Patología de la edificación/Estructuras metálicas/Acero/Lesiones

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Lesiones. Generalidades.[editar]


Lesiones formales[editar]


Deformación excesiva[editar]

Archivo:Flechapandeo.png
Deformaciones por acciones mecánicas

Dado que la deformación es inherente a todos los elementos constructivos, lo que entendemos por deformación excesiva se refiere a la deformación de los elementos metálicos cuando ésta es superior a lo seguro o permisible.

Las deformaciones de los elementos mecánicos suelen estar causadas por dos tipos de acciones:

- Acciones MECÁNICAS: la deformación viene producida por una carga que,
si incide sobre un elemento que trabaja a FLEXIÓN, producirá flecha excesiva.
si afecta a un elemento que trabaja a COMPRESIÓN, producirá pandeo excesivo.
Las causas de estas acciones son variables.


- Acciones TÉRMICAS: la deformación es el resultado de someter al elemento metálico a elevadas temperaturas. Las causas de estas elevadas temperaturas pueden ser desde la radiación solar al fuego.
Tanto las acciones mecánicas como las térmicas producirán deformaciones que, siempre que se sitúen por debajo del límite elástico del metal en cuestión, podrán ser reversibles. Sin embargo, tanto cargas de gran magnitud como las exposiciones al fuego prolongadas pueden producir deformaciones irreversibles que en ocasiones el edificio no puede asumir sin la necesaria reparación.
Rotura dúctil[editar]

Archivo:Roturaductil.png
Diagrama tensión-deformación de un acero dúctil
Archivo:Roturaductil2.png
Comparativa de gráficas de tensión-deformación de varios metales

La rotura de la mayoría de los elementos metálicos por procesos comunes, a excepción de la fundición, viene precedida de un estado de deformación previa que, por lo general, permite la detección del problema con suficiente antelación y la acometida oportuna de medidas paliativas.

Aún así, en ciertos elementos, la combinación de grandes cargas y secciones escasas produce rápidos procesos de deformación y rotura. Suele ser el caso de chapas y conectores.

Rotura frágil[editar]

Archivo:Desgarrolaminar.png
Desgarro laminar

Existen casos concretos en los que los elementos metálicos pueden sufrir pequeñas figuraciones propias de materiales de rotura frágil y no dúctil, como corresponde a los metales.

Los casos más comunes de este tipo de rotura son:
- Desgarro Laminar: rotura o fisuración en el sentido de laminación de estructuras de acero laminado que produce un dibujo escalonado con tramos longitudinales mucho mayores a los transversales. Afecta al acero por su limitada resistencia en la citada dirección, como consecuencia de la aparición de inclusiones no metálicas en el proceso de laminado.
El origen o causa de esta deformación y fisuración puede encontrarse tanto en la elección del material de aportación en las soldaduras, que al retraerse puede producir tensiones en dicha dirección, como en el diseño de las uniones y nudos, que también pueden favorecer la aparición de tensiones perpendiculares a la dirección de laminación.
- Rotura por fatiga: rotura o fisuración resultado de una modificación permanente y localizada del metal. Este proceso se ve favorecido cuando la estructura del metal presenta cristalización, que puede venir causada por un sobrecalentamiento excesivo, por ejemplo, durante el proceso de soldado.
Las causas de esta modificación permanente suelen encontrarse en los dos tipos de acciones que con más frecuencia afectan a los elementos metálicos, las acciones mecánicas, que deberán ser variables a la vez que permanentes para producir la rotura por fatiga, y las acciones térmicas que produzcan movimientos de dilatación y contracción alternativos.
Este tipo de lesiones presenta difícil reparación, que en la mayoría de los casos pasa por una sustitución parcial del elemento.
Erosión[editar]

Desgaste o pérdida de sección producidas por el arrastre de materiales de un líquido que circula a grandes velocidades y sufre turbulencias. La erosión en estos casos supone un doble proceso, mecánico y químico al actuar conjuntamente con el proceso de oxidación. El movimiento del fluido en el interior produce el desprendimiento de las partículas de óxido, con menor resistencia, y favorecen la aparición de un nuevo proceso de oxidación.

En el caso del cobre la erosión se ve favorecida cuando el agua es blanda y circula a elevadas temperaturas.
Serán precisamente los factores que produzcan una elevada velocidad de circulación y las turbulencias los que causen la aparición de esta lesión.
La reparación vuelve a pasar, casi de modo obligado, por la sustitución del segmento afectado.

Lesiones sustanciales[editar]


Oxidación[editar]

Oxidación de un elemento férrico


Reacción de la superficie de un metal con el oxígeno del aire o del agua produciendo una capa superficial de óxido metálico (vuelta al estado natural más estable de los metales no preciosos), sin capacidad portante, que puede derivar en una pérdida de capacidad resistente del elemento al verse reducida su sección. Todos aquellos factores que faciliten la acumulación de agua o humedad se establecerán como causas que la favorezcan.

El hierro y sus aleaciones (entre ellas los aceros) forman una capa de óxido porosa que además permite la acumulación de agua y favorece el proceso de oxidación y la aparición del fenómeno de corrosión electrolítica, que se trata de forma independiente en el apartado de oxidación-corrosión.
La mejor opción frente a la oxidación, cuando ésta supone una agresión hacia el elemento metálico es la prevención, aunque también es posible la [reparación] cuando no se ha sido capaz de evitar su aparición y sobre todo cuando su estado es tan avanzado que supone riesgo de pérdida de la capacidad portante del elemento metálico en cuestión.
Por otra parte, el acero CORTEN, se presenta como excepción, ya que la aleación que lo constituye da lugar a un óxido especial que se caracteriza por una mayor consistencia y unas características mecánicas capaces de proteger al resto del metal.
Del mismo modo, en metales como el zinc, el cobre y el aluminio, la capa de óxido formada funciona como película de protección del propio metal, con lo que el proceso de oxidación tiende a estabilizarse. Por lo tanto, en muchos casos, la oxidación, más que una lesión, puede considerarse una protección preventiva. Por ello, al referirnos a esta capa en los citados metales utilizaremos el término autoprotección.
Así, en algunos casos, podremos considerar lesión a la no formación de esta capa de autoprotección, que vendrá causada por la corrosión química producida por ciertos agentes. Como ejemplo de ello:
- el zinc: la formación de la autoprotección se dificulta en aguas ácidas con abundancia de cloruros y sulfatos.
- el cobre: la autoprotección del cobre es soluble en contacto permanente con aguas ácidas y con una alta concentración de CO2, fenómeno que ha dado en llamarse cuprosolvencia.

Corrosión en un ancla.
Archivo:Corrosionarmadura.png
Propagación de la corrosión en armadura. Célula de corrosión.
Archivo:Curvascorrosion2.png
Curva de comportamiento de diferentes aceros en una atmosfera moderada.
Archivo:Curvascorrosion.png
Curva de comportamiento de diferentes aceros en una atmosfera severa


Destrucción o descomposición de un metal producida por un agente exterior y favorecida por la presencia de un medio acuoso en contacto con ambos.

Según la naturaleza del agente, distinguimos:
A) Corrosión química:= ataque de un metal por la acción de agentes químicos causantes de una serie de reacciones químicas producidas en la interfase metal-medio corrosivo y dando lugar a unos productos químicos que, si depositan en la superficie del metal, llegan, en algunos casos, a proteger al propio metal de una corrosión mayor.
- AMBIENTAL: agresión por parte de los compuestos presentes en el aire contaminado: dióxido de azufre, dióxido de carbono, sulfatos, cloruros, cenizas y escorias.
- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN: agresión por parte de otros materiales constructivos: cemento Pórtland (hidróxido sódico y potásico), morteros y pastas de cal (calcio y magnesio libres), pastas de yeso (ácidos), madera (ácidos orgánicos y sales solubles) y cementos porosos (amoniaco presente en agentes espumantes).
- SOLUCIONES QUÍMICAS: agresión por parte de sustancias químicas ajenas a la propia construcción: productos de limpieza (sales solubles de calcio, magnesio y potasio), agua de las conducciones (cloruros, sulfatos y dióxidos de carbono).
- AGUAS ÁCIDAS: disolución de los metales por inmersión en soluciones ácidas, que producen la redisolución de la capa de hidróxido resultado de la combinación de los iones metálicos con los hidrógenos del agua.
- AGUA DE MAR: agresión por proximidad o contacto directo con el agua de mar (cloruros).
- MATERIA ORGÁNICA: agresión por parte de las sustancias que producen ciertos organismos, como algas, mohos y líquenes (ácidos orgánicos y dióxido de carbono).
Archivo:Corrosionmetdif.png
Corrosión en metales diferentes
B) Corrosión electrolítica: el agente agresor es otro metal de diferente potencial eléctroquímico puesto en contacto con el metal corroído a través de un medio acuoso (electrolito) que induce entre ellos un par eléctrico. Entre los elementos del par se producirá una corriente eléctrica, concretamente desde el ánodo (más negativo) al cátodo (más positivo), perdiendo el primero electrones, con la consiguiente descomposición del material, y acumulando el segundo los productos insolubles de la corrosión.
La corrosión electrolítica resulta más peligrosa que la puramente química puesto que en ella los productos de la descomposición no se depositan sobre el elemento que sufre la corrosión, protegiéndolo, sino sobre el que la produce.
El proceso se favorece cuando en el agua aparecen sales contaminantes y es mayor cuanto mayor es la intensidad de corriente, bien por una elevada diferencia de potencial entre los metales o por la presencia de corrientes parásitas (por ello se recomienda la puesta a tierra de las instalaciones eléctricas).
El potencial eléctrico de los metales más comunes en la construcción es el siguiente:
- C o b r e (e: +0,344)
- H i e r r o (e: -0,440)
- Z i n c (e: -0,762)
- A l u m i n i o (e: -1,670)
Con lo cual, la combinación de cualquier metal con uno distinto, cuando exista un medio acuoso o electrolito, provocará un par eléctrico de mayor o menor intensidad.
De esta manera, la combinación en una misma instalación de conductos de cobre y acero galvanizado (recubrimiento de zinc) suele ser destructora, ya que al liberarse iones de cobre y depositarse en los tramos de tubería galvanizada se producirá la picadura de esta última por corrosión electrolítica. Las altas temperaturas favorecen este proceso.
Por otro lado, también existe diferencia de potencial eléctrico entre el acero y el óxido de hierro que se forma en su superficie, de modo que la oxidación de los metales férricos favorece la aparición de corrosión electrolítica, en lo que llamamos oxidación-corrosión.
El estudio preventivo de la junta entre dos metales diferentes se establece como primera solución. Bien es cierto que en ocasiones estas combinaciones son absolutamente necesarias y la solución de la junta extremadamente complicada, de modo que la causa de la lesión puede atribuirse, de alguna manera, a la disposición favorable a la acumulación del electrolito y la consiguiente inducción del par eléctrico.
La reparación pasa en muchos casos por la sustitución del elemento corroído y la recolocación evitando en lo posible la nueva formación de par galvánico.
Como casos particulares se establecen:
- POR AIREACIÓN DIFERENCIAL: la diferencia de potencial electroquímico se produce entre dos piezas del mismo metal, cuando una de ellas se encuentra permanentemente húmeda y la otra permanentemente seca. La zona húmeda se establece como ánodo y la seca como cátodo, produciéndose una corriente de electrones desde la parte húmeda a la seca y produciendo la corrosión de la primera.
En el interior de conductos puede producirse también este proceso por la obstrucción o las alteraciones del flujo, que puedan producir zonas aireadas dentro del propio conducto.
Como causas fundamentales se establecerán todas aquellas que favorezcan la acumulación puntual de agua/humedad en los ambientes secos o de aire en los medios sumergidos.
- INTERGRANULAR: aparición de pares eléctricos y corrosión puntual entre las partículas de los distintos metales de una aleación, cuando en ésta no se ha completado el proceso de unión de los mismos.
Se trata del único ataque posible en el acero inoxidable. Viene causado por un defecto del material y si su efecto destructivo es importante, el único modo de reparación es la sustitución.
Oxidación-Corrosión[editar]

Archivo:Corrosionsup.png
Esquema de la corrosión en la superficie del acero

Tipo de corrosión más extendida en los metales férricos, fundamentalmente el acero, en el caso de la construcción. Consiste en la formación de un par galvánico o eléctrico entre el hierro presente en el acero y el hidróxido de hierro fruto de la oxidación y que resulta tener un potencial electroquímico superior al primero.

El medio de intercambio de electrones (electrolito) entre ambos es el agua que se acumula en los poros de la capa de óxido. Así, el hierro presente en el acero se establece como ánodo (polo negativo) y el hidróxido de hierro como cátodo (polo positivo), produciendo una corriente de electrones del primero al segundo y causando la descomposición del acero.
La lesión inicial, es decir, la oxidación, es la que será necesario prevenir o reparar y sus causas las que habrá que evitar en todo momento.

Lesiones. Casuística.[editar]

Estructuras metálicas[editar]

Lesiones típicas[editar]
Teniendo en cuenta que las estructuras metálicas suelen estar constituidas por elementos de acero laminado, situados en un ambiente lo suficientemente protegido de la agresiones del medio, las lesiones más frecuentes serán las siguientes:
Deformación excesiva. Acciones mecánicas
Deformación excesiva. Acciones térmicas. Fuego
Rotura dúctil
Rotura frágil. Desgarro Laminar
Corrosión. Corrosión electrolítica. Corrosión intergranular
Oxidación-Corrosión
Otras lesiones[editar]
Rotura frágil. Rotura por Fatiga
Corrosión. Corrosión química
Corrosión. Corrosión electrolítica
Corrosión. Corrosión electrolítica. Aireación diferencial

Elementos metálicos expuestos. Fachadas y cubiertas.[editar]

Lesiones típicas[editar]
En este caso, se emplea una mayor variedad de materiales metálicos, que además se ven sometidos a las acciones térmicas, las humedades y otras agresiones típicas de la intemperie.
Deformación excesiva. Acciones térmicas
Corrosión. Corrosión química
Corrosión. Corrosión electrolítica
Corrosión. Corrosión electrolítica. Aireación diferencial
Otras lesiones[editar]
Deformación excesiva. Acciones mecánicas
Rotura dúctil
Rotura por Fatiga

Instalaciones hidráullicas[editar]

Lesiones típicas[editar]
Los movimientos de dilatación-contracción serán típicos de este tipo de instalaciones, especialmente por las que circule agua a elevadas temperaturas. A su vez, también lo serán todos los derivados del contacto directo con el agua y su circulación.
Rotura por Fatiga
Erosión
Oxidación (problemas de autoprotección)
Corrosión. Corrosión química
Otras lesiones[editar]
Corrosión. Corrosión electrolítica. Aireación diferencial
Corrosión. Corrosión electrolítica

Bibliografía[editar]

- F. Quintero Moreno (1991): Algunas ideas sobre rehabilitación de estructuras de acero en edificación urbana. CURSO DE PATOLOGÍA. CONSERVACIÓN Y RESTAURACIÓN DE EDIFICIOS. TOMO2. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, Madrid, 1991. ISBN 84-7740-040-7. Biblioteca UPM, 69.059 CUR pat 2
- Juan Monjo Carrió (1991): oxidación y corrosión de elementos metálicos de fachada. Reparación y prevención. CURSO DE PATOLOGÍA. CONSERVACIÓN Y RESTAURACIÓN DE EDIFICIOS. TOMO3. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, Madrid, 1991. ISBN 84-7740-040-7. Biblioteca UPM, 69.059 CUR pat 3
- Rafael Martínez Lasheras (1984): Patología de las estructuras metálicas y mixtas. CURSO DE REHABILITACIÓN. TOMO 5. LA ESTRUCTURA. Colegio Oficial de Arquitectos de Madrid, Madrid, 1985. ISBN 84-85572-70-X. Biblioteca ETSAM, 69.059 CUR 5
- José Rodríguez Montero (1992): La corrosión en la edificación, patología y control. CONGRESO SOBRE PATOLOGÍA Y CONTROL DE CALIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN. Consejería de Obras Públicas y Transportes, Sevilla, 1992.ISBN 84-87001-97-1. Biblioteca ETSAM, 69.059 CON ACT