AÑO DEL RECONOCIMIENTO DE NUESTRA DIVERSIDAD ECOLÓGICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA

“PATOLOGÍAS Y TRATAMIENTOS DEL ACERO”

ALUMNOS :

• GUERRERO REYES FRANK ADAMS

• MAURICIO ZAPATA GABRIELA

• CHULLE RAMOS EDWIN

• MANCO ARELLANO EFRAÍN

• ZAMORA BORRERO NORKA

• DEDIOS TESEN JOSE

FACULTAD :

INGENIERIA CIVIL

CICLO :

2012-II

SULLANA-PERU

INTRODUCCIÓN

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, haciendo uso de fotografías que ayudarán a que se estudien

detalladamente algunos aspectos del material.

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.  Estos procesos patológicos pueden derivarse

de causas propias de la naturaleza del material, especialmente su debilidad al ataque químico

ambiental y la solución constructiva adoptada en proyecto y ejecución. 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.

1. CONCEPTO DE ACERO

Para empezar el trabajo empezaremos definiendo al acero como la denominación que

comúnmente se le da en ingeniería metalúrgica 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.

2. 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), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de

alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a

medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las

aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a

1.650 °C.15

Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.16

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.

Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al

sobrepasar su límite elástico.

La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su

aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más

conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que

permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas

frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en

las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades

significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para

medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

Se puede soldar con facilidad.

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

acero.

3. 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.

Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos. Todos los

aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipo de ensayo al que se le somete.

Ensayos no destructivos:

Los ensayos no destructivos son los siguientes:

• Ensayo microscópico y rugosidad superficial. Microscopios y rugosímetros.

• Ensayos por ultrasonidos.

• Ensayos por líquidos penetrantes.

• Ensayos por partículas magnéticas.

• Ensayo de dureza (Brinell, Rockwell, Vickers). Mediante durómetros.

Ensayos destructivos

Los ensayos destructivos son los siguientes:

• Ensayo de tracción con probeta normalizada.

• Ensayo de resiliencia.

• Ensayo de compresión con probeta normalizada. Curva del ensayo de Flexión.

• Ensayo de cizallamiento.

• Ensayo de flexión.

• Ensayo de torsión.

• Ensayo de plegado.

• Ensayo de fatiga.

Durómetro.

3. 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 dela compatibilidad de aceros y recubrimientos de los

electrodos.

Ventajas

Alta resistencia

Elasticidad

Precisión dimensional

Ductilidad

Facilidad de unión con otros miembros

Rapidez de montaje

Disponibilidad de secciones y tamaños

Reciclable

Permite ampliaciones fácilmente

Desventajas de las Estructuras de Acero

Corrosión Calor fuego Pandeo elástico Fatiga

4. 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.

5. CAUSAS FRECUENTES DE PATOLOGÍAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

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.

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 directas

Actúan 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 reológicas

Están 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.

Agresiones químicas

La corrosión electroquímica tiene junto al fuego un poder destructivo muy importante, pero se

diferencia en que su tiempo de actuación es mucho más lento y no suele percibirse hasta que los

daños no son significativos. Además, puede actuar localmente en áreas muy reducidas y

peligrosas de la estructura como ocurre en las soldaduras o tornillos de unión. La dificultad radica

en que la estructura presenta zonas de acceso e inspección complicados, lo cual dificulta tanto el

control como el mantenimiento de estos elementos estructurales frente a la corrosión.

Algunas de las causas que favorecen este tipo de procesos son:

Agua

Las 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.

Ácidos

Procedentes de lluvia, terrenos, enyesados, maderas (roble, tuyas, castaño), algas y musgos.

Provocan la perforación de los metales.

Sales

En muchos casos ayudan en la formación de una película protectora e inhibidora de la corrosión, si

no se superan en determinadas cantidades.

Álcalis

El 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.

Clima

Existe una clasificación de los climas según sea su impacto en los metales estructurales.

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

6. TRATAMIENTOS DEL ACERO

6.1 Tratamientos superficiales

Debido a la facilidad que tiene el acero para oxidarse cuando entra en contacto con la atmósfera o

con el agua, es necesario y conveniente proteger la superficie de los componentes de acero para

protegerles de la oxidación y corrosión. Muchos tratamientos superficiales están muy relacionados

con aspectos embellecedores y decorativos de los metales.

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.

6.2 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

cambian la microestructura del material, con lo que las propiedades

macroscópicas del acero también son alteradas.

Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al acero sin

cambiar en su composición química son:

Rodamiento de acero templado

Temple

Revenido

Recocido

Normalizado

6.3 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. Entre los objetivos más

comunes de estos tratamientos están aumentar la dureza superficial de las piezas dejando el

núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el poder lubrificante, aumentar la

resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o aumentar la resistencia a la corrosión.

Cementación (C): aumenta la dureza superficial de una pieza de acero dulce, aumentando

la concentración de carbono en la superficie. Se consigue teniendo en cuenta el medio o

atmósfera que envuelve el metal durante el calentamiento y enfriamiento. El tratamiento

logra aumentar el contenido de carbono de la zona periférica, obteniéndose después, por

medio de temples y revenidos, una gran dureza superficial, resistencia al desgaste y buena

tenacidad en el núcleo.

Nitruración (N): al igual que la cementación, aumenta la dureza superficial, aunque lo hace

en mayor medida, incorporando nitrógeno en la composición de la superficie de la pieza.

Se logra calentando el acero a temperaturas comprendidas entre 400 y 525 °C, dentro de

una corriente de gas amoníaco, más nitrógeno.

Cianuración (C+N): endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan

baños con cianuro, carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y

950 °C.

Carbonitruración (C+N): al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una

capa superficial, pero con hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y

monóxido de carbono (CO). En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es

necesario realizar un temple y un revenido posterior.

Sulfinización (S+N+C): aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre

se incorporó al metal por calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

Entre los factores que afectan a los procesos de tratamiento térmico del acero se encuentran la

temperatura y el tiempo durante el que se expone a dichas condiciones al material. Otro factor

determinante es la forma en la que el acero vuelve a la temperatura ambiente. El enfriamiento del

proceso puede incluir su inmersión en aceite o el uso del aire como refrigerante.

El método del tratamiento térmico, incluyendo su enfriamiento, influye en que el acero tome sus

propiedades comerciales.

.

Cuadro resumen.

Esperando alla sido de ayuda esta información que el grupo brinda anexamos más fotografías de PATOLOGÍAS DEL ACERO Y TRATAMIENTOS DE ESTRUCTURAS METÁLICAS en los siguientes anexos:

ANEXO 01

Esta patología se debe al diseño de la estructura e indica las fallas que se han producido. Estas (fallas) deben ser ubicadas en un plano para el reconocimiento de lugar de dónde estén.

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.

También se puede observar este tipo de patología en las losas de concreto armado, donde se hace visible el acero corrugado en un tono marrón que indica que a sufrido 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.

Arriba, vemos que también existen desprendimientos en cercos hechos de mallas las cuales deben ser cambiadas por unas nuevas. Abajo, observamos el desprendimiento de la lata en la puerta debido a la oxidación que sufre al entrar en contacto con el agua.

ANEXO 02

Se puede observar el proceso de pintado (arriba) y de uso de anticorrosivo (abajo) que se están haciendo a la estructura metálica la cual la protegerá y asi aumentará su durabilidad ante agentes ambientales.

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

Procesos como el que vemos a continuación se utilizan en grandes estructuras. A este tipo de mantenimiento se le denomina “Arenado”.

La soldadura juega un punto muy importante en la construcción de estructuras metálicas, así como también para su mantenimiento, haciendo por ejemplo “parches”, como el que se ve a continuación.

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