Selección de materiales para herrajes de fijación arquitectónica: guía de rendimiento y durabilidad

Un soporte de revestimiento de acero inoxidable 1.4301 (AISI 304) y un soporte 1.4404 (AISI 316L) de dimensiones idénticas difieren entre un 2 y un 3 por ciento de molibdeno en peso, y esa diferencia mueve el número equivalente de resistencia a las picaduras de aproximadamente 19 a aproximadamente 25. En una fachada a 60 metros por encima de un paseo marítimo, separa una fijación que todavía está en buen estado al año 25 de una que está perforada al año. ocho.

La selección de materiales para los herrajes de fijación arquitectónica es la coincidencia documentada entre el grado de la aleación, el temple, la masa del recubrimiento y el detalle del aislamiento galvánico por un lado, y dos datos del proyecto fijados antes del primer dibujo del taller por el otro: la categoría de corrosividad atmosférica definida en ISO 9223 y la clase de vida útil de diseño definida en EN 1990.

Corrija esas dos entradas y el resto de la especificación se vuelve aritmética. Sáltelos y la reparación se convertirá en un experimento de corrosión a gran escala financiado por el cliente.

El hardware de reparación se retira de la corrosión, no de la sobrecarga

En las categorías C4 y C5 de ISO 9223, el acero al carbono desnudo pierde entre 50 y 200 micrómetros de profundidad superficial en su primer año de exposición, por lo que el modo de retiro de los herrajes de fijación arquitectónica es la corrosión atmosférica en lugar de la sobrecarga estructural.

Éste no es un argumento en contra del diseño mecánico. El diseño del anclaje según EN 1992-4 y la calificación según EAD 330232 ya tienen factores de seguridad de 2,0 o superiores en los modos de falla del cono de concreto y del acero. El margen que habitualmente no se especifica es el medioambiental.

Dos secuencias cubren la mayoría de los problemas de campo. En el primero, un recubrimiento de sacrificio se consume localmente en un borde cortado, una soldadura o un rasguño de manipulación en el sitio, y la pérdida de sección comienza en una zona de 20 milímetros mientras el resto del componente permanece intacto. En el segundo, los cloruros rompen la película pasiva de un componente de acero inoxidable elegido por su apariencia en lugar de por su PREN, y las picaduras comienzan en una curvatura formada en frío donde la tensión residual alcanza su punto máximo.

Cuatro variables materiales que determinan la vida útil de una fijación

Cuatro variables deciden cuánto dura una fijación arquitectónica: la química de la aleación expresada como PREN, la masa del recubrimiento según EN ISO 1461, la compatibilidad galvánica del par de metales ensamblados y el movimiento térmico diferencial que debe absorber la junta. Cada uno se puede escribir en una especificación como un número.

Química de la aleación: especifique PREN, no el nombre del grado

Un PREN de 25 es el suelo práctico para fijaciones de acero inoxidable en un radio de 10 kilómetros de la costa; 35 o más es el piso dentro de una zona de chapoteo.

PREN = Cr 3,3 x Mo 16 x N, calculado a partir de la composición nominal, por lo que el valor se puede comprobar en cualquier certificado de fábrica.

Se siguen dos consecuencias. 1.4301 no lleva ninguna adición deliberada de molibdeno, por lo que funciona aceptablemente en atmósferas interiores C3 y mal en atmósferas marinas C5-M. Duplex 1.4462 alcanza PREN 35 y ofrece una resistencia mínima del 0,2 por ciento de 450 megapascales frente a aproximadamente 190 megapascales para 1.4301 recocido, por lo que menos soportes y más livianos soportan la misma carga del panel.

Masa de recubrimiento: los números EN ISO 1461

La galvanización en caliente según EN ISO 1461 establece un recubrimiento mínimo para cada rango de espesor de acero, expresado tanto en masa como en espesor local.

• Acero de 6 milímetros y más grueso: 85 micrómetros promedio, 70 micrómetros mínimo local, alrededor de 610 gramos por metro cuadrado.
• Acero 3 a 6 milímetros: 70 micrómetros promedio, 55 micrómetros mínimo local.
• Acero 1,5 a 3 milímetros: 55 micrómetros promedio, 45 micrómetros mínimo local.
• El zinc galvanizado según ISO 2081 deposita de 5 a 12 micrómetros, aproximadamente una décima parte de lo anterior.

Vale la pena hacer la aritmética detrás de esos números una vez. ISO 9223 registra una pérdida de zinc durante el primer año de 0,7 a 2,1 micrómetros por año en la categoría C3 y de 2,1 a 4,2 en C4, por lo que un recubrimiento por inmersión en caliente de 85 micrómetros admite un intervalo de mantenimiento de 25 años en C4, mientras que una capa galvanizada de 12 micrómetros se agota en 3 a 6 años. La misma tabla explica por qué la galvanización no es una respuesta C5-M: de 4,2 a 8,4 micrómetros de pérdida anual de zinc consumen incluso un revestimiento pesado en un plazo de 10 a 20 años. La misma compensación se examina en esta comparación de Canales de anclaje fundidos en HDG y acero inoxidable. .

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Compatibilidad galvánica: el detalle de los metales diferentes

El aluminio y el acero inoxidable se encuentran a una distancia aproximada de 0,4 a 0,6 voltios en la serie galvánica en agua de mar, y en una junta húmeda el aluminio se convierte en el ánodo. La relación de área decide el daño: un cátodo de acero inoxidable grande frente a un ánodo de aluminio pequeño genera una pérdida local rápida, razón por la cual un perno de acero inoxidable M8 que se apoya directamente sobre un soporte de aluminio es un detalle que vale la pena rediseñar.

Funcionan tres controles. Arandelas aislantes de EPDM o nailon debajo de sujetadores de acero inoxidable que se apoyan en aluminio, un revestimiento de barrera o una capa anodizada en la interfaz y drenaje que evita que la junta retenga agua.

Movimiento térmico: el coeficiente de expansión como insumo de diseño.

El aluminio se expande a 23,1 micrómetros por metro por kelvin, el acero inoxidable 1.4404 a 16,0 y el acero al carbono a 12,0. Por lo tanto, un carril de revestimiento de aluminio de 3 metros de longitud en una fachada con una oscilación de temperatura superficial de 40 Kelvin se mueve unos 2,8 milímetros con respecto a la estructura. Los agujeros ranurados y los clips deslizantes absorben ese movimiento; una conexión rígida y completamente atornillada no lo hace y la carga migra al panel o al sustrato.

Adaptación del material de fijación a la categoría de corrosividad

Para una vida útil de diseño de 50 años, el acero inoxidable 1.4404 es el grado mínimo para atmósferas ISO 9223 C4 y C5-M, mientras que el acero al carbono galvanizado en caliente según EN ISO 1461 cubre C3 y C4 interior.

La categoría CX, que cubre túneles tratados con sales de deshielo y zonas de salpicaduras en alta mar, lleva la especificación a acero inoxidable 1.4529 con un PREN de aproximadamente 44, o a dúplex 1.4462 donde las cargas justifican una aleación más baja.

Los proyectos costeros e interiores necesitan diferentes especificaciones de hardware

El mismo sistema de fachada a 15 kilómetros tierra adentro y a 300 metros del mar requiere diferentes grados de fijación, sistemas de revestimiento e intervalos de inspección, incluso cuando la carga del viento y el peso de los paneles son idénticos.

Lo que no cambia entre las dos columnas es la capacidad mecánica. Los soportes soportan las mismas cargas en ambos; sólo se mueven el margen de corrosión y el detalle de aislamiento. Los soportes ajustables en ángulo en L de acero inoxidable 1.4404 son la respuesta estándar en el lado costero, porque la pata ranurada absorbe la tolerancia y el movimiento térmico sin introducir un par rígido.

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Una rutina de verificación de materiales en seis pasos

Seis comprobaciones, realizadas en orden, establecen la especificación del material antes de generar una orden de compra.

1. Fije la categoría de corrosividad a partir de la deposición de cloruro medida y el tiempo de humedad según ISO 9223, no de la dirección del sitio.
2. Arreglar el diseño de la clase de vida laboral. EN 1990 clase 4 significa 50 años, y los herrajes de fijación dentro de esa clase se consideran no reemplazables.
3. Convierta ambas entradas en números de material: PREN 25 mínimo para acero inoxidable costero, 85 micrómetros de zinc en caliente para C3 y C4 tierra adentro.
4. Enumere cada par de metales diferentes en el conjunto y nombre el componente aislante para cada uno.
5. Solicite evidencia de prueba: informes de niebla salina ISO 9227, calificación de anclajes EAD 330232 o ACI 355.2 y certificados de molino EN 10204 tipo 3.1 por serie.
6. Verifique en el sitio con un medidor de espesor de recubrimiento según ISO 2178, verifique que haya arandelas aislantes y bordes cortados pulidos.

El revestimiento de piedra agrega una decisión más sobre el material: los anclajes recortados en 1.4404 distribuyen la carga a través de un cono con llave mecánica en lugar de un agarre de fricción, por lo que la losa de piedra y la fijación de acero inoxidable coinciden tanto en resistencia como en resistencia al cloruro.

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Jiangsu Aozheng Metal Products Co., Ltd. mantiene estos grados en canales de anclaje fundidos, soportes de revestimiento, anclajes rebajados y canales de puntal, en acero inoxidable 1.4301, 1.4404 y 1.4462 y en acero al carbono galvanizado en caliente, lo que permite especificación de materiales desde el canal integrado hasta el soporte del panel final.

Costo, durabilidad y vida útil del diseño de 50 años

EN 1990 sitúa una vida útil de 50 años en la clase de diseño 4, y los herrajes de fijación dentro de esa clase están diseñados como un elemento no reemplazable en lugar de consumible.

El caso del costo se deriva del acceso más que del precio del material. Un soporte a 40 metros de altura en una fachada ventilada se alcanza con el mismo escalador de mástil o equipo de trabajos verticales que reemplaza un panel, por lo que una falla por corrosión en el año 12 cuesta mucho más que el delta de material entre 1,4301 y 1,4404, que se concentra en el contenido de molibdeno de unos cientos de kilogramos de acero inoxidable. La durabilidad se compra una vez, en la etapa de especificación, y se paga en ese momento o en altura más adelante.