ESTRUCTURAS METALICAS

DEFINICION ACERO

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.

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.

Maleabilidad: Cualidad de un metal para reducirse a láminas finas, dobladas o deformadas por choque o por presión en caliente o en frío.

Tenacidad: resistencia a la ruptura en esfuerzos de aplicación progresiva. Los esfuerzos pueden ser: tracción, compresión, torsión, cizalladura, flexión.

Dureza: Resistencia que opone un cuerpo a dejarse penetrar por otro bajo la acción de una fuerza. Operaciones de lijado limado, corte, etc.

Resiliencia: Resistencia que oponen los materiales a la aplicación de esfuerzos bruscos y a las choques. Es lo contrario a la fragilidad.

Elasticidad: propiedad que tienen los materiales de deformarse por acción de una fuerza y de recobrar su forma inicial cuando esta deja de actuar.

Alargamiento: es la deformación permanente que se produce en un metal cuando el esfuerzo aplicado sobre él supera la carga de su límite elástico.

Fusibilidad: Propiedad que caracteriza a ciertos metales para pasar de su estado sólido al líquido por efecto del calor.

Ductilidad: Es la propiedad del material para poder ser trabajado sin que se produzcan cambios en su estructura (estirado) o grietas.

Conductividad: Propiedad que consiste en transmitir el calor (conductividad térmica) y corriente eléctrica (conductividad eléctrica).

PROBLEMAS EN LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

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, 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.

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 capazde evitar su aparición y sobre todo cuando su estado es tan avanzado que supone riesgo de pérdidade la capacidad portante del elemento metálico en cuestión.

Corrosión

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.

Afecta especialmente a elementos ocultos, exteriores o de difícil acceso, próximos a caños de bajada o instalaciones sanitarias (presentan fugas, condensaciones, etc.) o con escaso revestimiento protector contra condensaciones, filtraciones, humedad capilar o lluvia.

Se puede detectar si la estructura se encuentra corroída a simple vista o quitando algunos elementos, ya que por ejemplo en estructuras revocadas las estructuras corroídas provocan el desprendimiento del mismo, dejando al descubierto un principio de corrosión.

Una vez detectada esta se debería verificar que tan avanzado se encuentra, siendo las zonas mas comprometidas donde suele aparecer los apoyos, cerramientos exteriores y en entrepisos con sanitarios.

FACTORES QUE FAVORTECEN A LA CORROSION

Factores físicosAire y humedad: causantes de la oxidación y posterior corrosión del acero.o Presencia de ácidos diluidos y soluciones salinas: aumentan la velocidadde oxidación.o Compuestos sulfurados de los humos procedentes de la combustión:intensifican la oxidación.

Factores de diseño, construcción y solicitación

Factores Mecánicos

TIPOS DE CORROSION

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, homogénea o generalizada: el ataque se extiende sobre toda la superficie metalica y en consecuencia la penetración media es similar en todos

los puntos. la corrosión química o electroquímica actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal. Se considera la forma más benigna de corrosión.

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) ƒ 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).

Lesiones formales

Deformación excesiva

Dado que la deformación es inherente a todos los elementos constructivos, lo que entendemos por deformaciónexcesiva 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 elevadastemperaturas. 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 pordebajo del límite elástico del metal en cuestión, podrán ser reversibles. Sin embargo, tanto cargas de granmagnitud como las exposiciones al fuego prolongadas pueden producir deformaciones irreversibles que en

ocasiones el edificio no puede asumir sin la necesaria reparación.

Rotura dúctil

La rotura de la mayoría de los elementos metálicos por procesos comunes, a excepción de la fundición, vieneprecedida de un estado de deformación previa que, por lo general, permite la detección del problema con suficienteantelación y la acometida oportuna de medidas paliativas.Aún así, en ciertos elementos, la combinación de grandes cargas y secciones escasas produce rápidos procesos dedeformación y rotura. Suele ser el caso de chapas y conectores.

Rotura frágil

Existen casos concretos en los que los elementos metálicos pueden sufrir pequeñas figuraciones propias demateriales 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 laminadoque produce un dibujo escalonado con tramos longitudinales mucho mayores a los transversales. Afectaal acero por su limitada resistencia en la citada dirección, como consecuencia de la aparición deinclusiones no metálicas en el proceso de laminado.El origen o causa de esta deformación y fisuración puede encontrarse tanto en la elección delmaterial de aportación en las soldaduras, que al retraerse puede producir tensiones en dichadirección, como en el diseño de las uniones y nudos, que también pueden favorecer la apariciónde tensiones perpendiculares a la dirección de laminación.

- Rotura por fatiga: rotura o fisuración resultado de una modificación permanente y localizada delmetal. Este proceso se ve favorecido cuando la estructura del metal presenta cristalización, que puedevenir 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 quecon más frecuencia afectan a los elementos metálicos, las acciones mecánicas, que deberán servariables a la vez que permanentes para producir la rotura por fatiga, y las acciones térmicas queproduzcan movimientos de dilatación y contracción alternativos.Este tipo de lesiones presenta difícil reparación, que en la mayoría de los casos pasa por una sustitución parcialdel elemento

Erosión

Desgaste o pérdida de sección producidas por el arrastre de materiales de un líquido que circula a grandesvelocidades y sufre turbulencias. La erosión en estos casos supone un doble proceso, mecánico y químico al actuarconjuntamente con el proceso de oxidación. El movimiento del fluido en el interior produce el desprendimiento delas 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 elevadastemperaturas.

Serán precisamente los factores que produzcan una elevada velocidad de circulación y las turbulencias los quecausen la aparición de esta lesión.La reparación vuelve a pasar, casi de modo obligado, por la sustitución del segmento afectado.

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:

ƒ 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.

DESCRIPCIÓN Y ORÍGEN DE LOS DAÑOS

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.

Fig. 1. Corrosión presente en estructura metálica a la intemperie 1. DEFECTOS Y LESIONES DE LA SOLDADURA

2. FUEGO

La resistencia al fuego es la característica que corresponde a una solución constructiva, por la cual se determina la capacidad de resistir en el tiempo, a la acción del fuego. En todo caso, la característica es el tiempo: cuanto mayor sea el tiempo disponible, será mejor para evacuar personas o luchar contra el incendio. La forma de evaluar esta característica es mediante ensayo normalizado en laboratorio homologado, por la que se determina el tiempo de:

La estabilidad al fuego (EF) o capacidad portante: Esto aplicable a cualquier tipo de solución constructiva. Es la capacidad de un elemento constructivo de mantener durante un tiempo determinado la estabilidad o capacidad portante de uso para impedir el colapso del edificio en caso de incendio.

- Ausencia de emisión de gases inflamables en la cara no expuesta al fuego. - Estanqueidad al paso de llamas o gases calientes a la cara no expuesta al fuego. Comportamientodeunelementoconstructivoseaportanteono,quegarantizaduranteuntiempodeterminado,elaislamientotérmico.Representalaresistenciatérmicasuficienteparaimpedirquelacaranoexpuestaalfuegosoportealtastemperaturas- Resistencia térmica suficiente para impedir que en la cara no expuesta al fuego, se produzcan temperaturas superiores a las establecidas por norma.

La primera condición representa la estabilidad al fuego (EF). Si se cumplen las tres primeras condiciones, será parallamas ( PF, Comportamiento de un elemento constructivo sea portante o no, que garantiza durante un tiempo determinado, la estanquidad a las llamas o gases.), y si se cumplen todas, se denominara resistencia al fuego (RF).

Para aumentar hasta los limites requeridos la estabilidad al fuego de los elementos estructurales de acero, es necesario revestirlos con un material aislante térmico que disminuya de forma efectiva el flujo de calor. Se puede revestir mediante paneles de lana minerales, mediante morteros que se proyectan sobre el elemento estructural o mediante pinturas

http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/TemaII.2.3.6.TERMICAS.ResistenciaFuego.pdf

http://berraingenieros.blogspot.com/2011/10/ensayos-no-destructivos-para.html

Ensayos destructivos : son aquellos que producen un daño orotura de la pieza sometida al ensayo.Ensayos no destructivos : se analizan los defectos externos e internos de una pieza mediante procedimientos deobservación directa empleando microscopios, rayos X,ultrasonidos, campos magnéticos, etc.

ENSAYO DE TRACCIÓNUna probeta con forma y dimensiones normalizadas según el materialque sea, es sometida a un esfuerzo de tracción (σ) en la dirección de su eje por una máquina que registra el esfuerzo aplicado y elalargamiento (ε) producido en la probeta hasta que esta se rompe. En los ensayos de tracción es preciso tener en cuenta la temperatura,ya que, los metales modifican sus dimensiones con ella. La probeta indicada en la figura es la más usadaPRUEBA DE DOBLEZ

Consiste en colocar una probeta en un dispositivo especial sometiéndola a una fuerza constante para determinar la ductilidad y sanidad de los materiales.

La prueba de doblez guiado se efectúa aplicando una carga hasta el doblez completo (en forma de U) de una probeta, a través de un yugo colocado en el centro de la misma, las dimensiones del yugo son establecidas por la norma que se esté aplicando en el proyecto, esta probeta es apoyada en sus extremos.

La prueba de doblez guiado es aplicada a determinadas muestras de materiales soldados, para analizar el comportamiento y maleabilidad de los materiales de aporte aplicados a los materiales, así mismo nos ayudan a determinar la habilidad del operario que está aplicando la soldadura así mismo se utiliza para realizar la calificación del procedimiento de soldadura.

Método de liquidos penetrantes

Basados en el principio de la capilaridad de los liquidos que permite su penetración y retención en aberturas estrechas como son: fisuras, poros o huecos.

Se hara la aplicación del liquido penetrante por proyección del liquido sobre la superficie y a una distancia no mayor de 8’’ o a la que recomiende el fabricante.

http://www.comtecol.com/intranet/manual/docu/PROCEDIMIENTO%20DE%20INSPECCION%20DE%20SOLDADURA%20LP.pdf

Radiografía Industrial

Es un método de inspección que sirve para detectar defectos internos en los materiales de piezas metálicas de fundición, forjas, partes maquinadas, recipientes a presión, estructuras de puentes, edificios, industria petroquímica e industria alimenticia. 

El método consiste en colocar películas radiográficas en los materiales a inspeccionar haciendo pasar a través de ellos algún tipo de radiación. Si existen defectos, estos serán detectados en las películas radiográficas una vez sean reveladas. 

Es un método de prueba no destructiva que utiliza la radiación para penetrar un objeto y registrar la imagen en una película. 

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