01. Introducción
El uso del acero inoxidable en aplicaciones estructurales ha cobrado una mayor presencia alrededor del mundo. Cada vez se observan más aplicaciones en estructuras proyectadas para el largo plazo.
Hoy en día se observan estructuras tales como monumentos emblemáticos, elementos de vidrio montados en estructuras de inoxidable, puentes peatonales, puentes vehiculares, naves industriales, entre otros.
El acero inoxidable, por sus atributos, agrega dos valores relevantes:
1. La resistencia a la corrosión, que disminuye los costos de mantenimiento y elimina los de reemplazo generando en ello la perdurabilidad de los proyectos
2. La combinación entre resistencia mecánica, facilidad de conformación y apariencia, la cual permite que el material se convierta, por sí mismo, en un elemento del diseño innovador.
Además de estos dos valores, el inoxidable favorece a la seguridad de las estructuras ante eventos destructivos no esperados como sismos e incendios.
A partir de La Pirámide de Louvre en Europa, con su innovador diseño de bajo perfil con vidrio y acero inoxidable y el Gran Arco de la Défense, han surgido estupendas innovaciones que han permitido a los arquitectos e ingenieros estructurales minimizar de manera significativa los soportes estructurales visibles.
Veamos algunos ejemplos:
Pirámide de Louvre. París. Foto: Wikipedia.
La Iglesia de San Pío de Pietrelcina Foggia, Italia. Utiliza una serie de arcos de piedra independientes y columnas y puntales de inoxidable (austenítico tipo 316 L) para soportar su estructura del techo de madera. La combinación de madera, inoxidable y la estructura de piedra es estéticamente atrayente y también está diseñada para soportar sismos.
Foto San Pio de Pietrelcina
El Puente Helicoidal diseñado por el escultor Marcus Taylor es uno de los varios puentes peatonales de inoxidable terminado en Londres, Inglaterra en 2004. Este puente de inoxidable (austenítico tipo 316) y vidrio está ubicado sobre un pequeño canal, y es un puente levadizo que parece retorcerse hacia el banco como si se replegara para permitir pasar a los botes.
Cubo de Apple, terminado en el 2006, es la entrada a la tienda de esta emblemática marca en Nueva York, Estados Unidos. Parce ser esencialmente de vidrio, sin embargo, es un diseño minimalista muy complejo que utiliza un gran número de componentes estructurales de inoxidable (dúplex 2205) de alta resistencia, los cuales armonizan visualmente con el vidrio. Los cuadros pulidos de tipo inoxidable 316 (austenítico) en el exterior son utilizados para crear puntos de luz en la matriz.
La Concha acústica del Schubert Club en Saint Paul, Minnesota, USA: es una sala elegante para conciertos al aire libre. Se terminó en el 2002 y está ubicada en la isla Raspberry en medio del Río Mississippi. Consta de un enrejado doble y curvado de vidrio y acero inoxidable tipo 316 (austenitico). Cabe mencionarse que la isla está expuesta a inundaciones y a sales de deshielo que se aplican a un puente carretero cercano.
Foto: Erik Hess
02. Ventajas
Excelente resistencia a la corrosión:
La clave que caracteriza a los aceros inoxidables es que contienen al menos un 10.5% de cromo. El oxígeno en la atmósfera reacciona con el cromo y produce una delgada e inerte capa auto-reparable de óxido de cromo que protege al inoxidable de la corrosión. Esta excelente resistencia a la corrosión evita la necesidad de recubrimientos metálicos y orgánicos como el zinc, las pinturas o el recubrimiento de pvc.
Eficiencia estructural
El inoxidable ofrece además una buena relación entre peso y resistencia (alta resistencia). Esta propiedad mecánica es explotada en las aplicaciones como techos y revestimientos donde se pueden usar espesores delgados de inoxidable con la resistencia mecánica que se requiere.
Durabilidad a largo plazo
Las propiedades mecánicas del inoxidable combinadas con su resistencia a la corrosión, dan como resultado un material que es altamente durable. Ejemplos de esto son los edificios Chrysler en Nueva York y el teatro London’s Savoy (Inglaterra) construidos en 1930 y 1929, los cuales permanecen atractivos después de 80 años de uso, con un mínimo de mantenimiento.
Mínimo mantenimiento
El acero inoxidable y su excelente resistencia a la corrosión ofrece la oportunidad de reducir el costo del mantenimiento y reparación a lo largo del ciclo de vida útil de la estructura. Por ejemplo, no hay necesidad de repintado o, al utilizar viga de acero inoxidable como reforzamiento en estructuras de concreto tales como puentes, puede evitar la costosa demora e interrupción ocasionadas por la reparación en áreas dañadas por la corrosión.
Ecológico
Es un material ecológico por tres importantes razones
- Es 100% reciclable
- Es reutilizable
- Contribuye a conservar los recursos naturales, por ejemplo, los absorbedores solares de inoxidable ayudan a generar energía proveniente de fuentes naturales y las pantallas solares de inoxidable reducen los costos de aire acondicionado, lo cual ahorra energía.
Fachada con colectores solares de acero inoxidable en un edificio en Suiza.
HOUSKA,Catherine. Ventaja ecológica del acero inoxidable. Nickel Institute e IMINOX.
Costo del ciclo de vida
Los productos de acero inoxidable para la construcción son elegidos en función de su ciclo de vida útil y sus requerimientos mínimos de mantenimiento y la eliminación de reemplazos.
Resistencia al fuego
El acero inoxidable mantiene su rigidez a temperaturas muy elevadas. En 800ºC, el acero al carbono tiene un nivel de retención de rigidez de aproximadamente 10% por ciento, mientras que el acero inoxidable retiene casi el 60%. Este nivel más alto de rigidez puede hacer posible evitar el aislamiento del fuego.
Buen comportamiento sísmico
A diferencia de los aceros al carbono, los cuales presentan una disminución de la resistencia después de alcanzar el límite de cedencia, la resistencia del acero inoxidable continua incrementando, proporcionando un factor de seguridad adicional.
Comparación del comportamiento a tensión-deformación del acero al carbono contra el acero inoxidable.
Material estético
Las continuas innovaciones en el diseño estructural de acero inoxidable permiten a los diseñadores e ingenieros crear estructuras obteniendo provecho del uso del material sin revestir para expresar los detalles como elementos del diseño escultórico. Esta singular ventaja estética es el resultado de la selección de los aceros inoxidables adecuados para proporcionar una larga vida de servicio y bajos requerimientos de mantenimiento. Los diseños resultantes no son solamente espectaculares, sino también ejemplos de la construcción sustentable.
Material sustentable
El acero inoxidable ofrece muchos beneficios positivos para la construcción sustentable. Es durable, de larga vida, tiene una alta resistencia a la corrosión, no requiere mantenimiento ni reemplazos, asegurando una construcción que durará varias generaciones. Esto es lo que lo hace el material número uno seleccionado por los especialistas para las aplicaciones modernas, duraderas y para las construcciones en ambientes corrosivos.
¿Qué hace al acero inoxidable un material sustentable? ISSF
Stainless steel and sustainable construction. Special BSSA report-February 2004
Conclusión
Los arquitectos e ingenieros están aprendiendo a utilizar el acero inoxidable por sus propiedades versátiles para innovar y construir proyectos exitosos, con edificios de alto rendimiento funcional sin tener que sacrificar la belleza, ya que con el inoxidable se pueden realizar proyectos muy atractivos al mismo tiempo que funcionales. Al analizar el costo del ciclo de vida del inoxidable y el ciclo de evaluación ambiental está dando como resultado un incremento en su uso, para poder cuantificar el total de los beneficios sustentables de una construcción.
03. Inoxidables Empleados
Los aceros inoxidables más comúnmente usados en construcción son los austeníticos del tipo 316/316L y el dúplex 2205.
La selección del grado correcto de acero inoxidable debe tener en cuenta el entorno de aplicación, el proceso de fabricación, el acabado superficial y el mantenimiento de la estructura.
En general las reglas básicas para la selección de un material son:
- En el caso de entornos agresivos, seleccionar un tipo con un contenido de cromo y/o molibdeno mayor.
- Evitar los acabados superficiales rugosos; es preferible una superficie finamente pulida con un valor Ra bajo.
- Optimizar el diseño en lo relativo a su limpieza (por ejemplo, una pendiente mínima de 15 grados en las superficies orientadas hacia arriba).
- Evitar las geometrías que formen grietas o hendiduras.
- Mantener la superficie limpia con el fin de evitar la aparición de manchas y la acumulación de polvo.
Austeníticos
Acero inoxidable austenítico 304/304L:
El 304 es apropiado para ubicaciones rurales, urbanas e industriales. Tiene un contenido de 8-12% de níquel. Si está expuesto a un ambiente costero, puede presentar opacamiento, manchado o picaduras. El tipo 304L es una versión baja en carbono del tipo 304.
Elementos de su composición:
| Designación de acero | Cromo % | Níquel % | Molibdeno % |
|---|---|---|---|
| 1.4301/ 304 | 17 | 8 | – |
Acero inoxidable austenítico 316/316 L:
El 316 es utilizado para exposición en ambientes marinos, costeros o sales para deshielar y en ubicaciones industriales y urbanas agresivas. Tiene un contenido de 10-14% de níquel.
Elementos de su composición:
| Designación de acero | Cromo % | Níquel % | Molibdeno % |
|---|---|---|---|
| 1.4404/ 316 L | 16.5 | 10 | 2 |
| 1.4435/ 316/L | 17 | 12.5 | 2.5 |
Los aceros grado L poseen propiedades mecánicas ligeramente inferiores a los grados normales, sin embargo facilita la soldabilidad.
Stainless Steel and Sustainable Construction. Special BSSA report-February 2004
Tipos austeníticos (serie 200)
Las series 200 de acero inoxidable se producen con las mismas composiciones que las series 300, pero parte del níquel es reemplazado por dos veces más de manganeso. Esto lo vuelve un material más económico sin sacrificar muchas de sus características. El tipo 201 tiene 4% de níquel y 6% de manganeso.
Dúplex
Dúplex 2205:
El dúplex 2205 es un tipo de alta resistencia a la corrosión –mayor que la del tipo 316. Típicamente se utiliza en ambientes altamente agresivos donde se requiere una alta resistencia mecánica y un elevado nivel de resistencia a la corrosión, así como en lugares donde la limpieza es difícil o costosa. El grado 2205 es apto para aplicaciones donde se requiere una excepcional resistencia a la corrosión por su alto contenido de cromo, molibdeno y níquel.
Los tipos de acero inoxidable con un contenido de 6% Mo (por ejemplo 254SMO) tienen una buena resistencia a un ambiente corrosivo constante; buena resistencia a la aparición de ranuras por corrosión bajo tensión, excelente resistencia a la corrosión por picaduras y ranuras y una buena ductilidad y soldabilidad. Estos tipos de acero tienen la suficiente resistencia a la corrosión para utilizarse en una aplicación de carga en un ambiente agresivo como el de una alberca.
Además del dúplex 2205, se utilizan también los dúplex 2507, 2304 y 1.4162(LDX2101).
Elementos de su composición:
| Designación de acero | Cromo | Níquel | Molibdeno | Nitrógeno |
|---|---|---|---|---|
| 1.4462/2205 | 21 | 4.5 | 2.5 | 0.22 |
| 1.4410/ 2507 | 24 | 6 | 3 | 0.35 |
| 1.4362/ 2304 | 22 | 3.5 | 0.1 | 0.05 |
| 1.4162 (LDX2101) | 21.5 | 1.5 | 0.3 | 0.22 |
Ferríticos
Aunque los austeníticos y dúplex aquí mencionados son los más utilizados en la construcción, tendremos que hablar también de los ferríticos ya que existen aplicaciones exitosas en diferentes partes del mundo y se visualizan algunas aplicaciones potenciales para éstos tales como la de soporte para tejados, para piezas exteriores en la edificación, para recubrir naves industriales, entre otros. Veamos algunos ejemplos:
- Alojamientos de emergencia en Italia (tipo 430)
- Placa insonorizadora para paso elevado en Japón (tipo 1.4526/4361)
- Estructura de acero para puente en Sudáfrica. (tipo 1.4003/410 pintado)
- Pared interior de túnel de Monte Mario en Italia. (tipo 1.4016/430 pintado)
- Valla cortavientos en Japón (tipo SUS445J2)
- Revestimiento de fachada de edificios: Edificio Vivo, Río de Janeiro; Museo de Ciencias del Futuro, Japón; cubierta de gimnasio en Corea del Sur; cubierta de Aeropuerto Kansai, Osaka, Japón; cubierta del Mediadome, Japón.
- Los ferríticos pueden utilizarse en entornos atmosféricos sometidos a corrosión de severidad variable. Es necesario tener muy en cuenta todos los parámetros relacionados con las condiciones de servicio a la hora de seleccionar el tipo apropiado. Si la corrosión por picaduras carece de importancia en una cierta aplicación o entorno, el material ferrítico podría ser perfectamente una opción y a más bajo costo.
JEAN-YVES GILET. “La solución ferrítica”. International Stainless Steel Forum (ISSF)
Sistema de evaluación
La resistencia a la corrosión inherente a los inoxidables no es igual para todos ellos; unos son más resistentes que otros.
El dilema es pues qué acero inoxidable se debe elegir para un proyecto y por ello es importante puntualizar que aunque existen casos de uso de diversos tipos de inoxidable en diferentes proyectos, conviene hacer una evaluación de las características de cada proyecto, para determinar el grado de acero inoxidable que proporcione el mejor desempeño al mismo y al mejor costo.
En esta evaluación conviene considerar variables como resistencia a la corrosión, corrosividad del ambiente, diseño, propiedades mecánicas y físicas del inoxidable, plan de mantenimiento, etc. Los invitamos a revisar el sistema de evaluación de lugar y diseño, con la finalidad de tener una visión más certera en su proceso de elección del material para aplicaciones exteriores.
Sistema de evaluación del lugar y diseño
O ¿Tienes un proyecto específico y quieres determinar el tipo de inoxidable a emplear? Contáctanos al correo electrónico: capacitacion@iminox.org.mx
04. Aplicaciones
Introducción
Durante las tres últimas décadas, el deterioro prematuro de las estructuras de concreto armado se ha convertido en un serio problema en todo el mundo debido a la corrosión del acero utilizado en su interior.
Las estructuras que resultan más afectadas son las situadas en entornos marinos agresivos por su corrosividad y los puentes de carreteras a los que se les aplican sales contra la nieve y el hielo del invierno.
La corrosión del acero se inicia cuando el ión cloro de la sal (cloruro de sodio) se filtra a través del concreto hasta tener contacto con la varilla corrugada que resulta atacada por contacto.
Muchos países han experimentado problemas a causa de una infraestructura de concreto deficiente, lo que hace necesario la reparación o el reemplazo costoso de estructuras importantes, a menudo después de un período de vida corto. (El tiempo de reparación es frecuentemente menor a los 20 años de vida de la estructura).
Las autoridades encargadas de autopistas en Europa y Norte América estudiaron un gran número de materiales y soluciones de diseño alternativo para combatir este problema, y la solución encontrada es utilizar un acero que demuestre una gran resistencia al ataque del cloruro de sodio: el acero inoxidable.
El acero inoxidable es un material altamente durable ya que a diferencia del acero al carbono tiene una resistencia natural a la corrosión. En su superficie se forma una película delgada pasiva, transparente, protectora y resistente a la corrosión. Si la superficie es dañada, rápidamente se repara por sí misma en presencia del oxígeno.
Fuente: Stainless Steel Reinforcing bar. David J. Cochrane, Consultant of the Nickel Institute. ISSF
Un ejemplo a citar de los beneficios de una larga vida de servicio que ofrece el inoxidable, son los muelles de Puerto Progreso en Yucatán, México, en donde se puede apreciar fácilmente la comparación “lado a lado” de los metales en un ambiente corrosivo, ilustrando claramente las diferencias en el rendimiento entre las varillas de acero inoxidable y de acero al carbono.
El muelle que aún está en servicio fue terminado hace más de 60 años utilizando varillas de inoxidable y no ha mostrado deterioro en el inoxidable o en el concreto. Es probable que proporcione por lo menos otros sesenta años de servicio en este ambiente marino corrosivo.
El segundo muelle fue construido aproximadamente treinta años después del primero, utilizando varillas de acero al carbono. Éste no está en servicio, la varilla de acero al carbono se desintegró por corrosión propiciando la caída del muelle.
Puente Progreso, Yucatán. A la derecha: Muelle construido hace aprox. 65 años con varilla de refuerzo de acero inoxidable. A la izquierda: Muelle construido aprox. 35 años con varilla de refuerzo de acero al carbono.
Los siguientes ejemplos nos dan una idea del alto costo de la reparación:
1. Thanc Brigde sobre las aguas del Mar Arábigo, cerca de Bombay, India: A los 10 años de servicio de la estructura, costaba ya ocho veces más que el costo original de la construcción.
2. El Puente Lidingo, que cruza la línea ferroviaria en Estocolmo, Suecia: Este puente de acero y concreto mide 1,100 m de longitud y se construyó en 1971. Fue afectado por la corrosión de la armadura de acero al carbono en la zona de mareas. La reparación costó 1.5 millones de euros y se estima que tendrá 100 años más de servicio.
3. El viaducto de enlace en el Reino Unido: Fue construido en 1972. A los 2 años de operación mostró evidencias de corrosión y se le invirtieron 28 millones de libras. En 1989 se volvió a reparar con otros 45 millones de libras y en 2010 se estima más de 120 millones de libras para su reparación nuevamente.
Puente Lidingo
Las varillas de acero inoxidable austenítico son el material adecuado para utilizarse como refuerzo del concreto. Se fabrican en una gama de diámetros que van de los 3 a los 50 mm. con niveles de fuerza superiores a las de acero al carbono.
En diferentes pruebas se ha demostrado que no existe ninguna reacción galvánica entre al acero inoxidable y las varillas del acero al carbono ubicadas dentro del concreto. Además, al usar un refuerzo de acero inoxidable, la capa de concreto puede ser reducida y se elimina el uso periódico de recubrimiento de sellador en el concreto.
Puente Stonecutters. Hong Kong.
Ventajas:
- Tiene una excelente resistencia a la corrosión y es altamente resistente al ataque por cloruros en ambientes muy agresivos.
Puente Lowry, Manchester
- Reduce los costos de mantenimiento y reparación.
- Durabilidad, al usar la varilla de inoxidable como refuerzo del acero al carbono, se extiende la vida útil de la estructura y la capa de concreto puede ser reducida.
Puente sobre río Rhine en Duesseldorf. Alemania.
- Tienen buena soldabilidad y ductilidad.
- No existe una reacción adversa galvánica entre el inoxidable y el acero al carbono del concreto.
- El uso periódico de selladores en el concreto, se elimina al utilizar la varilla de inoxidable.
- Es un material capaz de soportar movimientos, envíos, traslados, manejos y dobleces.
- Tiene buenas propiedades mecánicas a bajas y altas temperaturas.
Estación en los Alpes.
- Las varillas de acero inoxidable austenítico tienen permeabilidad magnética baja y son adecuadas para aplicaciones donde los campos magnéticos deben evitarse, tales como cubiertas para equipos electrónicos, bases de transformador, edificios médicos y aeropuertos.
- Además son fáciles de manejar y son reciclables.
- Costo del ciclo de vida favorable de la varilla de inoxidable en aplicaciones estructurales:
Fuente de la gráfica: Adaptación de: S.R. Kilworth yJ. Fallon “Stainless Steels for Reinforcement”, 2nda Conferencia Regional en la Durabilidad del Concreto en el Golfo Arabe, Sociedad de Ingenieros, 1995.En el ejemplo de arriba, los costos iniciales de capital se incrementan en un 4% para acero inoxidable tipo 304 y un 8% para el tipo 316.
Si se agrega lo que cuesta la interrupción de la vialidad a los costos del mantenimiento en una reparación, el argumento a favor del acero inoxidable es mucho más favorable. En el caso de reparaciones a puentes estratégicos o carreteras elevadas, estos costos indirectos incluyen la pérdida de productividad, consumo de combustibles, atrasos en tiempos de entrega, etc. Estos costos podrían dificultar la estimación pero pueden ser mayores en caso de carreteras grandes. En el caso de puentes de cobro o túneles o instalaciones portuarias, la pérdida de la producción y réditos pueden determinarse más fácilmente.
Ventaja ecológica del acero inoxidable. Catherine Houska. Nickel Institute & IMINOXGalería Visual
Usos de la varilla de acero inoxidable: puentes peatonales, puentes viales, edificaciones y reforzamiento.
Puentes peatonales
Paso peatonal del Río Brisbane. Es un paso peatonal flotante, abierto en Diciembre del 2003 en Australia. Se utilizaron 140 toneladas de varilla de acero inoxidable (en 10 mm., 12 mm. y 16 mm. de diámetro) para edificar esta estructura flotante, localizada a unos 35 metros del río. Fue diseñada para una vida de servicio de 100 años y para experimentar una sensación especial de “caminar sobre el agua”.
Foto tomada de Fotogalería : Proyecto de Puente Solar Kurilpa en Brisbane : Cox Rayner Architects y ARU.
Edificaciones
- La iglesia de St. Bridge, Ajax es un proyecto de dos etapas en donde se utilizaron 150 toneladas de varilla de tipo 316LN de 16 mm. a 30 mm. de diámetro.
Foto proporcionada por Fixing Centre Ltd., Chertsey, Surrey, U.K
- El proyecto Guildhall Yard East en Londres, Inglaterra (1996), utilizó más de 140 toneladas de varilla tipo 304. Aunque las nuevas estructuras no serán expuestas al deshielo salino o a un ambiente marino, los ingenieros de diseño buscaban una vida muy larga del diseño, en armonía con los edificios históricos famosos en el sitio.
Puentes viales:
- Puente Progreso Yucatán, Mérida. México. De acuerdo a las autoridades del Puerto Progreso, no han habido reparaciones mayores significativas en el mantenimiento a lo largo de la vida de esta estructura. Por el contario, el puente construido a su costado con varilla de acero al carbono sufrió daños severos a tal grado que quedo inservible y destruido. La fotografía muestra la destrucción de la estructura convencional en primer plano, en comparación con el puente reforzado con acero inoxidable en segundo plano.
- Garden State Parkway en New Jersey (1998). Se suministraron 165 toneladas de varilla de acero inoxidable 2205 (dúplex) para la nueva rampa.
- Puente de la carretera Interestatal I-696 cerca de Detroit, Michigan (1985): Fue construido con 33 toneladas de varilla de tipo 304 en la cubierta del puente. Se le aplican sales para el deshielo cada invierno y las muestras de las bases tomadas después de 9 años a esta exposición, muestran que las varillas de inoxidable y las recubiertas están en excelentes condiciones.
- Puente Haynes Inlet Slough cerca del pueblo costero de la bahía de Coos, Oregón (USA) (2003). Casi 400 toneladas de varilla de inoxidable fueron suministradas para este puente –se estima que es el puente que ha utilizado más varilla de inoxidable que cualquier otro puente norteamericano-. Se localiza en un ambiente marino corrosivo y se terminó a finales del 2003 con un costo aproximado de 12 millones de dólares.
Foto tomada por Michael Goff http://bridgehunter.com/or/coos/haynes-inlet/
- Puente Belt Parkway, Brooklyn, New York. Está construido con varilla de acero inoxidable de tipo Dúplex 2205 y está expuesto a un ambiente marino (cerca del Océano Atlántico) y a deshielo de agua salada en invierno. Este nuevo puente reemplaza al viejo puente que tenía casi 45 años de vida.
Fuente Wikipedia. Autor: Jim.henderson
- Puente Schaffhausen, Suiza (1995). Atraviesa el río Rihn y contiene más de 13 toneladas de varilla de acero inoxidable austenítico tipo 304 y dúplex 2205 en partes críticas de la estructura. Una consideración importante para la selección de las varillas de acero inoxidable es que en esta área aplican sales para el deshielo, y con la varilla de inoxidable se minimizan la reparación y los costos de interrupción del servicio que da el puente.
Fuente Wikipedia. Autor:FDV
- El puente de Canteros y el corredor oeste del puente en Hong Kong, contienen miles de toneladas de inoxidable, no sólo para el refuerzo, sino para el revestimiento de las torres.
- Puente de la carretera de Brush Creek en Oregon (1998). Utilizo más de 75 toneladas de varillas de acero inoxidable.
Imágenes cortesía de Emipre Specialty Steel Inc., Dunkirk, Nueva York, USA.
- Remodelación del puente A48 de Highnam en el Reino Unido. Utilizaron 11 toneladas de varilla tipo 316 de 16mm y 32 mm. El proyecto terminó en 1998 incluyendo una combinación de refuerzos de acero inoxidable y acero al carbono.
Foto: Galería de la Unesco.
- Ballena de concreto y esculturas de pescado del Centro Acuático Phillip en Sydney, Australia. Se utilizaron refuerzos de acero inoxidable tipo 316 (4 mm y 6 mm) ya que las esculturas son de un gran tamaño, con un promedio cerca de 5 toneladas. El acero inoxidable fue seleccionado para esa aplicación ya que las esculturas están expuestas a un ambiente marino altamente corrosivo. El largo total de las varillas de refuerzo ascienden a 1.5 kilómetros.
- Opera House en Sydney, Australia. En 1990 restauraron el Opera House, seleccionando varilla de inoxidable austenitico del tipo 316, utilizando 14 toneladas para el proyecto.
Otras obras de restauración en Europa con varillas de acero inoxidable:
- El ala norte de la terraza de John Nash del parque Cambridge en el parque Regent, Londres;
- La Biblioteca Británica, Londres;
- El Pabellón Ilfracombe, North Devon (4.8 tons);
- Viaducto Knucklas, Norte de Gales (9 tons).
1) Selección del material:
Para la selección de varilla de inoxidable se sugieren los siguientes grados:
| Grado | Designación Europea |
Familia | C % Max |
Cr % |
Ni % |
Mo % |
N % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 304 | 1.4301 | Austenítico | 0.07 | 18 | 8.5 | ||
| 316 | 1.4401 | Austenítico | 0.07 | 17 | 10.5 | 2.2 | |
| 2304 | 1.4362 | Dúplex | 0.03 | 23 | 4 | 0.3 | |
| 2205 | 1.4462 | Dúplex | 0.03 | 22 | 5 | 3 | 0.15 |
Fuente: Reason for specyfying Stainless Steel reinforcing products.
Propiedades físicas y mecánicas de los aceros inoxidables austeníticos y dúplex.
| Medición | Unidad | Austeníticos | Dúplex |
|---|---|---|---|
| Densidad | kg/m3 | 7900 | 7800 |
| Elasticidad | MPa | 200,000 | 200,000 |
| Conductividad térmica | W/m0C at 20ºC | 15.3 | 15 |
| Coeficiente de expansion térmica (entre 20 y 200 grados centígrados) | 10-6cm/ cm/ºC | 16.5 | 13.5 |
Propiedades físicas del acero al carbono
| Material | 0,2% C Acero |
0,4% C Acero |
0,8% Acero |
|---|---|---|---|
| Densidad 103Kgm-3 | 7.86 | 7.85 | 7.84 |
| Térmica Conductividad Jm1K-1s-1 |
50 | 48 | 46 |
| Térmica expansión 10-6k-1 | 11.7 | 11.3 | 10.8 |
| Young Módulo GNM-2 | 210 | 210 | 210 |
| Tracción fuerza MNm-2 | 350 | 600 | 800 |
| % alargamiento | 30 | 20 | 8 |
Fuente: Ciencia de los Materiales e Ingeniería, 4ª. Edición, V. Raghavan, P. 396.
2) Guía para el uso de varilla de acero inoxidable en estructuras de concreto
La Guía para el uso de varilla de acero inoxidable es una publicación de Norwegian Building Research Institute y el Nordic Innovation Centre que busca brindar información para incrementar la vida de servicio útil de estructuras de concreto expuestas a ambientes corrosivos .
En la sección 6 de la publicación encontrarán información de la selección de material, diseño, construcción y prevención de la corrosión empleando varilla de acero inoxidable en estructuras de concreto
Guide for the use of stainless steel reinforcement in concrete structures
Introducción
El uso de acero inoxidable en aplicaciones estructurales proporciona muchas ventajas ya que éste se verá libre de corrosión durante toda la vida de funcionamiento de la estructura y tendrá un aumento significativo en la durabilidad de la misma.
El acero inoxidable es efectivo en función de los costos, cuando se utiliza en los elementos de la estructura que tienen mayor riesgo de corrosión (utilizándose acero al carbono para el resto de los refuerzos) o en aquellos lugares en los que las reparaciones son más difíciles y costosas. Además incrementa la resistencia mecánica de la misma forma que elimina la necesidad de estructuras de soporte.
Ventajas:
Resistencia a la corrosión:
El alto nivel de resistencia a la corrosión del inoxidable proporciona una importante ventaja de diseño estructural y estético. Los detalles estructurales precisos pueden ser utilizados como elementos prominentes de diseño en lugar de ocultarlos bajo capas de pintura.
Material rentable:
La capacidad de eliminar los recubrimientos hacen del inoxidable un material que requiere mínimo mantenimiento, además de dar una larga vida de servicio.
Buen Comportamiento sísmico:
A diferencia de los aceros al carbono, los cuales presentan una disminución de la resistencia después de alcanzar el límite de cedencia, la resistencia del acero inoxidable continúa incrementando, proporcionando un factor de seguridad adicional.
Resistencia al fuego:
El acero inoxidable tiene un buen desempeño a temperaturas altas en comparación con acero al carbono y el aluminio. Por ejemplo, a los 800°C el acero al carbono tiene una rigidez de aproximadamente 10%, mientras que el inoxidable tiene una rigididez del 60%. Esta mayor resistencia al fuego, puede reducir o incluso eliminar la necesidad de recubrimientos de protección contra incendios que deben aplicarse a los elementos estructurales.
Veamos esta ilustración:
Material estético:
Al seleccionar los inoxidables adecuados para la aplicación de una esructura, los diseños resultantes no sólo destacan por su apariencia, sino también como evidencias ejemplares de arquitectura sustentable.
Material sustentable:
Las características que hacen que el acero inoxidable sea un material sustentable son que es reciclable, reutilizable, tiene larga duración, requiere mínimo mantenimiento y es un material seguro (resistente al fuego y a los sísmos); lo que lo hace el material perfecto a elegir para una construcción perdurable para las siguientes generaciones, con un mínimo de mantenimiento.
Galería visual
Usos del acero inoxidable en estructuras
Ejemplos del uso estructural del acero inoxidable desde el año 2000:
| ESTRUCTURA | TAMAÑO | AÑO | MATERIAL |
|---|---|---|---|
| Puente Aparte en Estocolmo | Puente peatonal | 1.4462/2205 | |
| Puerto Arrupe en Bilboa | Puente peatonal y ciclopista | 1.4362/2304 | |
| Puente Millennium, Londres | Puente peatonal y ciclopista | 2001 | 1.4462/2205 |
| Spire of Dublin | Monumento | 1.4404/ 316 L | |
| Puente Likholefossen en Noruega | Puente peatonal | 2004 | 1.4162/ LDX2101 |
| Puente Siena, Italia | Puente vial | 2004 | 1.4462/2205 |
| Puente en Cala Galdana, Menorca | Puente vial | 2005 | 1.4462/2205 |
| Los viajeros, en Melbourne, Australia | Esculturas móviles | 2006 | 1.4404/316 L |
| Memorial de la Fuerza Aérea de Estados Unidos en Washington DC | Monumento Conmemorativo | 1.4404/316 L | |
| Memorial Westchester, Nueva York | Monumento Conmemorativo | 2006 | 1.4307/304L |
| Torres del Puente Stonecutters Hong Kong | Puente vial | 2009 | 1.4462/2205 |
| Puente Holyhead, Londres | Puente peatonal | Actual | 1.4462/2205 |
| Puente Peatonal Siena, Italia | Puente peatonal | 2006 | 1.4162/LDX2101 |
| Marina Bay, Singapur | Teatro y centro cultural Puente peatonal | 1.4462/2205 |
Fuente: Artículo: El uso estructural del acero inoxidable –edificios e ingeniería civil. Del Journal of Consructional Steel Reserch. www.elsevier.com/locate/jcsr
Edificaciones:
Concha acústica del Schubert Club en Saint Paul, Minnesota, USA (2002).
Está ubicada en la isla Raspberry, en medio del Río Mississippi. Es un diseño estructural resistente al viento y a la corrosión. Consiste en un enrejado doble y curvado de vidrio e inoxidable. Para esta estructura se seleccionó un austenítico 316 que resiste a las sales para deshielar en el invierno y a las inundaciones a las que está expuesta.
Foto: Erik Hess
Es una estructura de red de cable unidireccional de acero tipo 316. El sofisticado diseño mantiene constante la tensión en cada cable, reduciendo la cantidad requerida de acero para soportar cada arco. La pared semicircular tiene un radio de 25.9 m. que funciona como un foque (una de las velas) en un velero. Según el viento sopla, la “vela” se llena y el centro de la pared se mueve hasta que la fuerza en ésta sea igual a la presión del viento. El centro de la pared puede moverse hasta 0.76 m. Los herrajes y accesorios también son de inoxidable tipo 316.
Monumentos:
El Gran Arco en la Défense, París (1982).
El diseño es esencialmente una serie de mástiles delgados y superpuestos que crean la apariencia de una red. Está realizado con dúplex el cual fue seleccionado para el proyecto debido a sus características estructurales, tales como alta resistencia a la fatiga y a la cedencia, y el requerimiento de mantenimiento mínimo y rendimiento a largo plazo.
Foto http://www.mundocity.com/europa/paris/defense.html
Monumento conmemorativo a la Fuerza Aérea Estadounidense, Washington, D.C. (2006).
Ubicado en la colina donde los hermanos Wright por primera vez mostraron los aeroplanos al Ejército estadounidense. La escultura consta de tres agujas oscilando a una altura de 64 m. curvadas hacia arriba y hacia afuera, completamente soportadas de sus bases. Están compuestas de chapa tipo 316 de 19 mm con un acabado de varios pasos que tiene baja reflexividad durante el día y por la noche se iluminan. Tiene un sistema de amortiguamiento para equilibrar la vibración que puede ocurrir con los vientos.
Monumento conmemorativo a la Fuerza Aérea Estadounidense, Washington, D.C.
Monumento Torres Bicenterario, ubicado en Toluca, Estado de México.
Diseñado por Guillermo Maya López y construido en conmemoración del 200 aniversario de la Independencia de México. Las torres fueron cubiertas por 18,000 paneles de acero inoxidable, 9,000 en cada torre . Tiene una altura de 65 mts. y un diámetro de 20 mts. en la base y de 7 m en la parte superior.
Elevador del Monumento a la Revolución ubicado en la ciudad de México
Es una estructura que se integró al Monumento en conmemoración a los 100 años de la Revolución Mexicana. Fue diseñado y construido por el Arq. Enrique Espinosa Fernández. El elevador está construido con vidrio en marcos de acero inoxidable, tiene una altura de 50.7 mts. y una dimensión de 3.6 m de frente por 2.55 m de profundidad. Se utilizó un acero 304 con acabado P3 y 430 BA.
Átomo, Bruselas.
Diseñado por el Ingeniero André Waterkeyn inspirado en construir un átomo gigante ( aumentado 165 billones de veces) como un homenaje de paz en el uso de la energía nuclear y de la floreciente industria belga del acero. Cuenta con nueve esferas de interconexión que parecen flotar en el parque. La esfera en su base, alrededor de la cual está organizada la entrada, mide 26 metros de diámetro. La esfera central y las otras siete son más pequeñas, haciendo un diámetro de 18 metros. Entre las esferas se extienden unas conexiones tubulares de entre 3 y 3.30 mts. que unen las esferas, representando las fuerzas que actúan dentro del átomo. Tiene integrado en el acceso a las mismas, elevadores y escaleras para que los visitantes puedan entrar.
Fotografías: Euro Inox 2007. Renovation of the Atomiun in Brussels.
Renovation of the Atomium in Brussels.
Casos de estudio:
Torres del Puente Stonecutters en Hong Kong,
Cámara de Comercio en Luxemburgo,
Puente Cala Galdana en Menorca,
Módulos Habitacionales en Plataforma Armada en Reino Unido,
Puente Peatonal Siena en Italia;
Sistema de Soporte de Mapostería en Escuela Big Wood;
Pabellón Palacio del Regente en Londres,
Planta de Tratamiento de Agua Thames Gateway en Londres,
Selección de material
Para la ingeniería estructural hay dos familias de aleaciones: los austeníticos y los dúplex. Estos aceros inoxidables son aleaciones de acero, cromo, níquel y varios grados de molibdeno. La característica de resistencia a la corrosión depende del contenido de cromo y se incrementa con la adición de molibdeno y nitrógeno. El níquel es añadido principalmente para garantizar la correcta microestructura y las propiedades mecánicas del inoxidable.
Aceros inoxidables austeníticos:
Los tipos 304/304L, 316/316L son los más utilizados por los arquitectos e ingenieros en las aplicaciones estructurales. Esto se debe a la composición química de alguno de sus elementos como a continuación se muestra:
| Designación del acero | Cromo | Níquel | Molibdeno |
|---|---|---|---|
| 304/304L | 17 | 8 | – |
| 316 | 16.5 | 10 | 2 |
| 316L | 17 | 12.5 | 2.5 |
Aceros inoxidables dúplex:
Estos aceros contienen un mayor número de componentes en su aleación para hacerlos más resistentes como a continuación se muestra:
| Designación del acero | Cromo | Níquel | Molibdeno | Nitrógeno |
|---|---|---|---|---|
| 2205 | 21 | 45 | 2.5 | 0.22 |
| 329 (12) (1.4410) | 24 | 6 | 3 | 0.35 |
| 2304 | 22 | 3.5 | 0.1 | 0.5 |
| 1.4162 | 21.5 | 1.5 | 0.3 | 0.22 |
Estos aceros se caracterizan por un alto grado de tenacidad, que es la diferencia entre el límite de cedencia y la resistencia máxima a la tensión; muy buena resistencia a bajas temperaturas y un grado de anisotropía*.
Fuente: Artículo: Uso estructural del acero inoxidable –edificios e ingeniería civil. Journal of Construcional Steel Research.
Diseño:
Las continuas innovaciones en el diseño estructural de acero inoxidable permiten a los diseñadores e ingenieros crear estructuras que permiten sacar provecho del metal sin la necesidad de revestirlo, para expresar los detalles como elementos de diseño. Esta singular ventaja estética es el resultado de la selección de los inoxidables adecuados para proporcionar una larga vida de servicio y bajos requerimientos de mantenimiento. Los diseños resultantes no sólo destacan por su apariencia, sino también son evidencias ejemplares de arquitectura sustentable.
HOUSKA, Catherine y WILSON, Kirk. “El acero inoxidable inspira metamorfosis en el diseño”. Nickel Instite & IMOA.
http://www.steel-stainless.org/software
Las estructuras de acero inoxidable pueden construirse en obra mediante uniones soldadas, uniones atornilladas u otros métodos especiales de fijación mecánica. Sin embargo, es esencial mantener la resistencia a la corrosión del inoxidable en cada fase del proceso de construcción. Si metales distintos están en contacto en presencia de humedad, existe un riesgo de corrosión bimetálica. Para evitarlo debe limitarse el contacto directo entre el inoxidable y otros metales y aleaciones.
También hay que tener en cuenta que los materiales de relleno que vayan a estar en contacto con el acero inoxidable no deberían contener cloruros.
En todas las fases de elaboración, transporte, manipulación, almacenamiento en obra y montaje, es necesario evitar la contaminación de las superficies de inoxidable con el acero al carbono y el hierro, que puedan posteriormente oxidar y manchar la superficie.
Es necesario utilizar herramientas que sólo estén dedicadas al inoxidable y cepillos o lanas de inoxidable.
Debe evitarse el contacto con el acero al carbono al utilizar medios de izado y carretillas elevadoras con palas no protegidas. Otros contaminantes potencialmente dañinos son aceites, grasas y salpicaduras de soldadura.
El uso de recubrimientos desprendibles de película plástica sobre el inoxidable puede ayudar a evitar la contaminación de la superficie. Esta película protectora deberá dejarse puesta y eliminarla justo antes de la entrega.
Cuidados en el transporte, manipulación y almacenamiento:
- Colocar material protector adecuado entre el inoxidable y las tiras de sujeción, –sobre todo si son de acero al carbono.
- Evitar la condensación de la humedad bajo el embalaje plástico (especialmente termoretráctiles).
- Minimizar la probabilidad de daño mecánico al manipular el inoxidable, utilizando eslingas de material sintético para cargas pesadas.
- Todos los equipos de manipulación deberían limpiarse antes de ser usados con elementos de inoxidable.
- El inoxidable deberá estar protegido de los equipos de manipulación tales como cadenas, ganchos, elementos de sujeción y rodamientos, o las horquillas de carretillas elevadoras mediante el uso de materiales aislantes o ventosas.
- Evitar el contacto con sustancias químicas, incluyendo tintes, pegamentos, cinta adhesiva, cantidades inadecuadas de aceite y grasa.
- Las superficies del inoxidable deben estar protegidas frente a daños y contaminación. Almacenar en un lugar seco y cubierto.
- Almacenar a los elementos planos de manera vertical en estantes y protegerlos contra el contacto con acero al carbono, cobre o plomo.
- Los elementos de fijación almacenados durante la obra, deberán mantenerse secos, empaquetados adecuadamente y con su identificación correspondiente.
- Las roscas de tornillos deberán mantenerse limpias y libres de polvo, especialmente de suciedad, gravilla o arena.
Introducción
Los avances tecnológicos marcados por la búsqueda de la luz, espacio y transparencia, han dado origen a nuevas formas de edificios. El cristal, como elemento envolvente de los edificios, está adoptando funciones como la protección térmica y acústica y las estructuras de acero cada vez más esbeltas utilizadas actualmente, satisfacen unas especificaciones consideradas inviables hasta hace poco. La interacción entre el acero inoxidable y el cristal, se debe gracias a las conexiones y los elementos de unión que hacen posible que estos dos materiales se complementen.
Las estructuras de acero inoxidable pueden construirse mediante uniones soldadas, uniones atornilladas u otros métodos especiales de fijación mecánica.
Sin embargo, las conexiones y elementos de unión de acero inoxidable se utilizan para fijar grandes acristalamientos en aplicaciones tanto en interiores como exteriores. Los sistemas tensados mediante cables delgados que incluyen tirantes de acero inoxidable de alta resistencia, permiten espectaculares diseños de fachadas y tejados en los que el cristal, en sí, se utiliza como material portante.
Cubierta ubicada en el interior de un Banco de Berlín. Foto: Roland Halbe/artur, Essen.
Sala de muestras en Milán, Italia. Fotografía: Pilkington Germany AG, Gladbeck.
Las uniones, por otra parte, son de gran importancia para lograr la resistencia total a la corrosión del acero inoxidable, ya que el líquido estancado en una ranura puede producir un ambiente local mucho más corrosivo que el medioambiente en sí; para ello, se deben evitar las cavidades mediante el uso de tornillos y pernos, tornillos prisioneros o soldados complementados con algún tipo de sellador que elimine las posibles cavidades. Además es importante resaltar que los elementos de unión de inoxidable pueden usarse también como elementos decorativos.
Es importante evitar el empleo de tornillos o pernos galvanizados para sujetar el acero inoxidable. En su lugar, se deben utilizar tornillos y pernos también de acero inoxidable.
HELZEL, Martina. “Acero inoxidable y cristal”. Euro Inox, Bruselas Bélgica, 2009.
Galería Visual
Fabricación
La adecuada instalación de los elementos de unión de acero inoxidable es crítica para las presentaciones del elemento instalado. Esto es especialmente importante en lo que respecta a la fijación y el gripado (cuando dos superficies metálicas se deslizan una contra la otra, por muy pulidas que estén, siempre existen rugosidades microscópicas que por efectos del rozamiento se desgastan. Si la fricción es muy alta, puede generarse tal cantidad de calor, que las dos partes en movimiento relativo puedan quedar unidas o fundidas).
Deben tomarse las medidas adecuadas en la manipulación de elementos de unión para mantener las roscas limpias y libres de polvo, especialmente suciedad, gravilla o arena, y también para evitar dañar las roscas. Si las roscas se utilizan cuando hay arena o gravilla en ellas, la probabilidad de gripado en el ensamblaje del elemento de unión aumenta de manera significativa.
Sólo deben utilizarse elementos de unión de acero inoxidable en los paneles de inoxidable con el fin de evitar la corrosión galvánica.
Introducción
Hay muchas ventajas del uso hidráulico de tuberías en acero inoxidable en países donde el agua es un recurso escaso, tal como sucede en Japón. Por ejemplo, el hecho de que la longitud de la tubería pueda ser más larga de lo normal, significa que el requerimiento de conexiones es menor, lo que disminuye el riesgo de fugas. De la misma manera, hay un riesgo menor de fuga entre las conexiones, debido a la capacidad comprobada del acero inoxidable de resistencia a la corrosión, proveniente tanto del agua como del suelo.
Japón tiene una larga historia en el uso de tubería en acero inoxidable para distribuir agua potable en áreas propensas a sismos. Algunas de las primeras aplicaciones de los aceros inoxidables 304 y 316L fueron en Tokio en la década de 1980, y hay otras muchas partes del país donde las tuberías de acero inoxidable podrían aún ser utilizadas.
En Suecia, se han reconocido los beneficios del empleo de acero inoxidable para las tuberías de distribución de agua potable durante mucho tiempo. De las principales ventajas son: su larga vida útil sin fugas y su ligereza, que reduce los costos de instalación.
Las tuberías de inoxidable se utilizan para la distribución de agua caliente y fría, agua potable, aire comprimido, gases inertes (Argón, Nitrógeno, Dióxido de Carbono, Oxido Nitroso, Ozono etc.), servicios generales (vacío, refrigeración, agua de proceso, calefacción), agua para aspersores contra incendios y en general para la construcción.
Ventajas:
- Resistencia a la corrosión.
La ausencia de corrosión en las paredes internas de la tubería permite que las características iniciales del flujo del sistema no sean afectadas, por lo que no se requiere un flujo mayor o bombas de mayor potencia, además, en el caso del agua, favorece a la conservación de su pureza.
- Buena resistencia mecánica y ductilidad.
La combinación de resistencia mecánica –que permite paredes delgadas- y ductilidad posibilita el uso de métodos de unión para la tubería más económicos.
- Ligereza.
El inoxidable no requiere ningún recubrimiento adicional; esto ofrece mayor ligereza y facilidad en la fabricación de componentes respecto a los materiales tradicionales. La ligereza se logra además, por tener la misma resistencia mecánica con calibres más delgados.
- Facilidad de instalación.
Esta ventaja es el resultado de la ligereza que caracterizan al inoxidable y que permite que las operaciones de instalación requieran de menos esfuerzo en el transporte, manejo e instalación.
- Reciclable 100%.
Las tuberías mantienen su valor al final del ciclo de vida de la instalación, por lo que pueden reutilizarse en otras instalaciones o fundirse para obtener nuevamente acero inoxidable.
- Relación costo-beneficio favorable.
La inversión inicial del inoxidable es ligeramente más elevada que la del acero al carbono galvanizado, por ejemplo. Sin embargo, el beneficio económico real estriba en que el inoxidable no necesita reparaciones costosas después de 15 años, además de que no necesita revestimiento en sitio después de la instalación.
Galería visual
Usos, Aplicación en México: Hidrinox.
HIDRINOX es un sistema de tubería y conexiones fabricado íntegramente en acero inoxidable tipo 304/304L con más de 150 piezas diseñadas en 7 medidas diferentes (de 13 a 60 mm), con un novedoso método de unión por presión llamado HHC (High Hydraulic Compression).
Las complicaciones de soldaduras y roscados han sido resueltas por este sistema ya que consiste en un mecanismo de unión por alta compresión, el cual se encarga de sellar los enlaces herméticamente y al instante sin roscas, soldaduras, pegamentos, termofusiones, ni material de aporte; también elimina cualquier riesgo de fuga.
Cada unión cuenta con el método O’ring de calibración instantánea, el cual mantiene al tubo en la posición correcta con la conexión; permite una deformación mecánica uniforme y sella las uniones herméticamente y para siempre. Así, el HHC logra que, al ejercer una presión de 700 kg/cm2 con una bomba hidráulica manual, en 10 segundos se selle tubo y conexión en una sola pieza, sólida e indestructible.
Ventajas del sistema HIDRINOX
- Costo competitivo con otros sistemas metálicos
- Tiempo de vida útil ilimitada
- Libre de mantenimiento
- Inmune al sarro y a la corrosión
- No utiliza soldadura, pegamentos ni termofusiones
- Alta resistencia a movimientos telúricos
- Mayor resistencia a perforaciones accidentales
- Máxima salubridad e higiene al no haber formación de sarro ni corrosión que pudieran contaminar el fluido
- Soporta presiones de trabajo mayores a 42 Kg/cm2
- No atacable por fuego o temperaturas extremas
- Resistente a inclemencias del clima
- No necesita ser aislado al momento de instalar
- Mano de obra más rápida y económica
- Cero consumibles
- Sistema de unión fácil, rápido y seguro
- Mayor caudal con diámetros menores al no haber formación de sarro
Agua fría y caliente
Aire comprimido:
Gases inertes:
Servicios generales:
Otros beneficios:
- En las instalaciones con este sistema, no se requiere de mano de obra especializada
- Las instalaciones hechas con este sistema de inoxidable, permiten quedar a la vista debido a su acabado superficial con vista estética
- El tiempo de instalación de las conexiones es menor comparado con otros sistemas de unión como soldaduras o roscados (aproximadamente 50% del tiempo).
- Nos podemos vincular a otros sistemas (siempre mediante una rosca).
Selección de material
Al igual que otros materiales, el mejor desempeño del acero inoxidable depende de varios factores, iniciando con la selección del grado correcto de acuerdo a la concentración de cloruros del agua con la que estará en contacto.
El contenido de cloruros en el agua es el principal parámetro en la selección del grado. La siguiente tabla muestra grados adecuados a temperatura ambiente.
| Concentración de cloruros | Grados adecuados |
|---|---|
 200 ppm |
304, 304L |
| 200 – 1000 ppm | 316L |
| 1000 – 3600 | Dúplex 2205 |
 3600 ppm y agua de mar |
6% Mo superaustenítico, superdúplex |
Cuando se requiere conducir agua caliente, o bien se prefiere un estándar más conservador, los niveles superiores a 50 ppm sugieren el 304L y arriba de 250 ppm el 316L.
Acero Inoxidable en la industria del agua. IMINOX.
Prevención a la corrosión:
Al igual que otros materiales, el desempeño del acero inoxidable y su resistencia a la corrosión depende de varios factores:
- Selección del grado correcto de acero inoxidable de acuerdo a la concentración de cloruros del agua con la que estará en contacto. Ver subsección selección de materiales.
- Un diseño que evite la formación de grietas
- La aplicación de buenas prácticas de fabricación, particularmente, eliminando las manchas por calentamiento de soldadura.
B) Tubo libre de manchas por calentamiento
de soldadura
- Ejecución de un régimen adecuado de mantenimiento
05. Recomendaciones
Si se selecciona el tipo correcto de acero inoxidable, un adecuado acabado superficial, un buen diseño y un adecuado mantenimiento:
- La apariencia del material permanecerá inalterada durante la vida de aplicación del proyecto.
- Por el contrario, si se selecciona un inadecuado acero y/o acabado superficial, la corrosión puede ser un problema.
- El Sistema de Evaluación del Lugar y Diseño proporciona una guía para evaluar los proyectos en exterior y determinar cuáles aceros inoxidables deben seleccionarse para que el proyecto sea exitoso.
Sistema de Evaluación del lugar y diseño
Criterios de selección de los aceros inoxidables
Una selección adecuada de un acero, se basa en la evaluación de los siguientes criterios:
Uso final
El primer paso es investigar, sobre las condiciones a las que el material estará expuesto en la aplicación específica, para determinar el tipo de acero que puede aportar un mejor desempeño. En base a esto se evaluarán los siguientes criterios de selección.
Resistencia a la corrosión
Es uno de los principales criterios de selección del material. El transformador debe conocer el medio bajo el cual será sometido el material.
Propiedades mecánicas
La resistencia mecánica a bajas y a altas temperaturas es muy importante. La combinación de resistencia a la corrosión y mecánica es base para la selección del acero.
Características finales del producto
Fabricación del producto, incluyendo todos los procesos a los que será sometido el material.
Costo total
Un análisis del costo de ciclo de vida es recomendable, para evaluar los costos del material y aquellos relativos al mantenimiento, reemplazo, vida en servicio, etc.
Disponibilidad
Finalmente es necesario tomar en cuenta la disponibilidad del material.
Uso y mantenimiento
Es altamente recomendable que se entregue al usuario final de la aplicación un listado de recomendaciones para el cuidado y mantenimiento del material. Más que un criterio, es un valor agregado al usuario que favorece al cumplimiento del desempeño esperado del material.
El cuidado del diseño es importante para mantener una apariencia atractiva y una larga vida útil del proyecto.
Las dos cuestiones claves son:
- Evitar diseños que puedan mantener la suciedad o la concentración química
- Evitar huecos, salientes, cortes y ranuras
La imagen de abajo muestra dos pares de diseños, cada par consiste de un ejemplo de un buen diseño que promueve durabilidad y uno de un diseño pobre.
El acabado del lado izquierdo puede ocasionar problemas de corrosión porque:
- No está provisto de un drenaje claramente definido. Se tienen que prever agujeros de drenaje, o el ángulo se tiene que orientar de forma que se minimice la probabilidad de retención de líquidos.
- El diseño hace posible que la suciedad se acumule y que los químicos se concentren.
El diseño promueve la durabilidad. Una práctica pobre y buena:
El diseño al lado derecho reduce la posibilidad de que inicie la corrosión porque:
- Hace posible que la suciedad se disperse fácilmente
- Elimina las ranuras. La corrosión puede iniciar con más facilidad en ranuras angostas que sobre una superficie con buen escurrimiento dado que la difusión de oxidantes necesarios para mantener la película pasiva es restringida y las ranuras tienden a atrapar depósitos corrosivos.
Acabados. (Stainless SteelCAL para Ingenieros. Resumen. Miebros: Acabado)
Manual de Diseño de Acero Inoxidable Estructural (Segunda Edición). Euro Inox. http://www.steel-stainless.org/software
Operaciones de transformación
Corte
El acero inoxidable se puede cortar con una gran variedad de técnicas. Con excepción del corte oxiacetilénico (ya que la flama no puede cortar a través de los óxidos de cromo formados en la superficie del acero inoxidable), el acero inoxidable puede ser cortado con los mismos métodos para cortar acero al carbono, pero la capacidad requerida será mayor que la necesaria para cortar un espesor similar de acero al carbono debido al endurecimiento por deformación del material.
Si es posible, el corte debe llevarse a cabo cuando el material se encuentra en estado recocido con el fin de limitar la influencia del endurecimiento.
| TIPO DE PROCESO | TÉCNICA DE CORTE |
|---|---|
| Mecánico |
|
| Por erosión |
|
| Térmico |
|
Formado
Prensado de freno es un método económico para doblar láminas de acero inoxidable para producir componentes geométricamente simples.
Operaciones de doblado individuales muchas veces se utilizan para producir componentes en forma de L, mientras que operaciones múltiples de doblado son utilizadas para producir perfiles Z, C, S, I, T o hasta O para lámina corrugada. El acero al carbono y el acero inoxidable deben ser trabajados en equipos separados. Cuando no es posible, estos equipos deben ser limpiados perfectamente antes de utilizar acero inoxidable para evitar que se contamine por el acero al carbono.
Métodos de Unión:
Soldadura
La soldadura de dos materiales diferentes se tiene que realizar de una forma muy cuidadosa ya que algunas combinaciones no dan resultados muy confiables. La mayoría de las técnicas de soldadura utilizadas para acero al carbono son también apropiadas para el acero inoxidable tales como arco manual, gas inerte-metal y gas inerte-tungsteno y soldadura de resistencia. Es crucial utilizar el aporte correcto, el cual generalmente debe tener una aleación igual o mayor que el material base.
1) Soldadura con electrodo recubierto (SMAW)
Proceso de soldadura con un arco eléctrico entre un electrodo recubierto y el metal a unir, el metal de aporte procede principalmente del núcleo del electrodo, mientras que la protección gaseosa que se requiere se obtiene de la descomposición del recubrimiento, no obstante, en muchos electrodos, gran parte de los elementos de aleación o de los elementos que proporcionalmente determinan las propiedades especiales a los depósitos, provienen del revestimiento del electrodo.
Los tipos de acero inoxidable utilizados en la construcción son fácilmente soldables utilizando técnicas manuales o automatizadas. El acero inoxidable puede ser soldado también con el acero al carbono.
Los principales factores que influyen en la selección del proceso de soldadura son el tipo de inoxidable, espesor, forma y ubicación de las juntas.
Con el fin de preservar la resistencia a la corrosión del metal soldado y de las áreas adjuntas, los consumibles de soldado deben de tener una resistencia a la corrosión igual o superior a la del metal base.
2) Soldadura con electrodo de tungsteno y protección gaseosa. TIG. (GTAW)
Es un proceso en el cual la soldadura es efectuada con el calor de un arco eléctrico establecido entre un electrodo no consumible de tungsteno y la pieza de trabajo. El proceso es semiautomático, por lo que se puede utilizar de forma manual o automática. Soldando con TIG se produce una soldadura limpia y esencialmente libre de escorias y fundentes a altas velocidades y es aplicable para soldar acero inoxidable de hasta 3 mm de espesor.
3) Soldadura por arco eléctrico con electrodo continuo y protección gaseosa. MIG (GMAW)
Proceso en el cual el calor para soldar se produce mediante un arco eléctrico entre un electrodo consumible que se alimenta automáticamente en forma de alambre desnudo y la pieza. La protección del arco es fundamentalmente el vapor de metal fundido y el gas ionizado.
4) Soldadura de arco sumergido (SAW)
En el proceso de soldadura por arco sumergido el calor de soldadura es generado al paso de una corriente eléctrica entre uno o varios electrodos metálicos continuos y la pieza de trabajo. En este proceso el arco eléctrico y el charco de fusión del metal son cubiertos por una capa de fundente granular en lugar de gas.
Las soldaduras uniformes de alta calidad se pueden lograr a altas velocidades sin humo o arco de chispa. El proceso SAW es utilizado para soldar placas gruesas de acero inoxidable, generalmente mayores que 5-6 mm.
5) Soldadura de punto y resistencia
La soldadura de punto y resistencia es aplicable para unir acero inoxidable de menos de 3 mm de espesor. Los componentes a unir se colocan juntos en una unión tipo sándwich; una vez hecho esto, se colocan en medio de dos electrodos. Se aplica una presión mecánica y se hace pasar una corriente eléctrica por los electrodos fundiendo el metal de ambos componentes formando una especie de pepita de soldadura. Para este proceso, la superficie del acero inoxidable debe estar limpia, ya que normalmente no es posible soldar a través de contaminación, pintura, etc.
Adhesivos
Actualmente las juntas con adhesivos en su mayoría se utilizan en la industria automotriz y espacial. No obstante, existen aplicaciones potenciales en la industria de la construcción donde podrían ser utilizadas en vez de juntas soldadas, lo que resultaría en distorsiones reducidas, eliminación de tensiones residuales y resultados de fatiga mejorados. Los adhesivos pueden ofrecer ventajas significativas de ahorro, diseño y resultados sobre métodos convencionales de unión.
Juntas Permanentes
Las juntas a presión es una técnica de fijación a alta velocidad para realizar una junta de puntos de dos piezas de lámina presionando las dos juntas en un molde que crea una conexión parecida a un remache.
Las juntas a presión se utilizan para el techado con lámina ya que hace posible que las láminas de metales puedan ser unidas rápida y fácilmente. Las juntas sobrepuestas impiden que el agua entre al techo.
Ventajas:
- No se necesitan orificios pre-perforados.
- No agrega peso
- Proceso de un solo paso
- Posibilidad de realizar uniones híbridas adhesivas/unión a presión a prueba de fugas con una mejor rigidez de la unión
Desventajas:
- Requiere acceso a ambos lados del material
- Requiere de herramientas de uso rudo
- Puede resultar difícil aflojar las conexiones
Juntas con perno
Para usos en construcción los sujetadores como pernos, tuercas y tachuelas generalmente están disponibles en dos tipos de acero inoxidable (304 y 316) y tres clases de resistencia.
La norma ISO 3506 especifica las propiedades mecánicas y la composición química de los sujetadores de acero inoxidable.
Los sujetadores se especifican por un identificador de 4 caracteres, los dos primeros corresponden al tipo de inoxidable y los dos últimos a la clase de resistencia. Por ejemplo: Un perno A4-70 tiene una durabilidad equivalente a material tipo 316 y pertenece a la clase de resistencia 70.
Tipos de sujetadores de acero inoxidable:
| TIPO: | A2 | A3 |
|---|---|---|
| Durabilidad equivalente a: | Material de Acero Inoxidable de tipo 304 | Material de Acero Inoxidable de tipo 316 |
| Ambientes adecuados: | Rural, urbano e industrial ligero | Industrial y marino |
Guía de montaje
Montaje e instalación de elementos de acero inoxidable
Recomendamos leer el documento “Montaje e instalación de elementos de acero inoxidable” ya que en este se describen las buenas prácticas para estos procesos durante la obra. Es aplicable para los austeníticos, ferríticos y dúplex.
Es esencial mantener la resistencia a la corrosión del inoxidable en cada fase del proceso de construcción, las cuales son:
- Planificación del montaje
- Soportes, anclajes y refuerzos
- Planos para montaje
- Tolerancias
- Transporte, manipulación y almacenamiento
- Métodos de montaje
- Soldadura en obra
- Protección de la superficie
- Limpieza antes de la entrega
- Contacto entre metales distintos
- Instalación de revestimiento
- Elementos de unión
Montaje:
- El estado, la ubicación y el nivel de los apoyos de las estructuras de acero deberán prepararse adecuadamente para recibir los elementos de acero inoxidable.
- El montaje no deberá comenzar hasta que exista la certeza de que todo lo relativo a los soportes, anclajes y apoyos, cumpla con los criterios de aceptación especificados.
Dilatación térmica:
- La dilatación térmica de los aceros inoxidables austeníticos es aproximadamente un 50% mayor que la del acero al carbono.
- Deberá tenerse en consideración tanto para la especificación de tolerancias de montaje como para la comprobación de las mismas tras la finalización de los trabajos.
Evitar la contaminación de las superficies del acero inoxidable:
- Los elementos de inoxidable deberán tener instrucciones precisas sobre su almacenamiento, manipulación e instalación para mantener la calidad de la superficie.
- En todas las fases de elaboración, transporte, manipulación, almacenamiento en obra y montaje, es importante evitar la contaminación por el acero al carbono y el hierro, que puedan posteriormente oxidar y manchar la superficie del inoxidable.
Identificación del acero:
- Todos los elementos a ensamblar o a montar en una obra, deberán tener una marca de montaje, que puede ser la misma para los elementos idénticos de un lote.
- Además deberán marcarse con su orientación de colocación.
- No deberán utilizarse marcadores que contengan cloruros ni sulfuros
Distinción del inoxidable de otros metales en la obra:
- Color: el inoxidable y el acero al carbono pueden tener un color similar, por ejemplo, cuando se acaban de cortar, esmerilar y es importante diferenciarlos.
- Densidad: Existe una diferencia muy pequeña entre las densidades del inoxidable y del acero al carbono. Las aleaciones de aluminio tienen una densidad de aproximadamente un tercio de la densidad de los aceros.
Alineación:
- Cada parte de la estructura deberá estar alineada después de ser montada y el ensamblaje final deberá completarse inmediatamente después de este paso.
- No deberán realizarse conexiones permanentes entre los elementos hasta que se haya alineado, nivelado, plomado y conectado temporalmente una parte suficiente de la estructura. Esto con la finalidad de asegurar que no se desplace ningún elemento durante el montaje posterior o del alineamiento del resto de la estructura.
Mantenimiento
Las aplicaciones en ingeniería civil se pueden considerar como aplicaciones estructurales: varilla, estructuras, tubería, conexiones y elementos de unión. En este tipo de aplicaciones los elementos de acero inoxidable quedan ocultos, como es el caso de la varilla y la tubería, y por tanto no son sujetos de un programa de limpieza.
Para el caso de estructuras, aunque éstas no quedan ocultas, sus dimensiones y ubicaciones en general no facilitan la ejecución de un programa de limpieza.
Por lo anterior, el mantenimiento de tiene un enfoque preventivo y es particularmente riguroso para evitar la corrosión.
Los cuidados de mantenimiento preventivo se deben considerar antes de la puesta en marcha del proyecto, es decir, durante el proceso constructivo y particularmente para prevenir la corrosión galvánica, que ocurre cuando dos metales distintos están en contacto en presencia de humedad.
Corrosión galvánica de remaches de aluminio uniendo laminas de inoxidable (foto: wikipedia)
Dentro del grupo de cuidados de mantenimiento preventivo podemos mencionar los siguientes:
- Prevenir la contaminación de la superficie del acero inoxidable por acero al carbono en todas las etapas de manejo, almacenamiento, fabricación, transporte y construcción. La contaminación ocurre cuando partículas de hierro del acero al carbono se incrustan en la superficie del acero inoxidable. Posteriormente estas partículas se oxidan y manchan la superficie del acero inoxidable.
- En el almacenamiento limitar el contacto directo entre el acero inoxidable y otros metales y aleaciones (si no se puede evitar, una buena práctica es usar aislamiento entre los materiales).
- Usar herramienta de inoxidable y evitar la herramienta contaminada con rebabas de otros metales como por ejemplo de acero al carbono
- El inoxidable deberá estar protegido del contacto directo con el acero al carbono o de los equipos de manejo de materiales como cadenas, ganchos, elementos de sujeción y rodamientos, o las horquillas de carretillas elevadoras, mediante la utilización de materiales aislantes como contrachapado de madera ligero o ventosas.
- Si no es posible emplear herramientas y equipos exclusivos para el manejo de componentes de acero inoxidable, se recomienda limpiarlos antes de ser usados con éstos.
- El contacto con sustancias químicas incluyendo tintes, pegamentos, cinta adhesiva, cantidades inadecuadas de aceite y grasa, deberán evitarse.
- Un error común es el uso de elementos de unión que no están fabricados con acero inoxidable como por ejemplo, tornillos galvanizados o remaches de aluminio. Los tornillos galvanizados pueden oxidarse rápidamente si se utilizan para unir láminas de inoxidable. Además, el óxido resultante puede contaminar el inoxidable, crear manchas y puede inducir corrosión por picaduras.
Photos courtesy of Nickel Institute
- Utilizar elementos de unión, como tornillos y tuercas, de acero inoxidable para conectar elementos de acero inoxidable
- Evitar el uso de anclajes de acero al carbono galvanizados para mediano o largo plazo en aplicaciones exteriores o donde la humedad esté presente.
- Evitar soldar las fijaciones de inoxidable (si el inoxidable va a ser soldado a acero al carbono, la protección contra la corrosión aplicada al elemento o a la estructura de acero al carbono debe continuar a lo largo de la zona limpia de soldadura y extenderse al menos 20 mm hacia el inoxidable, superponiéndose las capas de una aplicación adecuada de revestimiento).
- En los elementos de unión mantener las roscas limpias y libres de polvo, especialmente de suciedad, grava o arena. Si las roscas se utilizan cuando tienen arena o grava, la probabilidad de gripado en el ensamblaje del elemento de unión. (El gripado es cuando dos superficies metálicas se deslizan una contra la otra, por muy pulidas que estén, siempre existen rugosidades microscópicas que por efectos del rozamiento se desgastan. Si la fricción es muy alta, puede generarse tal cantidad de calor, que las dos partes en movimiento relativo puedan quedar unidas o fundidas).
- Para reducir el gripado: utilizar roscas laminadas, ajustar el par correcto de apriete y lubricar.
- También se recomienda que para los elementos de unión o fijaciones usar aleaciones especiales en determinados casos: algunos fabricantes pueden hacer fijaciones con aleaciones que ofrecen mayor resistencia a las picaduras y a la corrosión por ranuras. Contienen un gran porcentaje de cromo y níquel y al menos 6.0% de molibdeno. Dependiendo de las condiciones exactas, estas aleaciones pueden ser consideradas para uso en aplicaciones críticas de seguridad como por ejemplo, para zonas de techos en albercas. Se debe consultar con el fabricante.
Montaje e instalación de elementos de acero inoxidable
- La contaminación de la superficie del acero inoxidable puede llevar a manchas de óxido localizadas. La contaminación puede ser removida mediante tratamientos químicos como decapado o pasivado que es la eliminación de la cascarilla de óxido mediante la inmersión de una solución ácida. Una pasta de decapado puede ser aplicada con un pincel para remover cascarillas puntuales. La remoción de la cascarilla de óxido es esencial para una buena resistencia a la corrosión.
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