Aceros Estructurales

INFORME ESPECIAL

ACERO ESTRUCTURAL

Informe especial:

Fotos: Shutterstock

estructural

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CONSTRUDATA

Ya sea como componente del concreto reforzado o como elemento estructural, el acero es una de las materias primas fundamentales en la edificación de diversas tipologías constructivas. Su peso –considerablemente menor al de otros insumos–, su alta resistencia a diferentes cargas y esfuerzos, y un precio competitivo en el mercado, lo han convertido en el mejor aliado de la construcción civil. Construdata presenta una clasificación de acuerdo con los usos del acero y hace un recorrido por algunos proyectos nacionales e internacionales que dan cuenta de las ventajas de este material.

Aunque se desconoce la fecha exacta en la que el acero empezó a usarse para la elaboración de herramientas de trabajo para el hombre, los utensilios de hierro descubiertos en Egipto en el año 3000 a.C. y los primeros metales provenientes del este de África en 1400 a.C., proponen un punto de partida a la hora de establecer su origen.

Las primeras aleaciones se lograron al fundir mineral de hierro y carbón vegetal en un horno, procedimiento que reducía el mineral a una masa maleable formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón. La escoria, nombre con el que se conocen estos residuos, se eliminaba con el uso de pesados martillos, que a la vez consolidaban el hierro forjado.

Esta técnica producía ocasionalmente acero en lugar de hierro forjado, una accidente que permitió el desarrollo de un nuevo método de fabricación: en un recipiente de arcilla se calentaba el hierro y el carbón vegetal durante varios días, para que el material absorbiera la cantidad necesaria de carbono y así producir acero.

Ya en el siglo XIV, el tamaño de los hornos utilizados para la fundición aumentó, lo que permitió alcanzar temperaturas superiores a los 1150 °C. En este proceso se obtenía arrabio –aleación líquida que se funde a una

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temperatura menor que otros metales–, y que al ser refinado se convierte en acero.

para la construcción de la primera fábrica de hierro del país: Ferrería de Pacho.

Con la Revolución Industrial se desató la producción masiva de este material, lo cual fue posible tras el invento del ingeniero inglés y pionero de la siderurgia moderna, Henry Bessemer: el proceso de refinado del arrabio a través de la inyección de aire soplado.

Otras plantas en Antioquia y Boyacá marcaron el avance de este mercado con el uso de grandes hornos que no solo favorecieron el volumen de producción, sino la construcción de calderas, tuberías y rieles para el ferrocarril que significaron el progreso del país.

La producción moderna aún usa altos hornos en la obtención del acero, prototipos industrializados de los primeros construidos en el siglo XVIII. Los hornos de arco eléctrico también son ampliamente utilizados, pues proporcionan un control preciso de la atmósfera y de la temperatura interna, tienen una baja emisión de gases contaminantes y son económicos en comparación con otros procesos de fabricación.

Sin embargo, la Siderúrgica Corradine fue la que abrió las puertas a una producción a gran escala para competir con el mercado internacional, que hasta el momento conservaba su liderazgo por los precios competitivos que ofrecía. A esta iniciativa, –y tras la creación de un arancel de aduanas que buscaba incentivar la industria nacional en los años 30– se unió el Gobierno Nacional al ordenar estudios para conocer el alcance real de los yacimientos minerales del país y establecer si podían o no explotarse ampliamente. Los resultados positivos de esta operación llevaron a la expedición del Decreto 3123 de 1947, a través del cual se creó la Empresa Siderúrgica Paz de Río S.A., en Boyacá.

El acero en Colombia

La industria siderúrgica en el país nació en las primeras décadas del siglo XIX, cuando se descubrieron en Cundinamarca los primeros depósitos naturales de mineral de hierro, plomo y cobre, resultado de una exploración encomendada por el gobierno de Antonio Nariño al mineralogista alemán Jacobo Benjamín Wiesner. Son estos yacimientos –ubicados en los sectores de Algodonales y San Miguel– los que sirvieron de escenario

Actualmente, existen alrededor de 15 siderúrgicas en Colombia que satisfacen el 45 % de la demanda nacional. El 55 % restante es importado de países como China (234 760 t), Japón (383 804 t), Brasil (341 899 t) y España (57 655 t), entre otros productores de acero.

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INFORME ESPECIAL

ACERO ESTRUCTURAL

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ACERO ESTRUCTURAL

Clasificación y productos La resistencia, maleabilidad, peso, elasticidad y ductilidad son algunas de las cualidades que hacen del acero uno de los productos más usados en la construcción. Si bien las propiedades químicas son determinantes para definir el uso de cada producto, Construdata los clasifica de acuerdo con dos funciones generales: para concreto reforzado y para estructuras metálicas.

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ACEROS PARA CONCRETO REFORZADO

El concreto simple es resistente a esfuerzos de compresión, pero vulnerable a fuerzas de tensión, lo que limita su aplicabilidad como material estructural. Para resistir las tensiones a las que está expuesta cualquier tipo de edificación, se emplea el acero como refuerzo.

A continuación se presenta una selección de productos que se usan en la mezcla de concreto para robustecer sus propiedades y así alcanzar las resistencias requeridas en cada proyecto.

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BARRAS CORRUGADAS Piezas de acero de sección circular obtenidas por laminación en caliente que se utilizan como refuerzo de concreto; los rebordes o corrugas que las conforman inhiben el movimiento longitudinal entre la varilla y la mezcla de cemento. También llamadas barras de acero de alta adherencia, se han convertido en un elemento estructural determinante por la gran ductilidad (altos valores de alargamiento) y por la facilidad a la hora de cortar y doblar.

Aplicaciones Usadas en el sector de la construcción como refuerzo de concreto en estructuras con diseño sismorresistente (casas, edificios, oleoductos, puentes, presas, carreteras, entre otras edificaciones).

Características dimensionales Número de designación

Peso nominal (kg/m)

Pulgadas

2

0,249

1/4

3

0,560

3/8

4

0,994

1/2

5

1,552

5/8

6

2,235

3/4

7

3,042

7/8

8

3,973

1

9

5,060

1 1/8

10

6,404

1 1/4

Tipos de barras corrugadas

EDICIÓN 176 SEPTIEMBRE - NOVIEMBRE 2015

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ACERO ESTRUCTURAL

ACERO FIGURADO

ALGUNAS NORMAS DE REFERENCIA NTC 2289. Barras corrugadas y lisas de acero de baja aleación para refuerzo de concreto (ASTM A706/A706M).

NTC 5806. Alambre de acero liso y grafilado y mallas electrosoldadas para refuerzo de concreto (ASTM A1064).

NTC 330. Requisitos generales para alambrón y alambre de acero al carbono (ASTM A510M).

NTC 2674. Siderurgia. Empaque, rotulado y métodos de carga de productos de acero para despacho doméstico (ASTM A700).

NTC 3353. Siderurgia. Definiciones y métodos para los ensayos mecánicos de productos de acero (ASTM A370).

NTC 4004. Siderurgia. Barras de acero con recubrimiento epóxico para refuerzo de concreto (ASTM A775/A775M).

NTC 4537. Requisitos generales para barras, chapas, perfiles y tablestacos de acero laminado de calidad estructural (ASTM A6/A6M).

NTC 5192. Métodos de ensayo. Prácticas y terminologías para análisis químico de productos de acero (ASTM A751).

ASTM A36. Especificaciones estándar para acero estructural al carbono.

ASTM A572. Especificaciones estándar para aceros estructurales de alta resistencia con bajas aleaciones de columbio-vanadio.

ASTM A992. Especificaciones estándar para perfiles en acero estructural.

ASTM A588. Especificaciones estándar para aceros estructurales con resistencia mínima de 50 000 psi.

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Acero de refuerzo para concreto armado obtenido a partir de barras corrugadas, dobladas y cortadas, que permiten obtener las dimensiones, formas y ángulos requeridos por el diseño estructural. Este sistema resulta más económico y reduce el tiempo de armado de vigas y columnas.

Aplicaciones Utilizado para el amarre o confinamiento de acero de refuerzo, apto para resistir esfuerzos cortantes, y para refuerzo transversal de vigas y columnas.

ALAMBRE CORRUGADO

Características dimensionales Diámetro (pulgadas)

1/4

3/8

Dimensión (cm)

Peso (kg)

20x20

15,8

25x25

16,1

10x15

9,3

15x15

11,7

20x10

10,7

20x15

14,2

20x20

22,8

25x25

23,9

20x15

20,6

15x15

18,3

20x15

16

Barras de sección circular y longitud estándar, obtenidas a partir de alambrón por un proceso de deformación en frío (estirado, trefilado o laminado). De esta forma, se reduce el diámetro de la pieza y se modifica su estructura, para que –a través de unos rodillos especiales– se tallen las rugosidades que garantizan una mayor adherencia al concreto. El alambre corrugado presenta una mejor resistencia a la corrosión, alta ductilidad y resistencia al fuego. Estos, por lo general, no se utilizan de manera individual en una estructura de hormigón armado, sino formando parte de otros productos, como mallas electrosoldadas o armaduras básicas electrosoldadas en celosía.

Aplicaciones Utilizado en la construcción y fabricación de tubos de concreto, losas de estructura y premoldeados de bajo espesor.

Características dimensionales Diámetro nominal (mm)

Peso nominal (kg)

D 4,0

4,0

0,099

D 4,5

4,5

0,125 0,154

Denominación

D 5,0

5,0

D 5,5

5,5

0,187

D 6,0

6,0

0,222

D 6,5

6,5

0,260 0,302

D 7,0

7,0

D 7,5

7,5

0,347

D 8,0

8,0

0,395

D 8,5

8,5

0,446

CONSTRUDATA

ACERO ESTRUCTURAL

FIBRAS DE ACERO Conjunto de filamentos metálicos obtenidos mediante la deformación de alambres de acero estirados en frío. Como resultado de este proceso, conocido como trefilación, se producen fibras con diámetros entre 0,6 y 1,0 mm, de formas rectas u onduladas –con mejores propiedades de adherencia–. Cuando estas fibras se mezclan en la elaboración del concreto, se consigue un mejor desempeño de propiedades mecánicas como flexotracción, resistencia al impacto, durabilidad, ductilidad, tenacidad y disminución de fisuras.

Aplicaciones Como refuerzo de concreto, pueden emplearse en las siguientes estructuras: • Losas de entrepisos macizas o con Steel Deck.

• Losas de pisos en bodegas de almacenamiento, plantas industriales, centros comerciales, parqueaderos, edificios o cámaras frigoríficas.

• En túneles.

• Estabilización de taludes.

• Pavimentos tanto exteriores como interiores.

• Pavimentos de concreto.

• Pisos de concreto para uso residencial.

• Estructuras hidráulicas.

• Infraestructura civil como puentes y aeropuertos.

Secciones transversales más comunes de las fibras de acero

Tipo II

Tipo III

Foto: cortesía Colmena

Tipo I

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2 MALLA ELECTROSOLDADA Sistema conformado por alambres de acero laminados en frío, trefilados y corrugados de alta resistencia, dispuestos de forma ortogonal y electrosoldados en todos los puntos de encuentro.

Entre las ventajas asociadas a su uso está la disminución de la cantidad de acero requerida y del tiempo de obra como resultado de su sencilla y rápida instalación. No necesita cortes ni amarres y es resistente a la tensión.

Aplicaciones Se usa como acero de refuerzo en losas de cimentación, pavimentos rígidos, entrepisos, muros portantes y de contención, bóvedas, túneles, y en estructuras hidráulicas como canales, vertederos, piscinas, entre otras.

Características dimensionales

Referencia

Número de barras por malla Long.

Transv.

Diámetro Long.

un

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Transv.

Separación Long.

mm

Transv. mm

Peso Kg

XY-084

16

24

4,0

4,0

150

250

15,1

XY-106

16

24

4,5

4,0

150

250

17,6

XY-131

16

24

5,0

4,0

150

250

20,4

XY-158

16

24

5,5

4,0

150

250

23,5

XY-221

16

24

6,5

4,0

150

250

30,6

XY-257

16

24

7,0

5,0

150

250

37,7

XY-335

16

24

8,0

5,0

150

250

46,6

XY-378

16

24

8,5

5,0

150

250

51,5

XX-050

10

24

4,0

4,0

250

250

11,5

XX-063

12

30

4,0

4,0

200

200

14,1

XX-084

16

40

4,0

4,0

150

150

18,8

XX-106

16

40

4,5

4,5

150

150

23,8

XX-131

16

40

5,0

5,0

150

150

29,3

XX-159

16

40

5,5

5,5

150

150

35,5

XX-188

16

40

6,0

6,0

150

150

42,2

XX-221

16

40

6,5

6,5

150

150

49,6

XX-257

16

40

7,0

7,0

150

150

57,4 65,9

XX-295

16

40

7,5

7,5

150

150

XX-335

16

40

8,0

8,0

150

150

75,1

XX-378

16

40

8,5

8,5

150

150

84,1

ACEROS PARA ESTRUCTURAS METÁLICAS

Si bien desde el siglo XVIII ya se usaba el hierro fundido y el hierro forjado como elementos estructurales de ciertas construcciones, la primera gran obra elaborada en acero se levantó sobre el río Misisipi, al sur de Estados Unidos: el puente Eads. Para finales del siglo XIX, el puente Brooklyn y el emblemático Empire State en Nueva York, confirmaron la supremacía del acero sobre el hierro para la construcción de grandes obras.

Desde entonces, este sistema constructivo –compuesto por perfiles metálicos unidos a través de conexiones pernadas o soldadas– se convirtió en uno de los de mayor crecimiento en la industria.

PERFIL T Perfil de sección transversal en forma de T, producido en acero de bajo carbono y laminado en caliente. Se utiliza como viga o columna para diversas aplicaciones estructurales.

PERFIL W Perfil estructural de acero al carbono de alta resistencia, de diferentes secciones y laminado en caliente que tiene la capacidad de resistir fuerzas axiales y momentos flectores.

Se utiliza en la construcción de edificios industriales, comerciales y residenciales, infraestructura, soporte de cerramientos, puentes grúa, construcción naval y plataformas marinas, entre otros.

CANAL Perfil con sección transversal en forma de U, laminado en caliente y de alta resistencia.

Entre sus aplicaciones está la construcción de edificios industriales, comerciales y de servicios, además de la fabricación de equipos, maquinaria y herramientas.

PERFIL ESTRUCTURAL TUBULAR Perfil de geometrías redonda, cuadrada o rectangular que se usa como columna, viga o cercha. Por su forma cerrada y bajo peso presentan un mejor comportamiento a esfuerzos de torsión y resistencia al pandeo.

Su fabricación se hace a partir de rollos o flejes

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de acero laminado en caliente, los cuales se someten a un proceso de formado en frío que otorgan la forma de cada pieza. El cerrado se hace mediante soldadura por inducción con alta frecuencia.

ÁNGULOS Perfil con sección transversal en forma de ángulo recto, laminado en caliente, que ayuda en los armados y soportes perimetrales. Entre sus aplicaciones se encuentran estructuras metálicas remachadas, atornilladas o soldadas como torres de energía y de comunicación, remolques, puente grúa, rejas, etcétera.

PLATINAS Barra con sección transversal rectangular de superficie lisa y laminada en caliente. Se usan en la elaboración de estructuras, torres de transmisión de energía eléctrica y de comunicación, rejas, forja y carrocerías. Las de bajo calibre son útiles como amarres o sujetadores diagonales u horizontales, para rigidizar bastidores.

PARA ESTE ESPECIAL FUERON CONSULTADOS: • Ingeniero Jair Antonio Cárdenas Ramírez, ingeniero civil especializado en diseño de estructuras (Universidad Nacional de Colombia) y director del Área Técnica y Proyectos del Consorcio Metalúrgico Nacional Ltda. (Tubos Colmena).

• Fichas técnicas de productos del Consorcio Metalúrgico Nacional Ltda. (Tubos Colmena).

• Portafolio de Productos de Gerdau Diaco Colombia.

• Cámara Fedemetal de la ANDI. • Revista Credencial Historia # 262.

• Biblioteca digital del Instituto Latinoamericano de la Comunicación Educativa.

• Sistema de Bibliotecas SENA. • Decreto 1513 de 2012.

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