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Steel Framing: Aplicación exitosa del acero galvanizado

Autor: Tito Muñoz

 Durante los últimos años se ha venido desarrollando de manera sostenida el uso del sistema constructivo denominado Steel Framing. Este sistema emplea perfiles de acero galvanizado conformados en frío para su uso como elementos estructurales y no estructurales, tales como: vigas, columnas, riostras, correas o placas colaborantes. El sistema en conjunto consiste en un esqueleto estructural compuesto por perfiles livianos conformados en frío, materiales de aislamiento térmico y acústico, revestimiento y acabados.

Los perfiles livianos estructurales se emplean en elementos que soportan cargas tales como paredes portantes, entrepisos y celosías de cubierta. Los perfiles livianos no estructurales se emplean en tabiquerías para divisiones.  Los perfiles pueden ser de dos tipos: studs (perfiles G) y tracks (perfiles C o U). Los studs son los elementos que resisten y transmiten las cargas del sistema estructural, en cambio los tracks sirven para unir los extremos de los studs y formar un panel [1]  [2].

Entre las ventajas que este sistema permite lograr se tienen: rapidez en la ejecución gracias a que es liviano y permite el pre-ensamble fuera de sitio, adaptabilidad al tipo de clima y situación geográfica ya que se pueden emplear distintos materiales aislantes, menor costo en mano de obra debido a la fácil instalación y aprovechamiento de materiales, limpieza en obra ya que no precisa de agua para su construcción, sismo resistencia considerable debido a las masas reducidas que se distribuyen en la estructura y, durabilidad asociada al uso de acero galvanizado como material estructural [3].

Los perfiles que configuran el sistema son fabricados a partir de lámina galvanizada. Es decir, el acero está cubierto con una capa de zinc uniforme que cubre ambas caras de la lámina de acero. El recubrimiento de zinc protege al acero al corroerse en lugar del acero (sacrificarse). Su desempeño está comprobado y su vida útil es comparable a la de los materiales tradicionales. Por ejemplo, el recubrimiento estándar  G90 (Z250 250 g/m²), que poseen los perfiles estructurales, puede sobrepasar los 200 años, en edificaciones construidas y mantenidas de manera técnica [6]. En la tabla se muestra un estimado de la vida útil varios tipos de componentes del sistema, en diversas condiciones ambientales. Se observa un excelente comportamiento del material, lo que garantiza una larga vida útil e integridad estructural de la edificación. Asimismo, vale la pena agregar que el acero galvanizado es un material que puede reciclarse en su totalidad por lo que el sistema constructivo puede ser calificado como ecológico.

Se puede concluir afirmando que el Framing constituye un sistema constructivo que aprovecha al máximo las bondades del acero galvanizado al emplearlo en todos los elementos estructurales, así como en divisiones no portantes. Sin duda, la difusión del sistema va a ir de la mano de la promoción del uso del acero galvanizado, impactando positivamente a la industria de la construcción del país.

 

Tabla 1.Vida útil de los perfiles de acero pre-galvanizado en aplicaciones constructivas [6].

Aplicación Condiciones ambientales Vida útil predicha
Paredes y pisos Sin riesgo de ingreso de agua o condensación 250 años
Tabiquería no estructural Ambiente interno cálido y sin riesgo de ingreso de agua 250 años
Paredes externas o fachadas en edificios de varios pisos Estructura cálida y sin riesgo de ingreso de agua 250 años
Estructuras de techo

(aisladas)

Bajo riesgo de condensación 200 años
Plantas bajas suspendidas

(con membrana impermeable)

Bajo riesgo de ingreso de agua; algún riesgo de condensación 100 años
Estructuras de techo

(no aisladas)

Algún riesgo de condensación 100 años
Correas y rieles laterales que soportan revestimiento metálico Bajo riesgo de condensación; algún riesgo de polvo y contaminación 60 años
Plantas bajas suspendidas

(sin membrana impermeable)

Bajo riesgo de ingreso de agua; alto riesgo de condensación 100 años

 

 

Referencias bibliográficas

[1]          “Manual de procedimiento para Construcción en Steel Framing”, Consul Steel, nov. 17, 2015. http://consulsteel.com/manual-de-procedimiento-para-construccion-en-steel-framing/ (consultado jul. 08, 2020).

[2]          alacero, “Manual de Ingeniería de Steel Framing”. 2008.

[3]          “Ventajas del Steel Framing, por AD Barbieri | Informe Construccion”. https://www.informeconstruccion.com/nota/obras-proyectos/3344/ventajas-steel-framing-ad-barbieri.html (consultado jul. 08, 2020).

[4]          “Building for Life: The Facts About Cold-Formed Steel & Durability”, BuildSteel.org, dic. 21, 2016. https://www.buildsteel.org/why-steel/cold-formed-steel-101/building-life-facts-cold-formed-steel-durability/ (consultado jul. 07, 2020).

[5]          M. Billah, M. M. Islam, y R. B. Ali, “Cold formed steel structure: An overview”, World Scientific News, vol. 118, pp. 59–73, 2019.

[6]          R. M. Lawson, S. O. Popo-Ola, A. Way, T. Heatley, y R. Pedreschi, “Durability of light steel framing in residential applications”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials, vol. 163, núm. 2, pp. 109–121, 2010.

[7]          Barbieri, “Steel Frame: un sistema constructivo con múltiples ventajas”. https://www.adbarbieri.com/blog/steel-frame-un-sistema-constructivo-con-multiples-ventajas (consultado jul. 07, 2020).

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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.

Condiciones Galvanizado por Inmersión en caliente Acero Patinable
Litoral (costa) Buena protección contra la corrosión en ambiente salino. Baja protección, cloruros causan corrosión por picadura y corrosión acelerada pudiendo comprometer la integridad del acero.
Agentes Químicos (aerotransportados) Buena protección contra la corrosión. Los químicos son agresivos para el galvanizado pero solo después de varios años el recubrimiento de zinc se consumirá completamente. Baja protección, hay un consumo acelerado de la pátina formada y el acero se corroe similar a un acero ordinario sin protección.
Vegetación Excelente protección contra la corrosión. Humedad puede acelerar la corrosión especialmente en empalmes o juntas.
Industria Eléctrica Ampliamente usado, no hay riesgo de arcos eléctrico. Los productos de la corrosión causan arcos eléctricos.
Alta humedad Excelente protección contra la corrosión. La pátina de zinc estable no es afectada por estas condiciones Baja protección contra la corrosión. Existe una corrosión acelerada bajo estas condiciones.

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

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La Galvanización por Inmersión en Caliente

Autor: Ing. Freddy Peñafiel Rosero

La Galvanización por Inmersión en Caliente: Fortaleza, Durabilidad y Sostenibilidad en la Construcción de Acero a Nivel Mundial

A nivel mundial el acero es un importante elemento para el desarrollo económico, las oportunidades de aplicación son tan diversas que el acero se destaca como uno de los materiales más usados en la construcción de todo tipo.

Esto se debe a que el acero es reciclable, flexible, moderno, económico, además de ser sinónimo de resistencia, durabilidad y confiabilidad; su vida útil es posible mantenerla mediante el tratamiento adecuado conforme al uso y medio en el que se emplea. La corrosión  es uno de los típicos desafíos al que se enfrenta el acero, sin embargo el desarrollo industrial ha hecho posible la aplicación de métodos de recubrimiento metálicos y poliméricos, para contrarrestar este efecto, entre los que se destaca por su antigüedad y eficacia el Galvanizado por Inversión en Caliente, como uno de los más versátiles y más utilizado.

Al hablar de un recubrimiento de Galvanizado por inmersión en caliente, debemos acotar que es un proceso controlado en el cual se destacan las siguientes fases.

  1. Recepción del material
    1. Controla Impurezas
    2. Observa el estado de elementos soldados
    3. En elementos tubulares se analiza las dimensiones de los agujeros para la entrada y salida del zinc líquido.
  2. Preparación y limpieza previa
    1. Limpieza manual de rebabas.
    2. Enganche de piezas ya sean elementos de producción en serie o elementos
  3. Desengrase
    1. Se elimina todo vestigio de grasas, aceites, lubricantes, esmaltes y en general productos orgánicos presentes. Se utiliza un desengrasante ácido HCL entre el 7% al 10%
  4. Decapado
    1. Eliminación del Óxido de hierro resultado de la corrosión atmosférica que ataca al acero en el momento que esta expuesto.
  5. Lavado enjuague
    1. Sumergir el acero en agua para eliminar contaminantes obtenidos en los procesos anteriores.
  6. Fundente o flux
    1. Mezcla homogénea de Cloruro de Amoniaco (NH4CL) y cloruro de Zinc (ZnCL2), se utiliza para acondicionar la superficie de contacto de la pieza.
  7. Secado
    1. Secar el fundente sobre las piezas para poder efectuar una inmersión rápida en el zinc fundido.
    2. Potenciar la acción del fundente al momento de la inmersión dado que el exceso de humedad no aporta nada a la reacción Zn-Fe.
    3. La humedad genera consumo de energía y peligro en la operación. Evitar con lo anterior las explosiones provocadas por la vaporización violenta de los líquidos que genera el cambio instantáneo de temperatura entre el zinc fundido y los líquidos acarreados en el acero
  8. Inmersión en Zinc fundido
    1. El rango de temperaturas del zinc fundido para el galvanizado varía entre los 430°C y los 450°C.
    2. Conseguir revestimientos homogéneos y los espesores adecuados, dentro de los estándares establecidos en las normas técnicas.

PROCESO DE GALVANIZACIÓN

La galvanización por inmersión en caliente es un proceso en que el acero es recubierto con zinc a 450ºC, por medio de la interacción metalúrgica entre el ZINC y el ACERO, se forma una capa especial impidiendo el contacto del acero con el medio ambiente, lo que protege y no permite el paso a la corrosión.

Esta protección es efectiva inclusive cuando la superficie ha sido dañada.

Esto sucede porque el zinc actúa como metal de sacrificio lentamente para proteger al acero.

Dicho proceso de recubrimiento está garantizado por las normas nacional e internacional.

El recubrimiento Galvanizado por inmersión en caliente es utilizado en los siguientes productos:

  • Malla de alambre de acero galvanizado para gaviones
  • Alambre de acero galvanizado.
  • Tubos de acero al carbono con costura, galvanizados para conducción de fluidos.
  • Cable de guarda de acero galvanizado.
  • Alambre de acero con recubrimiento de zinc (galvanizado) para uso como refuerzo en conductores eléctricos aéreos de aluminio.
  • Cable de acero con recubrimiento de zinc (galvanizado).
  • Armaduras metálicas, vallas protectoras, rejillas electrosoldadas.
  • Mobiliario(iluminaciónseñalizaciónbarreras); las portacatenarias y diversos medios de señalización utilizados en las piscinas o en el mar), en plantas de tratamiento de aguas residuales o en edificios para la cría de ganado.

Los mismo que pueden resistir ambientes agresivos, como los que caracteriza nuestro país, en los que la humedad, la salinidad, las constantes lluvias y ambientes secos, juegan un papel importante en las construcciones.

Por lo que el espesor de recubrimiento es fundamental; minimiza los gastos de  mantenimiento y permite que más y más generaciones puedan disfrutar de  las construcciones a nivel mundial.

Los productores nacionales consientes de brindar al mercado un producto de calidad, garantizando en este caso un adecuado proceso de Galvanizado por inmersión en caliente. Cumplen con los estándares establecidos en las siguientes normas.

 

Norma Nacional/Internacional Título
NTE INEN 2483 Recubrimientos de Zinc (Galvanizados por inmersión en caliente) en productos de hierro y acero
ASTM A 123 Standard Specification for Zinc (Hot-Dip Galvanized) Coatings on Iron and Steel Products

 

Con lo que garantizamos las siguientes ventajas para las construcciones fabricadas con acero:

  • Resistencia
  • Costo efectivo
  • Sostenibilidad
  • Durabilidad
  • Longevidad
  • Versatilidad

La Galvanización por Inmersión en Caliente es la decisión más económica y sostenible, pues permite eliminar costos de mantenimiento, que en algunas obras o construcciones puede llegar a ser un 33% del total de la edificación.

Con una correcta aplicación del Galvanizado por Inmersión en Caliente se logra más de 30 años sin ningún mantenimiento estructural.

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Galvanizado: la mejor inversión para el constructor

Autor: Ing. Ramiro Amores

La búsqueda para lograr un equilibrio entre el compromiso ambiental, económico y social para desarrollo de nuestros sistemas constructivos nos ha llevado a ser más críticos y responsables con el estudio del uso de materiales más adecuados; obteniendo como resultado que la solución más eficiente y confiable para la construcción por sus propiedades mecánicas es el acero.

Es necesario considerar que el acero expuesto a los diferentes factores ambientales puede sufrir un impacto que altere su comportamiento real, principalmente debido a la disminución o pérdida de material por efecto de la corrosión.

Sino se toman acciones preventivas adecuadas, anualmente se pueden llegar a perder hasta 200 micras de espesor de acero en un ambiente corrosivo, por lo tanto, es de vital importancia considerar al galvanizado en el diseño, montaje y mantenimiento de elementos de acero, especialmente si el material es sometido a grandes esfuerzos mecánicos.

El Galvanizado consiste en una limpieza inicial del acero para eliminar residuos de aceite u otros lubricantes. Posteriormente un decapado para remover el óxido y calamina seguido de un enjuague, baño de flux y finalmente la inmersión en la cuba de zinc.

En la actualidad la duda por parte de los constructores respecto al galvanizado radica principalmente en el desconocimiento del costo – beneficio de este servicio. Con el revestimiento de zinc, el constructor se evita cualquier tipo de inconvenientes y posibles reclamos por la oxidación o deterioro del acero utilizado en sus proyectos.

Existen varios métodos de recubrimiento superficial que nos permiten tener una defensa contra la corrosión, sin embargo, el galvanizado es la mejor solución frente a este problema debido a su eficiencia, durabilidad y bajo costo de mantenimiento, lo que lo convierte en un revestimiento difícilmente comparable con otros existentes en el mercado.

Se puede analizar y comparar en costos que el galvanizado por inmersión en caliente frente a otras alternativas:

COSTO INICIAL
SISTEMA DE REVESTIMIENTO USD/m2
Recubrimiento de Zinc Galvanizado en Caliente 18,94
Recubrimiento de Pintura Epoxi / Epoxi 28,09
Epoxi / Poliuretano 30,35
Recubrimiento Dúplex Galvanizado / Epoxi / Poliuretano 56,19

(Asociación America de Galvanizadores, 2015)

El galvanizado en caliente tiene un costo inicial mucho menor que otras opciones de recubrimiento, esta diferencia también se puede evidenciar en el costo del ciclo de vida del mismo.

 

COSTO DEL CICLO DE VIDA
SISTEMA DE REVESTIMIENTO USD/m2 *
Recubrimiento de Zinc Galvanizado en Caliente 44,89
Recubrimiento de Pintura Epoxi / Epoxi 412,37
Epoxi / Poliuretano 558,65
Recubrimiento Dúplex Galvanizado / Epoxi / Poliuretano 241,65
 * Costo anual, considerando un ambiente corrosivo medio, Nivel C3

(Asociación America de Galvanizadores, 2015)

El galvanizado al ser un proceso mundialmente reconocido ha sido adoptado en el Ecuador como una buena práctica para maximizar el rendimiento del acero con el paso del tiempo. En la actualidad cada vez son más los usuarios que reconocen las ventajas de trabajar con acero galvanizado.

De acuerdo con la información del Comité de Galvanizadores de FEDIMETAL en Ecuador existen 8 plantas operativas que ofrecen el servicio de Galvanizado a nivel nacional. La aplicación del galvanizado localmente se realiza principalmente en obras de infraestructura vial, torres de transmisión, subestaciones eléctricas, puentes, viviendas y estructuras metálicas en general.

Como conclusión, los productos galvanizados por su gran durabilidad y debido a que no requieren ningún mantenimiento, son la solución más económica.

 

Bibliografía

Asociación America de Galvanizadores. (2015). Asociación Americana de Galvanizadores. Obtenido de https://galvanizeit.org/uploads/publications/CostLessLastsLongerNEWspanish.pdf