Diseño de protección catódica galvánica para los pilares de acero de las cubiertas de dos instalaciones federales, área de Brownsville (2017)

Dos instalaciones federales en el área de Brownsville tienen grandes cubiertas de acero sobre áreas de trabajo al aire libre y pasillos techados, sostenidas por pilares de vigas I sobre cimientos de concreto. Tras décadas enterrados sin control de corrosión, el propietario quería proteger la parte enterrada de esos pilares, y en 2017 probamos el suelo y diseñamos un sistema galvánico para cada sitio.

Dos cubiertas, dos suelos

La cubierta mayor abarca unos 25,700 pies cuadrados sobre cerca de 25 pilares; la menor abarca unos 16,200 pies cuadrados sobre 23. Hicimos pruebas de resistividad del suelo con el método Wenner de cuatro electrodos (ASTM G57) en cinco puntos alrededor de cada cubierta, con separaciones de 2.5 a 20 pies, y calculamos los valores por capa con el método de Barnes. Bajo la cubierta mayor, la capa más baja entre 2.5 y 10 pies, donde están los pilares, fue de 46 ohm-cm y el promedio por capa de 564 ohm-cm, acorde con la arcilla limosa mapeada ahí. Bajo la menor, la capa más baja fue de 466 ohm-cm y el promedio de 1,242 ohm-cm, en marga arenosa fina sobre marga limosa. Ambos suelos son muy corrosivos para el acero.

Medir lo que necesitan los pilares

No había planos de registro del acero enterrado, así que cualquier demanda de corriente calculada dependía de supuestos sobre la varilla, los pilares y la tierra de cobre. También la medimos. En cada sitio, una docena de varillas de acero cortas sirvió como cama anódica temporal, alimentada con un generador y un rectificador portátiles. Tras cerca de una hora de polarización, la cuadrilla interrumpió la corriente en un ciclo de 8 segundos encendido y 2 segundos apagado y volvió a medir los pilares. La cubierta mayor se desplazó 58 mV en promedio, unos 20 mA de corriente por milivoltio; la menor se desplazó 64 mV, unos 40 mA por milivoltio. Para desplazamientos objetivo de unos 250 mV y 200 mV, eso indicaba unos 5 A y 8 A de corriente de protección.

Zinc o magnesio

El propietario había especificado ánodos de sacrificio, adecuados para suelo de baja resistividad y para la demanda modesta de corriente del acero en concreto. Dimensionamos zinc y magnesio para una vida de 15 años con un factor de utilización de 85 por ciento. Con zinc se habrían necesitado unos 40 ánodos de 60 libras en el sitio mayor. El magnesio, con su mayor voltaje de impulso, requería menos material y menos espacio: cuatro camas de nueve ánodos de 48 libras ahí, y cuatro de once ánodos de 60 libras en el sitio menor. En el sitio menor los ánodos tuvieron que colocarse a 5 pies entre sí para no afectar el pavimento, así que revisamos la resistencia de la cama tomando en cuenta esa separación. Cada cama se conecta a la estructura mediante una estación de prueba a nivel de piso.

Un sistema de sacrificio de este tipo opera a menos de 2 V, así que no agrega riesgo de descarga para quienes usan las cubiertas. El informe también fue claro sobre sus límites: la protección catódica frena la corrosión futura, pero no puede devolver el acero que ya se perdió.

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El trabajo de suelos detrás de estos diseños se describe en análisis de la corrosividad del suelo. El dimensionamiento de ánodos para estructuras enterradas es parte del diseño de protección catódica.