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Patologías de la construcción

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Transcript of Patologías de la construcción

Patologías de la construcción -
Corrosión en estructuras metálicas

Introducción
La corrosión es un proceso que afecta al acero y otros metales por medio de una serie de alteraciones físico - químicas.

El acero al ser de origen mineral
(hierro)
y pasar por un proceso metalúrgico muy complejo, tiende a volver a su estado natural de oxido al cabo de un tiempo, especialmente al estar expuesto a la intemperie.

La corrosión debilita las estructuras metálicas disminuyendo su sección, la capacidad de resistencia, y puede causar fallas estructurales muy graves en edificaciones.

En esta investigación tiene por objetivo identificar y analizar el deterioro de este material y determinar si este se da por fallas en el proceso constructivo o por agentes naturales externos.

Específicamente nos enfocamos en la estructura metálica ubicada en el Hall de exposiciones de la FADA de la Pontificia Universidad Católica del Ecuador.
Problema
La corrosión de la estructura metálica del Hall de exposiciones de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Artes de la PUCE.
Objetivos
Identificar las posibles fallas por las que se produce la corrosión de las estructuras metálicas y analizar las opciones que existen para evitar este proceso.
Formulación del problema
La investigación se enfoca en analizar y estudiar las causas por las que se producen estos procesos de corrosión en las instalaciones de la FADA y como estas pueden tener consecuencias estructurales graves.
Descripción del problema
La corrosión del acero es muy frecuente en la construcción y en nuestro medio, puede tener consecuencias que afecten o atenten con la seguridad de sus usuarios y causar grandes daños.


El planteamiento del problema se basa en conocer y analizar las medidas que se toman para evitar este tipo de problemas o a su vez anularlos totalmente en los procesos constructivos.

Planteamiento del problema
Objetivo General
Objetivos Específicos
• Describir cuáles son las causas por las que estos elementos estructurales se encuentran expuestos a la corrosión.


• Evaluar el elemento metálico afectado, diferenciando si estos son estructurales o complementarios.


• Proponer posibles soluciones para cada caso en particular en base a las soluciones que se ofrecen en el medio.

Justificación
La elección del tema se basa en la preocupación que se genera al ver una estructura afectada por la corrosión, en este caso la estructura metálica del Hall de exposiciones.

Conociendo las consecuencias que este problema puede traer consigo se decidió tomar esta patología constructiva como caso de estudio y referencia para futuras experiencias en el campo laboral de la construcción.
Antecedentes
- Proyecto: Facultad de Arquitectura, Diseño y Artes de la Pontificia Universidad Católica. – (Hall de Exposiciones)

- Diseño Arquitectónico: Arq. Fernando Calle, Arq. Hernán Burbano, Arq. Diego Carrión.

-Diseño y Cálculo de cubierta metálica: Ing. Sigifredo Díaz.

Proyecto y Construcción
- Fecha de inicio de construcción: Septiembre de 1996.

- Fecha de terminación de construcción: Febrero de 1997.

- Área total de construcción: 4.106.60 m2.

- Área de cubierta: 130m2

Información Técnica
Planos Arquitectónicos
Fotografías
Figura 1. Vásconez. M. (2014). Ecuador 64: La creación de la Facultad de Arquitectura y Diseño de la U Católica. FADA - PUCE

Columna metálica circular
Perfil Estructural metálico
Figura 2. Cortesía. Arq. Fernando Calle (1997). Planta Arquitectónica - Hall de exposiciones (Estructura Metálica).
Planta de acceso - Hall de exposiciones
Columnas metálicas circulares
Vigas Metálicas tipo Cercha
Figura 3. Cortesía. Arq. Fernando Calle (1997). Corte - Hall de exposiciones (Estructura Metálica).
Cortes
Figura 4. Cortesía. Arq. Fernando Calle (1997). Corte - Hall de exposiciones (Estructura Metálica).
Perfil Estructural metálico
Vigas Metálicas tipo cercha
Fotografía1. Base de columna afectada por la corrosión.
Por: Miguel ARboleda - Alejandro Parreño
Fotografía 2. Perfil y marco de ventana afectado por la corrosión.
Por: Miguel Arboleda - Alejandro Parreño
Fotografía 3. Perfil y marco de ventana afectado por la corrosión.
Por: Miguel Arboleda - Alejandro Parreño
Fotografía 4. Vigas tipo cercha sin problemas de corrosión.
Por: Miguel Arboleda - Alejandro Parreño
Fotografía 5. Perfil estructural metálico
Por: Miguel Arboleda - Alejandro Parreño
Bases teóricas
Agentes Corrosivos
La mayoría de los elementos metálicos tienden a deteriorarse por reacciones químicas del medio ambiente, ya sea agua, capilaridad, contaminación exterior etc.

La clave para tratar este problema reside en controlar antes de prevenir.
Corrosión en Aceros
En la corrosión electroquímica los átomos metálicos son oxidados dejando la red del metal como iones, creando un exceso de electrones en su superficie. Estos electrones pueden ser transferidos a una especie activa en el electrolito produciéndose la reacción de reducción. La reacción de corrosión se conoce como reacción anódica y las áreas del electrodo donde ocurre se les llama
ánodos
.

La electroneutralidad de la materia exige que en otros puntos, conocidos por cátodos, se reduzca alguna sustancia del medio ambiente en contacto con el material metálico. Las áreas donde ocurre la reacción catódica se denominan
cátodos

Marco Teórico
Fuente: Nervion Pinturas – Página Web. Proceso de corrosión en elementos de acero
Tipos de Corrosión
Fuente: Organización de los Estados Americanos, (1979). Tipos de corrosión
Otros tipos
Involucra los efectos corrosivos que ocurren en las estructuras enterradas, esto se le atribuye a un bajo pH, desbordamiento de corrientes, reacciones químicas y acción bacteriana.
El oxígeno y el agua son considerados como los factores clave para la corrosión. Las características de aireación y retención de agua son los más importantes atributos del suelo, por lo tanto a mayor captación de agua por medio del suelo, mayor riesgo de corrosión por este medio.



Los factores que influyen en la corrosión por medio del agua son:
- El pH que es la medida de acidez o alcalinidad de una solución, si el pH del agua resulta ser alcalina, la corrosión se presenta en forma de tubérculos y picaduras y si es ácida la corrosión se presenta en forma general.

- La presencia de sólidos en el agua
- La temperatura del agua
- La presencia de bacterias

Corrosión por medio del suelo
Corrosión por medio del agua.
Tipos de atmósferas corrosivas
Evaluación de condiciones y riesgo de corrosión
De acuerdo al tipo de atmósfera a la que la estructura metálica puede estar expuesta, en este punto se analiza el riesgo de corrosión en base a las condiciones a las que se encuentra.

El ambiente rural, lejano a grandes ciudades y del borde de mar es considerado de bajo riesgo de corrosión, siendo exclusivamente un factor de riesgo la humedad presente en algunos sectores y el eventual uso de fertilizantes o insecticidas concentrados.
 Ambiente Rural - BAJO RIESGO
En las grandes ciudades con gran concentración de tráfico vehicular, la presencia de CO2, SO2, y el hollín sumados a condiciones de humedad ambiental local, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión.
Ambiente Urbano - RIESGO MEDIO
La industria suele liberar gases, vapor y polvo, elementos que, según su naturaleza química y concentraciones, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión.
Ambiente Industrial - ALTO RIESGO
En los ambientes del borde mar y dependiendo de la topografía y la rompiente de la ola, se forma niebla salina que impulsada por el viento, genera condiciones de alto riesgo de corrosión, especialmente en los primeros 100m.
Ambiente Marino - ALTO RIESGO
La combinación de ambientes urbanos con zonas industriales y/o con bordes marinos, aumenta el riesgo de la corrosión.
Ambientes Mixtos - ALTO RIESGO
Sistemas de protección a la corrosión
Diseño
El diseño juega un papel muy importante con el control de la corrosión, esto se refiere al método constructivo para asilar las superficies del medio ambiente.
Elección del material
Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cerámicas, polímeros (plásticos), FRP, etc. La elección del material es muy importante para evitar su corrosión.

Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer.

Se toma en cuenta el tiempo en el que habrá que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).

Recubrimientos
- Galvanizado
Principal elemento es el zinc el cual brinda protección catódica.
- Epóxico
Recubrimiento plástico de tipo termoestable.
- Aluminio
Recubrimiento más durable que los recubrimientos de zinc.
Inhibidores de corrosión
Los inhibidores de corrosión, son productos que actúan formando películas sobre la superficie metálica.

Se han realizado muchos trabajos acerca de inhibidores de corrosión como alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosión en la industria.
Pintura anticorrosiva
La pintura anticorrosiva se constituye por componentes químicos básicos tales como el silicato de sodio (que inhibe la corrosión), y el EDTA y tiene la primordial función de proteger el acero, y para ello, no sólo se adhiere a la superficie, sino que procura reaccionar químicamente con la superficie metálica con la que toma contacto para modificarla y compenetrarse químicamente.


Fuente: http://blog.onedream.es/estructura-metalica/
Fuente: http://www.irs.com.co/productos/weicon/liquidos-tecnicos/recubrimiento-de-zinc/
Fuente: http://www.comex.com.mx/CATALOGUE/Catalogue/Comex-Industrial-Coatings/Recubrimientos-de-alto-desempeno.aspx
Fuente: http://www.directindustry.es/prod/lps-laboratories/inhibidor-corrosion-11942-807757.html
Fuente: http://www.dicadistribuciones.com/producto_detalle/27
Fuente: http://es.dreamstime.com/im%C3%A1genes-de-archivo-libres-de-regal%C3%ADas-perfiles-met%C3%A1licos-image13150319
Hipótesis
La corrosión de la estructura metálica ubicada en el Hall de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Artes de la PUCE, se debe a un constante contacto con la humedad, tierra y con sulfatos orgánicos que se encuentran en el agua lluvia ya que ésta está expuesta a la intemperie.
Variables
Variable Independiente:
-Contacto de la estructura metálica con la humedad y exposición a la intemperie.

Variable Dependiente:
- Corrosión de la estructura metálica del Hall de exposiciones de la FADA.
- Tomar en cuenta medidas de control ante la corrosión.

Metodología
Una vez definido el problema y las posibles causas de esta patología que está afectando a la estructura metálica del Hall de la FADA, se elige el tipo de metodología para así dar posibles soluciones a este problema.

El método utilizado es un método empírico el cual se basa en la observación de causas y efectos para poder determinar y cuantificar el grado de daño del elemento estructural.

Solución estructura metálica
1. Reemplazar sección afectada
Valoración de daño.
Gráficos - Porcentaje de daño
Detalle - Porcentaje de daño
Datos - Estructura Metálica Hall FADA
Fuente gráficos: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Abril 2015) Recopilación de datos - Estructura metálica FADA
Fuente datos: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Abril 2015) Recopilación de datos - Estructura metálica FADA
Fuente: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Abril 2015) Recopilación de datos - Estructura metálica FADA
Conclusión
Recomendaciones
2. Tratar sección afectada
Para dar una solución a este problema basándose en un método empírico y práctico a continuación se proponen dos formas de tratar la corrosión de la estructura del Hall de la FADA.
Se procede a realizar un método de tratado con encapsuladores igual al de las columnas mediante el procedimiento previamente explicado.

Para este elemento de la estructura del Hall no se toma la medida de sustitución debido a que no es un elemento estructural primario (como es el caso de las columnas) lo cual hace innecesario esta método.
En este caso se recomienda la utilización de un material encapsulador Rustbond los cuales son selladores penetrantes con excelentes propiedades de humectación, estos son altamente flexibles y tienen alta resistencia a químicos y solventes, además aceptan una gran variedad de capas de acabado.

Sus propiedades de humectación les permiten penetrar el óxido y las irregularidades de recubrimientos existentes y proporcionar una sujeción firme para una variedad de capas de acabado
Perfil Metálico - Solución
Después de investigar y analizar las causas por las que la estructura metálica del Hall principal de la FADA está expuesta a la corrosión, se llegó a la conclusión que el tipo de atmósfera al que se encuentra y su contacto directo con medios naturales como agua y tierra provocan su notorio daño por oxidación, tomando en cuenta su porcentaje de afectación y el uso concurrido que esta estructura tiene, se procedió a dar dos métodos para solucionar este problema.
Existen varias formas de prevenir o evitar tener problemas con la corrosión, dentro de estas medidas de prevención se recomiendan el diseño arquitectónico, la elección de los materiales qué vamos a utilizar y productos anticorrosivos.

Está en manos del proyectista decidir que medida tomar ante este problema, sea de prevención o para solucionarlo.

En el caso de la estructura metálica del Hall de la FADA se recomienda optar por la opción de tratamiento por encapsuladores ya que esta medida es muy efectiva y no es tan drástica como la primera opción propuesta.
Bibliografía
- Americanos, O. d. (1979). Corrosión . En J. R. Galvele, Corrosión (pág. 84). Buenos Aires, ARGENTINA: Eva V. Chesneau.

- Arquitectura a+a acero. (s.f.). http://www.arquitecturaenacero.org/corrosion.

- Ávila, G. (1996). Corrosión - Aceros alcantarillas. Quito: Biblioteca PUCE.

- FAD - PUCE. (2000). El edificio de la facultad de Arquitectura y Diseño . Diseños, 74-76.

- Universidad Autónoma de Madrid. (S/D). https://www.uam.es/personal_pdi/ciencias/josem/static/CORROSION.pdf. Obtenido de Corrosión del acero.

- Wikipedia. (s.f.). http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosión. Obtenido de Corrosión.

- Wikipedia. (s.f.). http://es.wikipedia.org/wiki/Pintura_anticorrosiva. Obtenido de Pintura anticorrosiva.


Realizado por:
Miguel Arboleda
Alejandro Parreño

Trabajo de Investigación I

Pontificia Universidad Católica del Ecuador
Fuente: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Mayo 2015). Tratamiento para corrosión.
Fuente: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Mayo 2015). Tratamiento para corrosión.
Fuente: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Mayo 2015). Tratamiento para corrosión.
Fuente: Alejandro Parreño - Miguel Arboleda (Mayo 2015). Tratamiento para corrosión.
- Primero apuntalamos la estructura para liberar la carga a la que la columna afectada que va a ser tratada primero.

- Segundo removemos la tierra que rodea a la base de la estructura cortamos la parte afectada de las columnas circulares tomando en cuenta una distancia de 10 – 20 cm desde la superficie con corrosión.

- Como tercer paso se procede a remplazar por piezas metálicas nuevas soldando la nueva sección con placas metálicas.

- Finalmente quita el apuntalamiento de la estructura, se impermeabiliza y sella la nueva sección con los materiales anticorrosivos mencionados anteriormente tomando en cuenta el contacto de la estructura con la tierra y considerando el medio urbano y su influencia sobre la estructura metálica.
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