, y 3 sin signos de corrosión por picadura) existen evidentes signos de corrosión atmosférica por posible humedad permanente y parcial desaireación (contacto con el impermeabilizante) en donde el cinc ha dejado de cumplir su función; siendo así se encuentra contrariamente a lo observado externamente que en peor estado se encuentra la casa 3 (no afectada por la picadura), mientras que la casa 2 no se ve afectada por este tipo de corrosión uniforme. Análisis conjunto de los resultados: En este proceso se encontraron dos tipos de corrosión: Un proceso de corrosión uniforme (menos grave), en los círculos grandes señalados en la Figura 18 (el manto impermeabilizante está en contacto directo con la lámina y le permite la llegada parcial de aire y humedad ambiental y un proceso de corrosión localizada producida en la lámina en contacto con el concreto, que no cumple su función de basificar el medio por la falta de cemento aunado al uso de un agregado del tipo calcita el cual es reactivo. La gravedad de este fenómeno de corrosión dependió del grado de desaireación; se produjeron puntos localizados (acidificación puntual) y la consecuente formación de picaduras en la lámina. Este sistema constructivo requería de una impermeabilización efectiva de la lámina, ya fuera con un concreto preparado bajo especificaciones, o un recubrimiento a la lámina, o un recubrimiento apropiado al sistema completo. Era necesario que el sistema se instalara adecuadamente o de lo contrario se generaría áreas y puntos susceptibles de corrosión en la lámina, como fue lo que ocurrió.

La presencia de un concreto no compacto y la deficiente impermeabilización del sistema permitió filtraciones y la acumulación de líquidos principalmente en los puntos señalados de la zona baja de la lámina. Mientras mas alejada estuviese la zona de la abertura o filtración, menos entrada de aire y renovación de liquido ocurría. El concreto sobre la lamina funcionó como hendidura no permitiendo el lavado o renovación de liquido y poco a poco se iba acidificando a medida que se disuelve mayor cantidad de metal en la solución, al mismo tiempo que se difundían otras especies mas agresivas como S o Cl. Una corrosión localizada ácida se presentó debido a la falta de oxígeno, la presencia de iones negativos Cl- o SO4= quienes se concentran en los valles de una superficie con geometría como la de las láminas galvanizadas utilizadas. En estos valles estos iones negativos atraían los H+ producidos en el mismo proceso de corrosión sin aireación, con la consecuente acidificación localizada y por lo tanto

perforación de la lámina. Adicionalmente el hecho de que la lámina soportara cargas para la cual no fue diseñada pudo haber contribuido a la fractura de la capa pasivante de zincita y a la propagación de la grieta.

La presencia de agua proveniente de la condensación de la humedad atmosférica o por la lluvia, debido a una deficiente impermeabilización, conllevó a una corrosión uniforme en las partes altas de la lámina (parte interna en contacto directo con el manto impermeabilizante). Por otra parte la humedad, la falta de oxígeno, la presencia de aniones y la geometría de la lámina fueron factores que sumados desencadenaron además una corrosión ácida localizada (la mas grave), en los valles de la lámina galvanizada, perforándola. Esta pudo ocurrir aún en ausencia de microorganismos. La acidificación pudo llegar a pH=2 dependiendo del grado de desaireación, como en efecto fue encontrado. Desafortunadamente los microorganismos presentes potenciaron este proceso ya que atraían la humedad y acidificaban por su parte el medio; en su ausencia el proceso de corrosión por picadura hubiese ocurrido tardíamente.

CONCLUSIONES

La metalografía indicó que la calidad de las láminas fue la misma, tanto en las casas donde se presentó corrosión, como en la que permaneció en buen estado. La microestructura del acero base y del recubrimiento galvanizado. Indica que se constituye principalmente de dos fases, la externa de cinc y una interna con granos columnares de Fe-Zn. La corrosión observada fue inducida microbiológicamente: Fueron observados organismos aeróbicos y anaeróbicos, que inducen a la corrosión. Agentes microbianos originaron sustancias corrosivas; ellos metabolizaron sustancias que destruyeron tanto el recubrimiento protector del cinc como el acero. Las estalactitas formadas son producto del metabolismo de tio-bacterias; ellas presentaron muy elevadas concentraciones de akaganeita característico de ambientes ácidos y salinos. Como los productos de corrosión principalmente se constituyen de óxidos e hidróxidos de hierro y en menor proporción los de cinc, implica que desde los estadios iniciales del proceso fue disuelto el recubrimiento galvanizado de cinc. La morfología de las grietas que se observaron indican un “Stress Corrosion Cracking” (SCC) y, probablemente de “Sulfide Stress Cracking” (SSC), estos modos de corrosión se dan en presencia de altas concentraciones de compuestos de azufre, el cual fue detectado en las cercanías de la picadura. El hecho de que la picadura que se forman se propague en forma de grieta sugiere que existe un componente de esfuerzo mecánico asociado al proceso. Las características del sistema constructivo propiciaban el desarrollo de una corrosión localizada: la concentración salina y de protones era un millón de veces mas concentrada en algunos puntos. Se produjeron celdas de aireación diferencial por

efecto de un desigual consumo de oxígeno en zonal localizadas. Los agregados con contaminación salina y ácidos y el agregado grueso del tipo calcáreo produjeron un concreto que afectaba la lámina. El concreto no presentó la basicidad que se exige para lograr la pasivación del cinc y el acero, solo en la casa 1 (sin corroerse) se obtuvo un concreto ligeramente superior a 8,5, los otros dos fueron ácidos. Debe existir una rigurosidad en la evaluación del agregado y del suelo en donde el mismo es almacenado, así mismo del agua de mezcla (haciéndose hincapié a la calidad microbiológica). Con el uso de láminas galvanizadas en sistemas constructivos como el estudiado o similares y/o cuando no se pueda garantizar la calidad de los materiales de construcción, es necesario lograr una buena impermeabilización y un concreto elaborado según las normas.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a Láminas Galvanizadas C. A. por el apoyo financiero recibido, asimismo a la Constructora OMEGA por facilitar la toma de muestras.

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230.1963 3. Prato, M. del R.; Peña Plaza, L.; y Reyes,R. “Corrosión localizada en acero galvanizado

utilizado como encofrado en losa de concreto”. Memorias VII Congreso de control de calidad en la construcción. Memorias CONPAT 2003, Mérida, Yucatán, México. p. 21-26 Septiembre 2003

4. Prato, M. del R.; Reyes, R. Garcìa J.D. “Durabilidad del concreto por control de calidad químico y microbiológico del agregado”. Memorias VII Congreso de control de calidad en la construcción. Memorias CONPAT 2003-. Mérida, Yucatán, México. 21-26, septiembre 2003.

5. Brito, R. Peña L, Reyes R and Prato M del R “Design, construction and evaluation of microbiological control equipment to be applied in bio-deterioration case of plate concrete”. Proceedings 16th International Corrosion Congress. Paper 8-1,Beijing-China. 19-24 Sep 2005

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7. Paula Bacelar-Nicolau and D. Barrie Johnson “Leaching of Pyrite by Acidophilic Heterotrophic Iron-Oxidizing Bacteria in Pure and Mixed Cultures “Applied and Environmental Microbiology, February 1999, p. 585-590, Vol. 65, No. 2

8. Videla H. y Salvarezza R.. Introducciòn a la Corrosiòn Microbiològica. Parte1, P.4.1990. 9. Johnson, D. B., P. Bacelar-Nicolau, D. F. Bruhn, and F. F. Roberto. 1995. “Iron-oxidising

heterotrophic acidophiles: ubiquitous novel bacteria in leaching environments” p. 47-56. In T. Vargas, C. A. Jerez, J. V. Wiertz, and H. Toledo (ed.), Biohydrometallurgical processing, vol. 1. University of Chile, Santiago, Chile.

Tabla I.- Resultados de análisis microbiológicos

Muestra

Fecha de toma muestra

Mesòfilos Heteròtrofos(UFC/g) COVENIN 902-87

Hongos (UFC/g) COVENIN1337-90

Levaduras(UFC/g) COVENIN 1337-90

Bact Prod de ácido

Bacteria Férricas

BSR (cel/g)

31-03-05 7,0 x 103 1,0 x 101 < 1 x 101 - - - Suelo 1 18-05-05 1,2 x 104 2,0 x 103 < 1 Neg. Neg. Neg.

31-03-05 5,1 x 103 1,0 x 103 < 1 x 101 - - - Suelo 2

18-05-05 6,3 x 103 1,3 x 103 < 1 Neg. Neg. Neg. 31-03-05 9,9 x 102 <1 x 101 < 1 x 101 - - - Suelo 3

18-05-05 6,9 x 103 2,3 x 102 < 1 - - 1 x 101

31-03-05 1,8 x 102 < 1 x 101 < 1 x 101 - - - Suelo 4 (material prestamo) 18-05-05 - - - Neg. Neg. -

31-03-05 1,6 x 103 1,0 x 102 < 1 x 101 - - - Concreto 1

18-05-05 - - - - - -

31-03-05 5,8 x 104 < 1 x 101 < 1 x 101 - - - Concreto 2 18-05-05 *** *** *** - - -

31-03-05 1,5 x 102 1,0 x 101 < 1 x 101 - - - Concreto 3 18-05-05 *** *** *** - - -

31-03-05 2,6 x 102 1,0 x 101 < 1 x 101 - - - Arena - - - - - - -

31-03-05 1,7 x 103 < 1 x 101 < 1 x 101 - - - Agua 18-05-05 7,8 x 104 < 1 x 101 < 1 x 101 Neg. Neg. Neg.

31-03-05 7,7 x 102 < 1 x 101 < 1 x 101 - - - Agregado grueso 18-05-05 - - - - - -

Estalactita 18-05-05 - - - Neg. Neg. Neg.

Tabla 2.-Resultados de análisis físico-químicos y químicos

# dilución 16000 veces mayor que el resto de las muestras.

Muestra

Fecha de toma muestra

pH ASTM

D -1293

Conductividad µs/cm

ASTM D-1125

% Cl¯ (x10-3)

ASTM-D-512

% S04= (x10-3)

ASTM-D 516

Acidez (% de HCO3-)

(x10-3) ASTM D- 1067

31-03-05 7,00 37,5 3,40 13,93 31 Suelo 1 18-05-05 7,09 65,9 3,40 28,49 14 31-03-05 7,65 49,1 3,40 13,93 17 Suelo 2

18-05-05 7,01 63,8 3,40 10,55 13 31-03-05 6,30 227 40,84 12,50 14 Suelo 3 18-05-05 6,53 67,8 13,61 5,36 7 31-03-05 6,66 36,6 3,40 2,50 14 Suelo 4

(material prestamo)

18-05-05 - - - - -

31-03-05 8,88 283 64,67 28,57 39 Concreto techo casa 1

18-05-05 - - - - -

31-03-05 6,70 145 13,61 39,28 33 Concreto techo casa 2

18-05-05 - - - - -

31-03-05 8,02 108 13,61 19,64 19 Concreto techo casa 3

18-05-05 - - - - -

31-03-05 5,00 116 17,01 33,93 4 Arena 18-05-05 - - - - -

31-03-05 7,51 178 17,01 5,36 88 Agua

18-05-05 7,06 180 13,61 4,92 8,6 31-03-05 7,35 30,7 3,40 5,36 19 Agregado

grueso 18-05-05 - - - - - 31-03-05 2 (in situ) - - - - Estalactita

# 18-05-05 3 (in situ) 5,28

124 7.370 0 -

Tabla 3.-Resultados de análisis por Difracción de Rayos X

ABUNDANCIA (%)

MUESTRA CONSTITUYENTES >65 64-35

34-15 14-5 4-1 <1

Estalactita Akaganeita X Arena Cuarzo X

Suelo 1 Suelo 2

Préstamo

Cuarzo / Hidróxidos Amorfos de

Fe?

X

Cuarzo X Calcita X Suelo 3 Feldespato Potásico yRutilo? X

Calcita X Agregado grueso Dolomita y Cuarzo X

Cuarzo X Concreto 1 Concreto 2 Concreto 3 Calcita X

Tabla 4.-Resultados de análisis por Fluorescencia de Rayos X

ELEMENTOS CONTAMINANTES PRESENTES MUESTRA

Cloro Fósforo Azufre

Estalactita X X X

Arena X X X

Suelo 1 X X X*

Suelo 2 X X X*

Suelo 3 X X X*

Préstamo X X X* Agregado grueso X X X

Concreto 2 X X X

Concreto 3 X X X *como contaminante mayoritario

Figura 1. Fotografía que muestra el sistema constructivo y el color muy blanco del concreto

Figura 2. Aspecto de lámina al interior de vivienda con el problema de corrosión y de los daños donde se aprecian las estalactitas con el exudado en el alero del techo de una vivienda.

Figura 3. Esquema del sistema constructivo utilizado

Figura 4. Fotografía al microscopio estereoscópico de la estalactita a 50X de magnificación

concreto pobre en cemento “Topping”

Lámina galvanizada

impermabilizante

Figura 5. Esquema del papel que cumplen los microorganismos en el proceso corrosivo encontrado en este estudio

Figura 6. Fotomicrografía a 25x. Muestra de Concreto tomada en superficie de contacto con la lámina galvanizada. Se observa superficie irregular con poca cohesión entre los componentes. Pobre contenido en Ca y alto contenido en Al

T-Tiooxidans

Acidiphilium

Bacterias Férricas

ACERO

Thiobacillus

T-Ferrooxidans

Hongos Levaduras

SO4= Fe+3, H+, e-,

BSR Productoras de ácido

SO4= contaminante

Cl- contaminante

akaganeita

Figura 7. Fotomicrografía a 25x. Análisis químico EDX a muestra de Concreto Casa 2, tomada en superficie de contacto con la lámina galvanizada. Proporciones de los elementos sugieren presencia de óxidos de hierro, silicio, aluminio y cinc, también se reporta azufre en cantidades superiores a la esperada.

Figura 8. Fotomicrografía a 200x. Análisis químico EDX puntual, a partícula seleccionada de la Muestra de Concreto de la fotomicrografía 2. Las proporciones de los elementos sugieren que la partícula seleccionada y las de apariencia similar se corresponden con óxido de silicio (sílice).

Figura 9. Fotomicrografía a 200x. Análisis químico EDX particular a área seleccionada del agregado de la muestra de Concreto de la fotomicrografía 2. Las proporciones de los elementos sugieren principalmente óxido de silicio y hierro; en menor proporción óxidos de aluminio, calcio y cinc.

Figura 10. Fotomicrografía a 1500x. Zona seleccionada de la Muestra de Concreto. Las partículas del agregado presentan tamaños inferiores a 10µm, principalmente entre 3 y 5µm. Observése el aspecto mucoso en algunas zonas que puede estar asociado con microorganismos así como la disgregación de las partículas de agregado.

Figura 11. Fotomicrografía a 25x. Fragmento de estalactita, cara interna y análisis EDX realizado. Las cantidades de Fe, Cl, O y Si reportadas, sugieren que principalmente existen óxidos de hierro y altas cantidades de cloro, además de óxido de silicio proveniente del concreto. Debido a la geometría de la muestra y su carácter no conductor, esta tiende a cargarse y en consecuencia a presentar las zonas brillantes que se observan.

Figura 12a. Fotomicrografía a 30X. Morfología típica de corrosión bajo tensión, en superficie de las zonas adyacentes a una picadura y de la grieta que se produjo posteriormente.

Figura 12b. Fotomicrografía a 150X. Superficie de las zonas adyacentes al frente de avance de la grieta (figura 12a), cara interna y análisis elemental de esa zona.

Figura 13. Fotografías que muestran el efecto de la picadura. Fotografías de arriba: Propagación de la grieta luego del crecimiento de la picadura, carga aplicada perpendicular a la longitud de la grieta, se muestra sistema estructural de soporte del techo. Fotografías de abajo muestran sistema de techo, donde se percibe la carga que debe soportar la lámina, sistema sin refuerzo para el concreto de malla o cabilla.

Nital 200X

Figura 14. Fotomicrografía Óptica de Corte transversal de lámina en la casa 2. se observa microestructura Ferrítica del acero base, característica de aceros de bajo C.

SA 100X

Figura 15. Fotomicrografía Óptica de Corte transversal de lámina en la casa 2., se observa en la parte inferior el acero base y en la superior el recubrimiento galvanizado parcialmente oxidado.

Nital 200X

Figura 16. Fotomicrografía Óptica de Corte transversal de lámina en la casa 3., se observa en la parte inferior el acero base y en la superior el recubrimiento galvanizado, en la zona intermedia se aprecia una tercera fase Fe-Zn.

Nital 200X

Figura 17. Fotomicrografía Óptica de corte transversal lámina casa 3., se observa en la parte superior el acero base y en la inferior el recubrimiento galvanizado oxidado.

Figura 18. Modelo de lámina galvanizada, en el que se señalan puntos de aireación diferencial para el sistema lamina-concreto, más oscuro implica menos aireación y mayor posibilidad de acidificación del medio.

impermeabilizante Corrosión uniforme

Corrosión por picadura (medio ácido)