El acero es una aleació ción de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% ,1% en peso de la co comp mpos osic ició iónn de la aleación, alcanzando normalmente porce cenntajes entre tre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores res que el 2,0% ,0% de carbono dan lug ugaar a las fundicio ciones, alea aleaci cion ones es qu quee al se serr qu queb ebra radi diza zass y no poderse forjar a diferencia de los acero, se moldean. El acero es el más popular de las alea aleaci cion ones es,, es la co comb mbin inac ació iónn en entrtree un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y demás elementos.
El acero es una aleació ción de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% ,1% en peso de la co comp mpos osic ició iónn de la aleación, alcanzando normalmente porce cenntajes entre tre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores res que el 2,0% ,0% de carbono dan lug ugaar a las fundicio ciones, alea aleaci cion ones es qu quee al se serr qu queb ebra radi diza zass y no poderse forjar a diferencia de los acero, se moldean. El acero es el más popular de las alea aleaci cion ones es,, es la co comb mbin inac ació iónn en entrtree un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas mejoradas gracias a la adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De tal forma no se debe confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y demás elementos.
Elementos aleantes aleantes del acero y mejoras obtenidas obtenidas con la aleación
Aunque Aunq ue la co compo mposi sici ción ón qu quím ímica ica de cada ca da fabr fabric ican ante te de ac acer eros os es ca casi si secr se cret eta, a, ce certrtifific ican ando do a sus clie client ntes es solo la resistencia y dureza de los aceros que producen, sí se conocen los compuesto stos agreg regados y sus porcentajes admisibles. Aluminio: se emplea como elemento de aleación en los aceros de nitruración, que suele tener 1% aproximadamente de aluminio. Como desoxidante se suele emplear frecuentemente en la fabricación de much mu chos os ac acer eros os.. Tod odos os los los ac acer eros os aleados en calidad contienen aluminio en porcentajes pequeñísimos, variables generalmente desde 0,001 a 0,00 0,008% 8%.. Tam ambi bién én se util utiliz izaa co como mo elemento 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 de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro y mejorando la templabilidad. Es usado en aceros de baja aleación en aplicaciones como cuchillas de arado y alambres de alta ductilidad y dureza superficial. Utilizado también como trampa de nitrógeno, especialmente en aceros para trefilación, para obtener valores de N menores a 80 ppm. Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la dureza en caliente. El cobalto es un elemento poco habitual en los aceros. Se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta en caliente. Se utiliza para aceros refractarios. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros. Cromo: es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,30% a 30%, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad (con concentraciones superiores al 12%), etc. Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios; también se utiliza en revestimientos embellecedores 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-níquelmolibdeno. 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 pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.) ya que el plomo es un buen lubricante de corte, el porcentaje oscila entre 0,15% y 0,30% debiendo limitarse el contenido de carbono a valores inferiores al 0,5% debido a que dificulta el templado y disminuye la tenacidad en caliente. 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 del acero a alta temperatura. Tungsteno: también conocido como wolframio. Forma con el hierro carburos muy complejos estables 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 los aceros 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 los aceros para herramientas. Zinc: es elemento clave para producir chapa de acero galvanizado. Los porcentajes de cada uno de los aleantes que pueden configurar un tipo determinado de acero están normalizados.
Acero de refuerzo
El acero de refuerzo es el que se coloca para absorber y resistir esfuerzos provocados por cargas y cambios volumétricos por temperatura y para quedar ahogado dentro de la masa de concreto, ya sea colado en obra o precolado. El acero de refuerzo es la varilla corrugada o lisa; además de los torones y cables utilizados para pretensados y postensados. Es posible, también reforzar el concreto ahogando perfiles rolados tales como vigas I, H, etc. Otros elementos fabricados de acero se utilizan como refuerzo del concreto: mallas electrosoldadas y castillos y cadenas electrosoldadas. Todos estos elementos 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
66-1/4-1/4
DIÁMETRO mm 6.35
ÁREA cm 0.32
ÁREA TRANSV. cm/m 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 10-2 12-2 15-2
ANCHO MURO cm 10 12 15
SEPARACION ALAMBRE (cm) 9.0 10.5 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 DISEÑO
SECCION DE CONCRETO cm
SECCION DE ARMADO cm
ÁREA DE ACERO Cm
15-10-4 15-15-4 15-20-4 15-25-4 15-30-4
15x10 15x15 15x20 15x25 15x30
10.2x5.1 10.2x10.2 10.2x15.3 10.2x20.3 10.2x25.4
1.267 1.267 1.267 1.267 1.267
12-12-4 12-20-4 12-25-4 12-30-4
12x12 12x20 12x25 12x30
7.6x7.6 7.6x15.3 7.6x20.3 7.6x25.4
1.267 1.267 1.267 1.267
3 varillas
10-10-3 12-12-3 15-15-3 12-20-3 15-20-3
10x10 12x12 15x15 12x20 15x20
5.1x5.1 7.6x7.6 10.2x10.2 7.6x15.3 10.2x15.3
0.950 0.950 0.950 0.950 0.950
2 varilla
12-2 15-2
12 15
7.6 10.2
0.634 0.634
4 varillas
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.
Clasificación del acero de refuerzo por su limite de fluencia GRADO 30 42 52
LÍMITE DE FLUENCIA MÁXIMA Newtons/mm(kg/cm) 294 (3000) 412 (4200) 510 (5200)
Nota: información extraída de la norma mexicana NMX-C-407-ONNCCE relativa a las varillas corrugadas y listas de acero.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS VARILLAS CORRUGADAS PARA REFUERZO DE CONCRETO Dimensiones nominales
Requisitos de corrugación
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
1¼
794
99.9
22.3
1.60
12.20
12
8.938
38.1
1½
1140
119.7
26.7
1.90
14.60
14
12.147
44.5
1¾
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
Número
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 VARILLAS Número de designación
Todos
Resistencia a la tensión mínima en Mpa (kg/mm²
Esfuerzo de fluencia mínimo en Mpa (kg/mm²
Grado 30 (1)
Grado 42
Grado 52 (2)
Grado 30 (1)
Grado 42
Grado 52 (2)
490 (50)
618 (63)
706 (72)
294 (30)
412 (42)
510 (52)
Alargamiento mínimo en 200 mm expresado en % Grado 30 (1)
2.5
Grado 42
Grado 52 (2)
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
2.5
GRADO 42
GRADO 52
3.5 d
3,4 y 5
3.5 d
3.5 d
6
5d
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 efe cto 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 estas desaparecen al limpiar manualmente con un cepillo de alambre además de que la varilla cepillada cumpla con la características de dimensión (sobre todo del área transversal) y los requerimientos mecánicos especificados. Es aceptable la superficie áspera que se forma durante la oxidación ya que no impedirá la buena y eficiente adherencia entre el acero y el concreto. Para una completa y adecuada designación o referenciación del acero de refuerzo al solicitar 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 deben señalarse 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 se estibarán de tal manera que se aisle el material de la humedad excesiva para evitar deformaciones; además de considerarlos como lotes independientes entre si cuidando no 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 los resultados 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 lugar limpio, libre de contaminación y sobre alguna base para protegerlo contra la oxidación o cualquier otra afectación. Si por alguna circunstancia el acero de refuerzo que ha permanecido un tiempo considerable (o no se tiene certeza de su procedencia) se encuentra oxidado o deteriorado, se deben realizar una vez más, las pruebas de laboratorio necesarias para determinar si el acero es apto para utilizarse o no. Cuando las pruebas determinen que el grado de oxidación superficial no es tan grave, el retiro 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 de refuerzo residuos de lechada, cemento, concreto o pintura antes de colar. Debe evitarse el contacto de sustancias grasosas con la superficie de las varillas. Si esto sucediese se limpiarán con solventes que no dejen residuos grasos. El acero de refuerzo no se debe doblar o enderezar de ninguna manera que pueda dañarlo. En aquellos casos en que sea necesario aplicar calor para doblar las varillas, la temperatura no debe ser mayor a 530° C y se debe dejar enfriar lentamente sin inmersión, mediante la pérdida de calor por contacto con el medio ambiente. Esta práctica será válida si se realiza en el taller, donde se puede verificar y controlar la temperatura de doblado. Los dobleces en obra deben hacerse en frío. Si las varillas se encuentran parcialmente inmersas o ahogadas en el concreto, la temperatura de calentamiento debe estar entre los 315 ° C y 400 ° C. De acuerdo a sanas prácticas de construcción, no se permite reenderezar y desdoblar 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.
EL CASO DE PRETENDER CARACTERIZAR LA EDAD EN LA QUE VIVIMOS POR UN SOLO TIPO DE MATERIAL, EL MATERIAL SELECCIONADO SERIA SIN DUDA ALGUNA EL ACERO ESTRUCTURAL” “EN
ING. OSCAR DE BUEN LÓPEZ DE HEREDIA
INICIO DEL USO DEL ACERO EN LA CONSTRUCCION ARQUITECTURA EUROPEA REVOLUCION INDUSTRIAL EN ACERO DEL SIGLO XIX
PRIMER PUENTE DE HIERRO FUNDIDO DEL RIO SEVERN, INGLATERRA
ANTECEDENTE HISTORICO
EL USO DEL ACERO EN EL MUNDO SE REMONTA A MEDIADOS DEL SIGLO XIX, CUANDO BESSEMER DESARROLLO EN 1856 EL PROCESO DE FABRICACION QUE LLEVA SU NOMBRE, UTILIZANDO UN HORNO ESPECIAL LLAMADO CONVERTIDOR
ESTRUCTURA DE ACERO REMACHADA
EDIFICIOS DE ACERO EN MEXICO PALACIO ALACIO DE HIERRO MUSEO DEL CHOPO PALACIO BELLAS ARTES MONUMENTO MONUMENTO DE LA L A REVOLUCION EDIFICIO DE CORREOS
PROHIBICION DE EL USO DE HIERRO
A PRINCIPIOS DEL SIGLO XX SE PROHIBIÓ EL USO DEL HIERRO EN LA CONSTRUCCION Y SÓLO EN LOS NUEVOS REGLAMENTOS Y CÓDIGOS DE CONSTRUCCIÓN DEL MUNDO SE PERMITÍA EL USO 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 ha evolucionado en incrementos relativamente pequeños, en comparación con las resistencias del concreto. El acero estructural de batalla hasta 1990 es el NOM-B-254 (ASTMA36), ya que actualmente se están construyendo numerosas estructuras con acero ASTM-A572, inclusive con acero A-65. El primer acero utilizado en México para fines estructurales fue el ASTM-A7. Este tipo de acero se utilizó profusamente en la construcción remachada, que fue el primer tipo de construcción en nuestro país; posteriormente, después de la segunda guerra mundial cuando se desarrolló la soldadura, el acero A-7 fue sustituido por el ASTM-A36, debido a que tenía problemas de soldabilidad por su alto contenido de carbono.
Ventajas
El acero estructural, a pesar de su elevado costo, es el material ideal para la construcción, especialmente para estructuras ubicadas en zonas sísmicas, por las ventajas que a continuación se indican: Mayor relación de resistencia y rigidez por unidad de volumen.- Esta característica lo convierte en un material conveniente en edificaciones ubicadas en zonas sísmicas y en suelos de baja capacidad de carga, la disminución de peso es igual a la reducción de costos en la cimentación y obras en las que el peso propio de la estructura es un porcentaje importante de la construcción. Material homogéneo.- El acero es un material homogéneo que tiene magníficas propiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad, capacidad para absorber energía y alta resistencia a la fatiga. De acuerdo con su alta resistencia, dentro de ciertos límites, el acero se comporta de manera satisfactoria cuando está sometido a diversos 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 inversiones de 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 de grandes claros.- Una construcción en acero demanda una cimentación menos cara que una de concreto. Esta ventaja se traduce en un menor peso de la estructura, con lo cual se reduce notablemente el costo de la cimentación y puede significar un ahorro importante en determinados tipos de suelos, ya que un edificio urbano solucionado en acero, es mucho menos pesado 500 kg/m², que uno de concreto reforzado 1000 kg/m². Comportamiento sísmico satisfactorio en México.- Hasta 1994 la historia, la experiencia sísmica en diversas partes del mundo de gran actividad sísmica y un buen número de estudios realizados sobre el comportamiento sísmico de estructuras de acero y concreto, demuestran que los edificios de acero han resistido satisfactoriamente sismos intensos, y su comportamiento ha sido mejor en comparación con el de otros materiales de construcción como el concreto reforzado, además de evitar grandes pérdidas económicas en las edificaciones y sobre todo la protección de vidas humanas. En los sismos de Septiembre de 1985, 5 edificios de acero colapsaron, trescientos cincuenta inmuebles de concreto se desplomaron.
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 las secciones de concreto.- La gran resistencia de los aceros estructurales ASTM A50, A65 y ASTM A572 en perfiles laminados, utilizados como miembros estructurales principales; vigas y columnas, permite obtener escuadrías menores, tanto en peraltes como en dimensiones generales. Puede decirse que las dimensiones de los elementos estructurales de acero son en términos generales un 40% menores que los correspondientes de concreto. Esto posibilita el uso más eficiente del espacio disponible y obstruye menos la visibilidad. Flexibilidad del proyecto arquitectónico.- El proyecto arquitectónico permite modular grandes claros, vigas en cantiliver, muros oblicuos, aberturas en pisos, espacios a doble o grandes alturas, características estéticas especiales dentro de ciertos límites. Recuperación de la estructura.- La estructura de acero es recuperable. Cuando por diversas razones, se deba hacer alguna remodelación, ampliación o cambio de uso en un edificio de acero, la estructura metálica está intacta correspondiendo exactamente al diseño estructural y construcción original, de manera que esta se puede reutilizar, caso distinto al de un edificio con estructura de concreto, que al demolerlo, únicamente se recupera el acero de refuerzo.
Facilidad de ampliación o modificación de la estructura.- El acero estructural de acuerdo a sus propiedades intrínsecas, es un material que puede doblarse, cortarse, calentarse, dentro de ciertos límites, sin que se modifiquen sus características. La composición química y propiedades mecánicas (esfuerzo de fluencia y de ruptura) se establecen para cada tipo de acero y se han determinado en función de los diversos procesos a los que se someterá al acero durante la fabricación de estructuras. Cuando por diversas razones, deba ampliarse una construcción, o una obra nueva, lo cual implique modificaciones en la estructura, tanto en los acabados interiores como en la fachada, la estructura de acero permite con cierta facilidad hacer las modificaciones, sin los problemas y gastos de demolición que ocasionan las construcciones de concreto. Rapidez constructiva.- La rapidez en la construcción probablemente sea otra de las ventajas importantes de la estructura de acero, ya que mientras en el lugar de la obra se está fabricando la cimentación, al mismo tiempo en el taller se fabrica la estructura, quedando pendiente únicamente el montaje. Tomando en cuenta lo anterior y con una adecuada planeación y programa de trabajo se reduce el tiempo de ejecución de una obra en acero, por la superposición de actividades principalmente 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, se deforma sin incrementar los esfuerzos a que está sometido. La experiencia ha demostrado que la protección de estructuras de acero contra fuego es cara y en ocasiones puede representar hasta un 5% del costo de fabricación de la estructura. No obstante lo anterior, el diseño y la protección contra los incendios debe ser una exigencia de los reglamentos de construcción de todos los países del mundo y debe aplicarse de manera indistinta a edificios metálicos o de concreto. Corrosión.- La otra desventaja importante del acero es su susceptibilidad a la corrosión. Afortunadamente en estructuras de edificios de tipo urbano este problema no tiene importancia, debido a que los elementos estructurales están recubiertos y por consiguiente protegidos. Vibración.- Se dice que las estructuras de acero vibran demasiado. En lo que se refiere a la mayor sensibilidad de las personas a las vibraciones y oscilaciones de las estructuras metálicas, este aspecto es parte de un buen diseño, ya que además de satisfacerse las condiciones de seguridad, se necesita cumplir con requisitos de servicio, funcionamiento y confort con base en los reglamentos.
Flexibilidad .- La mayor parte de los estructuristas y diseñadores opinan que un edificio 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 en desventaja debido a que con este material se logran estructuras más ligeras y por consecuencia más flexibles, capaces de evitar en algunos casos, fallas o daños estructurales bajo sismos de gran intensidad. Las limitaciones las deformaciones horizontales de una estructura tienen varios objetivos: evitar daños en elementos no estructurales, muros, fachadas y desde luego prevenir el fenómeno de golpeteo. Este aspecto es básicamente de diseño y se resuelve eligiendo el sistema estructural adecuado al tipo de suelo, zona sísmica y características de la estructura. En este sentido, es fácil y posible proyectar una estructura de acero más o menos, o igualmente deformable que su contraparte en concreto reforzado. Esbeltez de las secciones.- La esbeltez de las secciones de los miembros estructurales de acero dentro de ciertos límites ocasiona susceptibilidad a problemas de pandeo y ocurrencia de otros fenómenos de inestabilidad. El problema del diseño en acero, son las dimensiones relativamente pequeñas de los miembros estructurales, en comparación con los grandes claros y alturas que impone un proyecto arquitectónico, de acuerdo con las necesidades y uso del edificio.
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
