Comparación entre Acero Patinable y Acero Galvanizado

Comparación entre Acero Patinable y Acero Galvanizado como alternativas para el Sector Construcción

Autor: Héctor Muñoz Castillo

Resumen

Existen diversas alternativas cuando tratamos de evitar los daños por corrosión que sufre el acero en el sector construcción. Dos alternativas muy populares son los aceros patinables, también conocidos como aceros Cor-ten, que pueden ser puestos en servicio sin necesidad de tener un recubrimiento de pintura y por otro lado, tenemos a los aceros galvanizados por inmersión en caliente que están revestidos con una capa de zinc que protege al acero y extiende la vida útil del activo.

En el presente trabajo se hace un desarrollo de las principales características de estos dos sistemas de protección, se explican los principales mecanismos presentes en estos materiales para combatir la corrosión y se discute cómo es su comportamiento bajo diferentes ambientes de corrosividad.

Acero Patinable: Características y mecanismo de protección

Los aceros patinables, muchas veces conocidos como aceros Cor-ten, surgieron en los años 30 en los Estados Unidos y corresponden a una antigua patente de la United States Steel Corporation; en un inicio este acero se aplicó en la fabricación de vagones de tren debido a su buena resistencia a la corrosión y la abrasión.

Estos aceros son del tipo aceros de alta resistencia y baja aleación que bajo condiciones atmosféricas normales tienen un comportamiento contra la corrosión mejorado en comparación con un acero ordinario al carbono manganeso. La diferencia metalúrgica entre un acero patinable y un acero ordinario está en la adición de elementos aleantes como cromo, cobre y níquel los que brindan este comportamiento mejorado contra la corrosión.

En presencia de humedad y aire, todos los aceros van a oxidarse pero la velocidad a la que esto ocurre dependerá del acceso al oxígeno, la humedad y contaminantes atmosféricos en la superficie del metal. A medida que este proceso avanza se forma una capa de óxido que actúa como una barrera que impide el ingreso de oxígeno, humedad y contaminantes, y la velocidad de oxidación disminuye.

Figura 1. Comparación esquemática de la pérdida por corrosión entre un acero ordinario y un acero patinable.

Pero existen algunas diferencias entre un acero ordinario y un acero patinable. En un acero ordinario esta capa de óxido es porosa y se separará de la superficie del acero después de algún tiempo, y así, el ciclo de corrosión comenzará nuevamente formando una nueva capa de óxido. Con un acero patinable, el proceso de oxidación se inicia de la misma manera, pero los elementos de aleación presentes producirán una capa de óxido más estable, menos porosa y más adherente a la superficie, conocida como pátina. Hay que considerar que para formar esta pátina de óxido es necesario que el acero se exponga a ciclos alternos de humedad y secado, lo que formará una barrera protectora que reducirá la velocidad de corrosión.

Figura 2. Puente fabricado con acero patinable.

Acero galvanizado: Características y mecanismo de protección

Los aceros galvanizados por inmersión en caliente son aquellos producidos a través de un proceso donde una pieza fabricada de acero es sumergida en un baño de zinc fundido que se encuentra una temperatura de aproximadamente 450°C. Los orígenes de este proceso se remontan a más de 250 años, pero actualmente las nuevas tecnologías vienen contribuyendo a la evolución continua de este proceso.

Durante la inmersión de las piezas ocurre una reacción metalúrgica entre el hierro del acero y el zinc líquido, formándose un recubrimiento aleado y fuertemente adherido al acero; esto le dará a la estructura características de protección superiores frente a la corrosión.

El recubrimiento que se forma sobre el acero está conformado por una serie de capas intermetálicas, siendo la capa externa y visible de zinc puro, como se muestra en el esquema de la figura 3. Este tipo de recubrimiento no sólo crea una barrera de protección que aísla al acero del ambiente, sino que también ofrece una protección catódica. La protección catódica que ofrece el zinc significa que el recubrimiento se sacrifica asimismo para proteger al acero de la corrosión, incluso en caso de que el recubrimiento sea dañado, la acción del zinc protegerá al acero expuesto hasta ¼ de pulgada de distancia.

Figura 3. Esquema de un recubrimiento típico del galvanizado por inmersión en caliente.

Además de la protección de barrera y catódica que ofrece el galvanizado por inmersión, hay otras características que brindan longevidad a las estructuras. En primer lugar, la reacción que se da en el baño de galvanizado es un proceso de difusión, lo que significa que el recubrimiento crece perpendicularmente a la superficie, asegurando que todas las esquinas y bordes tengan al menos el mismo espesor de recubrimiento que las partes planas. Adicional a esto, al sumergir la pieza en el baño se brinda un recubrimiento total de la pieza, incluyendo las superficies internas. Finalmente, el recubrimiento de zinc expuesto a ciclos húmedos y secos en el ambiente, desarrollará también naturalmente una pátina, en este caso, conocida como pátina de zinc, la cual está formada por carbonatos de zinc y que típicamente tomará entre 6 y 12 meses en desarrollarse. Esta pátina es delgada, estable y adherente al recubrimiento y se corroe muy lentamente, lo que contribuirá a la larga vida útil de nuestras estructuras de acero galvanizadas.

Figura 4. Puente construido en acero galvanizado.

 Resistencia a la Corrosión de Aceros Patinables y Aceros Galvanizados

Respecto a los aceros patinables hemos comentado que son resistentes a la corrosión, por lo tanto, tienen aplicación en un gran número de lugares, sin embargo existen algunas limitaciones en el uso que podrían traer problemas de durabilidad. En general, el desempeño de los aceros patinables en condiciones ambientales exigentes no será satisfactorio, por lo que debe evitarse su uso en casos como:

• Ambientes marinos, que se caracterizan por la alta concentración de cloruros o de niebla salina;
• Condiciones de humedad constante o permanente como por ejemplo estructuras sumergidas en agua, enterradas o cubiertas por vegetación, donde no se formará esta pátina protectora adherente al acero provocando una corrosión acelerada.
• Condiciones de contaminación atmosférica, donde existan altas concentraciones de químicos corrosivos o humos industriales (SO₂).

Por otro lado, hay algunas consideraciones de diseño que también deben tenerse en cuenta al usar un acero patinable, a pesar que la velocidad de corrosión es mucho menor que la de un acero estructural ordinario, no podemos despreciar la pérdida del espesor que se corroe para formar la pátina. Para compensar esta pérdida de masa se suele proporcionar un espesor adicional en cada superficie expuesta (espesores más gruesos), por encima de lo especificado, para cumplir con los requisitos estructurales de diseño y no comprometer la resistencia.

En el caso de los aceros galvanizados, la resistencia a la corrosión de una estructura es proporcional al espesor del recubrimiento, pero varía con la severidad de las condiciones ambientales. En un proceso de galvanizado por inmersión en caliente, los espesores típicos del recubrimiento de zinc se encuentran en el rango de 55 micras (2.2 mils) a 100 micras (3.9 mils). Diversos estudios han demostrado el buen rendimiento de este sistema de protección bajo diversas condiciones ambientales.

En la figura 5 se observan los tiempos estimados en servicio de un acero galvanizado hasta el momento del primer mantenimiento. Puede verse que es posible obtener tiempos estimados superiores a los 70 años en varios tipos de ambientes corrosivos. El tiempo de vida en servicio que se indica en la gráfica corresponde al tiempo para que ocurra el primer mantenimiento, donde se considera que se ha alcanzado un 5% de oxidación de la superficie del acero; hasta este punto, todavía existe suficiente recubrimiento de zinc en la mayor parte de la superficie, pero se necesitará hacer una reparación. Debido a esta característica y la protección duradera que ofrece el recubrimiento de zinc los costos de mantenimiento de un activo son prácticamente nulos o muy bajos.

Figura 5. Relación de la vida en servicio del acero galvanizado y el espesor de recubrimiento.

Comparación entre aceros galvanizados y patinables

A continuación se muestra un cuadro comparativo del desempeño de ambas alternativas cuando son expuestas a diferentes condiciones ambientales.

Fuente: American Galvanizers Association

Conclusiones

En diversas condiciones ambientales el acero galvanizado por inmersión en caliente demuestra ser un método de protección eficaz, duradero y libre de mantenimientos. Los aceros patinables, por su lado, tienen una mejor resistencia a la corrosión respecto a un acero ordinario, sin embargo existen condiciones exigentes donde no se recomienda su utilización.

Referencias

Corrosion Protection. American Galvanizers Association. Recuperado de: https://galvanizeit.org/hot-dip-galvanizing/why-specify-galvanizing/corrosion-protection

Weathering Steel. Steel Construction. Recuperado de: https://www.steelconstruction.info/Weathering_steel

Aceros patinables resistentes a la corrosión. Arquitectura en Acero. Recuperado de: http://www.arquitecturaenacero.org/uso-y-aplicaciones-del-acero/materiales/aceros-patinables-resistentes-la-corrosion