Efectividad de los métodos de verificación de la protección frente a la corrosión en anclajes en roca

La norma UNE-EN 1537:2015 'Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Anclajes' [1] y la 'Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera' (MFOM) [2], especifican los métodos ERM I y ERM II; consistentes en medir la resistencia eléctrica entre las armaduras de un tirante y el suelo que circunda la estructura. Dichos métodos sirven para determinar la eficacia del sistema de protección contra la corrosión utilizado en el momento de la instalación inicial, si bien, ante la falta de ensayos de corrosión normalizados, se ha empleado en algún caso como referencia para evaluar el riesgo de corrosión en anclajes a lo largo de su vida útil.

A este respecto, SITE, como empresa especialista en la ejecución y mantenimiento de anclajes permanentes, viene investigando acerca de la búsqueda de métodos de ensayo que permitan evaluar la viabilidad de los anclajes permanentes ante la corrosión, tanto para su validación presente como para decidir si es factible la ampliación de su vida útil en función del riesgo de corrosión futuro.

Bajo este ámbito, el objetivo de este artículo es determinar si es correcto emplear el ensayo ERM para la evaluación del riesgo de corrosión en anclajes, teniendo en cuenta dos consideraciones a verificar: (i) que, si bien es un método que permite comprobar el aislamiento eléctrico del anclaje respecto al terreno, existen otros factores de gran relevancia en la evaluación de los posibles riesgos de corrosión en anclajes tales como la resistividad del terreno, que se recogen en literatura internacional que trata esta problemática [3], [4], y (ii) que el método ERM I presenta una elevada variabilidad en los resultados.

Con la finalidad de recabar información experimental que permitiese llevar a cabo el estudio propuesto, se llevaron a cabo medidas en campo sobre un conjunto de 7 anclajes, pertenecientes a una obra de anclajes sobre terreno rocoso en entorno de costa, ejecutada en 2005-2007.

Se cuenta con datos de resistencia eléctrica de una campaña anterior (2019) en los anclajes analizados.

Se llevaron a cabo en enero de 2023 medidas de la resistencia eléctrica siguiendo el procedimiento descrito en ERM I, introduciendo variaciones en parámetros del esquema eléctrico de medida tales como la distancia entre el polo positivo y el polo negativo o la profundidad de instalación en el terreno de la pica que se emplea como polo negativo.

En una segunda fase de trabajo, se llevó a cabo la medida de la resistividad eléctrica del terreno en el entorno de los anclajes siguiendo el denominado método de Wenner descrito en la norma 'ASTM G-57. Standard Test Method for Measurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four-Electrode Method' [5].

Por último, el trabajo se completó con la medida de la velocidad de corrosión (I_corr) con un equipo GECOR 10, empleando una variación del método de la resistencia de polarización lineal [6] típicamente empleado para la medida de la velocidad de la corrosión en armaduras de hormigón armado, para adaptarlo al entorno de medida. Finalmente se midió el diámetro de las cabezas de los anclajes expuestas a corrosión atmosférica.

En este apartado, se presentan los resultados obtenidos en las diferentes medidas llevadas a cabo en campo:

A. Resistencia eléctrica entre el anclaje y un polo negativo

Para un total de 7 anclajes, se realizaron medidas de resistencia eléctrica, con los siguientes resultados:

En cada uno de los anclajes, la resistencia se midió entre la cabeza del anclaje como polo positivo y una pica como polo negativo, para ello se emplearon 4 picas situadas a diferente distancia del anclaje (desde 2 m a 5 m), los resultados se muestran a continuación:

Tomando como valor de resistencia el promedio de las lecturas con las cuatro picas, se obtiene el resultado que se muestra en la figura 6. Por último, se midió la resistencia entre dos picas a la misma distancia del anclaje, pero clavadas en el terreno una profundidad diferente (30 y 90 cm), los resultados se muestran en la figura 7.

B. Resistividad eléctrica del terreno circundante a los anclajes

Siguiendo el método de Wenner se llevó a cabo la medida de resistividad eléctrica del terreno en 6 anclajes.

C. Velocidad de corrosión de los anclajes

La figura 9 muestra los valores promedio de velocidad de corrosión para las medidas realizadas en 7 anclajes.

D. Diámetro de los anclajes

La tabla 1 recoge las medidas de diámetro realizadas en las cabezas de los anclajes expuestas a corrosión atmosférica.

PUNTO	Diámetro (mm)	ΔΦ (mm)
A1	39,2	0,8
A2	39,8	0,2
A3	40	0
A4	39,4	0,6
A5	39,3	0,7
A6	40	0
A7	39,7	0,3

A. Resistencia eléctrica entre el anclaje y un polo negativo

• Efecto de la distancia entre electrodos en la medida de resistencia eléctrica

La representación de los valores de resistencia para las 4 picas, las cuales se encuentran a 2, 3, 4 y 5 m del anclaje, no revela ningún patrón claro en el efecto de la distancia entre electrodos (anclaje-pica) sobre la medida de resistencia. Sí muestra la gran variabilidad asociada al método de medida, reforzando la idea de que existen factores adicionales (como la variabilidad de la resistividad del terreno) que el método ERM I no está teniendo en cuenta. Por tanto, si bien el método puede ser válido para garantizar, con un muy elevado coeficiente de seguridad, que no existe contacto eléctrico entre el terreno y el anclaje, obvia otros factores, dejando de identificar escenarios en los que, sin cumplirse que R>0,1MΩ el anclaje puede no estar comprometido desde el punto de vista de la durabilidad.

• Efecto de la profundidad a la que se clava el polo negativo en la medida de la resistencia eléctrica

Los valores de resistencia entre las picas 1 y 5 en el anclaje A3 (separadas 20 cm) son muy próximos, por lo que no se revela ninguna influencia de la profundidad a la que se clava el electrodo. El estudio de los valores de resistencia de los 6 pares de picas (P1/P5) no muestra, tampoco, una correlación entre la profundidad y la resistencia. Si bien, de nuevo, los valores presentan una alta dispersión.

• Variabilidad en los valores de resistencia eléctrica

Los datos comparativos de la resistencia eléctrica en ambas campañas (2019 y 2023) se muestran en la figura 10.

Se comprueba que existe una diferencia entre los resultados obtenidos entre las dos campañas, lo cual lleva a pensar que existe un factor que influye en el valor de la resistencia y que se ha modificado entre 2019 y 2023 lo suficiente como para producir esta diferencia en los resultados y que no es tenido en consideración por ERM I. La conclusión que se puede extraer de este resultado es que existe una inconsistencia en el método tanto por los valores obtenidos comparativamente en ambas campañas como por la variabilidad de los resultados en cada una de ellas.

Fig 11. Velocidad de corrosión (I_corr [µA/cm²]) frente a resistencia óhmica (R_ohm Ω).

B. Resistividad eléctrica del terreno circundante a los anclajes

Los valores de resistividad obtenidos (fig. 8) son coherentes con un terreno rocoso (ver valores de referencia en [7]), además se muestra que el entorno en el que se encuentran los anclajes no es un medio agresivo desde el punto de vista del ataque por corrosión según el criterio expresado en Ref. [3].

En lo que respecta a la variabilidad, se observa que los valores se encuentran en un intervalo que va de 141,5 Ω·m a 931,5 Ω·m, lo cual supone que la variabilidad de este parámetro en la zona de trabajo es elevada.

Todo ello apoya la tesis de que, en la medida de la resistencia eléctrica entre un anclaje y un electrodo, el incremento de resistencia puede ser consecuencia no sólo del efecto del aislamiento, sino que tiene relación directa con la resistividad del terreno. Esto, a su vez, demuestra la importancia de considerar la resistividad del terreno como un parámetro relevante en el estudio de la durabilidad.

C. Velocidad de corrosión de los anclajes

Los valores de velocidad de corrosión (I_corr) obtenidos (fig. 9) se corresponden con niveles de corrosión despreciables.

Los resultados obtenidos permiten validar el método de medida, confirmando la coherencia de los resultados (fig.11), lo cual permite emplearlos con mucha más fiabilidad a la hora de extraer conclusiones.

D. Diámetro de los anclajes

La norma UNE-EN ISO 12944 [8] establece 7 niveles de corrosividad de ambientes para corrosión atmosférica, desde el C1. 'Muy bajo', hasta CX 'Extremo'.

En la misma norma, se incluyen en el nivel C5-M las áreas costeras con elevada salinidad.

La norma ISO 9223 [9] establece valores de referencia para la pérdida de diámetro por corrosión atmosférica para diferentes materiales y niveles de corrosividad atmosférica. En concreto, para el nivel C5-M y para un acero al carbono, se establece un intervalo de pérdida de entre 80 y 200 µm/año.

Para los anclajes que se han encontrado sometidos a un ambiente de corrosividad C5-M es esperable una reducción de diámetro de entre 80 y 200 µm/año; con variaciones según factores como la composición del material, vientos, temperatura, etc.

Si se aplica esa razón de pérdida de masa a un periodo aproximado de 16 años, se obtiene que los valores esperables de pérdida de diámetro en los anclajes estarían entre 320 µm y 800 µm, es decir, entre 0,32 mm y 0,8 mm. Valores coherentes con las medidas presentadas en la tabla 1 y que se encuentran entre 0 y 0,8 mm.

Se observa que las lecturas de resistencia eléctrica realizadas en las campañas de 2019 y 2023 presentan una elevada variabilidad, con semejanzas en cuanto a los valores máximos y mínimos locales. Esto pone de manifiesto que el paso del tiempo puede tener un efecto sobre la medida y por lo tanto, el método ERM resulta incierto para verificar el estado frente a corrosión durante la vida útil si no es introduciendo consideraciones adicionales.

No se han encontrado evidencias de correlación entre la distancia y profundidad de los electrodos y la resistencia. Se ha comprobado que el aumento de resistencia va unido a un aumento en la resistividad del terreno. Esto induce a pensar que la resistividad es un factor de gran relevancia en la medida de resistencia. Resistividad que ha mostrado, a su vez, una elevada variabilidad en la zona de estudio. Esa variabilidad debe tenerse en cuenta porque se reflejará en la dispersión de las medidas de resistencia.

Los bajos valores de velocidad de corrosión obtenidos en las medidas realizadas son coherentes con los elevados valores de resistividad, por lo tanto y a falta de estudios más completos, se concluye que la medida de velocidad de corrosión mediante una variación del método de la resistencia de polarización lineal sí puede ser un método adecuado para caracterizar el estado frente a corrosión de los anclajes permanentes.

Se concluye que los métodos ERM no son adecuados para valorar los posibles daños por corrosión en anclajes durante su vida en servicio debido a la elevada variabilidad de la medida y a la influencia de otros factores que deben ser tenidos en consideración, como la resistividad del terreno. Por otro lado, la medida directa de la velocidad de corrosión resulta prometedora para ese fin si bien aún se ha estudiado de forma muy preliminar.

Referencias bibliográficas

(1) UNE-EN 1537:2015 'Ejecución de trabajos geotécnicos especiales. Anclajes'

(2) Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera ha sido elaborada por la Dirección Técnica de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento

(3) 'Recommendations for prestressed rock and soil anchors' elaborada por el Post-Tensioning Institute de Fenix, Estados Unidos, (ISBN-1-9311085-29-3)

(4) 'Assessing Corrosion Damage and Corrosion Progression in Multistrand Anchor Systems in Use at Corps Projects' de 2013 del US Army corps of engineers

(5) ASTM G-57. Standard Test Method for Measurement of Soil Resistivity Using the Wenner Four-Electrode Method.

(6) RILEM TC 154-EMC: Electrochemical Techniques for Measuring Metallic Corrosion. Test methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in concrete by means of the polarization resistance method. C. Andrade and C. Alonso with contributions from J. Gulikers, R. Polder, R. Cigna, Ø. Vennesland, M. Salta, A. Raharinaivo and B. Elsener.

(7) Reglamento electrotécnico de BT. BOE núm. 224, de 18/09/2002.

(8) UNE-EN ISO 12944. Pinturas y barnices. Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas de pintura protectores.

(9) ISO 9223. Corrosión de los metales y aleaciones. Corrosividad de atmósferas. Clasificación, determinación y estimación.