Ménsulas de pasarela en ambiente marino: par galvánico y selección de material
En la pasarela de servicio de un puerto pesquero se han instalado ménsulas metálicas cada 2 m, cada una para una carga de 1,8 kN. La empresa barajó dos soluciones: acero S275 galvanizado en caliente (fy = 275 MPa, densidad 7,85 g/cm³, 1,60 €/kg más 0,90 €/kg de galvanizado) y aluminio 6082-T6 (σy = 260 MPa, densidad 2,70 g/cm³, 6,50 €/kg). Para el cálculo se adoptó un coeficiente de seguridad de 1,5, lo que deja tensiones admisibles de 183 MPa en el acero y 173 MPa en el aluminio. La ménsula de acero de referencia pesa 6,4 kg. A los catorce meses, las ménsulas de aluminio presentan picaduras y depósitos blanquecinos concentrados bajo las arandelas, mientras que los tornillos A4 parecen intactos; en una probeta de acero soldada aparecieron fisuras en el pie de garganta. El ambiente es salino, con salpicaduras frecuentes, ciclos de humectación y secado, y cargas variables debidas al viento y al oleaje.
1. Identifica el proceso de deterioro de las ménsulas de aluminio y explica por qué los tornillos de acero inoxidable A4 permanecen intactos. Propón dos medidas correctoras concretas y razona cuál protege mejor la unión.
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Mecanismo. Aluminio y acero inoxidable A4 (AISI 316) quedan en contacto eléctrico por el tornillo y mojados por la misma película de agua salina: se forma un par galvánico. En la serie de potenciales en agua de mar el aluminio es ánodo y el inoxidable es cátodo, con una diferencia de unos 0,5-0,6 V, suficiente para que el aluminio se oxide preferentemente.
Por qué el tornillo no se ataca. El cátodo no se consume: en él solo se reduce el oxígeno disuelto. Todo el daño se concentra en el ánodo. Además, el ataque no es uniforme sino localizado bajo la arandela, donde el electrolito queda estancado, el oxígeno se agota y los cloruros se concentran: se suma un par de aireación diferencial (efecto rendija) que convierte esa zona en ánodo frente al resto de la placa. De ahí las picaduras profundas y los depósitos blancos de Al(OH)₃ justo alrededor de la arandela, con el resto de la superficie casi intacta.
Medidas correctoras.
- Romper el contacto eléctrico: arandelas y casquillos aislantes de nylon o PTFE, con sellado de la junta para que no entre electrolito en la rendija.
- Protección catódica o cambio de material: ánodos de sacrificio de zinc en la ménsula, o pasar a acero inoxidable 316L o a aluminio 5083-H111, mucho más resistente a la corrosión marina que el 6082-T6.
Si se recubre, conviene recubrir el cátodo (el tornillo) y no solo el ánodo, porque un recubrimiento dañado sobre el aluminio crea una relación de áreas muy desfavorable y acelera la picadura. La solución más robusta es el casquillo aislante combinado con sellador y drenaje que evite el estancamiento de agua.
2. Con los datos del enunciado, compara ambas soluciones por ménsula en masa y coste para resistencia equivalente y razona cuál elegirías considerando la vida útil en ambiente marino.
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Resistencia equivalente. Para el mismo esfuerzo, las áreas deben estar en proporción inversa a las tensiones admisibles:
A_Al / A_acero = 183 / 173 = 1,058
Masa. m_Al = 6,4 kg × 1,058 × (2,70 / 7,85) = 6,4 × 1,058 × 0,344 ≈ 2,33 kg. Es un 64 % menos de peso.
Coste por ménsula.
- Acero: 6,4 kg × 1,60 €/kg = 10,24 €, más galvanizado 6,4 × 0,90 = 5,76 € → 16,00 €.
- Aluminio: 2,33 kg × 6,50 €/kg ≈ 15,15 €.
El coste inicial es prácticamente el mismo, así que la decisión no puede basarse en el precio de compra.
Valoración. El aluminio aporta la mitad de peso, lo que alivia las fijaciones y facilita el montaje en altura, pero es justo el material que ya ha fallado: el 6082-T6 no es una aleación marina y exige un kit de aislamiento en cada tornillo, con un coste y un riesgo de ejecución en obra que no aparecen en la comparación anterior. El acero S275 galvanizado en caliente (≥ 85 µm) en categoría C5-M ofrece 20-25 años con inspección, y si se añade un sistema dúplex (galvanizado + pintura) se alarga aún más. Mi elección: acero galvanizado en caliente mientras no se garantice el aislamiento de cada unión; si el peso es crítico, aluminio 5083-H111 con casquillos aislantes y tornillería también de aluminio o inoxidable 316 aislado.
3. Explica el origen de las fisuras en el pie de garganta de la probeta de acero soldada y qué cambiarías en el diseño o en el proceso.
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Origen. El pie de garganta es una discontinuidad geométrica: concentra tensiones y, en el acero, la zona afectada térmicamente (ZAT) pierde tenacidad y queda con tensiones residuales de contracción. Con cargas variables de viento y oleaje, y en presencia de cloruros, se produce fatiga asistida por corrosión: la picadura superficial actúa como entalla y la grieta progresa desde la punta del cordón. Un cordón en ángulo con mordedura o con penetración incompleta acelera el proceso, porque la entalla es más severa y el electrolito queda retenido en la rendija.
Cambios en el diseño.
- Sustituir el cordón en ángulo por una unión a tope con penetración completa y cordón esmerilado a ras, que elimina la entalla y baja el factor de concentración de tensiones.
- Alejar el cordón de la zona de momento máximo y evitar cruces y solapes de cordones.
- Si no se puede garantizar la calidad de la soldadura, resolver la unión con tornillería pretensada y superficie de contacto tratada, sin soldadura en servicio.
Cambios en el proceso.
- Calificar el procedimiento (WPS) y al soldador, con consumibles adecuados y control de humedad de los electrodos.
- Retocar la transición pie-cordón (TIG dressing o peening) para suavizar la entalla.
- Evitar mordeduras y garantizar el espesor de garganta.
- Protección anticorrosiva de la ZAT, que es la zona más sensible.
En resumen: el fallo no es de resistencia estática sino de fatiga, y se corrige reduciendo la concentración de tensiones y mejorando la calidad del cordón, no aumentando el espesor.