CORROSIÓN EN LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

1.- GENERALIDADES
INTRODUCCIÓN
El acero es una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%), aunque a veces se agregan otros componentes para darle otras características. Ya que es básicamente hierro altamente refinado, su fabricación comienza con la reducción de hierro, produciéndose el arrabio, el cual se convierte más tarde en acero.
El hierro puro, por tanto, es uno de los elementos del acero y no se encuentra libre en la naturaleza ya que reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro (herrumbre). Por tanto, las estructuras de este tipo se ven afectadas por la corrosión, o formación de herrumbre, pudiendo dar lugar a su destrucción.
Los tipos de acero empleados en edificación son:
- Aceros al carbono: son la mayoría de los aceros (más del 90%). Contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.
- Aceros de baja aleación ultrarresistentes: reciben un tratamiento especial que les confiere una mayor resistencia que los anteriores, por lo que se pueden emplear vigas más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando así un espacio interior más amplio.
La corrosión, pues, sería la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el deterioro de sus propiedades tanto físicas como químicas. Se crean dos zonas, la anódica, donde se produce la disolución del metal (corrosión) y la catódica, donde el metal permanece inmune. Podemos clasificar la corrosión:
- Según Medio:
􀂃 química, reacciones producidas por la acción del medio ambiente (agua, ambientes marinos, gases industriales...). Las estructuras expuestas a estos ambientes sufren los efectos corrosivos debido a la acción de cloruros, que son arrastrados por el viento y depositados en el acero, que con ciclos alternados de humedad posibilitan la reacción de celdas galvánicas.
􀂃 electroquímica, ya que en un mismo metal hay áreas de diferente potencial eléctrico. La corrosión no se distribuye de manera uniforme sobre la superficie del hierro, sino que queda localizada en determinadas zonas (ánodos) de las que fluye una corriente eléctrica hacia las zonas protegidas (cátodos), al darse corrientes eléctricas entre dos zonas del material con diferentes potenciales. Este tipo de corrosión es la más peligrosa.
- Según Forma:
􀂃 Corrosión uniforme: la corrosión química o electroquímica actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal.
􀂃 Corrosión localizada: se produce en algunos sectores del metal, es la más peligrosa.
􀂃 Corrosión intergranular: se produce en los límites del metal, ocasiona pérdidas de resistencia del material. Común en aceros inoxidables.
􀂃 Corrosión por picadura: se producen hoyos o agujeros por agentes químicos, se puede encontrar en la superficie del metal y se presenta como túneles pequeños y a escala microscópica.
􀂃 Corrosión por esfuerzo: producida por los esfuerzos externos a la que se es sometido el material. Tambien puede ser causado por esfuerzos internos, producidos por remaches, pernos.
􀂃 Corrosión por fatiga: pérdida de la capacidad del metal para resistir los esfuerzos, rompe la película de óxido produciendo una mayor exposición.
􀂃 Corrosión por fricción: se produce por el roce entre dos metales produciendo así un daño material de los metales. El calor de la friccion elimina el óxido.
􀂃 Corrosión selectiva: proceso donde es eliminado un elemento debido a una interacción química (ejemplos más conocidos: desincificación, grafitica).
􀂃 Corrosión bajo tensión: ocurre cuando el metal es sometido a la acción de tensiones, aparece como fisuras.
􀂃 Corrosión-erosión: causada por un tipo de corrosión y abrasión (causados generalmente por líquidos y gases).
􀂃 Corrosión atmosférica. producida por una acción agresiva por el ambiente sobre los metales (efecto simultáneo del aire y el agua).
􀂃 Corrosión galvánica: ocurre cuando metales diferentes entran en contacto, ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual favorece la aparición del un metal como ánodo y otro como cátodo, a mayor diferencia de potencial el material con más activo será el ánodo (efectos superficie).
2.- DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS
DESCRIPCIÓN
- Coloración, la herrumbre presenta varias coloraciones que van desde el rojo intenso hasta el café rojizo. Inicialmente la herrumbre es un fino granulado, pero a medida que transcurre el tiempo se convierte en pequeñas escamas.
- Exfoliaciones (disminución de la sección).
- Disminución de resistencia
- Aumento de tensiones
- Roturas revestimientos-fábricas
- Roturas material
ORIGEN
Los factores que intervienen en la corrosión del acero y que van a provocar y/o agravar la misma, son:
- Aire y humedad: causantes de la oxidación y posterior corrosión del acero.
o Presencia de ácidos diluidos y soluciones salinas: aumentan la velocidad de oxidación.
o Compuestos sulfurados de los humos procedentes de la combustión: intensifican la oxidación.
- Deshechos animales: se considera un tipo especial de ataque químico que puede llegar a ser muy severo.
- Algunos materiales, como el mortero de cal tierno y el mortero de yeso atacan vivamente al hierro.
- Por la diferencia de potencial en áreas de un mismo metal, debido a la capa de óxido remanente propia del proceso de laminación del acero o por las diferencias en el oxígeno disuelto en el agua u otro electrolito.
3.- PREVENCIÓN Y REPARACIÓN DE DAÑOS
PREVENCIÓN
Algunas medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión son:
- uso de materiales de gran pureza
- presencia de elementos de adición de aleaciones (ej. Aceros inoxidables)
- tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones sólidas, como el alivio de tensiones
- inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos
- recubrimiento superficial: pinturas, capas de óxido, recubrimientos metálicos
- protección catódica
La protección contra la corrosión no sólo deberá evitar posibles corrosiones (presencia de pares galvánicos, medios agresivos específicos, etc.) que habrá que analizar durante la fase de proyecto, sino que deberá reducir también las velocidades de corrosión.
Para proteger el acero contra la corrosión habrá que recubrirlo con una capa protectora, que puede ser de distintos materiales. Se deberá cumplir:
- preparación de la base: para asegurar la no existencia de polvo, hollín y óxido se ha de realizar una correcta limpieza de la estructura de acero antes de aplicar el material de recubrimiento:
a) Eliminar la cascarilla y óxido por medios manuales, mecánicos, neumáticos o térmicos de manera que se asegure la limpieza sin daño de los elementos estructurales.
b) Eliminar, mediante cepillado, los restos de la operación anterior.
c) La limpieza se considera asegurada, en condiciones normales, con el transcurso de doce horas a partir de su realización.
- materiales de recubrimiento. Los revestimientos más corrientes son:
􀂃 Pintura. Mano de imprimación a base de minio de plomo, terminado con una o dos capas de esmalte, dependiendo del grado de exposición de la estructura. El fabricante de las pinturas para recubrimiento debe garantizar sus propiedades antióxidas. Se podrán emplear aditivos para mejorar la trabajabilidad o la velocidad de secado debiendo el fabricante asegurar que no se modifican las propiedades del recubrimiento.
􀂃 Revestimiento de cemento. Para elementos constructivos que van a quedar ocultos; se aplican varias capas de cemento Portland que va a preservar el hierro a la vez que, por proceso químico, es capaz de absorber las capas delgadas de oxidación que se hubieran formado en un principio.
􀂃 Metalización. Se emplea, principalmente, en elementos no estructurales. El material más empleado es el zinc, recibiendo el producto terminado el nombre de hierro galvanizado (chapas para cubiertas, tubos, alambres y algunos perfiles). El plomo forma un revestimiento eficaz contra los ácidos, y el estaño se emplea en chapas delgadas de hierro (hojalata).
- ejecución del recubrimiento: Se debe realizar en tiempo seco, con temperaturas superiores a 5°C e inferiores a 50°C y con condiciones ambientales exentas de polvo o gases corrosivos. Con la aparición de condiciones meteorológicas (lluvia, niebla, rocío, temperaturas fuera del intervalo anterior) o artificiales (polvo de obra, gases de fábrica, etc.) diferentes a las indicadas se deben suspender los trabajos de pintura hasta el retorno de las condiciones favorables.
El control de obra debe verificar el cumplimiento de las condiciones anteriores, con especial énfasis en:
- Angulos entrantes y salientes, remaches y cantos.
- Uniones antideslizantes que deben ser masilladas o saturadas de imprimación en juntas, tornillos y todo elemento de la unión que pueda permitir el acceso del agua en las superficies de contacto.
El empleo de materiales de relleno que puedan atacar al acero, requiere en las zonas de contacto protecciones especiales acordes con el material de relleno. Igual temperamento se debe adoptar en zonas de contacto con medios agresivos (suelos, carbón, etc.)
REPARACIÓN
Las reparaciones por oxidación o corrosión se realizarán mediante la sustitución de elementos que han tenido pérdidas en el área de su sección, mediante reemplazo de remaches y pernos, en su caso, o eliminación de las zonas deterioradas del recubrimiento mediante la preparación de la base y una adecuada ejecución del recubrimiento, de esta forma se evitará el contacto de las estructuras de acero con el oxígeno y la humedad, y la entrada de agua al interior.