Com assegurar la durabilitat a llarg termini de l’estructura d’acer d’un pont en entorns marins

Comprendre la corrosivitat marina: per què l'acer de les ponts patix una degradació extrema en entorns C5M

Aerosol de sal, immersió mareal i cicles d'humitat: els tres acceleradors principals de la corrosió per a les estructures submergides dels ponts

Les subestructures de ponts situades al llarg de les costes han de fer front a tres principals desafiaments de corrosió que actuen simultàniament. En primer lloc, hi ha la sal de l’aire que es diposita sobre les superfícies metàl·liques i inicia les reaccions electroquímiques que tots coneixem. A continuació, hi ha les inundacions periòdiques causades per les marees, que realment creen allò que els enginyers anomenen cèl·lules de diferència d’oxigen, provocant aquestes fastigoses picades a l’acer. I no oblidem els nivells constants d’humitat que romanen per sobre del 85 % d’humitat relativa, cosa que, fonamentalment, manté una fina pel·lícula d’electròlit sobre tot en qualsevol moment. Aquesta combinació fa que la corrosió es produeixi entre 5 i fins i tot 10 vegades més ràpidament que el que observem a l’interior del país. Les proves d’exposició marina, que duren anys, han mostrat aquest patró de manera constant, seguint les normes ISO 9223 per a la prova de materials en entorns agressius.

Explicació de la classificació ISO 9223 C5M: 200 g/m²·a de deposició de clorurs com a referència per a zones crítiques d’exposició de ponts

Segons la norma ISO 9223, la gravetat de la corrosió marina depèn de la quantitat d’aire salat que es diposita al llarg del temps. La categoria C5M indica les condicions més severes possibles. Quan es detecten taxes de deposició superiors a 200 grams per metre quadrat i any, cosa que normalment succeeix just a prop dels llocs on les ones xocaven contra les estructures, és quan la situació esdevé crítica per als ponts situats a les zones d’esquitx i de marea. L’acer sense protecció perd entre 50 i 80 micròmetres cada any només per corrosió. Aquest tipus de desgast no és només una molèstia: en realitat amenaça l’estructura sencera. Per això, els sistemes adequats de protecció contra la corrosió no són simplement desitjables, sinó absolutament necessaris si aquestes peces clau d’infraestructura han de durar el temps previst per al seu funcionament.

Optimització de sistemes de revestiment anticorrosiu per a l’acer de ponts en condicions marines

Rendiment de sistemes multicapa: epòxid–poliuretà o primer ric en zinc–epòxid sota exposició prolongada a condicions C5M

Quan es tracta de revestiments per a ponts marítims, l’atenció s’ha de centrar tant en la seva capacitat per resistir les reaccions electroquímiques com en la seva capacitat d’actuar com a barreres contra la corrosió. Les proves de camp han demostrat que les combinacions de primers rics en zinc amb recobriments superiors d’epòxid funcionen millor que els sistemes tradicionals d’epòxid-políuret en entorns costaners agressius classificats com a C5M. Després d’uns deu anys en condicions marines reals, aquests sistemes basats en zinc redueixen la corrosió sota pel·lícula un 70-75 % aproximadament, segons dades obtingudes mitjançant protocols de proves accelerades similars als estàndards ISO 12944-9. La raó d’aquesta eficàcia resideix en el fet que el zinc actua com un metall sacrifici. Fins i tot si es formen petites fissures a la capa protectora o hi ha zones sense cobertura (problemes habituals en aquests entorns exigents), el zinc continua proporcionant protecció catòdica. Això resulta especialment important en àrees on els depòsits de sal s’acumulen a una taxa superior a 200 grams per metre quadrat anualment.

Uretans curats per humitat i imprimacions d’alt contingut de zinc — retenció superior de l’adherència per sobre del 85 % d’HR a les zones d’escuma i intermareal

Els problemes de revestiment es produeixen sovint en àrees on hi ha humitat constant, especialment quan la humitat relativa roman per sobre del 85%. El principal problema que observem? La pèrdua d’adherència, que fa que els revestiments es desfacin molt abans del previst. Els poliuretans curats amb humitat han mostrat resultats molt bons en proves de laboratori. Mantenen aproximadament un 94 % d’adherència després de submergir-los repetidament segons la norma ASTM D4585. Això és força impressionant comparat amb els revestiments epoxídics convencionals, que només conserven al voltant del 78 %. Què fa que aquests poliuretans funcionin tan bé? Reaccionen amb la humitat de l’aire per formar enllaços forts, creant pel·lícules flexibles capaces de suportar tant els canvis de temperatura com el moviment constant causat per les marees en estructures d’acer. Quan es combinen amb imprimacions de zinc d’alta qualitat que contenen més del 92 % de pols de zinc en pes, aquests sistemes creen una barrera contra els ions clorur. Les proves mostren que poden resistir taxes de penetració de clorur d’fins a 5 mg per centímetre quadrat per any. Aquest nivell de protecció compleix els requisits típics de la majoria d’entorns costaners, amb els seus cicles mareals diaris i l’exposició a l’aire salat.

Normes de preparació de la superfície: per què la neteja per sorra SP10 és imprescindible per a la durada del revestiment dels ponts

Quan es tracta de revestiments en estructures situades en àrees d'aigua salada, la qualitat de la preparació de les superfícies abans de pintar determina, en gran mesura, la durada d’aquests revestiments. Per a ponts que romanen submergits o que reben constantment esquitxos d’aigua de mar (allò que anomenem condicions C5M), hi ha una norma específica anomenada SP10 o neteja per abrasió gairebé metàl·lica, que avui dia és pràcticament obligatòria. Aquest procés deixa adherida a la superfície metàl·lica no més del 5 % aproximadament de material antic i crea petits relleus i valls a l’acer que milloren l’adherència de la pintura. Parlem de perfils d’ancoratge d’uns 2 a 3 mil·lèsims de polzada de profunditat, que són especialment adequats per a aquells recobriments epoxi amb zinc tan resistents que actualment es demanen tant. Molts problemes es produeixen quan es salta la fase adequada de preparació. Els professionals del sector afirmen que, aproximadament, vuit de cada deu fallades de revestiment tenen el seu origen en una neteja inadequada prèvia. Les capes de callositat residual procedents de la fàbrica, els depòsits de sal o les taques de rovell queden amagades sota les noves capes de pintura i acaben provocant greus problemes a llarg termini.

Els estàndards de preparació més baixos comprometen dràsticament el rendiment:

Atès que el reemplaçament complet del recobriment en les subestructures de ponts marítims supera els 300 $/m², la prima de cost marginal per complir l’SP10 ofereix un retorn d’inversió exponencial mitjançant cicles de manteniment allargats i la conservació de la fiabilitat estructural.

Avaluació d’alternatives d’acer resistent a la corrosió per a aplicacions en ponts marítims

Limitacions de l’acer patinable (Corten): formació inestable de patina i picadura accelerada en entorns de ponts saturats de clorurs

L'acer patinat funciona perquè forma una mena de capa d'òxid estable amb el pas del temps, però tot aquest procés es veu alterat quan s'exposa a entorns amb aigua salada. Quan analitzem àrees on els depòsits de sal arriben o superen l'estàndard ISO 9223 C5M (d'uns 200 grams per metre quadrat i any), ocorre un fenomen en l'acer Corten: la capa d'òxid protectora esdevé irregular i plena de porus, atrapant partícules de sal a l'interior. Això provoca una corrosió per picades molt més ràpida que la que normalment es produeix en aplicacions interiors, possiblement tres a cinc vegades més ràpida. Aquests problemes es manifesten especialment en punts crítics com les unions soldades, els cargols i els espais estrets entre components. A causa d'aquestes dificultats, els enginyers solen evitar l'ús d'acer patinat com a suport estructural principal en ponts situats a prop de les costes.

Acers millorats amb aliatges: llindars de sinergia Cr–Cu–Ni–P segons la norma ISO 14713-2:2020 per a una passivació fiable en superestructures de ponts marins

Acers millorats amb aliatge dissenyats per complir els llindars de composició de la norma ISO 14713-2:2020 ofereixen una passivació previsible i duradora en entorns marins. La combinació sinèrgica de crom, coure, níquel i fòsfor permet la formació d’una pel·lícula d’òxid robusta i autorreparable, fins i tot sota esforç de clorurs:

Les aleacions d'acer que compleixen aquestes normes mantenen les taxes de corrosió per sota de 0,1 mm per any quan es submergeixen en zones de marea, cosa que és molt millor que el que observem amb l'acer al carboni convencional. El que realment distingeix aquests materials és la seva capacitat de formar nous estrats protectors just als punts de connexió i en les zones sotmeses a esforç. Aquesta característica esdevé críticament important per a ponts sobre l'aigua, on la corrosió tendeix a concentrar-se i causar problemes. Les superestructures de ponts marins enfronten riscos importants derivats d'aquest tipus de danys localitzats, ja que afecten directament la durada de la estructura abans de necessitar reparacions i comprometen el marge general de seguretat integrat en el disseny.