Patologías del acero

INTRODUCCION En el siguiente trabajo informativo

detallaremos las patologías que el acero puede percibir, haciendo uso de fotografías que ayudarán al entendimiento de las mismas. Para ello verificaremos las fallas que ha tenido el acero en sus diferentes usos, desde el concreto armado, hasta para las estructuras metálicas

Aunque las estructuras metálicas tienen una reciente implantación apoyada en una fuerte tecnología, también son susceptibles de sufrir lesiones que ponen en peligro tanto la integridad constructiva como la seguridad del edificio.

Debido a este motivo, es necesario analizar las patologías sirviéndose de las técnicas de inspección adecuadas. Sólo de esta manera podrá intervenirse correctamente para realizar su reparación, siendo igualmente necesario establecer las medidas de prevención pertinentes. 

EL ACEROConceptos, características, ensayos

, ventajas y desventajas y su desgaste.

¿Qué es el ACERO? Empezaremos definiendo al acero como

la denominación a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,01% y el 2,1% en peso de su composición, dependiendo del grado.

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS Y TECNOLÓGICAS DEL ACERO

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se

puede contraer, dilatar o fundir. El punto de fusión del acero depende

del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1 510 °C en estado puro (sin alear).

Su punto de ebullición es de alrededor de 3 000 °C. Es un material muy tenaz, especialmente en

alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.

Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. (La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño).

Permite una buena mecanización en máquinas, herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

Representación de la inestabilidad lateral bajo la acción de una fuerza ejercida sobre una viga de acero.

ENSAYOS MECÁNICOS DEL ACERO

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o roturas.

Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosímetros.

Ensayos por ultrasonidos.

Ensayos por líquidos penetrantes.

Ensayos por partículas magnéticas.

Ensayo de dureza. Mediante durómetros.

Ensayo de cizallamiento.

Ensayo de flexión Ensayo de torsión. Ensayo de plegado. Ensayo de fatiga. Ensayo de tracción con

probeta normalizada. Ensayo de resilencia. Ensayo de

compresión con probeta normalizada

 Ensayos no destructivos:

 Ensayos destructivos:

Curva del ensayo de Flexión.

Durómetro.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO La ventaja principal de las estructuras

metálicas es que las reparaciones, excepto en casos extremos, suele ser sencilla mediante la incorporación de nuevas chapas o perfiles atornillados, soldados a los dañados, previa verificación de la compatibilidad de aceros y recubrimientos de los electrodos.

Alta resistencia Elasticidad Precisión dimensional Ductilidad Facilidad de unión

con otros miembros Rapidez de montaje Disponibilidad de

secciones y tamaños Reciclable Permite ampliaciones

fácilmente

Corrosión Calor fuego Pandeo elástico Fatiga

Ventajas 

Desventajas

DESGASTE Es la degradación física (pérdida o

ganancia de material, aparición de grietas, deformación plástica, cambios estructurales como transformación de fase o recristalización, fenómenos de corrosión, etc.) debido al movimiento entre la superficie de un material sólido y uno o varios elementos de contacto.

PATOLOGÍAS EN ESTRUCTURAS DE

ACERO

Causas frecuentes

La patología surge por fallas durante los procesos de planeación, ejecución y mantenimiento del proyecto. Las lesiones a las que se ven afectadas las estructuras metálicas pueden clasificarse en tres grupos:

Agresiones biológicas Este es un caso poco frecuente en la

edificación, puesto que no es corriente encontrar (micro) organismos alimentados por metal. A pesar de esto, sí existen ciertas bacterias que pueden intensificar con su actividad los procesos de corrosión. Por tanto, su importancia respecto a la corrosión electroquímica es mínima.

Corrosión microbiológica: Se desarrolla en presencia de microrganismos, especialmente bacterias, hongos y algas microscópicas.

Agresiones físicas y mecánicas

  Este tipo de agresiones son similares a las que

puede padecer cualquier tipo de estructura. Probablemente, las vibraciones, dependiendo de la configuración de la estructura se transmitan con una mayor facilidad comparando con estructuras cuyo módulo de deformabilidad sea menor.

Por otro lado, respecto a las demás agresiones físicas, el fuego es la más significativa debido a su gran destructividad, lo cual hace necesario establecer una protección específica: en el material, su disposición y la propia organización del edificio, facilitando su evacuación y la rápida extinción en caso de incendio.

Los motivos mecánicos que originan la alteración y deterioro de los materiales incluyen movimientos, deformaciones y rupturas originados por:

Cargas externas directasActúan sobre la estructura u otros

elementos.Cargas indirectas

Debidas a variaciones de temperatura o humedad, que en caso de movimientos impedidos en las piezas, provocan importantes deformaciones.

Cargas reológicasEstán producidas por la fatiga de los

materiales.Desplazamientos de la estructura

Son consecuencia de las alteraciones experimentadas en los terrenos sobre los

que se cimienta.

Algunas de las causas  que favorecen este tipo de procesos son: AguaLas aguas de tipo duro tienen un alto contenido de iones de calcio y magnesio que favorecen las reacciones químicas, incluso las limpias presentan impurezas minerales, oxígeno y dióxido de carbono disuelto.

ÁcidosProcedentes de lluvia, terrenos,

enyesados, maderas (roble, tuyas, castaño), algas y musgos. Provocan la perforación de los metales.

SalesEn muchos casos ayudan en la formación de una película protectora e inhibidora de la corrosión, si no se superan en determinadas cantidades. ÁlcalisEl hidróxido de sodio y de potasio liberados por el cemento Pórtland son muy perjudiciales para el zinc, el aluminio y el plomo en presencia de humedad; sin embargo, no afectan al cobre y protegen de la corrosión a los materiales ferrosos embebidos en hormigón rico en cemento. La cal aérea si no es carbonatada también protege a los metales ferrosos, pudiendo atacar al aluminio y ser ligeramente corrosiva para el plomo y el zinc.

Factores de diseño

Para prevenir una corrosión prematura se debe dotar a las superficies de una ligera inclinación para posibilitar la evacuación de agua, distribuir orificios de drenaje y disponer espacio suficiente entre elementos para preparar las superficies y pintarlas, evitando lugares donde se acumule agua y otros contaminantes. Las zonas que experimentan deformaciones, tienden a comportarse como ánodos y de ahí resulten más propensas a la corrosión. Normalmente aparece en bordes, cantos vivos y dobleces, lo cual debe ser considerado previamente en la fase de diseño y al determinar el tipo de protección anticorrosivo requerido.

 A continuación se mostrarán fotografías de los diferentes

tipos de patologías que existen, clasificándolas y agrupándolas

en “Corrosión Química, Corrosión Electrolítica y Lesiones”; estas son:

 CORROSION QUIMICA

CORROSION ELECTROLITICA

Lesiones

Tratamientos del Acero

Tratamientos superficiales

Los tratamientos superficiales más usados son los siguientes: Cincado: tratamiento superficial antioxidante por

proceso electrolítico o mecánico al que se somete a diferentes componentes metálicos.

Cromado: recubrimiento superficial para proteger de la oxidación y embellecer.

Galvanizado: tratamiento superficial que se da a la chapa de acero.

Niquelado: baño de níquel con el que se protege un metal de la oxidación.

Pavonado: tratamiento superficial que se da a piezas pequeñas de acero, como la tornillería.

Pintura: usado especialmente en estructuras, automóviles, barcos, etc.

Tratamientos térmicos Un proceso de tratamiento térmico adecuado

permite aumentar significativamente las propiedades mecánicas de dureza, tenacidad y resistencia mecánica del acero.

Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin cambiar en su composición química son:

Temple Revenido Recocido

Normalizado

Tratamientos termoquímicos Son tratamientos térmicos en los que,

además de los cambios en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada. Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en atmósferas especiales.

Esta patología se debe al diseño de la estructura e indica las fallas que se han producido.

Se observa el material que utilizan para la construcción, un acero que ha sufrido el impacto de una lluvia y va a ser colocado en obra

Para estas dos fotografías indicamos cómo la corrosión hace desprender al concreto de un elemento estructural (placa de concreto armado arriba y viga de concreto armado abajo), haciéndose visible su patología por corrosión.

Otro ataque por corrosión se aprecia en la siguiente fotografía, esta vez en vigas de perfiles de acero, las cuales sufren manchas a causa de esta patología. Además se puede apreciar que también sufre daño la losa

Vemos que también existen desprendimientos en cercos hechos de mallas las cuales deben ser cambiadas por unas nuevas.

Otro modo de tratamiento o mantenimiento es limpiando a las estructuras metálicas, para así desalojar de ella algún agente ambiental que disminuya su durabilidad.

Además, también se incluyen el uso de materiales epóxicos en la industria del acero, como el que vemos en la siguiente fotografía.

GRACIAS