CORROSIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL

La corrosión es un proceso químico que deteriora las propiedades de los elementos metálicos especialmente del acero estructural; comprometiendo su integridad y durabilidad. Este fenómeno se produce por la reacción del acero con su ambiente. Para que exista corrosión básicamente tiene que existir un ánodo (material que pierde electrones) un cátodo (material que recibe electrones) y un electrolito que es el medio de conducción de esos electrones. El oxígeno es un acelerante de la reacción de corrosión, siendo en algunas ocasiones la oxidación el paso previo para la corrosión.

Las causas de la corrosión son múltiples y pueden incluir la presencia de cloruros, la carbonatación del concreto, la exposición a ambientes agresivos, defectos en la fabricación o en la ejecución de la obra, y la falta de protección adecuada del acero. Para prevenir la corrosión, es fundamental seleccionar materiales adecuados, diseñar elementos estructurales con protección adecuada, aplicar recubrimientos anticorrosivos adecuados, controlar la humedad y realizar inspecciones periódicas. Existen muchas maneras de proteger al acero como las pinturas, la galvanización, el cromado y la protección por ánodo de sacrificio.

Podríamos hacer un curso semestral sobre este tema de la corrosión de lo extenso que es.  A nivel de normativa también es muy extenso. Normas como las NACE (Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión) NACE SP0178, NACE SP0284, NACE SP0492; la Norma ISO 12944 (Protección contra corrosión), la Norma ASTM D1654 (Método de Prueba Estándar para la Evaluación de Especímenes Pintados o Recubiertos Sujetos a Ambientes Corrosivos), API 653 (Inspección, Reparación, Alteración, y Reconstrucción de tanques API 650)  y las normas SSPC (La Sociedad para Recubrimientos Protectores) son normas internacionales que deberías leer si quieres profundizar el tema, y eso solo por citar solo algunas y no las locales de cada país.

Es importante destacar que la corrosión del acero es un fenómeno complejo y que su prevención requiere un enfoque integral que combine el conocimiento técnico de un ingeniero estructural con la experiencia de un patólogo de la construcción y del mantenimiento de estructuras. En mi experiencia, de 24 años en el tema, la escogencia de un método adecuado de protección para el tipo de estructura y su ambiente de exposición, así como un plan de mantenimiento preventivo que implique inspección especializada periódica para la detección temprana de los signos de corrosión es la clave para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras de acero.

 Gracias por leer hasta acá. Hasta la próxima publicación. 👌

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TIPOS DE VARILLA DE REFUERZO PARA EL CONCRETO-HORMIGÓN ARMADO-REFORZADO

Vemos en el video un cargamento de varillas de acero que nuestro “Paco” pidió por “Temu”, tuvo que devolverlas porque no pasó los ensayos de tracción XD.

Ahora ya en serio, hablemos de las barras de refuerzo de concreto armado, las cuales deben cumplir las normas ASTM A615 o ASTM A706 (o sus equivalentes en sus respectivas regiones del mundo).

El acero A706 a veces es menos conocida pero es una especificación introducida desde lo años 70, que garantiza propiedades de fluencia controladas y soldabilidad, especialmente para estructuras sismo resistentes. Según el código ACI 318, se exige su uso en elementos estructurales sismo resistentes, a menos que las varillas A615 cumplan ciertos requisitos.

Entre las diferencias entre A706 y A615 tenemos:

Control de calidad: A706 tiene composición química específica y un mejor control entre la fluencia y la tensión máxima.

Ductilidad vs. Resistencia: A706 es más dúctil, pero ligeramente menos resistente. Sin embargo, su menor resistencia no afecta el diseño sismo resistente convencional.

No es incorrecto usar A615 pero si estas cumplen con las especificaciones mínimas que exige la ACI 318. Esas especificaciones son: Que La resistencia real a la fluencia basada en ensayos realizados por la fábrica no sea mayor que el fy (esfuerzo de fluencia) en más de 125 MPa y que la relación entre la resistencia real de tracción (rotura) y la resistencia real de fluencia no sea menor de 1.25.

En muchos países se exige el uso del A706 para evitar problemas en obra al utilizar al mismo tiempo unas varillas adecuadas para elementos sismo resistentes y otras que no, pues se prestaría a la confusión y problemas en el control de calidad de los materiales. ¿Sabes si en tu país exigen obligatoriamente el uso de acero A706 en edificaciones?

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DISEÑO DE BARANDAS

 

https://youtube.com/shorts/J9yYeaCtjVY

En este video que me envió un seguidor vemos una baranda que falla por la carga viva horizontal (y hasta vertical 🤔) que produce esa multitud.

Para que eso no ocurra, deben respetarse las cargas vivas horizontales por personas que exigen las normas; las cuales rondan unos 100kgf por metro lineal horizontal para edificaciones de vivienda y 250 kgf por metro lineal horizontal para estructuras que puedan albergar multitudes como estadios, coliseos y oficinas públicas, ojo que esas son cargas mínimas. Esas cargas deben aplicarse en el punto más alto de la baranda. Otra vez destacando que debes consultar tu normativa local.

Igualmente debes diseñar los anclajes para que puedan soportar esas demandas. Ahora volviendo al video ¿habrá sido un error de diseño o que las cargas superaron las demandas normativamente determinadas?

Por otra parte, aparece un gráfico de esfuerzo de tracción-deformación (ensayo de tracción ASTM E8). Ese ensayo permite determinar por carga de tracción varias características del acero, como su esfuerzo de fluencia, esfuerzo último y módulo de elasticidad. Y en el vídeo procura demostrar cuándo falla el material al mismo tiempo que falla por flexión la baranda, indicando que en algunos puntos se ha superado es esfuerzo de fluencia y posteriormente el de rotura.

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SISTEMAS FERROVIARIOS

                        

El diseño y construcción de un sistema de transporte público especialmente ferroviario implica la participación de diversas especialidades de la ingeniería. La ingeniería civil se encarga del diseño de la infraestructura, como vías, puentes, túneles, estaciones y terminales. La ingeniería estructural se responsabiliza del cálculo y diseño de la estructura de los vehículos ferroviarios, puentes y edificios. Mientras tanto, la ingeniería electromecánica se ocupa del diseño de los sistemas de tracción, señalización y control del tráfico.

Otras especialidades también juegan un papel crucial. La ingeniería geotécnica se encarga del estudio y análisis del suelo para cimentaciones y obras subterráneas. Por su parte, la ingeniería de transporte se encarga de la planificación de rutas, frecuencias y capacidades del sistema. Todas estas disciplinas deben trabajar de manera coordinada para hacer frente a los diversos desafíos que plantea este tipo de proyecto.

Entre los principales retos que enfrentan los ingenieros se encuentran: diseñar estructuras capaces de soportar las cargas dinámicas y los esfuerzos generados por el movimiento de los trenes, garantizar la seguridad y la integridad estructural ante eventos extremos, optimizar el diseño mismo de los vehículos ferroviarios, integrar las estructuras de manera armónica con el entorno urbano y coordinar el diseño de los diferentes sistemas del ferrocarril.

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CUANDO LAS ESTRUCTURAS DEBEN CAER: PUENTE EN CHILE (Mayo, 2016) Y UN HOTEL EN USA (Mayo, 2016).

   Muchas veces pensamos que en pleno siglo XXI es imposible conseguir el caso de estructuras que se diseñen y empiecen a construir por un equipo de ingenieros y resulte que luego de una gran inversión de tiempo y dinero tenga dicha obra que terminar demoliéndose parcial o totalmente.  

   Si vamos al pasado remoto conseguiremos muchos casos, pero el día de hoy nos enfocaremos en dos estructuras de países que tienen tradición de buena ingeniería y que precisamente en éste año se ha decidido su demolición.

   Caso 1: Puente construido al revés en Chile.

   Proyectado como el primer puente basculante de Chile terminó siendo, con la intervención de una empresa Española, un fracaso de la ingeniería de dicho país.

   El Ministerio de Obras públicas de Chile concluyó que la empresa española AZVI colocó al revés el tablero.

   Se esperaba tener en funcionamiento en 2014, pero por complicaciones desde el inicio, ese puente proyectado sobre el río Cau Cau está lejos de ser terminado.

   La obra adjudicada en 2011 por un monto de 13.900 Millones de dólares, con 90 metros de largo y que uniría Isla Teja con las Ánima con tramos móviles y elevable para permitir la navegación del río, desde sus inicio comenzaría con problemas. El topógrafo Roberto Mendez involucrado en su replanteo sería detenido por ejercicio ilegal de la profesión, al presentar documentación falsa para trabajar en la empresa.

   Ese episodio pasaría como algo menor hasta que en 2014 se detectara que el puente misteriosamente sufría una desviación de 75cm entre sus eje estructural fijo y su parte móvil, por lo que cuando se cerraba se formaba un gran desnivel o bache entre un extemo y otro.

   Resulta que las etiquetas para la instalación de los brazos del puente habían sido enviados al revés desde España y absolutamente nadie se percató del error. A continuación un reportaje completo sobre el puente, hecho en Discovery Channel (Puenden verlo a partir del minuto 04:50 que comienza lo interesante para los ingenieros, reportaje hecho en el 2015, cuando no se había decidido aún demolerse).

   Una de las soluciones de planteaba la empresa española era salvar la diferencia de altura con pavimento, pero la carga muerta adicional no iba a ser soportada por el mecanismo del puente.

   Luego en pruebas de operación un pistón se rompió, evidenciándose que la calidad del acero no era la exigida en el diseño inicial.

   Posteriormente un informe de la empresa Estadounidense de ingeniería Hardesty & Hanover concluyó que los brazos del puente debían demolerse y que:  "El término de los estudios nos permite afirmar que el puente tiene que ser hecho, en lo medular, completamente de nuevo".

   Caso 2: Hotel de UltraLujo a Demoler en las Vegas

   Éste es el caso del el Harmon Hotel and Spa.  Un exclusivo hotel de Las Vegas diseñado por el Arquitecto británico Norman Foster que se encontraba en la última etapa de su construcción será demolido sin haber sido inaugurado debido a defectos en su estructura. 

   Desde sus inicios tuvo problemas en la mala instalación de los aceros de refuerzo (2008). La construcción siguió pero limitando a 25 plantas las 49 incialmente proyectadas.

   Luego en 2010 un informe técnico determinó que el hotel ante la presencia de un sismo podrían "hundirse" sobre el terreno y los trabajos cesaron hasta el 2016.

   El propietario decidió demoler el inmueble, pero por disputas legales se ha demorado mucho el proceso, el edificio se desmantelará piso por piso, lo que costará unos 11.5 millones de dólares.

   Estos casos nos enseñan a que por muy experimentado que sea un equipo de ingenieros que realicen un diseño o una construcción, nunca debemos dejar de usar el buen criterio y el sentido común.

OQUEDADES, CANGREJERAS O VACÍOS EN EL CONCRETO ARMADO.

     Muy buenas. Para dar inicio al innovador enfoque de éste Blog, que es dar informaciones sobre la carrera de Ingeniería Civil UNEFA Maracay y contribuir con tópicos que pueden ser de interés para los futuros jóvenes ingenieros les presento como primer tema un tópico relacionado con la presente figura.

Figura 1. Desencofrado de columna y presencia de oquedades en obra.

     La Figura 1 se trata de una columna de concreto reforzado que al quitarle el encofrado muestra oquedades, cangrejeras o vacíos. ¿A qué se debe eso? ¿Es grave?

     Se debe a que la columna tuvo un pésimo proceso de vaciado y sobre todo vibrado. Vaciaron desde arriba y no utilizaron adecuadamente el "vibrador" desde abajo hacia arriba. La ausencia de vibración produce ésta oquedades por lo que el concreto no se asienta. También el exceso de vibración trae otro problema, pues hace que se disgregue el concreto, por lo que las piedras se decantan en la parte inferior e igualmente baja la resistencia del concreto. Por ello debe hacerse un "correcto" vibrado, ni poco ni en exceso. 

En absolutamente todo vaciado de concreto se debe vibrar el concreto, de no hacerlo se forman esos vacíos y baja mucho la resistencia del elemento estructural que se haya vaciado, por lo cual es muy grave en una obra.

 Figura 2. Vibrador eléctrico

 Figura 3. Vibrador de gasolina

Hay vibradores eléctricos y de combustible fósil, se recomienda en obra siempre tener ambos, pues si por casualidades del destino se interrumpe el fluido eléctrico se tiene de respaldo el vibrador de gasolina. Al iniciarse un proceso de vaciado el mismo sólo puede detenerse por problemas muy graves, sino se pierde gran parte de la inversión y logística del vaciado. Generando pérdidas al constructor. En otra futura entraba hablaré de cómo puede repararse un problema de éstos.

Figura 4.  Trabajadores vibrando una losa (placa) de concreto armado.

Abajo les dejo un pequeño glosario para los iniciados en ésta bella carrera y que aún no han comenzados a ver algunos términos importantes.


*  Concreto: Piedra artificial producto de la unión de cemento portlant, agregado grueso (piedras), agregado fino (arena), agua y aire.


 * Concreto fresco: Concreto de estado fluído antes de colocarse y fraguarse (endurecerse)

* Concreto Reforzado: Se conoce como concreto u hormigón armado, la actual norma venezolana lo engloba con el término "concreto estructural". Sin embargo, el concreto estructural abarca tanto el concreto armado como el concreto preesforzado (concreto precomprimido). En término generales es la unión del concreto con el acero, por lo general en barras corrugadas que se conocen como cabillas o varillas. El concreto trabaja muy bien a compresión y el acero a tracción (tensión) por lo que se obtiene un excelente material para la construcción de vigas, columnas, losas y muros.

* Encofrado:  Es el proceso de colocar un material (generalmente madera, pero pueden ser láminas de metal) como un perímetro limitado para poder vaciar (colar) el concreto fresco y dar forma a las estructuras de concreto armado en sitio.

* Fraguado: Proceso de endurecimiento del concreto, en el cual el concreto fresco tienen una reacción exotérmica (libera calor y vapor de agua)  y se solidifica. Por lo general adquiere su resistencia final al 99% a los 28 días, sin embargo, el proceso se considera infinito pero asintótico, por lo que en la práctica se toma la resistencia a los 28 días.