El acero inoxidable en la Sagrada Familia: ¿por qué lo utilizamos?

En un artículo anterior, explicamos la utilización de la piedra en la construcción de la Basílica, no solo como piel de recubrimiento de las estructuras de hormigón armado, como se había hecho tradicionalmente, sino también como parte estructural del templo gracias a la técnica innovadora de la piedra tesada.

En aquel artículo detallábamos que tanto las barras que tesan los bloques de piedra como la estructura existente en las aristas de los paneles que conforman las caras poligonales de las seis torres centrales son de acero inoxidable, un elemento que se comenzó a utilizar en la Sagrada Familia hace relativamente poco, en el 2014.

Aquel año, en la oficina técnica del templo tomamos la decisión de comenzar a utilizar el acero inoxidable como acero estructural. La decisión estuvo motivada por la dificultad y el elevado coste que supondría cualquier intervención en el futuro, debido a la oxidación del acero de la estructura a partir de cierta altura. Es necesario tener en cuenta que en aquel momento estábamos a punto de iniciar la construcción de los cimborrios centrales, con las cuatro torres de los evangelistas, la de la Virgen María y la de Jesucristo, que serán las torres más altas de todo el conjunto.

Esta decisión se sopesó en gran medida, ya que el acero inoxidable es cuatro veces más caro que el acero al carbono utilizado hasta entonces en la Sagrada Familia y en las estructuras de hormigón armado de la mayoría de edificios. A pesar de ello, también se valoró la garantía de que la estructura de las partes más altas del templo, y de todas aquellas que se construyesen utilizando acero inoxidable, no tendrían que ser restauradas por oxidación.

Obviamente, al tratarse de un templo como el de la Sagrada Familia, que se construye con la idea de que perdure en el tiempo, la balanza se decantó por la utilización del acero inoxidable para las estructuras a partir de aquel momento.

Posteriormente, esta decisión se trasladó al resto de espacios del templo.

EL ACERO AL CARBONO: EL PROBLEMA DE LA CARBONATACIÓN Y LA CLORACIÓN 

La mayoría de los metales se oxidan. Por ejemplo, la plata se ennegrece; el cobre se vuelve verdoso; el aluminio, blancuzco; y, el acero, rojizo. Cuando utilizamos acero al carbono para armar estructuras de hormigón nos ahorramos este problema, pero se pueden dar otros dos: la carbonatación y la cloración.

La carbonatación se produce por la presencia de CO₂ en la atmósfera, que, en contacto con el hormigón, y junto con la humedad, produce HCO₃, es decir, ácido carbónico. Este genera más cationes de hidrógeno (H+) y rebaja el pH, lo que provoca la formación de carbonatos. Cuando se forman, los carbonatos ocupan mucho más volumen que el hierro (Fe) y el ácido carbónico presente previamente a su formación, por lo que termina reventando el hormigón.

En el caso de la cloración, esta se trata de un ataque por cloruros muy frecuente y con más incidencia en zonas costeras y marinas. Los cloruros disueltos en el agua entran en contacto con el hormigón poroso y llegan a la estructura, lo que provoca que su concentración alcance tal nivel que se inicia la corrosión. Esta implica la pérdida de masa en forma de FeCl₂ o FeCl₃.

Para evitar la carbonatación, se debe recurrir al acero inoxidable, ya que uno de sus componentes, el cromo (Cr), tiene una gran afinidad con el oxígeno y reacciona con él formando una película de dióxido de cromo que impide que el oxígeno continúe penetrando en el material. De este modo, se evita la corrosión y oxidación del hierro (acero, en este caso).

Asimismo, cabe señalar que la carbonatación y la cloración son fenómenos que se contrarrestan, de manera que, cuando una estructura sufre los efectos de la corrosión por carbonatación, este fenómeno actúa de barrera contra la cloración, y a la inversa.

Por lo tanto, con el acero inoxidable no solo se evita el problema de la carbonatación, sino que se consigue que actúe de barrera para prevenir la corrosión por cloración.

DEL ACERO INOXIDABLE AL ACERO INOXIDABLE DÚPLEX

El acero es una aleación o mezcla de hierro (Fe) y carbono (C). Como aleación, uno de los elementos debe ser un metal y estar presente en mayor proporción. En el caso del acero, el metal es el hierro, y el carbono no puede superar el 2 %. Esta composición hace del acero un material de elevada dureza (no se ralla), tenacidad (es resistente a los golpes) y gran resistencia mecánica.

Si, además, al acero se le añaden cromo (Cr) y níquel (Ni), este se vuelve resistente a la oxidación. Para considerarse inoxidable, un acero debe tener, al menos, un 10,5 % de cromo.

El acero inoxidable tal y como se conoce hoy en día se comenzó a fabricar hacia principios del s. XX. En función de su composición, existen cuatro tipos de acero inoxidable:

• Ferrítico: es el que presenta unas mejores propiedades mecánicas, ya que es magnético y no resulta tan dúctil como el austenítico.
• Austenítico: es muy dúctil y maleable, pero tiene unas propiedades mecánicas reducidas (límite elástico y carga de rotura), además de no ser magnético.
• Martensítico: es magnético y presenta una estructura metalográfica formada básicamente por martensita (ferrita deformada por el carbono que no se ha podido difundir).
• Dúplex: es una aleación de hierro y cromo en un porcentaje que va del 18% al 38%, además de contener níquel en un porcentaje menor, de entre el 4,5% y el 8%. Sin embargo, una mitad de su estructura es austenítica, lo que le confiere ductilidad y resistencia a la corrosión, mientras que la otra es ferrítica, lo que le aporta propiedades mecánicas. Esta circunstancia hace que presente una mayor protección ante la corrosión y una mayor resistencia mecánica que el resto de tipos de hierro.

Todas estas prestaciones del acero inoxidable dúplex son las que nos han llevado a optar por este tipo de acero en la Sagrada Familia. En concreto, se utiliza el acero inoxidable 2205, o 1.4462 según la norma EN-10088-2/3, una identificación de producto otorgada de acuerdo con el porcentaje de cromo y níquel que presenta en su composición. Este acero tiene un índice PRE (Pitting Resistance Equivalent, por sus siglas en inglés) de 38. El valor que obtiene es muy elevado, y nos aporta información acerca de la gran resistencia del material a la corrosión.

El acero que se utiliza en la Sagrada Familia, el 2205, se conoce con esta referencia porque equivale a la cantidad media que contiene de cromo (que es del 22 %, al tener entre un 21 % y un 23 %), así como la cantidad media de níquel (que es del 5 %, al tener entre un 4,5 % y un 6,5 %). La composición química de este acero inoxidable, al margen del cromo y el níquel, es la siguiente: N 0,010% – 0,22%, S <= 0,015%, C <= 0,03%, P <= 0,035, Si <= 1,0%, Mn <= 2,0%, % y Mo 2,5% – 3,5%. El resto es hierro.

Sus propiedades mecánicas son:

• Rp 0,2 > 450 Mpa
• Rm 650 – 880 Mpa
• A >= 25%
• HB 270 máx.
• KV (RT) >= 100 Joules)

Así, este acero dúplex 2205 o 1.4462, junto con el 2507, presenta las mejores prestaciones teniendo en cuenta la relación entre la resistencia mecánica y la resistencia a la corrosión.

¿Y DÓNDE UTILIZAMOS EL ACERO DÚPLEX EN LA SAGRADA FAMILIA?

Siempre con la calidad mencionada anteriormente como norma, en la actualidad se utilizan como materia prima en la producción de los diferentes elementos estructurales metálicos de las torres de los cimborrios centrales de la Sagrada Familia los siguientes productos de acero inoxidable dúplex:

-Producto plano o chapas (plates): los formatos más habituales son 3.000 x 1.500 mm, 4.000 x 2.000 mm y 6.000 x 2.000 mm. En cuanto a grosor, utilizamos hasta 25 medidas diferentes que van desde los 2 mm hasta los 100 mm.

Estas planchas se utilizan básicamente para la producción de las estructuras principales del templo, como las vigas armadas para los pilares estructurales, los soportes de los aristones de piedra, la perfilería auxiliar y los shims, que son las pletinas auxiliares de diferentes grosores que garantizan el contacto entre los elementos estructurales principales.

Los principales proveedores de este producto son de Suecia y España.

-Producto largo o barras de sección cuadrada (square billets) o circular (roundbars): a partir de una materia prima semiacabada, en este caso los lingotes, se consiguen con la forja o laminación unas barras de sección cuadrada conocidas como billets, las cuales necesitan un conformado posterior, u otras conocidas como bars, que son un producto ya acabado al cual solo le hace falta un mecanizado final que consiste en el conformado de piezas por arrancamiento de viruta o por abrasión.

En longitudes de 6.000 mm, los formatos utilizados de manera más habitual van desde el diámetro de 65 mm hasta el diámetro de 390 mm en el caso de las circulares, y en el caso de la barra cuadrada son de 70 mm u 80 mm.

Estas barras se utilizan básicamente para la producción de las cabezas de tesado de los paneles, unos bloques de acero que, mecanizados y fijados con resina a los extremos de los dinteles de piedra, permiten fijar el panel postesado a las cabezas de los pilares estructurales mediante tornillería. También se utilizan para la producción de las cabezas de tesado de los aristones (unos bloques macizos que, mecanizados, permiten solidarizar el conjunto de piedras que conforman el aristón mediante las barras de tesado), así como para la producción de las espigas, unos elementos esféricos que, atornillados a las cabezas de tesado superiores de los dinteles, garantizan el posicionamiento de un panel postesado con respecto al precedente.

Los principales proveedores de este producto son de Italia y España.

-Producto largo corrugado (bar-rebar): como tercer grupo de producto en acero dúplex encontramos las barras corrugadas en formatos de longitud de 6.000 mm o 12.000 mm y de medidas de diámetro que van desde los 8 mm hasta los 40 mm.

Estas barras corrugadas se utilizan básicamente para la producción de las barras de anclaje auxiliares entre diferentes elementos estructurales, para la producción de la armadura soldada a las estructuras metálicas principales y para la de otros elementos estructurales como losas, escaleras y armaduras de piel.

Los principales proveedores de este producto son de Italia, Inglaterra y España.

En todos los casos, estos productos se elaboran en las plantas siderúrgicas. El proceso comienza con la fundición de la materia prima a 1.700 °C en un horno eléctrico. La materia prima incluye chatarra clasificada que previamente pasa un control radioactivo. Después, el hierro licuado se vierte en las líneas de producción y se obtiene el material en colada continua. Posteriormente, se lleva a cabo un análisis para realizar posibles correcciones en los componentes metálicos y en el tratamiento térmico, con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas.

El acero pasa entonces por un tren de laminado o prensado que permite que el producto tenga las medidas comerciales y, por último, se realizan el arenado, el decapado y el marcado, todo ello antes de hacer acopio del material acabado.

De esta manera, se da por finalizado el proceso de elaboración de unos materiales fabricados con un producto, el acero inoxidable dúplex, que, junto con la piedra, se ha convertido en parte esencial de la Sagrada Familia.