7.- Tema 07 - Patologia en Estructuras Metalicas

Patología de la edificación Estructuras metálicas

Ing° Hugo Pisfil Reque

INTRODUCCIÓN La humanidad desde sus inicios se ha adaptado al medio que lo rodea, tomando y creando elementos que mejoren la calidad de vida. Es así como luego de analizar las propiedades de los elementos que encuentra en su entorno y asociarlos a las necesidades de su diario vivir, la combina con el fin de obtener nuevos materiales con propiedades superiores a los primeros que les permita optimizar las labores diarias.  Así se inicia a trabajar con materiales materiales como el concreto, la madera y elementos metálicos para construir lugares cómodos y seguros. El empleo de los elementos metálicos en el campo de la construcción ha ido en incremento en los últimos años, debido a sus numerosas ventajas en el campo constructivo como su alta resistencia, fácil y rápido montaje de estructuras, entre otros.

JUSTIFICACIÓN La investigación de patología de elementos metálicos sirve para conocer las causas, factores y procesos que intervienen en el deterioro de dichos elementos y la importancia de saber el tratamiento indicado para cada alteración. Este estudio puede ser de gran utilidad para los estudiantes de Ingeniería, personas e ingenieros que se dedican a la construcción con estructuras metálicas.

OBJETIVO GENERAL Conocer las causas y consecuencias de las alteraciones que sufren los elementos metálicos usados en la construcción, con el fin de evitar  daños en estructuras metálicas que pongan en riesgo el factor  humano.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Identificar las causas mecánicas de las lesiones sufridas por  elementos metálicos en su vida útil. Interpretar las características de los distintos procesos de corrosión.  Analizar los factores que favorecen la aparición de la corrosión en elementos metálicos. Conocer los diferentes tratamientos.

LESIONES EN EL ACERO 1.- Lesiones Generalizadas: a) Lesiones formales.

b) Lesiones sustanciales

- Deformación excesiva.

- Oxidación.

- Rotura dúctil.

- Oxidación  – Corrosión

- Rotura frágil. - Erosión.

2.- Lesiones  – Casuística a) Estructuras metálicas - Lesiones típicas.

- Otras lesiones.

3.- Instalaciones hidráulicas. - Lesiones típicas. - Otras lesiones.

1.- Lesiones Generalizadas a) Lesiones formales

Deformación excesiva 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. 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.

Destrucción de las torres gemelas  – Nueva York

Los arquitectos del World Trade Center fueron protagonistas anónimos de la tragedia vivida en Nueva York ese martes 11 de setiembre del 2001. Según un grupo de ingenieros civiles, la solidez de los edificios, que soportaron el fuerte impacto de los aviones, salvó miles de vidas al permanecer de pie por mucho tiempo. Sin embargo, reconocieron que el colapso de las torres gemelas fue inevitable. "Nada está diseñado para aguantar estas temperaturas", aseguró Hyman Brown, gerente de construcción del World Trade Center. El fuego producido por el combustible usado por los aviones alcanzó una temperatura de 800º centígrados derritiendo las estructuras del edificio.

Rotura dúctil La rotura de la mayoría de los elementos metálicos comunes, a excepción de la fundición, viene precedida de deformación previa que, por lo general, permite la problema con suficiente antelación y la acometida medidas paliativas.

por procesos de un estado detección del oportuna de

 Aun 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 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 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.

La reparación vuelve a pasar, casi de modo obligado, por la sustitución del segmento afectado.

b.- Lesiones sustanciales Oxidación: 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.

Oxidación-Corrosión 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.

Vigas y cubierta que presenta corrosión química

2.- Lesiones. Casuística. Estructuras metálicas Le s io n es tí p ic as 

Teniendo en cuenta que las estructuras metálicas suelen estar  constituido por elementos de acero laminado, situados en un ambiente lo suficientemente protegido de las 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 

Rotura frágil. Rotura por Fatiga Corrosión. Corrosión química Corrosión. Corrosión electrolítica Corrosión. Corrosión electrolítica. Aireación diferencial

Instalaciones hidráulicas Le s io n es tí p ic as 

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. Erosión de tuberías debido a la corriente liquida. Roturas (desprendimientos) Grietas por tensión excesiva Fisuras por fatiga Golpe de ariete Cavitación. Otras lesiones 

Corrosión. Corrosión electrolítica. Aireación diferencial Corrosión. Corrosión electrolítica

Tratamientos del Acero Corrosión: Pasos: 1.- Eliminación la causa de la lesión, sellando las posibles vías de entrada del agua o humedad con algún material como la silicona 2.- Seguidamente se actuará sobre la pieza, para lo cual se puede proponer una serie de intervenciones generalizadas.

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Ambiente agresivo. Ambiente medianamente agresivo. Ambiente neutro.

Preparación de la superficie de metales con chorro de arena

Pintura base a estructuras metálicas  – pintura epóxica.

Sistema de Pintura en el Acero: