7. Criterios de protección

VII
CRITERIOS DE PROTECCIÓN
E. Espaciales frente E. Tradicionales
Se
engloba
en
VII Criterios de Protección de las ETT
este
capítulo
los
conceptos
y
métodos
fundamentales para proteger la estructura de una ETT, ya sea a corto
plazo: protección frente al fuego; como a largo plazo: protección
frente a la corrosión.*
Tanto la necesidad de protección frente al fuego como el
fenómeno de la corrosión son dos aspectos a tener muy en cuenta a la
hora de concebir, proyectar y presupuestar las estructuras de acero en
general (y las ETT en particular), pues pueden llegar a encarecer
notablemente la construcción**.
Mientras que en estructuras de hormigón éste material sirve al
mismo tiempo para aislar al material acero de ambos fenómenos
(aparte de su función estructural), en las de acero se necesitan
elementos adicionales y además específicos para cada uno de los dos
aspectos. Para la protección frente al fuego suele recurrirse a
aislantes retardadores de su conducción (conducción, radiación y
convección). Para la protección frente a la corrosión se recurre a
materiales que impidan la penetración de los compuestos químicos
(H2O, O2,CO2,H2S,NH3,SO2, Cloruros...) presentes en la atmosfera
que reaccionan con los compuestos metálicos del acero, produciendo
oxidos***
* Es claro que existen muchos otros procesos que pueden deteriorar la
estructura. Y que el fuego debe considerarse en sí mísmo como una carga de
diseño más, con sus caracteristicas especiales en cuanto a la definición del
Estado Límite que para él dictan las normas. Pero éste capítulo sólo pretende
hacer referencia a los aspectos generales más importantes y a las
peculiaridades, inconvenientes y ventajas, que este tipo de estructuras
presentan frente a las tradicionales de hormigón y acero de perfiles laminados
abiertos para los problemas antes mencionados.
** Muchos proyectistas recogen la idea de que la competitividad en edificación
industrial de las estructuras de acero frente a las de hormigón armadopretensado está condicionada fundamentalmente por la no necesidad de
innifugación. –Ver por ejemplo [17]*** Los procesos de oxidación en el acero sólo se producen a temperaturas de
entre (-20,60)ºC y con humedades relativas superiores al 60%. Por ello en
estructuras que se encuentren protegidas de las anteriores condiciones por
pertenecer al interior de edificios que las controlen o limiten no se requeriran
métodos de protección.
123
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
A.-PROTECCIÓN FRENTE AL FUEGO
Es de obligado el cumplimiento de la normativa de protección
frente al fuego (NBE-CPI-96) en cualquier proyecto de edificación.
Esta
normativa
exige
a
los
elementos
estructurales
una
determinada estabilidad al fuego (EF-XX) y a los de cerramiento y
compartimentación una determinada resistencia al fuego (RF-XX). La
EF
(que
representa
el
tiempo
mínimo
exigible
a
un
elemento
estructural antes de colapsar) es función de la importancia del
edificio (sobre todo en referencia a su capacidad de albergar gente) y
de la posición del elemento referenciado (concretamente del número
de plantas desde él a la rasante). La RF (que hace referencia al mísmo
tiempo a sus condicionantes en cuanto al colapso y en cuanto a su
capacidad para impedir el paso de las llamas, gases tóxicos y
temperatura a la cara no expuesta al fuego) es función del tipo de
edificio y de elemento (cubierta, fachada, tabique interior, etc...) y
de varias cosas más.
En este apartado se explican los métodos más utilizados para
proporcionar una adecuada EF a los elementos (estructurales) de una
ETT. Así mismo se intenta exponer las diferencias, ventajas e
inconvenientes de las ETT frente a las EBP en lo que respecta a lo
anterior. No se dice nada, por tanto, de la RF; y esto es porque este
concepto carece de sentido en elementos lineales, como lo son las
ETT y las EBP (aunque esto no sería así en el caso de EE llenas. Pero
eso es harina de otro costal!).
La
diferencia
fundamental
de
las
ETT
frente
a
las
tradicionales, en cuanto a sus propiedades frente al fuego, es que, al
emplear elementos de sección cerrada y hueca, su relación perímetro
exterior-area material es menor, (Fig. 7.1) con lo que, además de
disminuir la penetración y transmisión del calor, el área a proteger es
menor*; además el hueco interior actua de material aislante cuando la
* Claro que, en general, un perfil abierto presenta mejor rendimiento frente a
la flexión, lo cual anularía esta supuesta menor area a proteger en estructuras
fundamentalmente sometidas a este tipo de esfuerzos. En cambio para esfuerzos
normales la propiedad anterior, independientemente de otras de carácter
resistente, adquiere su importancia.
124
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
fuente de calor está localizada.*
Fig. 7.1: Diferencia superficie exterior (perímetro)-capacidad
resistente de la sección entre perfiles abiertos y cerrados.
–Fuente: Europerfil1.-Comparando el perfil cuadrado y el doble T se aprecia que ambos
tendrán similar respuesta a flexión y tracción (resitencia) pero el
area a pintar en éste último es aproximadamente una vez y media la
de el primero.
2.-Los contornos de los perfiles cerrados facilitan el pintado (o
tratamiento de protección superficial en genereal) y evitan
singularidades en la capa de protección, consiguiendola uniforme.
A continuación de describen los sistemas más empleados para
retrasar la acción del fuego en los perfiles tubulares de las ETT.
A.1.-AISLAMIENTO EXTERNO
Esta opción puede aplicarse a todos los elementos de la
construcción (columnas, mallas de cubierta...), es la solución, en
general, más barata y utilizada. –Según [22]* Piensese por ejemplo en un fuego localizado en el suelo de un edificio, algo
de tiempo se ganará en las vigas del techo si éstas son cerradas, pues el calor
sólo podrá fundamentalmente transmitirse hacia el interior de las mísmas por
conducción.
125
E. Espaciales frente E. Tradicionales
•
VII Criterios de Protección de las ETT
Láminas aislantes
Consiste en adherir a los perfiles láminas preparadas de
compuestos
resistentes
al
fuego,
basados
principalmente
en
materiales como el yeso, fibras minerales o áridos ligeros, tales como
perlita y vermiculita. (Fig. 7.2 b)
•
Enlucidos
Consiste
enlucido
los
en
revestir
compuestos
los
perfiles,
anteriores.
mediante
(fibras
proyección
minerales
o
o
aridos
ligeros). (Fig. 7.2 a)
•
Revestimientos intumescentes
Consiste en adherir a los perfiles, “pintandolos”, mezclas
viscosas
especiales,
las
cuales
se
hinchan
frente
al
fuego,
incrementando la sección y dejando una capa aislante interior entre
las paredes del perfil y la sección de revestimiento.
•
Interposición de materiales
Consiste en interponer secciones de materiales resistentes al
fuego entre la estrucutra y el posible lugar donde éste se origine o
sea lógico que se desarrolle. Por ejemplo:
ƒ
Techos suspendidos
Techos colgados o unidos rígidamente de/a la estructura de
cubierta. Para protegerla de un fuego interior.
ƒ
Paneles adosados
Láminas, de material resistente al fuego o retardador de él,
adosadas
a
las
principalmente
paredes
para
exteriores
columnas
y
126
con
de
los
posible
perfiles,
función,
indicadas
además,
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
decorativa. (Fig. 7.2 c y d)
Fig. 7.2: Métodos externos de protección frente al fuego.
–Fuente: [22]-
A.2.-REFORZAMIENTO INTERNO
Son sistemas más especializados y poco utilizados.
•
Rellenado de hormigón
Puede utilizarse principalmente sólo para pilares. Consiste en
sustituir el revocamiento exterior del perfil cerrado por un relleno
interior de hormigón (en masa o armado con fibras) dejando un
espacio intermedio entre ambos. Estructuralmente no puede hablarse
de material compuesto puesto que no existe adherencia entre ambos
materiales, aunque sí anclaje, con lo que la capacidad de carga se ve
incrementada. –Más información en [23]-
127
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
El sentido de esta solución está en la trasferencia de esfuerzos
hacia el hormigón conforme el acero del perfil exterior va perdiendo
resistencia por la acción del calor, incrementando por tanto el tiempo
de colapso por la acción del fuego. En definitiva el asunto se reduce
al intercambio de posiciones entre acero y aislante.
Desde un punto de vista meramente estructural frente a cargas
convencionales esta solución no es adecuada pues mayor rendimiento
se
conseguiría
empleando
hormigón
armado
directamente.
Sin
embargo, en cuanto a la carga de fuego, la disposición acero-espacio
vacio-hormigón
es
superior
y
por
eso
se
utiliza
(y
se
está
investigando mucho acerca de su potenciación) si se ha decidido ya
desde un principio el proyectar la estructura como vista a base de
perfiles tubulares desnudos. En todo caso, si ya de entrada no se
piensa recurrir a una solución en hormigón armado o en perfiles
laminados abiertos convencionales, y se compara esta solución con la
de un recubrimiento externo, existe la ventaja, que puede llegar a ser
importante económicamente, de la menor sección de los pilares (por
la mayor capacidad de carga y por no existir una capa externa
aislante) con lo cual se gana superficie util y esbeltez estética.
•
Rellenado de agua
Consiste
en
llenar
los
perfiles
de
agua,
ya
sea
permanentemente o temporalmente en caso de incendio, incluso con
recirculación. –Más información en [22]Es un sistema altamente sofisticado y caro, injustificable
desde el punto de vista económico a no ser que los requerimientos
contra el fuego del edificio vayan más allá que el simple retardo del
colapso y persigan conservarlo a toda costa, para lo cual se necesita
recirculación (renovación constante de agua en caso de incendio).
Realmente se ha utilizado muy poco (Fig. 7.3), aunque diseños
últimos han mostrado que su utilización puede resultar económica
frente al aislamiento externo a partir de 8 o más plantas.
128
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
Fig. 7.3: Centro Pompidou
Fuente: [22]
Este edificio (ETT externa en fachadas e interna en cubierta) se
protegió frente al fuego mediante la refrigeración por agua en las
columnas. El centro tiene una gran influencia social y arquitectónica
en su entorno.
A.3.-ADECUACIÓN DE LOS SERVICIOS
Hoy en día cualquier edificio de importancia, normativamente
(NBE-CPI-96), debe contar con una red de servicio (hidrantes y
mangueras, extintores, alarmas...) de protección de las personas y el
mísmo edificio contra las consecuencias del fuego: calor y humos.
Esta red se puede potenciar y modificar lo suficiente para proteger
también directamente la estructura, sobre todo en los casos de ETT,
en las que aquella suele ser vista.
B.-PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN
Los elementos de las ETT, al ser tubos, pueden sufrir tanto
corrosión exterior como interior, aunque, ésta última, en general no
es problemática.
129
E. Espaciales frente E. Tradicionales
La
diferencia
VII Criterios de Protección de las ETT
fundamental
de
las
ETT
frente
a
las
tradicionales, en cuanto a sus propiedades frente a la corrosión, es el
empleo de elementos de sección cerrada y hueca. Esto presneta
ventajas en lo que respecta a la corrosión: Su relación perímetro
exterior-area material es menor*, (Fig. 7.1) con lo que, para una
misma area resistente, la cantidad protección será menor. Otra
consecuencia importante de la sección cerrada es la suavización de
las esquinas vivas, fuentes de corrosión por dos motivos: porque el
espesor
de
la
capa
protectora
es
aquí
menor
y
por
la
mayor
condensación (la humedad facilita y acelera la corrossión) que en
estas
esquinas
se
produce.
Por
último,
la
sección
cerrada,
fundamentalmente la circular, facilita la no acumulación de polvo y
similares, los cuales favorecen la corrosión por absorver la humedad.
Otra ventaja importante, independientemente de la forma de la
sección, es la posibilidad de aprovechamiento de la prefabricación de
este
tipo
de
estructuras
en
la
que
puede
incluirse
también
la
protección, con lo que se consiguen rebajar costes al realizar la
mayor parte de la mísma en taller automatizado.
Lógicamente los beneficios anteriores no sólo han de tenerse
presentes en el coste de la construcción sinó también en lo que
respecta a su mantenimiento.
En realidad los métodos anticorrosivos usados en los perfiles
cerrados son los mísmos que en los tradicionales abiertos. No
obstante se describen a continuación porque su aplicación práctica sí
presenta ciertas peculiaridades.
B.1.-PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN EXTERNA
Corresponde a la que puede producirse en la parte exterior del perfil
tubular. Sólo ha de tenerse en cuenta medidas anticorrosión cuando
dichos perfiles, a lo largo de la vida útil de la estructura, vayan a
encontrarse a una humedad relativa superior al 50% y el vapor de
* En algunos casos la diferencia, para una misma capacidad de carga, puede
ser del 50%
130
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
agua pueda condensarse en su superficie. Por tanto las estructuras
interiores de edificios cerrados en los que se controle las variables
anteriormente citadas no requerirán ningún tratamiento.
•
Pinturas y pulverizados anticorrosión
Son compuestos de agentes adherentes no metálicos como
resinas
epoxi
o
poliester
y
pigmentos
inorgánicos
que
imper-
meabilizan y aislan al acero de los agentes atmosféricos.
Existen
muchos
tipos
de
compuestos
y
espesores
recomendados, la elección del tipo y espesor depende de la ubicación
(clima, altitud...), vida útil y periodos de mantenimiento de la
estructura.
ƒ
Funciones
Las
pinturas
constan
de
tres
capas:
-Según
información
facilitada por Lanik y Aceralia [15] y [16]La primera o interna tiene la función de inhibir el proceso de
corrosión del acero por su elevada impermeabilidad.
La intermedia tiene la función de inhibir procesos redox, al ser
inerte quimicamente.
La exterior suele ser una capa decorativa pero al mismo tiempo
con la función de impedir agresiones mecánicas y químicas.
ƒ
Aplicación
Antes
de
convenientemente
aplicar
la
estas
superficie
de
capas
ha
de
acero
para
que
prepararse
no
queden
sustancias entre la superficie de éste y la capa interna que puedan
reaccionar produciendo oxidos. Para ello primeramente hay que hacer
una limpieza general tradicional superficial para recoger todas las
sustancias extrañas de la superficie, tales como polvo,barro, esquirlas
de mecanizado, grasas y aceites... Posteriormente es conveniente
descarillar la superficie para eliminar las capas de incrustaciones;
esto puede hacerse de muchas formas, dependiendo de su importancia,
131
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
entre otras: chorro de granalla, pistola abrasiva, discos abrasivos o
rectificado, martillado de aire comprimido, etc...Finalmente, si se da
el caso, hay que eliminar los posibles restos de grasa no anulados
anteriormente mediante emulsiones pulverizadas sobre la superficie
que los atrapen.
La aplicación de las capas puede hacerse por simple pintado
con brocha (principalmente para la 1ª capa), con pistola-pulverizador
y por inmersión (para las pinturas ricas en zinc).
•
Galvanización
Son compuestos metálicos (de zinc principalmente) adheridos
física y químicamente al acero que se desea proteger y que impiden
las reacciones de oxidación en el mísmo.
ƒ
Funciones
La galvanización por zinc produce dos capas diferenciadas a
partir de la exterior de acero: la interna se genera por difusión y
produce capa de aleación entre el hierro de aquel y el zinc a la que se
adhiere fuertemente la exterior de zinc, y ésta última, con un indice
de
porosidad
tan
bajo
que
no
permite
la
entrada
de
oxígeno
atmosférico con lo cual se impide la formación de oxidos en el acero
de los perfiles y por tanto la corrosión.
ƒ
Aplicación
Antes de aplicar la galvanización propiamente dicha hay que
limpiar convenientemente los perfiles de acero, tanto física (limpiez
manual y desengrase) como químicamente (baño de ácidos).
Posteriormente los perfiles se bañan en zinc a unos 470ºC
durante un cierto tiempo dependiendo del espesor de la capa de
galvanizado requerida, función de las condiciones ambientales a las
que va a verse sometida la estructura así como de su vida útil, etc...
(de entre 4 y 6 g/dm2 habitualmente).
Este proceso lo realizan empresas especializadas o los mísmos
132
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
suministradores y el proyectista sólo ha de indicar el espesor que
desea y las zonas de no galvanización para permitir la unión soldada
en su caso. Para elementos de estructuras de mallas (series largas
modulables)
todo
lo
anterior
viene
directamente
incluído
en
catalogado con la suficiente holgura y sólo ha de elegirse la tipología
necesaria.
B.2.-PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN INTERNA
Corresponde a la que puede producirse en la parte interior del
perfil tubular.
Aparte de las condiciones relativas a la humedad y a su
condensación, que siguen siendo válidas, la corrosión interna no se
presenta en el caso de que los perfiles tubulares estén totalmente
cerrados
o
se
han
cerrado
todas
sus
posibles
aberturas
herméticamente (por ejemplo soldando tapas en los extremos o
empleando elementos de cierre especialmente confeccionados para
ello,
tales
como
bridas,
arandelas
y
empaquetaduras
para
la
tornillería). Esto se debe a que el proceso de corrosión no avanza
pues rápidamente se consume todo el oxigeno y no es posible seguir
con las reacciones de oxidación.
En los demás casos, dada la dificultad de pintado, siempre se
recurre a la galvanización, conseguida en el mismo baño que el
realizado para la corrosión externa.
En
todo
caso
nunca
debe
permitirse
la
acumulación
y
estancamiento de agua en el interior de un perfil tubular, pues tarde o
temprano se producen fenómenos que afectan a la durabilidad del
mísmo (ya sean corrosivos, de otras reaciones químicas perniciosas o
simplemente de fatiga del material por sucesivas congelacionesdescongelaciones en estructuras externas, etc...). Cuando esto se
prevea hay que anticipar mecanismos de drenaje, que pueden consistir
en simples agujeros taladrados en puntos bajos o en la instalación de
bridas especiales de drenaje.(Fig. 7.4) –Más información en [15]-
133
E. Espaciales frente E. Tradicionales
VII Criterios de Protección de las ETT
Fig. 7.4: Aspectos de dreanje para evitar la corrosión interior.
-Fuente: LanikEn a) se ha practicado un pequeño orificio justo antes de la unión
(flecha) para evitar la acumulación de agua.
En b) se opta por la colocación de una brida anular de drenaje en
vez del ajugero.
134