La fragilización por hidrógeno es un fenómeno que afecta a los aceros de alta resistencia, causando una rotura frágil e inesperada cuando se cumplen ciertas condiciones. En los tornillos, este tipo de fallo representa un riesgo crítico, ya que compromete la seguridad de las estructuras y las fijaciones.
¿Qué es la fragilización por hidrógeno?
La fragilización por hidrógeno, o hidrogenación, ocurre cuando el hidrógeno se introduce en la estructura cristalina del acero, ocasionando una pérdida de ductilidad y aumentando su tendencia a fracturarse de forma frágil.
Esta condición, combinada con esfuerzos de tracción, puede provocar la rotura diferida de los tornillos, es decir, una falla que ocurre horas o días después de la instalación, sin signos visibles previos.
¿Por qué ocurre el fallo por fragilización por hidrógeno?
Para que un tornillo sufra una rotura por hidrogenación, deben coincidir tres factores de forma simultánea:
- Un material susceptible a la absorción de hidrógeno.
- Presencia de hidrógeno.
- Esfuerzos de tracción elevados sobre la pieza.
Susceptibilidad del material
El grado de hidrogenación de un tornillo depende de la dureza del acero. Se ha demostrado que la fragilización por hidrógeno es más probable cuando la dureza de la pieza supera los 390 HV, ya que la ductilidad del material disminuye significativamente e incrementa su fragilidad.
Para evitar este problema, se recomienda que los tornillos de hormigón tengan una dureza inferior a 350 HV.
Presencia de hidrógeno
El hidrógeno puede introducirse en la fijación durante la fabricación del acero o del tornillo, o por exposición ambiental.
Esfuerzo sobre el tornillo
El grado de tensión causada por la carga externa aplicada sobre la fijación es uno de los detonantes.
Tipos de fragilización por hidrógeno
Existen dos categorías principales según la fuente de hidrógeno:
Fragilización por hidrógeno interna (IHE)
Es el hidrógeno residual que se origina durante las fases de producción del tornillo, específicamente en la fase de decapado químico y su recubrimiento. De hecho, esta capa de protección impide que el hidrógeno salga de la pieza por tendencia a la difusión natural, causando que quede atrapado en el interior de la pieza.
Si el hidrógeno queda atrapado dentro del acero, la rotura frágil puede ocurrir en las primeras 48 horas después de la instalación, incluso con cargas muy por debajo del límite de resistencia del tornillo. La rotura se produce en las zonas de concentración de tensiones, por ejemplo, debajo de la cabeza o en la zona de inicio de rosca.
Fragilización por hidrógeno externa (EHE)
El hidrógeno también puede penetrar en el interior de la pieza debido a la corrosión galvánica en servicio. Este proceso ocurre cuando los tornillos están expuestos a ambientes húmedos o agresivos, generando hidrógeno en la superficie del acero.
Medidas para minimizar el riesgo de fragilización por hidrógeno interna
Para mitigar la probabilidad de fragilización por hidrógeno, la industria adopta prácticas como:
- Tratamientos térmicos de deshidrogenado (horneado), donde los tornillos con durezas superiores a 390 HV se someten a temperaturas de 190-220 ºC durante un período de 8 a 10 horas para eliminar el hidrógeno retenido.
- Sustitución del decapado químico por limpieza mecánica, evitando la introducción de hidrógeno en la estructura del material.
Medidas para minimizar el riesgo de fragilización por hidrógeno externa
Para mitigar la probabilidad de fragilización por hidrógeno externa, recomendamos:
- Utilizar materiales con potenciales electrolíticos similares para reducir la corrosión galvánica.
- Optar por recubrimientos no electrolíticos, que ofrecen protección contra la corrosión sin riesgo de introducir hidrógeno.
Cómo se prueba la resistencia de los tornillos de hormigón a la fragilización por hidrógeno
Para homologar los tornillos para hormigón y garantizar su resistencia a la fragilización por hidrógeno, se realizan ensayos específicos del producto que evalúan su comportamiento en presencia de hidrógeno, tanto interno como externo.
Además, durante la fabricación, se implementan controles de calidad estrictos para evitar niveles de dureza excesivos que puedan comprometer la seguridad del producto por fallo por absorción de hidrógeno.
