ASTM Designación: C 876 – 91

ASTM Designación: C 876 – 91 (Reaprobada 99)

Método Estándar de Ensayo para
Potenciales de Media Celda para Acero de Refuerzo no Revestido en Concreto.


1. Alcance
1.1 Este método de ensayo cubre la estimación del potencial eléctrico de media celda del acero de refuerzo no revestido dentro del concreto, tanto en el campo como en el laboratorio, con el propósito de determinar la actividad corrosiva del acero de refuerzo.
1.2 Este método de ensayo esta limitado por un sistema de circuitos eléctricos. Una super-ficie de concreto que ha sido secada para extender este es un dieléctrico y superficies que son revestidas con un material dieléctrico no proporcionaran un aceptable circuito eléctrico. La configuración básica del circuito eléctrico es mostrado en la Fig. 1
1.3 Los valores establecidos en unidades libras-pulgadas serán considerados como estándar.
1.4 Este estándar no se propone dar lineamientos a los problemas de seguridad asociados con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer la seguridad apropiada y prac ticas de salud, determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras previas a su uso.

2. Documentos Referenciados
2.1 Estándar ASTM: G 3 Práctica para Convención Aplicable a Mediciones Electroquímicas en Ensayos de Corrosión.(Vol. 03.02)

3. Significado y Uso
3.1 Este método de ensayo es compatible para evaluación en servicio y para uso en investi-gación y desarrollo de trabajos.
3.2 Este método de ensayo es aplicable a miembros estructurales a pesar de su tamaño o la profundidad de recubrimiento del concreto sobre el acero de refuerzo.
3.3 Este método de ensayo puede ser usado en cualquier tiempo durante la vida de un miem-bro estructural de concreto.
3.4 Los resultados obtenidos por el uso de este método de ensayo no deben ser considerados como una medida para estimar las propiedades estructurales del acero o del miembro de concreto reforzado.
3.5 Las medidas potenciales serán interpretadas por los ingenieros o técnicos especialistas experimentados en el campo de materiales de concreto y ensayos de corrosión. Siempre es necesario el uso de otra información tal como el contenido de cloruro, profundidad de carbonatación, examinar resultados de laminación, resultados de rata de corrosión y condi- ciones de exposición ambiental, en adición a las mediciones potencial de media celda, para formular conclusiones relativas a la actividad de corrosión del acero embebido y su probable efecto en la vida de servicio de la estructura.

4. Aparatos
4.1 El aparato de ensayo consiste de lo siguiente:
4.1.1 Media celda:
4.1.1.1 Una media celda de sulfato de cobre-cobre (Nota 1) como se muestra en la Fig. 2. Esta consiste en un tubo rígido o recipiente compuesto de un material dieléctrico que no reacciona con cobre o sulfato de cobre, una madera porosa o tapón plástico que permanezca húmedo por acción capilar y una varilla de cobre que este inmersa dentro del tubo en una solución saturada de sulfato de cobre. La solución será preparada con sulfato de cobre grado reactivo, cristales disueltos en agua destilada o deionizada. La solución puede ser conside-rada saturada cuando un exceso de cristales (no disueltos) yace en el fondo de la solución.
4.1.1.2 El tubo rígido tendrá un diámetro interno no menor que 1 pulg. (25 mm); el diámetro del tapón poroso no será menor que ½ pulg. (13 mm); el diámetro de la varilla de cobre inmersa no será menor que ¼ pulg. (6 mm) y la longitud no será menor que 2 pulg. (50 mm).
4.1.1.3 El presente criterio esta basado en la reacción de media celda Cu  Cu++ + 2e indicando que el potencial de sulfato de cobre-cobre saturado de media celda como referen-ciado al electrodo de hidrógeno es –0.316 V a 72o F (22.2 o C). La celda tiene un coeficiente de temperatura de alrededor 0.0005 V más negativo por o F para el rango de temperatura de 32 a 120o F (0 a 49o C).

Nota 1—Cuando este método de ensayo especifique solo un tipo de media celda, esta será, la media celda de sulfato de cobre-cobre, pueden ser usadas otras que tengan similar rango de medida, características de precisión y exactitud. En adición la celda de sulfato de cobre-cobre, celdas de calomel han sido usadas en los estudios de laboratorio.

4.1.2 Recipiente con Empalme Eléctrico—Un recipiente con empalme eléctrico debe ser usado para proporcionar una resistencia eléctrica baja, puente liquido entre la superficie del concreto y la media celda. Esto consistirá de una esponja o varias esponjas pre humedecidas con una solución de contacto de resistencia eléctrica baja. Las esponjas pueden ser plegadas alrededor y adheridas a la punta de la media celda como para proporcionar continuidad eléctrica entre el tapón poroso y el miembro de concreto.
4.1.3 Solución de Contacto Eléctrico –En orden de estandarizar la caída de potencial a través de la porción del circuito de concreto, una solución de contacto eléctrico debe ser usada para humedecer el recipiente con empalme eléctrico. Una de las soluciones esta compuesta de una mezcla de 95 ml de agente humectante (comercialmente disponible) o un liquido con deter-gente casero, mezclado con 5 galones (19 Litros) de agua potable. Bajo temperaturas de trabajo menores a 50o F (10o C), aproximadamente 15 % por volumen de ambos, isopropil o alcohol desnaturalizado pueden ser adicionados para prevenir nublarse la solución de contacto eléctrico, desde entonces lo nublado puede inhibir la penetración del agua en el concreto a ser ensayado.
4.1.4 Voltímetro – El voltímetro debe tener la capacidad , siendo operado por baterías y tener  3 % de precisión al final de la escala en los rangos de voltaje en uso. La impedancia de entrada no deberá ser menor que 10 M cuando es operado a escala completa de 10 mV.
Las divisiones en la escala usada serán como una diferencia de potencial de 0.02 V o menos y pueden ser leídos sin interpolación.
4.1.5 Cables Conductores eléctricos – El cable conductor de electricidad será de tal dimen-sión que su resistencia eléctrica para la longitud usada no perturbe el circuito eléctrico por mas de 0.0001 V. Este debe ser acompañado de por el uso de no más de 500 pies lineales (150 m) de al menos cable AWG No. 24. El cable será compatible cubierto con un tipo de aislamiento directo.

5. Calibración y Estandarización
5.1 Cuidado de la Media Celda—El tapón poroso será cubierto cuando no este en uso por largos períodos para asegurar que éste no se ponga seco al punto que este se vuelva un dieléc trico (sobreseco, los poros pueden volverse una obstrucción con sulfato de cobre cristalino). Si las celdas no producen la reproductividad o concordancia entre las celdas descritas en la sección 11, limpiando la varilla de cobre en la media celda se puede rectificar el problema. La varilla puede ser limpiada con un paño y una solución diluida de ácido hidroclorhídrico. La solución de sulfato de cobre será renovada mensualmente o antes de cada uso, cualquiera que cubra el periodo mayor. En ningún tiempo la lana de acero o cualquier otro contaminan-te será usado para limpiar la varilla de acero o el tubo de media celda.

6. Procedimiento
6.1 Espaciamiento entre medidas – Cuando no esta pre-definido un espaciamiento mínimo entre medidas en la superficie del miembro de concreto, es de valor pequeño para tomar dos medidas desde virtualmente el mismo punto. Contrariamente, las medidas tomadas con espa-ciamiento muy ancho tampoco pueden detectar la actividad corrosiva que está presente ni resulta en la acumulación adecuada de datos para evaluación. El espaciamiento será entonces consistente con el elemento que esta siendo investigado y el proyectado uso final de las mediciones (Nota 2).

Nota 2 –Un espaciamiento de 4 pies (1.2 m) ha sido encontrado satisfactorio para evaluación en losas de puentes. Generalmente, espaciamientos largos incrementan la posibilidad de que las áreas de corrosión localiza-das, no sean detectadas. Las mediciones pueden ser tomadas en una rejilla o en un patrón al azar. El espaciami-ento entre medidas generalmente será reducido donde las lecturas adyacentes muestren una diferencia álgebra-ica que exceda los 150 mV (áreas de actividad corrosiva alta). El espaciamiento mínimo generalmente propor-ciona al menos una diferencia entre lecturas de 100 mV.

6.2 Conexión Eléctrica para el Acero:
6.2.1 Haga una conexión eléctrica directa con el acero de refuerzo, por medio de una compre sión tipo abrazadera o por soldadura, a una varilla saliente. Para asegurar una conexión de resistencia eléctrica baja, raspe o cepille la varilla antes de conectar al acero de refuerzo. En algunos casos, esta técnica puede requerir la remoción de alguna parte de concreto para expo ner el acero de refuerzo. Conecte eléctricamente el acero de refuerzo al terminal positivo del voltímetro.
6.2.2 El acoplamiento puede ser directamente al acero de refuerzo, excepto en casos donde esto pueda ser documentado que un miembro de acero expuesto esta directamente adherido al acero de refuerzo. Algunos miembros, tales como presas de expansión, placas, trabajos elevados y parapeto de rieles pueden no estar directamente ligados al acero de refuerzo y entonces puede producir la invalidez de las lecturas. La continuidad eléctrica de los compo-nentes del acero con el acero de refuerzo puede ser establecida mediante la medida de la resistencia entre los componentes del acero separados extensamente sobre la cubierta. Donde la medida de ensayos duplicados es continuada sobre un largo período de tiempo, idénticos puntos de conexión deben ser usados cada vez, para una medida dada.
6.3 Conexión Eléctrica de la Media Celda –Una conexión eléctrica al final del cable conduc-tor de la media celda y el otro extremo del mismo cable al terminal negativo del voltímetro.
6.4 Pre-humedecimiento de la Superficie de Concreto:
6.4.1 Bajo ciertas condiciones, la superficie de concreto o un material de sobrecapa, o ambas, pueden ser pre-humedecidas por cualquiera de los métodos descritos en 6.4.3 o 6.4.4 con la solución descrita en 4.1.3 para decrecer la resistencia eléctrica del circuito.
6.4.2 Un ensayo para determinar la necesidad de pre-humedecer puede ser hecho así:
6.4.2.1 Coloque la media celda en la superficie de concreto y manténgala sin moverse.
6.4.2.2 Observe el voltímetro para una de las condiciones siguientes:
a) El valor medido del potencial de media celda no cambia o fluctúa con el tiempo.
b) El valor medido del potencial de media celda cambia o fluctúa con el tiempo.
6.4.2.3 Si la condición (a) es observada, el pre-humedecimiento de la superficie de concreto no es necesario. Sin embargo, si la condición (b) es observada, el pre-humedecimiento es requerido para una cantidad de tiempo en la cual la lectura del voltaje es estable (0.02 V) observada por al menos 5 minutos. Si el pre-humedecimiento no puede obtener la condición (a), la resistencia eléctrica del circuito es demasiado grande para obtener medidas validas de potenciales de media celda del acero o corrientes erradas desde un sistema de tracción de corriente directa cercana u otra fluctuación de corriente directa, tales como soldadura de arco, esta afectando la lectura. En ambos casos, el método de media celda no debe ser usado.
6.4.3 Método A para Pre-humedecimiento de Superficies de Concreto –Use el método A para aquellas condiciones donde una mínima cantidad de pre-humedecimiento es requerido para obtener la condición (a) como se describe en 6.4.2.2. Acompañando esto de rociado u otra forma de humedecer la superficie de concreto entera o solamente los puntos de medición como se describe en 6.1 con la solución descrita en 4.1.3. Ninguna superficie libre de agua debe permanecer entre los puntos de la rejilla cuando se inicien las medidas de potencial.
6.4.4 Método B para Pre-humedecimiento de Superficies de Concreto—En este método sature las esponjas con la solución descrita en 4.1.3 y colóquelas en la superficie del concreto en la ubicación descrita en 6.1. Mantenga las esponjas en el lugar por un período de tiempo necesario para obtener la condición (a) descrita en 6.4.2.2. No remueva las esponjas de la superficie de concreto hasta después de que sean hechas las lecturas de potenciales de media celda. Después de efectuar las mediciones, coloque el dispositivo de empalme eléctrico descrito en 4.1.2 firmemente en el borde de las esponjas de pre-humedecimiento hasta la duración de las mediciones.
6.5 Mediciones Horizontales y Verticales bajo el agua (Underwater)
6.5.1 Las medidas de potencial detectan la actividad corrosiva pero no necesariamente la localización de la actividad corrosiva. La localización precisa de la actividad corrosiva requiere conocimiento de la resistencia eléctrica del material entre la media celda y el acero corroído. Mientras que las mediciones bajo el agua sean posibles, los resultados con respecto a la localización de corrosión pueden ser interpretados muy cuidadosamente. Frecuentemente no es posible localizar con precisión puntos de actividad corrosiva bajo el agua en ambientes de agua salada porque las lecturas de potencial a lo largo del elemento aparecen uniformes. Sin embargo, la magnitud de las lecturas sirve para indicar que ya sea o no, la actividad corrosiva esta ocurriendo. Tener cuidado durante todas las mediciones bajo el agua que la media celda no sea contaminada y que ninguna otra parte que la punta porosa del electrodo de media celda con sulfato de cobre-cobre esta en contacto con el agua.
6.5.2 El comportamiento horizontal y vertical ascendente de las mediciones es exactamente como en las mediciones verticales descendentes. Sin embargo, asegurar adicionalmente que la solución de sulfato de cobre-cobre en la media celda hace contactos eléctricos simultáneos con el tapón poroso y la varilla de cobre todo el tiempo
7. Registro de los Valores de Potencial de Media Celda
7.1 Registre los potenciales eléctricos de media celda con una precisión de 0.01 V. Reporte todos los potenciales de media celda en voltios y corríjalos por temperatura si la temperatura de la media celda esta fuera del rango de 72  10o F (22.2  5.5o C). El coeficiente de temperatura para la corrección está dado en 4.1.1.3

8. Presentación de Datos
8.1 Las mediciones del ensayo pueden ser presentados por uno o ambos de los métodos siguientes: El primero, un mapa de contorno equipotencial, proporciona una delineación grafica de áreas en el elemento estructural donde la actividad de corrosión puede estar ocurriendo. El segundo método, un diagrama de frecuencia acumulativa, proporciona una indicación de la magnitud del área afectada del miembro de concreto.
8.1.1 Mapa de contorno Equipotencial—En un plan de escalas aceptable vista del elemento de concreto, trace la localización de los valores de potenciales de media celda del acero en el concreto y dibujar el contorno de igual potencial a través de puntos de igual valor o interpo-lar valores iguales. El intervalo de contorno máximo será 0.10 V. Un ejemplo se muestra en la Fig. 3.
8.1.2 Distribución de Frecuencia Acumulativa – Para determinar la distribución de los poten ciales de media celda medidos para el elemento de concreto, haga un ploteo de la informa-ción del papel de la probabilidad normal de la siguiente manera:
8.1.2.1 Arreglar en forma consecutiva todos los números de los potenciales de media celda, por escalones desde el potencial menos negativo al más negativo.
8.1.2.2 Determine la posición de ploteo de cada potencial de media celda numerado de acuer do con la siguiente ecuación:
fx = r x 100
n+1
Donde:
fx = posición de ploteo del total de observaciones para el valor observado, %
r = posición del potencial de media celda individual, y
n = número total de observaciones

8.1.2.3 Etiquetar el ordinal del papel de la probabilidad “ Potencial de Media Celda (Voltios, CSE),” donde CSE es la designación para electrodo de sulfato de cobre-cobre. Etiquetar la abcisa del papel de la probabilidad “Frecuencia Acumulativa (%).” Dibujar dos líneas horizontales paralelas interceptando los valores –0.20 y –0.35 V en la ordenada respectiva, a través de la gráfica.
8.1.2.4 Después de trazar los potenciales de media celda, dibuja la línea de mejor ajuste a través del valor (Nota 3). Un ejemplo del trazado completo se muestra en la Fig. 4.

Nota 3 – No es usual observar un quiebre el trazo de la línea. En estos casos, la línea de mejor ajuste deben ser dos líneas rectas que se interceptan.

9. Interpretación de Resultados
9.1 Los potenciales de media celda normalmente son interpretados usando una Técnica de Magnitud Numérica o una Técnica de Diferencia de Potencial, o una combinación de ambas. Información sobre esas técnicas es presentada en el Apéndice X1.
9.2 La magnitud numérica del potencial usualmente proporciona una indicación de la presen-cia o ausencia de corrosión del acero embebido en mortero de cemento portland carbonatado, o concreto y cerca de la punta de media celda, proporciona que el acero no tiene un revesti-miento metálico, por ejemplo, no está galvanizado. La magnitud numérica no indica la rata de corrosión del acero excepto bajo ciertas condiciones específicas.
9.3 Las interpretaciones de los potenciales de media celda bajo condiciones donde el concre-to es saturado con agua, donde está carbonatado a la profundidad del acero de refuerzo, donde el acero es revestido, y bajo muchas otras condiciones, requiere de un ingeniero de corrosión experimentado o especialista, y puede requerir análisis para carbonatación, revestimiento metálico, sales tal como cloruro o bromuro y otros factores. Lineamientos y métodos de ensayo editadas por ASTM Comité G-1 y la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión pueden ser muy útiles en investigaciones que involucren determinaciones de potencial de media celda.
9.4 Los potenciales de media celda pueden ser indicadores o no de corrientes de corrosión. Estos pueden en parte o en su totalidad reflejar la química del ambiente electrodo. Por ejemplo, incrementando la concentración de cloruro se puede reducir la concentración del ion férrico en el ánodo de acero, bajando así (haciendo más negativo) el potencial. A menos que tal química, y la presencia o ausencia de reacciones de electrodo competente, sea conocido, un potencial de media celda puede ser puede no ser interpretado como indicativo de la rata de corrosión o como indicativo de una reacción de corrosión.

10. Reporte
10.1 Reporte la siguiente información:
10.1.1 Tipo de celda usada si es diferente de sulfato de cobre-cobre.
10.1.2 La temperatura promedio estimada de la media celda durante el ensayo.
10.1.3 El método para pre-humedecimiento del miembro de concreto y el método de acopla-miento del voltímetro para conducir al acero de refuerzo.
10.1.4 Un mapa de contorno equipotencial, mostrando la localización del contacto del acero de refuerzo, o un trazo de la distribución de frecuencia acumulativa de los potenciales de media celda, o ambos.
10.1.5 El % del total de los potenciales de media celda que son más negativos que –0.35 V.
10.1.6 El % del total de potenciales de media celda que son menos negativos que –0.20 V.

11. Precisión y Desviación
11.1 La diferencia entre dos lecturas de media celda tomadas en la misma localización con la misma celda no debe exceder 10 mV cuando la celda es desconectada y reconectada.
11.2 La diferencia entre dos lecturas de media celda tomadas en la misma localización con dos celdas diferentes no debe exceder 20 mV.

12. Palabras Clave
12.1 concreto-actividad corrosiva; concreto-corrosión del acero de refuerzo; corrosión; actividad corrosiva; potenciales eléctricos de media celda; potenciales de media celda.







APÉNDICE

X1. NOTAS SOBRE EL ENSAYO DE POTENCIAL DE MEDIA CELDA

X1.1 Técnica de Magnitud Numérica –Ensayos de laboratorio (inmersión parcial en solucio-nes de cloruro) y exposición exterior (incluyendo exposición al cloruro) de varios concretos reforzados por encima del suelo en un área en la cual la rata de precipitación excede la rata de evaporación, indica lo siguiente con respecto al significado del valor numérico de los potenciales medidos. Voltajes listados son referenciados al sulfato de cobre-cobre de media celda.
X.1.1.1 Si los potenciales sobre un área no más positiva que –0.20 V CSE, hay una proba-bilidad mayor al 90 % de que no está ocurriendo corrosión en el acero de refuerzo en esa área en el acero de refuerzo.
X.1.1.2 Si los potenciales sobre un área están en el rango de –0.20 a –0.35 V CSE, la activi-dad corrosiva del acero de refuerzo en esa área, es incierta.
X.1.1.3 Si potenciales sobre un área más negativa que –0.35 V CSE, hay una probabilidad mayor al 90 % de que la corrosión en el acero de refuerzo esta ocurriendo en esa área al momento del ensayo.
X.1.1.4 Estos criterios no son normalmente utilizados bajo las condiciones siguientes, a menos que la experiencia o el examen destructivo de alguna área, o ambos, sugiera la aplicabilidad de:
X.1.1.4.1 Evaluar el acero de refuerzo dentro del concreto que esta carbonatado al nivel del acero embebido.
X.1.1.4.2 Evaluar internamente el concreto para ver que no esta siendo sujeto a secado frecuente, a menos que haya sido protegido del secado después del fundido.
X.1.1.4.3 Comparar la actividad corrosiva exterior del concreto reforzado, de la humedad altamente variable o contenido de oxigeno, o ambos, en el acero embebido.
X.1.1.4.4 Para formular conclusiones concernientes a cambios en la actividad corrosiva con el tiempo, en una estructura rehabilitada en la cual la rehabilitación causó la humedad o contenido de oxigeno, o ambos, en el acero embebido para cambiar con el tiempo (ejemplo: instalación de una capa de permeabilidad baja o membrana impermeable en un puente o área de estacionamiento contaminado con cloruro).
X.1.2 Técnica de Diferencia Potencial – Donde áreas largas eléctricamente interconectadas, existe acero embebido, por ejemplo, en una losa de puente, columnas reforzadas, o vigas, cuidadosas medidas de potenciales en una cerrada y espaciada red patrón y el subsecuente trazo del mapa de contorno equipotencial pueden permitir la identificación de alturas versus áreas con ratas de corrosión bajas.

Referencia:
Annual Book of ASTM Standard, 2002
Vol 04.02 Concrete and Mineral Aggegates