L’acer inoxidable a la Sagrada Família: per què l’utilitzem?

Autors: Jordi Carreras - Carles Farràs.

En un article anterior vam explicar la utilització de la pedra en la construcció de la Basílica, no només com a pell de revestiment de les estructures de formigó armat, com s’havia fet tradicionalment, sinó també com a part estructural del temple gràcies a la innovadora tècnica de la pedra tesada.

En aquell article detallàvem que, tant les barres que tesaven els blocs de pedra com l’estructura existent en les arestes dels panells que conformen les cares poligonals de les sis torres centrals, són d’acer inoxidable, un element que vam començar a utilitzar a la Sagrada Família fa relativament poc: el 2014.

Aquell any, a l’oficina tècnica del temple vàrem prendre la decisió de començar a utilitzar l’acer inoxidable com a acer estructural. La decisió va estar motivada per la dificultat i l’elevat cost que tindria qualsevol intervenció en el futur a causa de l’oxidació de l’acer de l’estructura a partir de certa altura. Cal tenir en compte que en aquell moment estàvem a punt d’iniciar la construcció dels cimboris centrals, amb les quatre torres dels evangelistes, la de la Mare de Déu i la de Jesucrist, que seran les torres més altes de tot el conjunt.

Aquesta decisió va estar molt meditada, ja que l’acer inoxidable és quatre vegades més costós que l’acer al carboni utilitzat fins aleshores en la Sagrada Família i en les estructures de formigó armat de la majoria d’edificis. No obstant això, a l’altre costat de la balança hi havia la garantia que l’estructura de les parts més altes del temple, i totes aquelles que es construïssin a partir d’aleshores utilitzant aquest material, no s’oxidarien en el futur i, per tant, no s’haurien de restaurar a causa de l’oxidació.

Òbviament, tractant-se d’un temple com la Sagrada Família, que es construeix tenint en compte que ha de perdurar en el temps, la balança es va decantar per la utilització de l’acer inoxidable per a les estructures a partir d’aquell moment.

Posteriorment, aquesta decisió es va traslladar a la resta d’espais del temple.

L’ACER AL CARBONI: EL PROBLEMA DE LA CARBONATACIÓ I LA CLORACIÓ

La majoria dels metalls s’oxiden. Per exemple, la plata ennegreix, el coure es torna verd, l’alumini de color blanc, i, en el cas de l’acer, vermellós. Quan utilitzem acer inoxidable per armar estructures de formigó, ens estalviem aquest problema, però se’n poden donar dos altres: la carbonatació i la cloració.

La carbonatació es produeix per la presència de CO2 en l’atmosfera, que, en contacte amb el formigó, i juntament amb la humitat, produeix HCO3, és a dir, àcid carbònic. Aquest genera més cations d’hidrogen (H+) i rebaixa el pH, la qual cosa provoca la formació de carbonats. Els carbonats, quan es formen, ocupen molt més volum que el ferro (Fe) i l’àcid carbònic previ a la seva formació, cosa que acaba rebentant el formigó.

En el cas de la cloració, es tracta d’un atac per clorurs molt freqüent i més accentuat en zones costaneres i marines. Els clorurs dissolts en aigua entren en contacte amb el formigó porós i arriben a l’armadura, fent que la seva concentració arribi a tal nivell que s’inicia la corrosió. Aquesta implica la pèrdua de massa en forma de FeCl2 o FeCl3.

Per evitar la carbonatació, s’ha de recórrer a un acer inoxidable, ja que un dels seus components, el crom (Cr), té una gran afinitat amb l’oxigen i reacciona amb ell formant una pel·lícula d’òxid de crom que impedeix que l’oxigen continuï penetrant en el material. Així, s’evita la corrosió i l’oxidació del ferro (en aquest cas, acer).

Cal assenyalar, a més, que la carbonatació i la cloració són fenòmens que es contraposen, de manera que, quan una estructura pateix efectes de corrosió per carbonatació, aquest fenomen actua de barrera contra la cloració, i a la inversa.

D’aquesta manera, amb l’acer inoxidable no només s’evitem el problema de la carbonatació sinó que aconseguim que sigui una barrera per prevenir la corrosió per cloració.

DE L’ACER INOXIDABLE A L’ACER INOXIDABLE DÚPLEX

L’acer és un aliatge o mescla de ferro (Fe) i carboni (C). Com a aliatge, un dels dos elements ha de ser un metall i ha d’estar en major proporció. En el cas de l’acer, el metall és el ferro i el carboni no pot superar el 2 %. Aquesta composició fa de l’acer un material d’elevada duresa (no es ratlla), tenacitat (és resistent als cops) i de gran resistència mecànica.

Si a l’acer s’afegeix crom (Cr) i níquel (Ni), aquest, a més, es torna resistent a l’oxidació. Per considerar-se inoxidable, un acer ha de tenir, almenys, un 10,5 % de crom.

L’acer inoxidable, tal com el coneixem avui, es va començar a fabricar cap a principis del s. XX. En funció de la seva composició, hi ha quatre tipus d’acers inoxidables:

  • Ferrític: és el que té unes millors propietats mecàniques, ja que és magnètic i no és tan dúctil com l’austenític.
  • Austenític: és molt dúctil i mal·leable, però té unes baixes propietats mecàniques (límit elàstic i càrrega de trencament) i no és magnètic.
  • Martensític: és magnètic i té una estructura metal·logràfica formada bàsicament per martensita (ferrita deformada pel carboni que no s’ha pogut difondre).
  • Dúplex: és un aliatge de ferro i crom en un percentatge que va del 18 % al 38 %, i també conté níquel en un percentatge menor (entre el 4,5 % i el 8 %), però la meitat de la seva estructura és austenítica (la qual cosa li confereix ductilitat i resistència a la corrosió), i l’altra meitat és ferrítica (fet que li aporta propietats mecàniques). Aquesta circumstància fa que presenti una major protecció a la corrosió i una major resistència mecànica que els altres tipus de ferro.

Totes aquestes prestacions de l’acer inoxidable dúplex són les que ens han dut a la Sagrada Família a optar per aquest tipus d’acer. Concretament, s’utilitza l’acer inoxidable 2205, o 1.4462 segons la norma EN-10088-2/3, una identificació de producte que li ve donada pel percentatge de crom i níquel que porta en la seva composició. Aquest acer té un índex PRE (Pitting Resistance Equivalent, per les sigles en anglès) de 38. Aquest valor, que és molt elevat, ens dona informació sobre la gran resistència a la corrosió d’aquest acer.

La composició química d’aquest acer inoxidable és la següent: C <= 0,03 %, Si <= 1,0 %, Mn <= 2,0 %, P <= 0,035 %, S <= 0,015 %, N 0,010 % – 0,22 %, Cr 21 % – 23 %, Mo 2,5 % – 3,5 %, Ni 4,5 % – 6,5 %.

Les seves propietats  mecàniques són:

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

Tot això fa que aquest acer dúplex 2205 o 1.4462, juntament amb el 2507, tingui les millors prestacions tenint en compte la relació entre la resistència mecànica i la resistència a la corrosió.

ON UTILITZEM L’ACER INOXIDABLE DÚPLEX A LA SAGRADA FAMÍLIA?

Sempre dins de la qualitat esmentada anteriorment, en l’actualitat, per a la producció dels diferents elements estructurals metàl·lics dels cimboris centrals de la Sagrada Família, es fan servir com a matèria primera els productes fets amb acer inoxidable dúplex següents:

-Producte pla o xapes (plates): els formats més habituals són de 3.000 x 1.500 mm, 4.000 x 2.000 mm i 6.000 x 2.000 mm, i, quant al gruix, n’utilitzem de fins a 25 gruixos diferents que van des dels 2 mm fins als 100 mm.

Aquestes planxes s’usen bàsicament per a la producció de les estructures principals del temple, com ara les bigues armades per als pilars estructurals, dels suports dels arestons de pedra, com la perfilaria auxiliar, i dels shims, que són les platines auxiliars de diferents gruixos que garanteixen el contacte entre elements estructurals principals. Els principals proveïdors d’aquest producte són de Suècia i Espanya.

-Producte llarg o barres de secció quadrada (square billets) o circular (roundbars): a partir d’una matèria primera semiacabada, com són els lingots, amb la forja o laminació s’aconsegueixen unes barres de secció quadrada anomenades billets, les quals necessiten un conformat posterior, o unes altres anomenades bars, que són un producte ja acabat al qual només cal un mecanitzat final consistent en el conformat de peces per arrencament de ferritja o per abrasió.

En longituds de 6.000 mm, els formats utilitzats més habitualment van des d’un diàmetre de 65 mm fins a un diàmetre de 390 mm, en el cas de les circulars, i, en el cas de la barra quadrada, tenen un diàmetre d’entre 70 i 80 mm.

Aquestes barres s’utilitzen bàsicament per a la producció dels caps de tesat de panells, uns blocs d’acer que, mecanitzats i fixats amb resina als extrems de les llindes de pedra, permeten fixar el panell posttesat als caps dels pilars estructurals mitjançant cargolam. També s’utilitzen par a la producció dels caps de tesat dels arestons (uns blocs massissos que, mecanitzats, permeten fer solidàries el conjunt de pedres que conformen l’arestó mitjançant les barres de tesat), i dels espigots, són uns elements esfèrics que, cargolats als caps de tesat superiors de les llindes, garanteixen el posicionament d’un panell posttesat respecte al precedent.

Els principals proveïdors d’aquest producte són d’Itàlia i Espanya.

Producte llarg corrugat (bar-rebar): Com a tercer grup de producte en acer dúplex, trobem les barres corrugades en formats de longitud de 6.000 mm o 12.000 mm i mides de diàmetres que van des dels 8 mm fins als 40 mm.

Aquestes barres corrugades s’utilitzen bàsicament per a la producció de les barres d’ancoratge auxiliars entre diferents elements estructurals, per a l’armadura soldada a les estructures metàl·liques principals, i per a altres elements estructurals com ara lloses, escales i armats de pell.

Els principals proveïdors d’aquest producte són d’Itàlia, Anglaterra i Espanya.

En tots els casos, aquests productes s’elaboren a les plantes siderúrgiques. El procés comença amb la fosa de la matèria primera a 1.700 °C en un forn elèctric. La matèria primera inclou ferralla classificada que ha passat prèviament un control radioactiu. Després, el ferro liquat s’aboca a les línies de producció i s’obté el material en colada contínua. Seguidament, es duu a terme una anàlisi per fer possibles correccions en els components metàl·lics i en el tractament tèrmic, de manera que es millorin les propietats mecàniques.

L’acer passa llavors per un tren de laminatge o premsat que permet que el producte tingui les mides comercials, i, per últim, es duu a terme el sorrejat, el decapat i el marcatge abans de fer arreplega de tot el material acabat.

Es dona per acabat, així, el procés d’elaboració d’uns materials fets amb un producte, l’acer inoxidable dúplex, que, juntament amb la pedra, s’ha convertit en part essencial de la Sagrada Família.

Jordi Carreras
Arquitecte tècnic per la Universitat Politècnica de Catalunya. Responsable de Producció del Departament d’Edificació i Tecnologia de la Sagrada Família des del 2014. També ha desenvolupat tasques de responsabilitat a empreses d’enginyeria i a promotores i constructores. Actualment coordina la producció dels principals elements constructius per instal•lar a les torres centrals de la Basílica.
Carles Farràs
Arquitecte tècnic i màster en Valoració i Taxació de Béns per la Universitat Politècnica de Catalunya. Cap del Departament de Producció de la Sagrada Família. També ha treballat en altres empreses constructores i exerceix com a professional liberal. Actualment, els seus treballs a la Basílica se centren en la planificació i coordinació de la producció de les torres del cimbori central.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *