acero_estructural__y_de_refuerzo_1
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El acero es una aleación de hierro ycarbono, donde el carbono no supera el2,1% en peso de la composición de laaleación, alcanzando normalmenteporcentajes entre el 0,2% y el 0,3%.Porcentajes mayores que el 2,0% decarbono dan lugar a las fundiciones,aleaciones que al ser quebradizas y nopoderse forjar a diferencia de los acero, semoldean.
El acero es el más popular de lasaleaciones, es la combinación entre unmetal (el hierro) y un metaloide (el carbono),que conserva las características metálicasdel primero, pero con propiedadesnotablemente mejoradas gracias a la adicióndel segundo y de otros elementos metálicosy no metálicos. De tal forma no se debeconfundir el hierro con el acero, dado que elhierro es un metal en estado puro al que sele mejoran sus propiedades físico-químicascon la adición de carbono y demáselementos.
Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación
Aunque la composición química decada fabricante de aceros es casisecreta, certificando a sus clientessolo la resistencia y dureza de losaceros que producen, sí se conocenlos compuestos agregados y susporcentajes admisibles.
Aluminio: se emplea como elementode aleación en los aceros denitruración, que suele tener 1%aproximadamente de aluminio. Comodesoxidante se suele emplearfrecuentemente en la fabricación demuchos aceros. Todos los acerosaleados en calidad contienen aluminioen porcentajes pequeñísimos,variables generalmente desde 0,001 a0,008%. También se utiliza comoelemento desoxidante.
Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación
Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,0015%) logra aumentar la capacidad deendurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado, pues se combina con elcarbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro y mejorando latemplabilidad. Es usado en aceros de baja aleación en aplicaciones como cuchillas de aradoy alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado también como trampa denitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de N menores a 80ppm.
Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. Elcobalto es un elemento poco habitual en los aceros. Se usa en los aceros rápidos paraherramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para acerosrefractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros.
Cromo: es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de acerosaleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, enlos inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde0,30% a 30%, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracciónde los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta laresistencia al desgaste, la inoxidabilidad (con concentraciones superiores al 12%), etc.Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad acualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceroscaracterísticas de inoxidables y refractarios; también se utiliza en revestimientosembellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes,etc.
Estaño: es el elemento que se utiliza para recubrir láminas muy delgadas de acero que
conforman la hojalata.
Manganeso: aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se
añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del
oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado líquido en
los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como
desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que se desprendan gases
que den lugar a porosidades perjudiciales en el material. Si los aceros no tuvieran
manganeso, no se podrían laminar ni forjar, porque el azufre que suele encontrarse en
mayor o menor cantidad en los aceros, formarían sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy
bajo punto de fusión (981 °C aproximadamente) que a las temperaturas de trabajo en
caliente (forja o laminación) funden, y al encontrarse contorneando los granos de acero
crean zonas de debilidad y las piezas y barras se abren en esas operaciones de
transformación. Los aceros ordinarios y los aceros aleados en los que el manganeso no es
elemento fundamental, suelen contener generalmente porcentajes de manganeso variables
de 0,30 a 0,80%.
Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de
endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos
contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.
Nitrógeno: se agrega a algunos aceros para promover la formación de austenita.
Níquel: una de las mayores ventajas que reporta el empleo del níquel, es evitar el crecimiento
del grano en los tratamientos térmicos, lo que sirve para producir en ellos gran tenacidad. El
níquel además hace descender los puntos críticos y por ello los tratamientos pueden hacerse
a temperaturas ligeramente más bajas que la que corresponde a los aceros ordinarios.
Experimentalmente se observa que con los aceros aleados con níquel se obtiene para una
misma dureza, un límite de elasticidad ligeramente más elevado y mayores alargamientos y
resistencias que con los aceros al carbono o de baja aleación. En la actualidad se ha
restringido mucho su empleo, pero sigue siendo un elemento de aleación indiscutible para los
aceros de construcción empleados en la fabricación de piezas para máquinas y motores de
gran responsabilidad, se destacan sobre todo en los aceros cromo-níquel y cromo-níquel-
molibdeno. El níquel es un elemento de extraordinaria importancia en la fabricación de aceros
inoxidables y resistentes a altas temperaturas, en los que además de cromo se emplean
porcentajes de níquel variables de 8 a 20%. Es el principal formador de austenita, que
aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho para producir acero
inoxidable, porque aumenta la resistencia a la corrosión.
Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimosglóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranquede viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante decorte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono avalores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad encaliente. Se añade a algunos aceros para mejorar mucho la maquinabilidad.
Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante.Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.
Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades delacero a alta temperatura.
Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejosestables y durísimos, soportando bien altas temperaturas. En porcentajes del 14 al 18 %,proporciona aceros rápidos con los que es posible triplicar la velocidad de corte de losaceros al carbono para herramientas.
Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro,que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en losaceros para herramientas.
Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado. Los porcentajes de cadauno de los aleantes que pueden configurar un tipo determinado de acero estánnormalizados.
Acero de refuerzo El acero de refuerzo es el que se
coloca para absorber y resistiresfuerzos provocados por cargas ycambios volumétricos por temperaturay para quedar ahogado dentro de lamasa de concreto, ya sea colado enobra o precolado. El acero de refuerzoes la varilla corrugada o lisa; ademásde los torones y cables utilizados parapretensados y postensados. Esposible, también reforzar el concretoahogando perfiles rolados tales comovigas I, H, etc. Otros elementosfabricados de acero se utilizan comorefuerzo del concreto: mallaselectrosoldadas y castillos y cadenaselectrosoldadas. Todos estoselementos son prefabricados.
DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS
Varilla corrugada de acero. Desde el
No. 3 (3/8”) al No. 12 (1 ½”). Esta ha
sido especialmente fabricada para
usarse como refuerzo en el concreto.
La superficie de la varilla está provista
de rebabas o salientes llamadas
corrugaciones, las cuales evitan el
movimiento relativo longitudinal entre
la varilla y el concreto que las rodea.
Alambrón. Varilla de acero que está
desprovista de rebabas o salientes o
si los tiene, no cumple con las
especificaciones de corrugación.
Malla electrosoldada. Es un elemento
fabricado con acero grado 60,
laminado en frío, corrugado o liso
electrosoldado. Se utiliza para reforzar
firmes de concreto y capas de
compresión en sistemas de losas
aligeradas de concreto. Tiene forma
cuadriculada. Sus características
físicas se presentan en la siguiente
tabla:
CARACTERÍSTICAS DE MALLA
ELECTROSOLDADA DE ACERO
DISEÑO CALIBRE DE ALAMBRE MALLA
DIÁMETROmm
ÁREAcm
ÁREA TRANSV.cm/m
66-1/4-1/4 6.35 0.32 2.08
66-44 5.72 0.26 1.69
66-66 4.88 0.19 1.23
66-88 4.11 0.13 0.18
66-1010 3.43 0.09 0.61
ESCALERILLA
Es un elemento fabricado con acero
grado 60, laminado en frio y
electrosoldado. Se utiliza para el
refuerzo horizontal de muros de
tabique rojo recocido, refractario o
block de cemento. Está formada por
dos alambres longitudinales lisos
calibre 10 (3.43 mm de diámetro) y
por alambres transversales lisos con
las mismas características que los
longitudinales espaciados a cada 25
cm. Todo el sistema está unido por
medio de soldadura eléctrica.
CARACTERISTICAS DE LA ESCALERILLA DE
ACERO
DISEÑO ANCHO MUROcm
SEPARACIONALAMBRE (cm)
10-2 10 9.0
12-2 12 10.5
15-2 15 13.0
Castillos y cadenas presoldados. Son
elementos fabricados con acero grado
60, laminado en frio, corrugado y
electrosoldado. Se utiliza para reforzar
castillos y cadenas de concreto. Están
formados por 2, 3 ó 4 alambres
longitudinales corrugados calibre 14 y
por alambres transversales
corrugados con las mismas
características que las longitudinales,
espaciados a cada 25 cm. Todo el
sistema está unido por soldadura
eléctrica.
CARACTERISTICAS DE CASTILLOS Y CADENAS
PREFABRICADOS DE ACERO
4 varillas
DISEÑO SECCION DE CONCRETO
cm
SECCION DE ARMADO
cm
ÁREA DE ACERO
Cm
15-10-415-15-415-20-415-25-415-30-4
15x1015x1515x2015x2515x30
10.2x5.110.2x10.210.2x15.310.2x20.310.2x25.4
1.2671.2671.2671.2671.267
12-12-412-20-412-25-412-30-4
12x1212x2012x2512x30
7.6x7.67.6x15.37.6x20.37.6x25.4
1.2671.2671.2671.267
3 varillas 10-10-312-12-315-15-312-20-315-20-3
10x1012x1215x1512x2015x20
5.1x5.17.6x7.6
10.2x10.27.6x15.310.2x15.3
0.9500.9500.9500.9500.950
2 varilla 12-215-2
1215
7.610.2
0.6340.634
CARACTERÍSTICAS Y REQUISITOS DE LAS
CORRUGACIONES PARA VARILLAS CORRUGADAS
* Deben estar distribuidas de manera uniforme en la varilla.
* Deben estar colocadas a 45° con respecto al eje longitudinal de la varilla.
* La distancia entre las corrugaciones no deben exceder del 70% del diámetro
nominal.
GRADO LÍMITE DE FLUENCIA MÁXIMANewtons/mm(kg/cm)
30 294 (3000)
42 412 (4200)
52 510 (5200)
Nota: información extraída de la norma mexicana NMX-C-407-ONNCCE relativa a las varillas corrugadas y listas de acero.
Clasificación del acero de refuerzo por su limite
de fluencia
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS VARILLAS CORRUGADAS PARA REFUERZO DE
CONCRETO
Dimensiones nominales Requisitos de corrugación
Número Peso kg/m Diámetro
(mm)
Diámetro
(pulg)
Área (mm²) Perímetro
(mm)
Espaciamien
to máximo
promedio
(mm)
Altura
mínima
promedio
(mm)
Distancia
máxima entre
extremos de
corrugaciones
transversales
(cuerda) (mm)
2.5 .388 7.9 5/16 49 24.8 5.6 .30 3.00
3 .560 9.5 3/8 71 29.8 6.7 .40 3.60
4 .994 12.7 ½ 127 39.9 8.9 .50 4.90
5 1.552 15.9 5/8 198 50 11.1 .70 6.10
6 2.235 19.1 ¾ 285 60 13.3 1.00 7.30
8 3.973 25.4 1 507 79.8 17.8 1.30 9.70
10 6.225 31.8 1 ¼ 794 99.9 22.3 1.60 12.20
12 8.938 38.1 1 ½ 1140 119.7 26.7 1.90 14.60
14 12.147 44.5 1 ¾ 1552 139.6 31.2 2.20 .50
16 15.890 50.8 2 2026 159.6 35.7 2.40 20.0
18 20.076 57.2 2 1/4 2565 179.5 40 2.60 22.50
REQUERIMIENTOS MECANICOS
* La respuesta a esfuerzos de tensión (prueba de tensión).
* La respuesta y el comportamiento del doblado (prueba de
doblado).
REQUISITOS DE TENSIÓN PARA VARILLASNúmero de
designaciónResistencia a la tensión mínima
en Mpa (kg/mm²
Esfuerzo de fluencia mínimo en
Mpa (kg/mm²
Alargamiento mínimo en 200
mm expresado en %
Grado 30
(1)
Grado 42 Grado 52
(2)
Grado 30
(1)
Grado 42 Grado 52
(2)
Grado 30
(1)
Grado 42 Grado 52
(2)
Todos 490 (50) 618 (63) 706 (72) 294 (30) 412 (42) 510 (52)
2.5 9
3 11 9
4,5 y 6 12 9
8 8
10 7
12 7 6
14,16 y
18
7 6
Nota 1. Las varillas grado 30 se suministran sólo en los números de designación 3 al 6 y sobrepedido
Nota 1. Las varillas grado 52 se suministran sólo en los números de designación 12 al 18 y sobrepedido
Fuente: Norma mexicana NMX-C-407 ONNCCE
RESPUESTA Y COMPORTAMIENTO AL DOBLADO (PRUEBA DE DOBLADO)
DIÁMETRO DEL MANDRIL PARA PRUEBAS DE DOBLADO
NÚMERO DE
DESIGNACIÓN
GRADO 30 GRADO 42 GRADO 52
2.5 3.5 d
3,4 y 5 3.5 d 3.5 d
6 5 d 5 veces d 5 veces d
8 5 veces d 5 veces d
10 7 veces d 7 veces d
12 8 veces d 8 veces d
14,16 y 18 8 veces d 9 veces d
Fuente: Norma mexicana NMX-C-407-ONNCCE
Nota 1. La probeta o pedazo de varilla debe doblarse alrededor del mandril (máquina dobladora de acero en barra, que para efecto de la prueba se apoya en un punto circular
rígido) sin que se agriete en la parte exterior de la zona doblada.
Nota 2. “d” es el diámetro de la varilla utilizada.
Nota 3. Las probetas de varilla con números de designación del 2.5 al 12 deben doblarse alrededor de un mandril a 180° y las del número 14 al 18 en un mandril a 90°
RECOMENDACIONES GENERALES EN EL MANEJO DE ACERO
DE REFUERZO
El acero de refuerzo debe estar libre de oxidación, sin grasa, quiebres, escamas,deformaciones e imperfecciones que afecten su uso.
La presencia de escamas u oxidación superficial no será causa de rechazo sólo si estasdesaparecen al limpiar manualmente con un cepillo de alambre además de que la varillacepillada cumpla con la características de dimensión (sobre todo del área transversal) ylos requerimientos mecánicos especificados. Es aceptable la superficie áspera que seforma durante la oxidación ya que no impedirá la buena y eficiente adherencia entre elacero y el concreto.
Para una completa y adecuada designación o referenciación del acero de refuerzo alsolicitar el acero de refuerzo se debe señalar los siguientes datos:
Cantidad expresada en kilogramos (kg), toneladas (ton), o metros (m).
Número o nombre de la norma a la cual haya que apegarse.
Número de varilla.
Características de la superficie de contacto (corrugada o lisa).
Grado.
Presentación (rollo, barra recta o doblada).
Para una completa y adecuada designación referenciación al solicita el alambrón debenseñalarse los siguientes datos:
Cantidad expresada en kilogramos (kg).
Número de designación.
Presentación (tramos rectos o rollo).
Los embarques, pedidos o remisiones de acero de refuerzo que se reciban en obra seestibarán de tal manera que se aisle el material de la humedad excesiva para evitardeformaciones; además de considerarlos como lotes independientes entre si cuidandono revolver un lote con otro, cuya calidad haya sido verificada o aprobada.
Del material estibado se tomarán las muestras para las pruebas y en caso de que losresultados no sean satisfactorios o no cumplan con las normas de calidad establecidas,el material del lote completo será rechazado (ASTM-A-700).
El acero de refuerzo debe estibarse y almacenarse por diámetros y grados en un lugarlimpio, libre de contaminación y sobre alguna base para protegerlo contra la oxidación ocualquier otra afectación.
Si por alguna circunstancia el acero de refuerzo que ha permanecido un tiempoconsiderable (o no se tiene certeza de su procedencia) se encuentra oxidado odeteriorado, se deben realizar una vez más, las pruebas de laboratorio necesarias paradeterminar si el acero es apto para utilizarse o no.
Cuando las pruebas determinen que el grado de oxidación superficial no es tan grave, elretiro del polvo del óxido podrá hacerse mediante el uso de cepillo de alambre.
Los procedimientos anteriores se aplicarán para retirar de la superficie del acero derefuerzo residuos de lechada, cemento, concreto o pintura antes de colar.
Debe evitarse el contacto de sustancias grasosas con la superficie de las varillas. Siesto sucediese se limpiarán con solventes que no dejen residuos grasos.
El acero de refuerzo no se debe doblar o enderezar de ninguna manera que puedadañarlo.
En aquellos casos en que sea necesario aplicar calor para doblar las varillas, latemperatura no debe ser mayor a 530° C y se debe dejar enfriar lentamente sininmersión, mediante la pérdida de calor por contacto con el medio ambiente. Estapráctica será válida si se realiza en el taller, donde se puede verificar y controlar latemperatura de doblado.
Los dobleces en obra deben hacerse en frío.
Si las varillas se encuentran parcialmente inmersas o ahogadas en el concreto, latemperatura de calentamiento debe estar entre los 315 ° C y 400 ° C.
De acuerdo a sanas prácticas de construcción, no se permite reenderezar ydesdoblar varillas, ya sea por corrección de armado o para su reutilización.
Las varillas se deben colocar y
amarrar en los lugares indicados en
los planos. Es importante verificar el
alineamiento y colocación del acero
antes de vaciar el concreto. Antes y
durante el colado se debe evitar que
las varillas se muevan de su posición
especificada, mediante amarres,
separadores, calzas, etc.
El acero de refuerzo debe calzarse
una vez colocado y armado para
lograr el recubrimiento especificado.
Se puede hacer con calzas
prefabricadas de plástico o con calzas
elaboradas de concreto o silletas de
varilla.
RECOMENDACIONES Y REQUISITOS PARA EL HABILITADO Y
ARMADO DE TRASLAPES Y JUNTAS
Todas las uniones de varillas se harán mediante traslapes con un empalme de 40
veces el diámetro de la varilla que se empalma, excepto cuando se determine otra
especificación diferente.
Los traslapes no deben coincidir con secciones de máximo esfuerzo. Amenos que se
tomen las acciones necesarias avaladas por el proyectista, como aumentar la longitud
del traslape o especificar un refuerzo adicional a base de estribos alrededor y a lo
largo de la longitud empalmada.
La ubicación del traslape es donde el esfuerzo de tensión sea menor. Ese lugar no
debe excederse de 1/5 de claro desde los apoyos principales en los elementos
estructurales.
Es aceptable el traslape y amarre entre si de las varillas desde en No, 2.5 al No, 10.
Los traslapes no podrán hacerse entre varillas de diferente diámetro.
Si se requiere dar continuidad a varillas mayores del No. 10 no es aceptable el
traslape. En este caso es recomendable la conexión por medio de soldadura.
Evitar traslapar o soldar más del 33% del acero de refuerzo en una misma sección.
“EN EL CASO DE PRETENDER CARACTERIZAR LA EDAD EN LA QUE VIVIMOSPOR UN SOLO TIPO DE MATERIAL, EL MATERIAL SELECCIONADO SERIA SINDUDA ALGUNA EL ACERO ESTRUCTURAL”
ING. OSCAR DE BUEN LÓPEZ DE HEREDIA
INICIO DEL USO DEL ACERO EN LA CONSTRUCCION
REVOLUCION INDUSTRIALARQUITECTURA EUROPEA EN ACERO DEL SIGLO XIX
PRIMER PUENTE DE HIERRO FUNDIDO DEL RIO SEVERN, INGLATERRA
ANTECEDENTE HISTORICO EL USO DEL ACERO EN
EL MUNDO SEREMONTA A MEDIADOSDEL SIGLO XIX, CUANDOBESSEMER DESARROLLOEN 1856 EL PROCESO DEFABRICACION QUELLEVA SU NOMBRE,UTILIZANDO UNHORNO ESPECIALLLAMADOCONVERTIDOR
ESTRUCTURA DE ACERO REMACHADA
EDIFICIOS DE ACERO EN MEXICO PALACIO DE HIERRO
MUSEO DEL CHOPO
PALACIO BELLAS ARTES
MONUMENTO DE LA REVOLUCION
EDIFICIO DE CORREOS
PROHIBICION DE EL USO DE HIERRO
A PRINCIPIOS DEL SIGLO XX SE PROHIBIÓ EL USODEL HIERRO EN LA CONSTRUCCION Y SÓLO ENLOS NUEVOS REGLAMENTOS Y CÓDIGOS DECONSTRUCCIÓN DEL MUNDO SE PERMITÍA ELUSO DEL ACERO.
PERFILES ESTRUCTURALES
Ventajas y desventajas del acero estructural como material de construcción
En nuestro país, los materiales más utilizados en la industria de la construcción
para edificios de mediana altura, son el concreto reforzado, el acero estructural, la
mampostería y rara vez la madera. El orden en que se han indicado corresponde a
la preferencia que guarda cada uno de ellos en la construcción de estructuras para
edificios de tipo urbano. En los últimos años, el concreto reforzado a nivel mundial
es cada vez más competitivo, en Japón, Europa y Estados Unidos de América, se
están construyendo actualmente muchos edificios con estructura de concreto con
resistencia hasta de 800 kg/cm², mientras que en México, la resistencia máxima del
concreto en construcción urbana es de 300 kg/cm².
Aunque en México el desarrollo y la tecnología del concreto no son compatibles con
los de los países altamente desarrollados, este material ha evolucionado con mayor
rapidez que el acero debido al mejoramiento de su calidad al uso de aditivos que
permiten manejar mejor las mezclas secas en obra y aceleran el proceso
constructivo, a las técnicas de cimbrado, colado curado y pretensado que suprimen
la obra falsa; estos elementos prefabricados son aplicables principalmente en los
puentes de grandes claros.
Por su parte, la calidad del acero haevolucionado en incrementosrelativamente pequeños, encomparación con las resistencias delconcreto. El acero estructural de batallahasta 1990 es el NOM-B-254 (ASTM-A36), ya que actualmente se estánconstruyendo numerosas estructurascon acero ASTM-A572, inclusive conacero A-65. El primer acero utilizadoen México para fines estructurales fueel ASTM-A7. Este tipo de acero seutilizó profusamente en la construcciónremachada, que fue el primer tipo deconstrucción en nuestro país;posteriormente, después de la segundaguerra mundial cuando se desarrolló lasoldadura, el acero A-7 fue sustituidopor el ASTM-A36, debido a que teníaproblemas de soldabilidad por su altocontenido de carbono.
Ventajas
El acero estructural, a pesar de su elevado costo, es el material ideal para laconstrucción, especialmente para estructuras ubicadas en zonas sísmicas, por lasventajas que a continuación se indican:
Mayor relación de resistencia y rigidez por unidad de volumen.- Estacaracterística lo convierte en un material conveniente en edificaciones ubicadas enzonas sísmicas y en suelos de baja capacidad de carga, la disminución de peso esigual a la reducción de costos en la cimentación y obras en las que el peso propiode la estructura es un porcentaje importante de la construcción.
Material homogéneo.- El acero es un material homogéneo que tiene magníficaspropiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad, capacidad para absorber energíay alta resistencia a la fatiga. De acuerdo con su alta resistencia, dentro de ciertoslímites, el acero se comporta de manera satisfactoria cuando está sometido adiversos tipos de esfuerzos (tensión, compresión, flexión, flexocompresión, torsión,etc.). Estas propiedades le dan mayores niveles de seguridad a una estructura,sobre todo, cuando está sujeta a esfuerzos causados por cargas accidentales,principalmente sismo o viento, ya que estas fuerzas pueden ocasionar inversionesde esfuerzos.
Uniformidad en las propiedades mecánicas y físicas con respecto al tiempo.-
Las propiedades mecánicas y físicas del acero estructural se conservan a lo largo
del tiempo. Es por excelencia el material estructural que mejor corresponde a las
teorías y diseño y su confiabilidad por este concepto, es superior a los de cualquier
otro material.
Manejabilidad de los componentes de la estructura en taller y campo.- Las
piezas fabricadas en taller tienen dimensiones correspondientes a las permisibles
transportables en México y representan tramos completos de pisos, las cuales
pueden moverse en campo con equipo de montaje convencional.
Facilidad de transporte.- La estructura de acero se puede instalar en sitios muy
accidentados o lugares con muchos obstáculos.
Ligereza.- Esta ventaja de la estructura de acero hace no solo que su transporte
sea fácil, sino que reduce los costos por este concepto.
Ductilidad.- La ductilidad del acero es una característica que indica que este
material es susceptible de deformarse grandemente antes de fracturarse y es muy
importante sobre todo, en estructuras construidas en zonas de alto riesgo sísmico,
donde el comportamiento de los edificios dependerá en buena medida de esta
propiedad. La ductilidad desde el punto de vista práctico hace que el colapso de
una estructura (si lo hubiera) se anuncie por la deformación previa a este y no
sobreviene repentinamente, lo cual puede acontecer con otros materiales que
tienen poca ductilidad o son frágiles. Esta ductilidad inherente o capacidad para
soportar sobrecargas repentinamente sin que se produzcan fallas de tipo frágil,
permite a las estructuras de acero soportar cargas verticales máximas y laterales
bajo grandes deformaciones durante la ocurrencia de sismos de gran intensidad. La
ductilidad de las conexiones de sistemas estructurales rígidos y semirrígidos a base
de marcos continuos hace que la estructura de acero sea la principal propiedad del
acero durante su comportamiento en zonas sísmicas, debe conservarse durante el
proceso de construcción con objeto de evitar fallas de tipo frágil.
Fatiga.- Su alta resistencia a la fatiga permite soportar muchos ciclos de carga y
descarga, o bien, de tensión y compresión antes de que sobrevenga la ruptura.
Esta propiedad también es de mucha importancia, especialmente en casos de
condiciones de esfuerzo que aunque por su intensidad no necesariamente son
grandes, su repetibilidad en sismos de duración considerable constituye un estado
incipiente de falla.
Gran capacidad de absorción de energía.- Su gran capacidad para absorber
energía, es especialmente útil para evaluar la resistencia a choques o impactos que
lógicamente tienen lugar a sismos de gran intensidad. Recordemos que muchos
edificios que presentaron daños estructurales durante los sismos de 1985 fue
debido al golpeteo de edificios adyacentes.
Menor peso y por consiguiente economía en la cimentación.- La estructura
metálica pesa considerablemente menos que una estructura de concreto para la
misma geometría y cargas. El consumo de acero estructural por metro cuadrado en
edificios diseñados después de los sismos de 1985, indica que para un diseño
adecuado dicho consumo es del orden de 80 kg/m².
Alta relación resistencia/peso del acero en edificios altos y estructuras degrandes claros.- Una construcción en acero demanda una cimentación menoscara que una de concreto. Esta ventaja se traduce en un menor peso de laestructura, con lo cual se reduce notablemente el costo de la cimentación y puedesignificar un ahorro importante en determinados tipos de suelos, ya que un edificiourbano solucionado en acero, es mucho menos pesado 500 kg/m², que uno deconcreto reforzado 1000 kg/m².
Comportamiento sísmico satisfactorio en México.- Hasta 1994 la historia, laexperiencia sísmica en diversas partes del mundo de gran actividad sísmica y unbuen número de estudios realizados sobre el comportamiento sísmico deestructuras de acero y concreto, demuestran que los edificios de acero hanresistido satisfactoriamente sismos intensos, y su comportamiento ha sido mejor encomparación con el de otros materiales de construcción como el concretoreforzado, además de evitar grandes pérdidas económicas en las edificaciones ysobre todo la protección de vidas humanas. En los sismos de Septiembre de 1985,5 edificios de acero colapsaron, trescientos cincuenta inmuebles de concreto sedesplomaron.
Fuerzas sísmicas proporcionalmente menores.- Las fuerzas que actúan en la
estructura de un edificio se determinan multiplicando la masa de este por su
aceleración de respuesta, por lo que se desprende, que mientras más pequeña sea
la masa del inmueble (carga muerta), menor será la vulnerabilidad al daño por
sismos. El acero es apropiado para reducir la carga muerta gracias a su elevada
resistencia se puede aumentar el número de pisos con un incremento relativamente
pequeño de la carga muerta.
Gran eficiencia constructiva.- La construcción en acero se basa en procesos
constructivos simples y modernos, utilizando técnicas industriales que no requieren
de equipos sofisticados, lo que la hace eficiente. En general, el trabajo de
construcción de una obra resuelta con acero debe representar un porcentaje
importante de los procesos que se llevan a cabo en el taller de fabricación de
estructuras, quedando pendiente un porcentaje mínimo de trabajo para el proceso
de montaje.
Mayor espacio útil.- A partir del diseño arquitectónico, la modulación y
estructuración con base en estructura metálica permite manejar elementos
estructurales de mayores claros y dimensiones menores, libres de columnas,
logrando un espacio interior más aprovechable en las plantas de un edificio (área
rentable mayor). Lo anterior le proporciona al propietario mayor flexibilidad en la
utilización de áreas comerciales o para oficinas.
Métodos de reestructuración rápidos en estructuras dañadas por sismo.-
Inmediatamente después de que ocurre un sismo de gran magnitud, es necesario
evaluar la magnitud de los daños en las edificaciones. La inspección de la zona de
mayor afectación permite determinar los inmuebles con daños menores, mayores o
severos. El acero se emplea en el refuerzo de estructuras dañadas por sismo en
varias modalidades: apuntalamiento vertical y lateral, contraventeos a base de
perfiles tubulares circulares y cuadrados, encamisado de columnas de concreto
reforzado mediante ángulos y soleras, etc. El uso de diagonales de contraventeo en
las crujías de estructuras de edificios dañados por sismo, aumenta la rigidez y
resistencia contra las fuerzas accidentales inducidas durante un sismo intenso.
Limpieza en obra.- Los elementos componentes de la estructura de acero se
envían del taller al lugar de la obra totalmente prefabricados e identificables en
posición, de acuerdo con los planos de montaje, de manera que el trabajo
pendiente en el montaje es sencillo, y no requiere es uso de equipos sofisticados
que ocasione desperdicio de material reduciéndose a las operaciones de atornillado
o soldadura, con un equipo manual portátil.
Prefabricación.- La prefabricación es sin lugar a dudas, una de las principales
ventajas constructivas de la estructura de acero, debido a que obliga a elaborar
planos de detalle de cada uno de los miembros componentes de una estructura de
acero, facilitando el control de calidad de la misma, la cual permite también tener
información precisa del peso, y por tanto del costo total de la obra, inclusive antes
de fabricar la estructura. Esta ventaja, reduce considerablemente las errores
inherentes a la gran cantidad de trabajo en obra que tiene el concreto y hace
posible que se combinen varias actividades en el programa general de una obra,
propiciando que la fabricación de la estructura se haga simultáneamente a la
construcción de la cimentación, lo que representa un ahorro importante de tiempo.
Dimensiones menores de los miembros estructurales de acero respecto a lassecciones de concreto.- La gran resistencia de los aceros estructurales ASTMA50, A65 y ASTM A572 en perfiles laminados, utilizados como miembrosestructurales principales; vigas y columnas, permite obtener escuadrías menores,tanto en peraltes como en dimensiones generales. Puede decirse que lasdimensiones de los elementos estructurales de acero son en términos generales un40% menores que los correspondientes de concreto. Esto posibilita el uso máseficiente del espacio disponible y obstruye menos la visibilidad.
Flexibilidad del proyecto arquitectónico.- El proyecto arquitectónico permitemodular grandes claros, vigas en cantiliver, muros oblicuos, aberturas en pisos,espacios a doble o grandes alturas, características estéticas especiales dentro deciertos límites.
Recuperación de la estructura.- La estructura de acero es recuperable. Cuandopor diversas razones, se deba hacer alguna remodelación, ampliación o cambio deuso en un edificio de acero, la estructura metálica está intacta correspondiendoexactamente al diseño estructural y construcción original, de manera que esta sepuede reutilizar, caso distinto al de un edificio con estructura de concreto, que aldemolerlo, únicamente se recupera el acero de refuerzo.
Facilidad de ampliación o modificación de la estructura.- El acero estructural deacuerdo a sus propiedades intrínsecas, es un material que puede doblarse, cortarse,calentarse, dentro de ciertos límites, sin que se modifiquen sus características. Lacomposición química y propiedades mecánicas (esfuerzo de fluencia y de ruptura) seestablecen para cada tipo de acero y se han determinado en función de los diversosprocesos a los que se someterá al acero durante la fabricación de estructuras.
Cuando por diversas razones, deba ampliarse una construcción, o una obra nueva, locual implique modificaciones en la estructura, tanto en los acabados interiores comoen la fachada, la estructura de acero permite con cierta facilidad hacer lasmodificaciones, sin los problemas y gastos de demolición que ocasionan lasconstrucciones de concreto.
Rapidez constructiva.- La rapidez en la construcción probablemente sea otra de lasventajas importantes de la estructura de acero, ya que mientras en el lugar de la obrase está fabricando la cimentación, al mismo tiempo en el taller se fabrica laestructura, quedando pendiente únicamente el montaje. Tomando en cuenta loanterior y con una adecuada planeación y programa de trabajo se reduce el tiempode ejecución de una obra en acero, por la superposición de actividadesprincipalmente en la cimentación y fabricación de la estructura de acero en taller.
Gran rapidez en la etapa de montaje.- Partiendo del hecho de que la estructura es
absolutamente prefabricada, está compuesta por miembros o elementos
estructurales totalmente prefabricados, el montaje, contando con equipo adecuado,
puede efectuarse en un tiempo menor al requerido por otros convencionales.
Áreas rentables mayores.- La modulación económica de la estructura de acero
para edificios de tipo urbano o industriales, se basa en grandes claros, lo que
representa menor número de columnas y entre-ejes, con lo que este
aprovechamiento de espacio se traduce en incremento de área rentable mayor, de
esta manera el acero permite modular mayores espacios libres interiores,
ofreciendo por otro lado, libertad para la distribución de los muros divisorios de
tablaroca, tabimax, tabique multiperforado o similares.
Inversión más rápidamente redituable.- La estructura de acero se construye en
un tiempo más reducido que su correspondiente de concreto, garantizando que la
ocupación del edificio sea en menos tiempo, generando de esta manera ingresos
importantes que el propietario o inversionista no obtendría con la construcción a
base de otros materiales.
Menor costo de materiales complementarios y acabados.- La modulación de la
estructura de acero proporciona una economía interesante en los revestimientos y
materiales complementarios de fachada, que son empleados de manera
estandarizada, con un espesor mínimo y no para cubrir las imperfecciones de una
obra.
La estructura de acero es compatible con una gran variedad de materiales
complementarios.- En México existe una gran variedad de materiales
complementarios, tanto de procedencia nacional como extranjera, compatibles,
adaptables a cualquier tipo de construcción en acero. La experiencia en la
construcción en la Cd. de México de más de 150 edificios urbanos metálicos
demuestra que con los materiales complementarios disponibles es posible obtener
soluciones económicas y estéticas para los edificios modernos, y es indudable que,
a medida que el acero se utilice cada vez más, los fabricantes crearán nuevos
materiales complementario para la construcción en acero.
Gran resistencia a condiciones severas de servicio.- L a estructura de acero es
conveniente en aquellas construcciones que deban soportar grandes impactos,
cargas dinámicas, empujes y otras solicitaciones como oleaje y presiones de toda
índole. La estructura de acero muestra un comportamiento estable aún cuando está
sometida a ciclos repetidos de carga en el intervalo inelástico.
Facilidad para apoyar maquinaria.- Con relativa facilidad se puede suspender de
la estructura de acero, equipo móvil necesario para las funciones que se requieran
en un edificio, de tipo industrial.
Mayor disponibilidad de aceros estructurales.- A raíz de la apertura comercial,
como consecuencia del tratado de libre comercio entre México; Estados Unidos de
América y Canadá, existe en el mercado mexicano una variedad más completa de
acero estructural en perfiles laminados, tanto en dimensiones mayores y calidades.
Prácticamente todos los perfiles que se indican en los manuales de construcción en
acero del American Institute of Steel Construction se consiguen actualmente con
relativa facilidad.
Reciclaje del acero.- La mayor parte del acero disponible en el mercado ha sido
reciclado y prácticamente todo el acero obtenido de demoliciones de estructuras es
reutilizable en un 100%.
Ingeniería estructural, sísmica y mecánica de suelos de vanguardia.- La
ingeniería estructural, sísmica y mecánica de suelos mexicana ha alcanzado en los
últimos años un reconocimiento internacional por las valiosas contribuciones y
aportaciones de especialistas mexicanos, derivadas de la investigación, la práctica
profesional e innovaciones y experiencias tras los sismos de 1985. Sin embargo, la
ingeniería estructural no sólo en México sino en varios países latinoamericanos
como Venezuela, Chile, se limitaba a copiar los sistemas estructurales y técnicas de
diseño de los países desarrollados, principalmente de los Estados Unidos de
América, cuyas condiciones y características sísmicas son distintas a las de nuestro
país. Actualmente la ingeniería estructural mexicana ha desarrollado tecnologías
extraordinarias propias, adecuadas a las condiciones sísmicas que prevalecen en
nuestro país.
Todas estas ventajas hacen muy conveniente al acero en construcciones
sismoresistentes.
No se trata de afirmar que el acero es el material ideal para la construcción, ya que
cada proyecto requiere un cuidadoso estudio económico para determinar la
solución definitiva del tipo de estructura que se utilizará sino demostrar que las
propiedades y ventajas del acero pueden ser favorables para la construcción de
estructuras ubicadas en zonas de alta sismicidad, en las que se debe aprovechar al
máximo las características de los materiales para reducir su respuesta sísmica ante
temblores fuertes.
DESVENTAJAS El acero estructural en México es caro.- Quizá la principal razón que mencionan
los diseñadores estructurales, consultores, constructores y fabricantes para explicar
el uso todavía limitado de la estructura de acero en la construcción de edificios, en
comparación con las estructuras de concreto, sea su elevado costo. Esta razón
mantiene en nuestro medio a pesar de que la estructura de concreto está más
castigada por los reglamentos actuales de construcción. El acero estructural por
definición es el material básico de la estructura metálica, la que a su vez, requiere el
uso de otros materiales o insumos complementarios como la soldadura, tornillería,
lámina acanalada para sistemas de pisos compuestos, pernos, conectores, pintura,
por lo que el incremento de los costos del acero hace necesaria la optimización de
dicho material en cada una de las etapas del proceso constructivo de una obra en
acero. Por otro lado, la experiencia en construcción en México de edificios de acero
y de concreto urbanos, ha demostrado que el costo del esqueleto estructural de una
edificación, sea de acero o de concreto, es pocas veces significativo.
Temperatura.- El siguiente enemigo del acero es la temperatura. En un incendio serio,el acero pierde sus propiedades mecánicas a una temperatura del orden de 600 °centígrados, y a partir de ese momento tiene un comportamiento plástico. Es decir, sedeforma sin incrementar los esfuerzos a que está sometido. La experiencia hademostrado que la protección de estructuras de acero contra fuego es cara y enocasiones puede representar hasta un 5% del costo de fabricación de la estructura. Noobstante lo anterior, el diseño y la protección contra los incendios debe ser unaexigencia de los reglamentos de construcción de todos los países del mundo y debeaplicarse de manera indistinta a edificios metálicos o de concreto.
Corrosión.- La otra desventaja importante del acero es su susceptibilidad a lacorrosión. Afortunadamente en estructuras de edificios de tipo urbano este problema notiene importancia, debido a que los elementos estructurales están recubiertos y porconsiguiente protegidos.
Vibración.- Se dice que las estructuras de acero vibran demasiado. En lo que se refierea la mayor sensibilidad de las personas a las vibraciones y oscilaciones de lasestructuras metálicas, este aspecto es parte de un buen diseño, ya que además desatisfacerse las condiciones de seguridad, se necesita cumplir con requisitos deservicio, funcionamiento y confort con base en los reglamentos.
Flexibilidad.- La mayor parte de los estructuristas y diseñadores opinan que unedificio de aceros se deforma más que uno de concreto. Lo anterior se debe a que,la gran resistencia que tiene el acero a su favor, en ocasiones se convierte endesventaja debido a que con este material se logran estructuras más ligeras y porconsecuencia más flexibles, capaces de evitar en algunos casos, fallas o dañosestructurales bajo sismos de gran intensidad. Las limitaciones las deformacioneshorizontales de una estructura tienen varios objetivos: evitar daños en elementos noestructurales, muros, fachadas y desde luego prevenir el fenómeno de golpeteo.Este aspecto es básicamente de diseño y se resuelve eligiendo el sistemaestructural adecuado al tipo de suelo, zona sísmica y características de laestructura. En este sentido, es fácil y posible proyectar una estructura de acero máso menos, o igualmente deformable que su contraparte en concreto reforzado.
Esbeltez de las secciones.- La esbeltez de las secciones de los miembrosestructurales de acero dentro de ciertos límites ocasiona susceptibilidad aproblemas de pandeo y ocurrencia de otros fenómenos de inestabilidad. Elproblema del diseño en acero, son las dimensiones relativamente pequeñas de losmiembros estructurales, en comparación con los grandes claros y alturas queimpone un proyecto arquitectónico, de acuerdo con las necesidades y uso deledificio.
Mayor calidad de supervisión.- La supervisión de una estructura de acero se
inicia desde el diseño de la misma, la concepción estructural permitirá determinar el
grado de dificultad que habrá en las etapas de fabricación y montaje. La supervisión
tiene mucha importancia durante el proceso de fabricación, desde la recepción de
la materia prima (placa, perfiles comerciales y estructurales, perfiles formados en
frio, etc.), corte, enderezado, punzonado, armado, atornillado, soldadura, pintura,
almacén, embarque, etc., pues la mayor parte del trabajo de una obra de acero se
efectúa en el taller de fabricación, quedando un porcentaje pequeño de trabajo para
la etapa de montaje.
Plazos de entrega demasiado largos.- El abastecimiento del acero por parte de
las empresas productoras y distribuidoras de acero estructural es en ocasiones
insuficiente y con atrasos, por lo que con mucha frecuencia las estructuras se
deben rediseñar para cambiar los perfiles, que en principio el diseñador consideró
como disponibles, y que no son comerciales en el mercado. Lo anterior ocasiona
pérdidas de tiempo importantes y a veces soluciones caras.
Fabricación precisa.- La fabricación de una estructura metálica, se efectúa bajo
normas de calidad más rigurosas que las correspondientes a una estructura de
concreto reforzado. Una vez que la estructura de acero se fabrica, esta ya no se
debe añadir, cortar o cambiar de posición los miembros estructurales, puesto que
cada pieza tiene una marca correspondiente a un lugar específico del esqueleto
resistente, de acuerdo con los planos de taller y montaje. Esta desventaja es muy
importante, debido a que en nuestro medio es muy frecuente modificar el proyecto
arquitectónico por parte de los propietarios o arquitectos (cambios de entre-ejes,
reducción de columnas, espacios a doble altura, uso de cargas mayores que las
originales, etc.), lo cual obliga a modificar en ocasiones las dimensiones de la
estructura, la cual se encuentra inclusive en proceso de fabricación. En este
sentido, se propone mayor exigencia a los arquitectos durante el desarrollo del
proyecto, pues la estructura de acero como se mencionó se construye con mayor
precisión que la de concreto reforzado.
A pesar de los sismos que ocurrieron en la Cd. de México en 1985 y sus dramáticas
lecciones, el concreto en nuestro país sigue siendo el material más usado en la
construcción por las razones siguientes:
a) ECONOMÍA
b) MANO DE OBRA MÁS BARATA
c) DISPONIBILIDAD DE PERFILES ESTRUCTURALES
d) EDUCACIÓN
e) TALLERES DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
f) NUEVOS PERFILES PARA LA CONSTRUCCIÓN
