Patología de la edificación/Estructuras metálicas/Acero/Reparación

Autora:Carmen Hdez-Tejero Larrea

Estabilización

Provisional

La estabilización provisional es conveniente al intervenir en forjados con estructuras de este tipo, considerando sopandar las viguetas. Esto tiene como finalidad evitar que éstas tengan que absorber todas las cargas permanentes, lo cual se puede evitar con dos apoyos intermedios a los tercios de la luz de cada vigueta. Evidentemente, no debemos descuidar el efecto que estas sopandas pueden tener sobre el forjado en que se apoyen.

Definitiva

Siempre es importante realizar un recálculo de las condiciones en que se encuentra la estructura. En caso de que pueda soportar con seguridad los esfuerzos a los que está sometida, es conveniente desechar cualquier tipo de actuación, pues hacer una reparación innecesaria acortaría aún más la vida útil del edificio. En todo caso, las deficiencias observadas deben reparase para evitar que los procesos de degradación se agraven, así como impedir forzar la estructura más de lo admisible. En algunos casos el estado de la estructura no puede garantizarnos estas condiciones, de modo que sería conveniente construir otra estructura nueva que libere a la anterior de su función resistente.

Liberación de acciones

Derivación o desvío de cargas

Descarga de soportes

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Sistema Soldier

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Tablones embridados

Sistema Soldier

Empleando el sistema Soldier podemos descargar la cabeza de un soporte mediante el atornillado de piezas del sistema o ejecutadas en plancha de acero, contrarrestando con tirantes la base de las tornapuntas y prolongando su descarga vertical en cargasen plantas inferiores hasta llegar al firme. Es preciso atender los peligros de punzonamiento de forjados, mediante durmientes rigidizadores, así como los acodalamientos transversales de las bases para garantizar la estabilidad del conjunto.

Tablones embridados

Similar al sistema Soldier se puede realizar con tablones de madera embridados o atornillados, mediante un puente de descarga que re-direcciona la carga hacia unos pies derechos de descarga, de modo que el soporte queda libre. También en este caso es preciso prestar atención al peligro de punzonamiento, así como al acodalamiento de las bases.

Eliminación de agentes

Agentes de deterioro

Corrosión

El riesgo de corrosión anticipada depende de su situación en la estructura (zonas poco ventiladas, cerca de humedades, exposición a intemperie, humedades, etc.) y del medio ambiente dónde se encuentra el edificio. La primera acción que debe llevarse a cabo es la eliminación de la causa, sellando las posibles vías de entrada de agua o humedad con algún material como la silicona. Seguidamente se actuará sobre la pieza, para lo cual se puede proponer una serie de intervenciones generalizadas:

• Ambiente Agresivo

-Preparación de la superficie con chorro de arena hasta grado Sa-2 "casi metal blanco"

-Imprimación epoxi rica en zinc, con espesor 22μ de la capa de película seca

-Capa gruesa intermedia epoxi con un espesor de 75μ de película seca

-Esmalte epoxi en acabado de 35μ de espesor

• Ambiente medianamente agresivo

-Preparación de la superficie con cepillo hasta grado St-3 o con chorro hasta Sa-2

-Imprimación con clorocaucho, con espesor 30-35μ de la capa de película seca

-Capa gruesa intermedia de clorocaucho con un espesor de 40μ de película seca

-Capa de acabado de clorocaucho con 30-35μ de espesor de pintura seca

• Ambientes neutros

-Preparación de la superficie con cepillo hasta grado St-2

-Imprimación antioxidante de óxido de hierro o minio de plomo electrolítico al aceite 35μ

-Dos manos de acabado con esmalte sintético o de aluminio (35μ cada capa)

Consolidación

Interna

Grietas en fundición

Las fisuras o grietas en fundición suelen reparase con facilidad. Se sanea la grieta totalmente con la piedra redondeando su iniciación. El relleno de la grieta se debe hacer con electrodos de níquel, precalentando la zona, y según las instrucciones del fabricante de los electrodos.

Externa

Limpieza

• Limpieza con llama

Consiste en pasar sobre la superficie de acero un soplete oxiacetilénico a gran velocidad y altas temperaturas. Debido a la diferencia en los coeficientes de dilatación en comparación con el soporte de acero, la mayor parte del óxido y la cascarilla se desprenden y el resto de deshidrata. Mientras la superficie todavía está caliente y seca es cuando se trabaja con ella.

• Limpieza por chorreado abrasivo

Impulsando pequeñas partículas de material abrasivo a gran velocidad, mediante aire comprimido, vapor, agua, o discos centrífugos. Estas partículas pueden ser de arena fina, perdigones o restos de acero, o pueden tratarse de abrasivos sintéticos como carborundo o alúmina, pero conviene siempre que sean uniformes en cuanto a su tamaño, y lo más pequeñas posible. Existen tres grados posibles de la calidad de limpieza: chorreado abrasivo grado comercial, abrasivo a metal casi blanco, y abrasivo a metal blanco. El chorro de arena comprimido en general es considerado como un método de limpieza idóneo para la fase previa al pintado, ante todo porque elimina el óxido, la cascarilla y la pintura vieja hasta dejar el metal blanco.

• Limpieza con disolventes

Limpieza por Emulsión: consistente en emplear un disolvente orgánico (queroseno) junto con un agente emulsionante (jabón) de modo que la combinación se pueda diluir en agua y formar un medio de limpieza estable.

Disolventes Alcalinos: que van desde los álcalis como soda cáustica y potásica hasta los detergentes.

Disolventes Ácidos: inorgánicos como el fosfórico, combinado con disolvente de grasas (alcoholes) y agentes humectantes que rebajan la tensión superficial, pero sus efectos anticorrosivos no son satisfactorios del todo.

Disolventes Orgánicos: algunos son tóxicos o inflamables, pero es el tipo de disolvente más empleado, como son: naftas, mineral spirit, benceno, tolueno, xilenos, turpentina, hidrocarburos asfálticos y derivados halogenados. Decapado Químico: en piezas de acero no demasiado grandes, por el cual se introducen en tanques donde se disuelve la capa superficial del metal, eliminando el óxido y la cascarilla, y obteniendo una superficie homogénea.

Tratamientos de conversión química

• Fosfatado

Tratamiento consistente en transformar la superficie metálica activa, conductora de la electricidad, en una superficie aislante y en consecuencia, pasivante. Sus principales ventajas son: que permite una mayor adherencia de la capa de pintura, opone mayor resistencia a la formación de ampollas en ambientes húmedos, y obstaculiza la corrosión.

• Wash-Primer. Imprimaciones reactivas

Productos de pretratamiento de calidad intermedia entre las soluciones fosfatantes y las imprimaciones normales de pintura. Suelen ser una combinación de productos que forma sobre la superficie un recubrimiento continuo, resistente a la corrosión y muy adherente.

Protección Paliativa

Interna

Protección catódica

Es un tipo de protección consistente en el uso de una corriente eléctrica para prevenir o reducir la velocidad de corrosión de un metal en un electrolito, haciendo que el acero actúe como cátodo y no se corroa. Es fundamental que se especifiquen y se calculen correctamente los parámetros adecuados para la protección catódica de una estructura o instalación concreta; es también importante la vigilancia constante de los medidores y del buen funcionamiento en general. Se puede lograr una máxima eficacia utilizando además recubrimientos protectores, teniendo especial cuidado en su elección para evitar que sean atacados en condiciones alcalinas o que se formen ampollas.

Externa

Revestimientos

Galvanizado

Este proceso consiste en recubrir al acero con una película de zinc, lo que se logra sumergiendo las piezas en un baño de zinc fundido, que tiene una resistencia excelente a la corrosión atmosférica y de aguas naturales. Éste material genera una protección catódica a un coste relativamente bajo, y es la protección más empleada para componentes de acero en la construcción, ya que es muy eficaz sobre piezas de exterior. Uno de estos procedimientos es el Galvanizado en Caliente del Acero, que proporciona un recubrimiento muy duradero, y es muy efectiva para piezas en contacto con agua de mar, especialmente corrosiva.

Zincado electrolítico. Tornillería

Este recubrimiento de la tornillería proporciona un acabado uniforme y brillante, pero que no es apropiado para exposición al exterior durante largos periodos de tiempo, a menos que se complemente con pinturas. Los tornillos y tuercas de alta resistencia deben recubrirse además con un lubricante para favorecer su apriete.

Esmalte Vítreo

Este esmalte se realiza sobre piezas de acero o de hierro fundido, aplicando una mezcla formada por silicatos, fundentes y pigmentos para colorear que constituyen un recubrimiento duro y resistente a la corrosión. Los cantos y ángulos deben ser redondeados para evitar que se fisure la superficie esmaltada, que resulta muy sencilla de limpiar.

Revestimientos de Protección

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Aplicación de pinturas

• Definiciones

Un sistema de pintura suele estar formado por pinturas de una misma química, con distinta estructura o composición. Por lo general está compuesto por: Imprimaciones - Capas Intermedias - Capas gruesas - Acabados. Debido a que la formación de óxido depende de la humedad relativa y sustancias agresivas de la atmósfera, la protección pasiva (simples acabados) debe hacerse de forma que evite el contacto del oxígeno con el metal, la mínima fisura permitiría que la oxidación se fuera esparciendo, por tanto esta protección no es suficiente. La protección activa se consigue cuando el recubrimiento contiene metales que son atacados por el oxígeno más lentamente que el hierro (óxido de plomo, zinc cromado o cadmio), pero esta capacidad protectora del metal se agota. Un sistema durable implica una o más capas de fuentes de protección activa y una o más capas de recubrimiento, que constituyen un último acabado. Es aconsejable recurrir a las imprimaciones anticorrosivas dentro del sistema para prevenir la corrosión, proteger al sustrato en roturas de la película de pintura, e impedir la extensión de la corrosión.

RESINAS.Nivel de impermeabilización (de mayor a menor):Breas Epoxi-Epoxi-Brea vinílica-Vinílicas-Clorocaucho-Bituminosas-Acrílicas-Alquídicas-Aceites

• Componentes

Las pintura que se aplican sobre el acero suelen dividirse en dos clases: Pinturas no pigmentadas o vehículos (barnices, lacas y aceites secantes) y los Recubrimientos pigmentados (imprimadores y capas de acabado) Los vehículos, empleados para proteger el acero estructural, consisten en aceites secantes y barnices (combinación de un aceite secante y resina) Las pinturas pigmentadas se emplean en sistemas de secado al aire o estufa a temperaturas moderadas.

• Efecto Barrera

Los recubrimientos orgánicos se basan en la acción ligante y adherente de las resinas o polímeros, que les permite adherirse a los sustratos y retener los pigmentos. Las resinas o ligante puros (sin pigmentos) contienen disolventes para facilitar su aplicación, los cuales se evaporan al secar. Mientras tanto, van creando pequeños canales o huecos desde el fondo a la superficie, que se van cerrando en la última parte del secado, pero que permiten el paso de gases y vapores, aunque no de líquidos. La formación de esta película seca depende de su proceso de formación y del tamaño de las cadenas poliméricas, lo cual nos genera un problema frente a los agentes de deterioro. Ningún polímero deja un espacio tan pequeños como para impedir el paso de los gases, por lo que el oxígeno, vapor de agua y vapores ácidos siempre acaban por llegar a la interfase entre el metal y el recubrimiento orgánico. No obstante, se puede frenar y retrasar la corrosión permitiendo la entrada de menos oxígeno que el necesario para que las reacciones avancen. En cuanto al agua, los revestimientos orgánicos pueden impedir el acceso de agua líquida, pero todos son permeables al vapor de agua en mayor o menor medida, el cual accede a la interfase substrato-revestimiento y se condensa en forma de agua líquida. Podemos minimizar el avance de la corrosión debilitando la corriente resultante del flujo de electrones del metal, es decir, dificultando la circulación de los iones por la interfase substrato-revestimiento. De todos modos, las reacciones de corrosión siempre se verán forzadas cuando hay electrolitos (cloruro sódico o sulfatos) en el medio acuoso.

• Las Capas

Capa inicial: Imprimaciones Anticorrosivas. Para complementar el efecto barrera dado por las pinturas de las capas más externas, estas imprimaciones anticorrosivas están pensadas para combatir la presencia de agua y oxígeno junto al acero.

Capas intermedias: Las Gruesas. Las capas intermedias son más gruesas, y por lo general de aspecto mate o satinado. No suelen contener pigmentos anticorrosivos, y se emplean para aumentar el grosor del sistema y dejarlo más impermeable, así como para evitar las exfoliaciones. Las materias primas empleadas son similares a las de las imprimaciones.

Capas finales: Acabado. En función del proceso de formación de película se clasifican en: Pinturas de Secado Físico (proceso físico: evaporación de disolventes y entrelazado de macromoléculas del polímero) y Pinturas de Secado Químico (reacciones químicas: unión entre macromoléculas de resinas)

• Sistemas de Pintura para Acero

Pinturas al Aceite: Particularmente apropiado para estructuras expuestas a la intemperie. Poca resistencia a ambientes químicos, inmersión en agua, condensaciones, atmósferas salinas o muy corrosivas, humedad elevada, temperaturas altas, abrasión y condiciones enterradas. En general se recomienda su utilización en ambientes rurales, urbanos, marinos e industriales medios y en zonas de humedad moderada.

Pinturas Alquídicas: Se aplica principalmente a aceros estructurales expuestos a condiciones atmosféricas industriales, rurales o marinas, así como zonas de alta humedad. No son adecuadas para ambientes químicos especialmente corrosivos, inmersión en agua, abrasión severa y estructuras enterradas.

Pinturas Fenólicas: Especialmente apropiado para aceros estructurales que han de permanecer sumergidos en agua, zonas de alta humedad en las que se prevén condensaciones, y para exposición a la intemperie en ambientes químicos de corrosión moderada.

Pinturas Vinílicas: Para condiciones ambientales muy severas, inmersión en agua dulce o salada, alta humedad y condensaciones. Resisten al fuego y a los ambientes químicos corrosivos, pero son atacadas por disolventes orgánicos aromáticos, cetonas, éteres ésteres, así como por ácido nítrico fumante, ácido sulfúrico del 98% y ácido acético.

Pinturas ricas en Zinc: Estas pinturas representan un gran avance en la protección contra la corrosión, vienen a ser un suplemento de la protección galvánica. Son adecuadas para zonas de humedad elevada, marina y química corrosivas. Pueden incluso utilizarse en estructuras que permanecen sumergidas en agua dulce, y también resisten sumergida en agua salada con una capa de acabado adecuada.

Ampliación de Pinturas de Protección

Refuerzo

Consideraciones sobre los refuerzos

- Para reforzar una estructura hay que tener presente que la estructura ya está sometida a unas determinadas cargas (normalmente permanentes) y por lo tanto el refuerzo actúa sólo en las cargas que se apliquen después, generalmente sobrecargas de uso. En caso de que el refuerzo colabore, será preciso apear el elemento y descargarlo, dándole un esfuerzo igual y de sentido contrario.

- Es necesario estudiar el refuerzo, así como los empalmes y uniones correspondientes, y los efectos que el refuerzo tiene sobre la estructura inicial.

- Las operaciones de refuerzo son costosas, hay que estudiar la solución más económica.

- El dimensionado debe realizarse con una cierta holgura para una garantía mayor.

- Es importante comprobar las posibles discrepancias entre los planos de proyecto y la obra ejecutada, modificando el refuerzo si fuera necesario.

- Durante la ejecución del refuerzo no deben producirse debilitamientos en la estructura o elementos que puedan conducir a la rotura.

- En caso de emplear soldadura, las piezas no deben calentarse excesivamente ya que la resistencia del acero disminuye.

Al diseñar un refuerzo, el objetivo principal es evitar que la sección más desfavorable del elemento esté al límite de su capacidad resistente, comprobando que cumple todas las condiciones de comportamiento y prestaciones funcionales, tales como: esfuerzos axiales (tracción y compresión), cortante, momento flector y momento torsor.

Tracción σ ≥ N*/A

Compresión σ ≥ ω(L,i)•N*/A*

Cortante ד ≥ cte P*S/l•b

Momento Flector σ ≥ cteP*L/W

Momento Torsor ד≥ cte Mk*(L)/Wk

Para satisfacer todas estas condiciones existen dos procedimientos posibles:

- Disminuir la luz de la pieza y la magnitud de los esfuerzos que la solicitan, aunque esto no se cumpla en los casos de tracción (donde la luz no influye) ni en cortante por carga puntual (puesto que aumenta al disminuir la luz)

- Aumentar las dimensiones resistentes de la pieza en cuestión, y por consiguiente, las demás características geométricas.

Disminución de las solicitaciones

Este procedimiento se realiza independientemente de la estructura a reforzar, por lo que en principio no plantea ningún problema especial.

Apuntalamiento de una viga

Éste es uno de los casos típicos, por ejemplo, el caso de la diagonal de un arriostramiento contra-viento. Al reducir la luz de la pieza en el plano del arriostramiento, se reduce también la esbeltez en ese plano, se consigue aumentar la resistencia sin emplear gran cantidad de material y reduciendo considerablemente el coste que representa la ejecución de cordones de soldadura.

Nuevo sistema de vigas

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Nuevo sistema de Vigas

Éste es un sistema similar al de apuntalamiento, aplicable a todas las piezas que trabajan a compresión, o a las traccionadas cuando tengan una esbeltez excesiva. Es empleado especialmente en el caso de un emparrillado de vigas, en los que el apoyo puede producirse sobre una viga o sobre viguetas. La misma filosofía de refuerzo se aplica para obtener la continuidad de una serie de vigas que estén en línea simplemente apoyadas. El acero trabaja muy bien en estos casos, puesto que resiste lo mismo a tracción y a compresión.

Refuerzo de las secciones

Se estudia el refuerzo de secciones en los dos elementos típicos de una estructura:

- Las vigas. Elementos solicitados generalmente a momento flector y a esfuerzo cortante.Vigas Metálicas

- Los soportes. Elementos solicitados predominantemente a esfuerzos axiles.Soportes Metálicos

- Uniones roblonadas, atornilladas y soldadas.Uniones

Vigas metálicas

• Refuerzo de las alas. Momento Flector

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Refuerzo de las Alas

El método de refuerzo más eficaz es la colocación de PLATABANDAS en las cabezas, a lo largo de de una longitud equivalente a la longitud teórica (del diagrama de momentos) más dos veces el ancho de la chapa (una para cada lado), para permitir el anclaje. En caso de que existan otros elementos por encima (forjados, cubiertas, etc.) habrá que recurrir a colocar el refuerzo por debajo del ala superior. En general, basta con que la longitud del refuerzo sea igual a ¾ de la luz del tramo correspondiente, sin que llegue a los apoyos. Puede ser suficiente colocar únicamente la platabanda inferior, sólo en casos de pequeñas cargas o si es por motivos de deformabilidad.

Otro método de refuerzo consiste en la colocación de una CABEZA DE COMPRESIÓN sobre la viga con sus conectores correspondientes, convirtiéndose en una viga mixta. Es un procedimiento especialmente indicado cuando ha habido un aumento en la sobrecarga de uso. Esta solución es bastante sencilla en el caso de vigas sobre las que apoya un forjado; eliminando las bovedillas, colocando los conectores del ala superior y entre las viguetas, y hormigonando el conjunto.

• Refuerzo de las almas. Esfuerzo Cortante

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Refuerzo del Alma

El medio más común es el de adosar CHAPAS del espesor necesario. Lo ideal es colocar una a cada lado para mantener la simetría, pero se suele colocar una sola chapa de espesor doble, para acceder sólo por un lateral y reducir los cordones de soldadura. En caso de que el material no sea soldable será necesario acceder a las dos caras para los tornillos, así que se coloca una chapa a cada lado.

Otra solución es convertir la viga de doble T en un CAJÓN con dos o tres almas, según las chapas que se coloquen. Esto tiene el problema de que las uniones de apoyos son difíciles, aparte de que el original queda cubierto, de modo que a la intemperie el cajón tiene que ser estanco porque no podrá pintarse.

Se colocarán RIGIDIZADORES en caso en caso de que las almas resistan esfuerzos cortantes, pero su esbeltez sea excesiva. Se colocan generalmente por un solo lado, excepto en caso de unión atornillada. Si se trata de cargas concentradas en la cara superior, deberían unirse a esa ala.

• Refuerzo de la sección

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Refuerzo de la Sección

Resulta económico y eficaz el refuerzo mediante el aumento de canto de la viga mediante un perfil en T, obtenido a partir de un doble T, con MEDIOS PERFILES de I o H. En caso de que el acero no sea soldable el refuerzo se solidarizará mediante tornillos, o con la sustitución de algún elemento de la sección por otro de mayor área. Si la pieza es continua y el problema es de tensiones, los puntos más desfavorables serán los apoyos, en cuyo caso debemos reforzar precisamente la zona contigua a los mismos (1/5 de la luz a cada lado del apoyo)

En caso de que no se pueda aumentar el canto habrá que colocar una VIGA COMPLEMENTARIA al lado de la actual y comprobar que el conjunto sea capaz de resistir el incremento de carga, y que tengan una rigidez similar entre las vigas y suficiente para absorber la flecha.

Soportes metálicos

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Soportes Metálicos

El procedimiento habitual es el de adosar CHAPAS o PERFILES. La posición del refuerzo dependerá de la sección transversal y de la posición de las vigas, interesando siempre tener el cordón de soldadura alejado del eje del pilar, de modo que resista más la compresión y los posibles flectores. En caso de que las vigas que apoyan estén en una sola dirección, los refuerzos se colocarán en caras paralelas a esa dirección. En caso de que haya vigas en dos direcciones, los refuerzos no deberían interferir con las vigas, pues sino se complica demasiado.

En ocasiones puede interesar una actuación que lo convierta en un SOPORTE MIXTO, hormigonando, embebiéndolo en hormigón o rellenándolo. En general es conveniente convertir el soporte en mixto recubierto, con lo cual se consigue adicionalmente una gran resistencia frente al fuego. En el caso frecuente de 2 UPN empresilladas puede ser suficiente con hormigonar el interior, formando un soporte mixto abierto.

Uniones roblonadas y atornilladas

En uniones roblonadas es frecuente que se presenten problemas de corrosión, con la formación de gruesas capas de óxido entre los elementos que componen la sección. El aumento de volumen separa las piezas, rompiendo los roblones por tracción. En estos casos, el método más sencillo es sustituir los roblones o tornillos por TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA del mismo diámetro, preferentemente con tornillos de calidad 8.8, siempre que el aumento de carga pueda ser absorbido por los tornillos y por la base. Sino puede aumentarse el diámetro del agujero para un tornillo mayor, o aumentar el número de tronillos, manteniendo una separación suficiente entre agujeros. En general, si el óxido no está suelto no será imprescindible eliminarlo.

En uniones de viga-soporte se puede reforzar AUMENTANDO EL CANTO del alma por debajo del ala inferior, y uniendo allí con el soporte o colocando una ménsula.

En caso de ser soldable, se puede reforzar mediante CORDONES DE SOLDADURA, de modo que las cargas posteriores al refuerzo se transmitan exclusivamente a los tornillos de alta resistencia (NBE-103 art.7.1.6)

Uniones soldadas

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Aumento del canto mediante ménsula

Para cordones de soldadura en ángulo, el refuerzo habitual es el AUMENTO DE LONGITUD DEL CORDÓN o el grosor del cuello de soldadura, teniendo en cuenta las limitaciones de la normativa MV 130-72 y MV 104-66.

En el caso de uniones de vigas con un soporte también metálico en los extremos se puede reforzar AUMENTANDO EL CANTO por debajo, y uniéndola al soporte mediante una ménsula.

Celosías

La celosía se compone de elementos que están trabajando con esfuerzos axiles, de modo que se aplica lo anterior: los traccionados se refuerzan con aumento de sección y los comprimidos se resuelven con aumento de sección y disminuyendo sus luces. Las uniones entre elementos se reforzarán según lo comentado anteriormente.

Reconversión o transformación

Variaciones de diseño

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Variaciones de Diseño

Losa cambios de uso requieren una variación de diseño arquitectónico, que suele implicar espacios más amplios, supresión de soportes, eliminación de elementos estabilizantes (pantallas o jácenas), apertura de grandes huecos en forjados para comunicaciones, etc. Estas opresiones son relativamente fáciles. La sustitución de un soporte por una viga que recoja las acciones sólo plantea el problema de las deformaciones. Lo mismo sucede al reemplazar una pantalla, muro estabilizador o jácena por un pórtico de nudos rígidos o con un emparrillado de vigas en el hueco de forjado.

Bibliografía

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