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Edificación Lecciones importantes que no me enseñaron en la universidad

Historia del acero

Atomium

Revista de difusión de la Federación Mexicana de Colegios de Ingenieros Civiles, A.C.

Vector

Nº 46 Octubre 2012 Costo

$ 50.00


Indice

Vector Octubre 2012

En portada

AMIVTAC

•Ingeniería Civil del Siglo XXI – Tokyo Sky Tree oda monumental de acero/4

Instituto Mexicano de la Construcción en Acero

•Empresas y Empresarios – ONNCCE premia a las mejores prácticas en normalización y certificación/9 – 3ª Expo Comex Guadalajara/12 • Ingeniería – Estrategia y planeación: claves en el uso de materiales innovadores/15•Suplemento Especial – Lecciones importantes que no me enseñaron en la universidad/17 • Maravillas de la Ingeniería – El monumento al optimismo, la ciencia y el progreso: el Atomium/33 • Entrevista – Héctor Soto Rodríguez/38 •Historia de la Ingeniería Civil – Propuesta de diseño sísmico de sistemas de piso/42 – Historia del acero/44 • Libros – Manual de criterios generales para la estructuración de edificios de acero/48

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Editorial

Editorial Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978

Carlos Arnulfo López López Leopoldo Espinosa Benavides Roberto Avelar López Manuel Linss Luján Jorge Damián Valencia Ramírez Enrique Dau Flores CONSEJO EDITORIAL Raúl Huerta Martínez DIRECTOR GENERAL Daniel Anaya González DIRECTOR EJECUTIVO Patricia Ruiz Islas DIRECTORA EDITORIAL Daniel Amando Leyva González JEFE DE INFORMACIÓN Ana Silvia Rábago Cordero COLABORACIONES Historia de la ingeniería civil

Alfredo Ruiz Islas CORRECCIÓN DE ESTILO Nallely Morales Luna DIRECTORA DE DISEÑO Iman Diseño

Brenda Madrigal Dueñas DISEÑO GRÁFICO

Ernesto Velázquez García DIRECTOR DE DISTRIBUCIÓN Escuela Digital WEB MASTER Carlos Hernández Sánchez DIRECTOR DE PROYECTOS ESPECIALES Herminia Piña González DIRECTORA COMERCIAL Myrna Contreras García ADMINISTRACIÓN Dimensiona Artes Gráficas, S.A. de C.V. IMPRESIÓN

Acero El acero, ese elemento descubierto fortuitamente durante la Edad de Hierro, en los albores de la metalurgia, posibilita las grandes maravillas arquitectónicas actuales. Sin el acero, esas estructuras caprichosas donde el cálculo rivaliza con la fantasía simplemente no existirían. El acero es, en las manos de un ingeniero, lo que la plastilina en manos de un niño. No solo es el acero el vehículo por el cual se materializa la fantasía del constructor. También da seguridad y estabilidad a las estructuras y acorta los tiempos de construcción, lo que se traduce en un uso óptimo de los recursos de todo tipo de que se disponen a la hora de edificar. Todo esto fue posible a partir de la producción del acero --presente en la naturaleza en la composición de los meteoritos, por ejemplo-- en la fundición: una composición constante, que asegura una consistencia en la calidad, ha permitido el uso a gran escala de este elemento. ¿Qué sería de la vida moderna sin él? De tanta importancia es el acero en la actividad humana que ha trascendido las edificaciones que con él se erigen al corazón de la vida misma. “Un carácter de acero”, se dice de quien posee una enorme fuerza y determinación para lograr sus objetivos. El acero significa fuerza, entonces; significa una fibra inquebrantable que le brinda al que la posee una estructura de una solidez a prueba de todo. Las mejores cualidades humanas, entonces, se entretejen con los mejores elementos que la naturaleza le brinda al humano para hacer su vida mejor, más cómoda, más segura y más deleitosa. Es el ingenio del ser humano, al reproducir las propiedades del acero y ponerlas a su servicio, lo que se entreteje en la solidez y plasticidad de la estructura de acero tal como la conocemos hoy en día. Quizás los dichos relativos al acero ya deberían de incluir aquella como una nueva cualidad, no menos importantes que las que se le han reconocido por generaciones.

“Como cuando un herrero sumerge el chirriantte filo de una gran hacha o una garlopa en agua fría para templarla, pues es así como se le da dureza al acero, así chirriaba el ojo del Cíclope en torno a la estaca de olivo.”

Homero, La Odisea, siglo VIII a.C.

SUSCRIPCIONES

(55) 5256.1978 www.revistavector.com.mx Búscanos en Facebook: Vector Ingeniería Civil REVISTA VECTOR de la Ingeniería Civil, Año 5, Número 46, Octubre 2012, es una publicación mensual editada por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04201- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título No. 14259, Licitud de Contenido No. 11832, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa Por Dimensiona S. A. de C. V., Francisco Álvarez de Icaza No. 9,Col.Obrera, C.P. 06800, Delegación Cuauhtémoc, México, D. F., Tel. 57615440. Este número se terminó de imprimir el 10 de Octubre de 2012 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.

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Ingeniería Civil del Siglo XXI

Tokyo

Sky Tree oda monumental de acero Daniel A. Leyva

C

ualquiera podría pensar que los primeros segundos del clip titulado “El magnífico Tokio Sky Tree1”, donde cuatro enormes edificios de arquitectura futurista y una altísima torre de acero destacan contra un hermoso cielo azul, fueron tomados de una película de ciencia ficción. Sin embargo, no se trata sino de una videograbación común y corriente realizada por un aficionado en la capital de Japón, y esa fantástica torre no es un efecto de computadora sino, por el contrario, una rotunda realidad de 634 metros de altura, la estructura más alta del mundo después del celebrado Burj Khalifa.

Las novelas, afirma el celebrado autor Milan Kundera, son complejas estructuras que se configuran alrededor de unas cuantas palabras fundamentales. Si la misma lógica puede ser aplicada a la descripción de un megaproyecto arquitectónico e ingenieril, sin duda, la palabra clave en el caso del Sky Tree es “multiplicidad”, concepto plasmado, tanto en los objetivos de sus constructores, como en las técnicas aplicadas en su realización y en la filosofía de sus diseñadores. 1 Enchanting Japan (2012), “The Magnificent Tokyo Sky Tree, World’s Tallest Tower, Tokyo, Japan”, disponible en http://www.youtube. com/watch?v=Bcj_BuWCzSc (Fecha de consulta: 4 de septiembre de 2012.)

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Ingeniería Civil del Siglo XXI

Única y múltiple La idea de construir esta torre nació de una propuesta presentada en 2006 a la administración del barrio tokiota de Sumida por el consorcio ferroviario Tobu Railway, apoyado por seis compañías de telecomunicaciones. En primer lugar, los impulsores de la idea plantearon la necesidad de contar con una nueva antena de radio y televisión, ya que la Torre Tokio, de “apenas” 315 metros de altura2, ya no era capaz de transmitir adecuadamente la señal de la nueva televisión digital, debido a la proliferación de grandes edificios a su alrededor. Sin embargo, esta no sería su única utilidad, pues los promotores también estaban muy interesados en reactivar la actividad turística y comercial de la zona elegida para albergar la estructura, un área rica en referencias al periodo Edo —siglos XVII al XIX—, época seminal para la cultura popular japonesa y durante la cual Tokio desempeñó, por primera vez, el papel de centro administrativo del país. Las consecuencias de este doble compromiso fueron variadas y profundas. Desde el punto de vista ingenieril, significó, antes que nada, la necesidad de enfrentar el reto de construir la torre de telecomunicaciones más alta del mundo en una de las regiones menos propicias para ello debido a tres razones principales: la magnitud de los terremotos típicos de la zona, la fuerza de los vientos procedentes de la Bahía de Tokio —localizada a apenas ocho kilómetro al sur de la estructura— y la dificultad de maniobrar en un área tan densamente poblada.

Al Tokyo Sky Tree no le falta ni su mascota oficial, la pequeña Sorakara –”Desde el cielo”–. Los rombos de su vestido hacen referencia a las cerchas con que está construida la torre, y el catalejo que sostiene en la mano, a su carácter de punto privilegiado de observación.

Desde el punto de vista arquitectónico, por otra parte, el reto de hacer de la nueva torre un poderoso foco de atracción turístico, enfocado al mismo tiempo a celebrar la milenaria riqueza cultural de Japón y su liderazgo tecnológico actual, se tradujo en la construcción de dos miradores circulares y en la realización de un intricado diseño inspirado en formas tradicionales y fabricado con los materiales y las técnicas más avanzados del mundo.

Cambiante Aparte de su tamaño, la característica más llamativa del Sky Tree es el dinamismo de su diseño, ya que se trata de un edificio cuya sección transversal evoluciona paulatinamente, desde el triángulo esquemático definido por los tres puntos de apoyo en su base, hasta el contorno circular de sus pisos superiores y el cuerpo casi cilíndrico de la antena que corona la estructura, medio kilómetro sobre el nivel de la calle. 2 A pesar de ello, este edificio, construido en 1958, es casi tres veces más alto que la Torre de Comunicaciones de Telmex, inaugurada diez años más tarde.

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Ingeniería Civil del Siglo XXI

Al igual que la Torre Eiffel —quizás el ejemplo más famoso de una torre construida a partir de estructuras reticulares metálicas—, el Sky Tree tiene una apariencia ligera y flexible a pesar de su increíble tamaño y del hecho de que, a diferencia de su predecesora parisiense, la torre japonesa esconde bajo sus complicadas celosías una gran columna de concreto reforzado donde están instaladas las escaleras, novedoso elemento estructural en este tipo de construcciones que sus creadores bautizaron con el nombre de shimbashira, en honor a la columna central de la tradicional pagoda japonesa de cinco pisos, cuya función no es tanto servir de soporte sino, más bien, de contrapeso alrededor del cual el resto de la estructura puede oscilar de manera controlada en caso de un terremoto. Con el objetivo de sacarle mayor provecho a este principio, la shimbashira del Sky Tree está conectada con el marco de acero que la rodea por medio de elementos rígidos sólo en sus primeros 125 metros, punto a partir del cual —y hasta los 375 metros— son sustituidos por amortiguadores de aceite que ayudan a absorber una mayor cantidad de vibraciones. Otra obvia diferencia con la Dama de Hierro antes mencionada es que esta esbelta doncella oriental está hecha, en su mayor parte, de acero, principalmente en forma de enormes tubos fabricados a partir de láminas de alto límite elástico, moldeadas mediante prensas y soldadas con gran precisión. Para construir la parte superior del marco, sin embargo, fue necesario utilizar tubos especiales, igual de resistentes pero mucho más ligeros. Dichos elementos fueron fabricados por la firma SNK, especializada en maquinaria industrial, mediante una técnica especial de vaciado a partir del centrifugado del acero fundido. A través del uso combinado de estos materiales de última generación, los ingenieros japoneses consiguieron levantar un entramado metálico con sorprendentes propiedades estructurales y visuales. Para terminar con esta comparación entre las referidas bellezas de la arquitectura mundial, hay que apuntar que, mientras la ocupante de los Campos de Marte muda el color de su vestido cada siete años, la inquieta joven oriental usa cada noche uno de sus dos conjuntos cromáticos —uno azul cielo y otro púrpura—, producidos por lámparas con luces de tipo led.

Multifuncional La antena propiamente dicha de la torre ocupa los doscientos metros superiores de la estructura. Debido a que hubiera resultado imposible —o, por lo menos, increíblemente riesgoso— armarla mientras se trabajaba a quinientos metros de altura, los constructores la izaron completa desde el suelo deslizándola por el centro del marco de la torre. Concluida dicha operación, se procedió a construir la shim-

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Milagrosa Tecnología

para el manejo de Seguro Social

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ace cinco años, previendo los cambios de formatos en el IMSS como fue el SATIC, se pensó en la imperiosa necesidad de aplicar los 40 años de experiencia en Seguro Social que tiene el Grupo, en el desarrollo de sistemas especializados utilizando tecnología de punta, con el fin de brindar a los clientes soluciones óptimas en el manejo del IMSS y SATIC, entre otros. Desde entonces se han utilizado de manera interna, con resultados asombrosos por su rapidez, eficacia y exactitud”. Recuerda satisfecha la Actuario Claudia Cababié, Presidente del Grupo Best & Best. ¿Actuario, cómo surge la idea de compartir el sistema llamado VALA con todas las personas y empresas involucradas en el ramo de la construcción? “Bueno, surge al detectar lo complejo que es saber llenar los formatos SATIC, así como llevar exitosamente todo el proceso del Seguro Social a lo largo de la obra.” ¿Cómo define a VALA? Como una tecnología milagrosa y amigable para el manejo de Seguro Social y Satic de

obras y subcontratos como un experto, sin necesidad de experiencia. ¿Considera seguro el uso de VALA? “Por supuesto, VALA ha sido creado con todos los fundamentos y bases legales, cuidando hasta el mínimo detalle para obtener resultados sustentados y seguros en obras públicas, privadas y subcontratos”. ¿Cuáles son las ventajas que ofrece VALA sobre las formas usuales de llevar el Seguro Social? En principio, VALA ofrece ahorros hasta del 65% en costos operativos y tiempo, porque: 1. Da los valores para el llenado de formatos Satic 01, 02, 03 y 05, de forma sencilla y rápida. 2. Administra las cuotas pagadas y subcontratación, todo separado por obras. 3. Automatiza los controles antiguos y manuales con Excel, transformando ésta ardua labor, en un manejo sencillo sin errores. 4. Facilita la integración de la documentación e información técnica, indispensable para el cierre de obra.

Actuario, existe la creencia de que este tipo de sistemas, además de ser extremadamente caros, se corre el riesgo de perder información o de que se maneje tanta información que el sistema sea muy lento ¿Qué hay de cierto en esto? VALA cuenta con la estructura técnica más avanzada. Es un SaaS “software as a service” que mantiene la información segura y confidencial en la nube, sin cargarse en la computadora, lo que hace que su costo este al alcance de cualquier persona. ¿Qué tan complicado es manejar VALA? VALA está diseñado para llevar de la mano al usuario paso a paso de una manera sencilla y lógica, con el poder para administrar las obras desde donde se encuentre”. La tecnología VALA se encuentra a la vanguardia y ofrece agilizar las cargas de trabajo en el manejo de Seguro Social de manera simple y eficaz. Finaliza la Actuario Claudia Cababié, Presidente del Grupo Best & Best.

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Ingeniería Civil del Siglo XXI

bashira en el hueco al centro de la estructura, utilizando el método slipform o de encofrado deslizante, que consiste en verter el hormigón en secciones sucesivas y ascendentes, cuidando de que el módulo inferior no fragüe completamente antes de colocar el siguiente para que, al final, el resultado sea una estructura sólida sin soluciones de continuidad. En lo que respecta al turismo, las instalaciones más relevantes del Sky Tree no pueden ser otras que sus dos miradores, ubicados a 350 y 450 metros de altura, respectivamente. A esas alturas, la torre adopta la forma circular, más que nada, para disminuir su resistencia al viento y, por consiguiente, el balanceo. Pero esto no tiene por qué significar que todo en este edificio está determinado por frías consideraciones prácticas: dicha configuración también permite ofrecerle a los visitantes una espectacular vista de 360 grados a través de las paredes de cristal de sus observatorios… así como una “mirada de pájaro” a través de las secciones de cristal de sus pisos, para aquellas afortunadas personas inmunes al vértigo.

Nombres y significados Para encontrarle un nombre a la torre, se llevó a cabo un proceso que empezó con la recepción de títulos sugeridos por el público en general. Más tarde, un comité eligió seis candidatos finales, y estos fueron sometidos a una votación a nivel nacional. El título de “árbol celestial” parece haber sido sugerido por algún ingeniero con inclinaciones poéticas, quien se inspiró en el hecho de que debajo de cada uno de los tres puntos de apoyo de la celosía hay un sistema de cimentación que sus creadores compararon con la distribución de las raíces de un árbol gigantesco. Dicho sistema está compuesto por pilotes de cemento reforzado fabricados en forma de “paredes” para aumentar al máximo el área de fricción, cada uno de entre treinta y cinco y cincuenta metros de altura. Estos elementos de soporte están dispuestos en arreglos triangulares —tema geométrico que se repite a cada paso en la composición del Sky Tree—, en cada uno de cuyos vértices hay “racimos” de pilotes especiales dotados de nódulos de acero que sobresalen de su superficie y que, por tal motivo, son llamados humorísticamente “muros con nudillos”. Afirman los arquitectos japoneses que la forma triangular de la sección inferior de la torre está inspirada en la kanae o “trípode”, una antigua tetera de bronce de origen chino que se sostenía sobre tres delgadas patas. En el caso de la torre, cada “pata” es el principio de un entramado de tubos de acero que mide trescientos metros de altura y que ayuda a soportar todo el marco exterior del edificio. Cada uno de estos elementos fue bautizado con el nombre de “celosía kanae”. Por si esto no bastara para probar la pasión de los japoneses por el uso creativo del lenguaje, resulta que la cifra 634, que representa la altura de la torre, se pronuncia “mu-sa-shi” utilizando un sistema numérico tradicional, y Musashi es el nombre de una antigua provincia que incluía el distrito donde se localiza el Sky Tree. Sería imposible decidir si la compañía constructora Obayashi Corporation, una de las cinco más grandes de Japón, pudo cumplir con la difícilmente cuantificable meta, impuesta por sus clientes, de realizar “un paisaje más allá del tiempo y el espacio”. En cambio, es más que evidente que la exitosa implementación de todas las novedosas soluciones de construcción en acero que han sido reseñadas en el corto espacio de este artículo, por parte de dicha compañía y de la firma Nikken Sekkei3, se constituye como el punto de vanguardia de la ingeniería civil en el País

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del Sol Naciente la cual, a pesar de crisis y catástrofes, sigue siendo una de las más avanzadas del planeta. 3 La elección de este grupo de arquitectos e ingenieros civiles para diseñar el Tokyo Sky Tree no pudo ser más atinada: además de la considerable experiencia acumulada en más de un siglo de existencia, esta firma, fundada en 1900, también tuvo a su cargo la construcción de la Torre de Tokio.

Si, acaso, no es la mejor, ¿cuál podría presumir de ser más original… o arriesgada?


Empresas y Empresarios

ONNCCE

premia a las mejores prácticas en normalización y certificación

organización, la normalización y la certificación deben ser promovidas en todos los ámbitos, empezando por los programas académicos hasta llegar al nivel comercial y financiero, con el fin de lograr una mejora en la calidad de las edificaciones.

E

l pasado 11 de septiembre se hizo entrega del Premio ONNCCE 2012, en su primera edición, en el marco de la celebración del XVIII aniversario del organismo. Entre los fabricantes y distribuidores que participan en el sector de la construcción —uno de los principales rubros económicos del país— se ha experimenta un creciente interés por la innovación tecnológica, el desarrollo sustentable y la certificación de la calidad. Como consecuencia de esta preocupación, se han creado instituciones como el Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación —ONNCCE—, el cual ha participado, a lo largo de sus dieciocho años de vida, tanto en el desarrollo de normas como en la certificación de productos, procesos, servicios y sistemas relacionados con la industria de la construcción. De acuerdo con la filosofía de esta

El objetivo principal del Premio ONNCCE a la Normalización y la Certificación es reconocer los esfuerzos más destacados que hayan contribuido, a través de la difusión y la aplicación de la evaluación de la conformidad, al establecimiento de una cultura de la normalización que haga cada vez más competitivo al sector de la construcción en México. Para tal efecto, el día 4 de junio de 2012 se extendió una invitación a participar en dicho concurso a dependencias públicas y empresas privadas, así como al sector académico y a las asociaciones de profesionistas que fomentan o utilizan la normalización y/o la evaluación de la conformidad en la industria de la construcción. En dicha convocatoria se establecieron los criterios para evaluar las actividades realizadas por los candidatos para fomentar la cultura de la normalización y la certificación, los beneficios que han

otorgado a sus clientes y su nivel de compromiso con el bienestar social. En esta primera edición del certamen, los ganadores del Premio ONNCCE 2012 fueron el Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para los Trabajadores —Infonavit—, en la categoría de normalización y certificación; la Universidad Anáhuac México Norte, en la categoría de normalización; Presforzados Mexicanos de Tizayuca —Premex—, en la categoría de certificación. Cabe señalar que el Premio a la Normalización y la Certificación no es sino la iniciativa más reciente dentro de la labor constante del ONNCCE para promover la mejora continua de la calidad de las construcciones, la innovación tecnológica y el desarrollo de la capacidad técnica, y para fomentar el sentido de responsabilidad y los principios éticos entre los profesionales en este campo. Otras acciones llevadas a cabo por el ONNCCE con este fin son la participación en eventos y conferencias nacionales e internacionales, la realización de cursos y la colaboración con dependencias gubernamentales, instituciones educativas y otros organismos y asociaciones relacionados con la estandarización.

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El desarrollo de nuestros Publirreportaje servicios de gerencia y administración de proyectos esta basado en estudios, análisis y supervisión para la elaboración de soluciones.

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El proyecto túnel sumergido bajo el río Coatzacoalcos Está siendo ejecutado en la ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz, ubicada en la desembocadura del propio río Coatzacoalcos con el Golfo de México. En esta región del Sur de Veracruz se localizan las Instalaciones de la industria petroquímica de Pemex más grande de América Latina. En la actualidad se utilizan dos medios para cruzar de la ciudad de Coatzacoalcos a la zona industrial. A través de panga para llegar a la congregación de Allende. Por el puente Coatzacoalcos construido en 1958. Con la construcción del túnel sumergido en el Río Coatzacoalcos se unirá la zona urbana de Coatzacoalcos con la congregación de Allende del mismo municipio, y es una alternativa urbana al actual cruce carretero que permitirá optimizar el servicio en materia de vialidades y transporte que fortalecerá y consolidará el desarrollo regional del sur de Veracruz pues traerá los siguientes beneficios. Reducir los tiempos de traslado de la zona urbana a los centros de trabajo ubicados en los complejos petroquímicos Morelos, Pajaritos y La Cangrejera. Eliminar los congestionamientos actuales en el Puente Coatzacoalcos. Reducir la contaminación ambiental.

Especificaciones:

Longitud tramo sumergido: 805.00 metros.

Longitud acceso Coatzacoalcos: 480.00 metros.

Longitud acceso Allende: 243.00 metros.

Longitud total: 1,528.00 metros.

Tipo de infraestructura: Túnel sumergido de concreto presforzado Ancho de calzada: 4 carriles de 3.75 metros de circulación, dos en cada sentido separados por un túnel de servicios. Pavimento final: capa de concreto asfáltico sobre piso de concreto tanto en el propio túnel sumergido como en las vialidades de acceso. Grupo Básico Mexicano ha sido desde el inicio de esta importante obra en el 2004, la Gerencia de Proyecto para la Construcción del Túnel Sumergido bajo el Río Coatzacoalcos, encargada de coordinar y supervisar el correcto desarrollo del propio proyecto durante su etapa de construcción hasta la puesta en marcha. Adicionalmente, Grupo Básico Mexicano tiene a su cargo los servicios de Gerencia de Proyecto cubriendo las áreas de: •

Administración

Coordinacion

Juridico

Financiero

Informática


3ª Empresas y Empresarios

Expo Comex Guadalajara

• ¡Mil setecientos metros cuadrados de soluciones profesionales y decorativas que Comex trae para ti! • Un espacio abierto al público de viernes 28 al domingo 30 de septiembre. • Expo Comex: más de quince mil soluciones ilimitadas con pruebas en vivo, asesoría de expertos, aplicaciones y diferentes descuentos en productos. Guadalajara, Jalisco, 28 de septiembre de 2012. Por tercer año consecutivo, Comex llega a Expo Guadalajara para atender de manera personal a sus clientes y consumidores.

E

n el año de su sexagésimo aniversario, la empresa 100 % mexicana y líder en la fabricación y comercialización de pinturas y recubrimientos industriales, celebra el haber convertido un pequeño negocio familiar en una corporación global con más de quince mil soluciones ilimitadas que embellecen, protegen y preservan el lugar en el que vivimos. Comex consolida su liderazgo empresarial con una tendencia constante a la innovación, misma que permite al consumidor, ya sea en pequeña o en gran escala, contar con herramientas y soluciones que le permitan transformar cualquier espacio en los ambientes que siempre ha soñado.

Director General, León Cohen y la Gerente de Mkt Regional de Comex,Esther Subias con el luchador Gronda de la AAA

El extenso portafolio de Comex, además de su gama de pinturas, incluye también productos como barnices y recubrimientos para maderas, fórmulas para poner pisos, placas de yeso, cenefas, aerosoles, impermeabilizantes, texturizados, esmaltes, brochas y complementos “Éxito”, sistemas retardantes al fuego y acústicos o epóxicos, entre muchos otros. Por todo esto, el director de mercadotecnia, Iván Ahedo, expresa por qué, para Comex, es un gusto volver a Guadalajara y mostrar todas estas soluciones de primera mano:

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Es un orgullo presentar de nuevo la Expo Comex Guadalajara, ya que para nosotros es vital estar cerca de nuestros consumidores. Las puertas están abiertas para todo nuestro público: amas de casa, pintores, padres de familia, arquitectos, constructores, especialistas, empresarios, diseñadores y decoradores para que nos visiten, vean, prueben nuestros productos en vivo y, sobre todo, puedan hablar con y recibir ayuda de los expertos Comex de cada ramo.

Por su parte, Ricardo Arellano, director de atención a clientes y Jaime Álvarez, Embajador de la Buena Voluntad Comex, inauguraron formalmente a las 12:00 horas del día la tercera Expo Comex Guadalajara con el tradicional corte de listón, con Francisco Ayón, presidente municipal interino de Guadalajara, como testigo de honor. Desde hoy, viernes 28, al domingo 30 de septiembre, en Expo Guadalajara —Av. Mariano Otero No. 1499, colonia Verde Valle—, en un horario de las 9:00 a las 19:00 horas, los asesores Comex estarán presentes en sus diferentes pabellones para atender a los consumidores, quienes podrán también aprovechar talleres con divertidas aplicaciones para los niños, la asesoría de expertos y atractivos descuentos.


Empresas y Empresarios

El compromiso de la marca con el cuidado del entorno es constante, y esto queda demostrado con algunos de sus productos más nuevos como Biosense, pintura vinílica con base de agua y amigable con el ambiente que, además, no huele, y es de secado rápido, así como los selladores y lacas para maderas de la marca Polyform, que puedes conocer en su taller móvil. Otros ejemplos sustentables son el impermeabilizante de Comex de fácil aplicación, Top Total 10 años de Alto Desempeño, que utiliza material de llanta reciclada, y la brocha Eco Brush, 100 % reciclable y con una mezcla especial de fibras sintéticas y naturales. Todas estas son soluciones amigables con el ambiente; todas ellas, así como el Top Garden, las podrás ver en la casa sustentable de la Expo. Por otro lado, y para quienes siempre quieren consentir a los suyos, Comex trae a la Expo a tres decoradoras expertas para guiar al ama de casa a elegir el color que más le conviene y mostrarle distintos ejemplos de cómo emplear cenefas y texturizados para decorar sus espacios; también se demostrarán productos tan innovadores como Sketch, la única pintura para pizarrón de plumón, creada por Comex y disponible en 245 colores. Como se podrá observar en la Expo, las opciones de color de las soluciones ilimitadas Comex se muestran en las Tendencias 2012, opciones que la marca conjuga cada año de acuerdo con los conceptos de moda para ayudar al consumidor a inspirarse y seleccionar mejor el color para decorar sus espacios. Durante el recorrido por la Expo, los visitantes podrán conocer también la otra cara de Comex: su fuerte división profesional, área que está encargada de atender y desarrollar productos específicos para el sector industrial, y que este año se organizó en tres pilares para atender de la mejor manera a sus clientes:

1. Expertos técnicos y comerciales: atienden desde la especificación hasta la entrega del proyecto. 2. Sistemas —decorativos, de protección y de construcción ligera— con sus servicios especializados. 3. Infraestructura: todas nuestras plantas y un Centro de especificación profesional en el Distrito Federal para que los constructores y arquitectos puedan recibir una respuesta más rápida a sus necesidades. Próximamente se abrirán más centros como este en otras ciudades del país. De la mano de Comex Industrial Coatings, la marca que lidera y posiciona a los productos de este sector, Comex lleva, por ejemplo, más de veinte años cubriendo las plataformas petroleras de México y, gracias a su alta tecnología, fue el ganador, entre varios proveedores internacionales, a la hora de elegir y aplicar un recubrimiento propio y de alto desempeño para el Centro Acuático Scotiabank en los pasados Juegos Panamericanos. La gama de productos Comex Industrial Coatings que ofrece la marca abarca sistemas epóxicos, así como poliuretanos orgánicos e inorgánicos, mismos que aseguran alto desempeño y calidad global. Algunas de las soluciones más importantes de este segmento son E–80, para proteger concreto, muros de tabique, tanques y otras superficies metálicas expuestas a ambientes químicos o marinos; X–10, para puentes de acero e instalaciones en altamar; EFM–103, recubrimiento epóxico resistente al tráfico pesado; US–55, poliuretano de alta resistencia a la intemperie y FRA–10, recubrimiento contra la acción del fuego.

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Empresas y Empresarios

Otra importante oferta de la división profesional es la alianza con la línea Krhal Powder Coatings, líder en el mercado nacional de pintura en polvo, con lo que Comex puede ahora cubrir también la industria metalmecánica, la de aparatos electrodomésticos e industriales, la de fabricación de muebles, de línea blanca y demás productos que requieran excelente textura, acabado, brillo, color y durabilidad. Una novedad más en la parte de complementos para uso industrial son los Airles Gracco, sistemas de aplicación de pintura que posibilitan una aplicación hasta diez veces más rápida que con brocha o rodillo y que cuenta con diferentes modelos, de acuerdo con las necesidades de cada proyecto.

Acerca de Grupo Comex Grupo Comex es una compañía 100 % mexicana que se ha convertido en un consorcio internacional líder en la fabricación, comercialización y distribución de pinturas decorativas, texturas, impermeabilizantes, productos para el cuidado de la madera, recubrimientos industriales, paneles de yeso —Plaka— y accesorios —Éxito—. Comex consolida su liderazgo empresarial con su tendencia constante a innovar y con una expansión que va de Canadá a Panamá, junto con importantes operaciones en Sudamérica y Asia. Este año, Comex celebra sesenta años de vida y el haber convertido un pequeño negocio familiar en una corporación global con más de 15,000 Soluciones Ilimitadas que embellecen, protegen y preservan el mundo en el que vivimos. Por otro lado, la marca afirma su fuerte compromiso social al promover diversas iniciativas para el crecimiento del país o proyectos centrados en el deporte, como la Ola de la alegría, ¿Quién pinta para la corona? y, ahora, como patrocinador oficial de la Selección Mexicana de Futbol.

Por último, es importante recordar que Comex, a través de su centro de formación integral, y gracias al apoyo de sus concesionarios, capacita constantemente a pintores e instaladores de muros y plafones de la marca Plaka para obtener el certificado avalado por la SEP, CONOCER y COMEX, con el objetivo de profesionalizar su oficio. Igualmente, la Academia del Pintor Comex, que cuenta con un módulo en la Expo para que los pintores visitantes se registren, es un programa de capacitación integral con una duración de ciento diez horas y con valor curricular de Comex y de la STPS. Es importante destacar también que, por primera vez en una Expo Comex, la marca acerca de manera formal a distintos pintores certificados con los clientes gracias a un pabellón especial, en donde los primeros podrán tomar las solicitudes de los clientes.

Si quieres conocer todo lo que Comex tiene para tí,

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Ingeniería

Estrategia y planeación: claves en el uso de materiales innovadores Guadalupe Alonso Norma

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strategia y planeación son dos conceptos claves en la construcción de cualquier obra o proyecto y se requiere de disciplina, tiempo y determinación para lograr los resultados esperados. El caso de la fachada de la nueva Torre de Especialidades del Hospital General Dr. Manuel Gea González es un ejemplo claro de los beneficios que se obtienen al seguir un proceso de planeación riguroso y constante.

ProSolve 370e en la plancha de termoformado. (Fuente: gerencia de proyecto, ICA)

La fachada de la torre presenta una piel ensamblada con piezas ProSolve 370e, un elemento arquitectónico de manufactura extranjera con un alto desempeño ecológico que representó un reto de planeación y organización.

ProSolve 370e fue presentado inicialmente en la bienal de Venecia 2008 y se ha utilizado ya en un edificio en Paris y en un local comercial en Australia. Es un sistema basado en dos módulos básicos cuya repetición y acomodo asemejan un patrón orgánico a partir de una retícula matemática, ofreciendo un acomodo visual complejo característico de diseños personalizados, pero que en realidad cuenta con los beneficios de la producción en serie.

El material

La planeación

ProSolve 370e son elementos arquitectónicos tridimensionales que eliminan la contaminación del aire1. Los módulos son piezas de plástico termo–formados al vacío, resistentes al fuego y cubiertas con una base de polisiloxano con un contenido superfino de dióxido de titanio —TiO2—. La exposición del material a bajos niveles de luz ultravioleta y humedad es suficiente para iniciar una reacción foto–catalítica capaz de reducir algunos de los elementos que contribuyen a la elevación de los niveles atmosféricos de ozono y a la formación de lluvia ácida, como el óxido de nitrógeno. Estos contaminantes son transformados en minúsculas cantidades de dióxido de carbono y agua.

El equipo a cargo del proyecto viajó a Alemania para encontrarse con los diseñadores y planear, hasta el último detalle posible, la instalación de la fachada. Al ser piezas extremadamente ligeras, fue necesario realizar las pruebas de resistencia necesarias para comprobar que la fachada cumpliría con los esfuerzos por viento a los que estaría sometida. Estas se realizaron en la Universidad de Stuttgart, donde se confirmó el cumplimiento de los mismos.

1 Elegant Embellishments, Ltd., “3D Architectural Tiles”, en http:// prosolve.elegantembellishments.net/ intro_description.htm

Durante seis meses, el equipo de construcción en México trabajó conjuntamente con el equipo de diseñadores en Alemania, retroalimentando la mejor opción para el bastidor que portaría los módulos, seleccionando la tornillería de uso común en México y detallando la fijación de los módulos y soportes que serían enviados desde Alemania al bastidor que se colocaría en México.

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Ingeniería

El montaje En una segunda visita, el grupo pudo realizar una prueba de montaje y estimar el tiempo requerido para el ensamblaje de los módulos. El sistema ProSolve 370e se compone de seis piezas básicas que, combinadas, forman quinientos veinte megabloques diferentes y que, en conjunto, alcanzan una superficie de dos mil quinientos metros cuadrados. Con planos de taller en mano, el equipo de construcción en México comenzó el habilitado y montaje del bastidor que recibiría las piezas, asegurándose de marcar con precisión milimétrica la posición de la tornillería de fijación. Fue así como, una vez llegaron las piezas, el ensamblado y el montaje pudieron realizarse en solo cuatro semanas. Vista de la fachada terminada.

El día de hoy, la fachada de la torre de especialidades se encuentra terminada y a la vista. Poca gente tendrá conciencia de que este elemento decorativo colabora activamente con la mejora de su medio ambiente.

Agradecimientos: Josué Hooil, José Luis Jiménez y León V. Palacios, gerencia de proyecto Hospital Gea González, ICA.

Secuencia de ensamblado y montaje. (Fuente: gerencia de proyecto, ICA)

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(o, al menos, que no creo que lo hayan hecho)

Duane K. Miller 1

INTRODUCCIÓN

A

pesar del título de este artículo, estoy agradecido y valoro la educación que recibí en las escuelas de pregrado y posgrado. Estoy igualmente agradecido por la oportunidad de haber sido asesorado por muchos en esta profesión, siendo el más notable Omer W. Blodgett.

conectar a los miembros en configuraciones inadecuadas. Considérese, por ejemplo, una agarradera que se añade a una viga mediante soldadura. En la figura 1, la agarradera se encuentra paralela y directamente debajo del alma de la viga. La soldadura con filete usada para unir la agarradera a la viga está cargada de manera uniforme a lo largo de su longitud y el flujo del esfuerzo es fácilmente previsible: fluye hacia la sección que se encuentra en posición paralela, es decir, el alma de la viga.

A continuación se presentan resúmenes cortos de diez lecciones que he aprendido en mi carrera postuniversitaria. Aunque no son detallados en su desarrollo o aplicación, se espera que sean útiles como introducción para algunos, y como un buen recordatorio para otros.

Lección 1: Contar con un camino para que la fuerza penetre en el miembro —sección— que se encuentra en posición paralela Un concepto simple, pero que a menudo es omitido, es que la soldadura permite al ingeniero disponer los materiales en configuraciones casi ilimitadas. Junto con esta ventaja, sin embargo, se presenta una desventaja: es posible utilizar la soldadura para

Figura 1

Duane K. Miller, PE, Sc.D, es gerente de servicios de ingeniería en The Lincoln Electric Company de Cleveland, Ohio. Es un reconocido experto en el campo de la ingeniería de soldadura, con una especialización en el diseño de uniones soldadas. En 2001 recibió el premio TR Higgins Lectureship del American Institute of Steel Construction —AISC, Instituto Estadounidense de la Construcción en Acero—, que anualmente reconoce a un profesor y autor destacado cuyos documentos técnicos se consideran una contribución destacada a la bibliografía especializada en el campo de la ingeniería. En 2005 recibió el premio Lifetime Achievement Award de la AISC. Es autor y coautor de capítulos de muchos textos, incluyendo la AISC Design Guide on Welding y la 10ª edición del Mark’s Handbook of Engineering. 1

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Suplemento Especial

En la figura 2 se ha implementado un cambio aparentemente menor: la agarradera se ha girado 90 grados y ahora se encuentra perpendicular al alma de la viga. Mientras que la viga, la agarradera, la soldadura y la carga pueden permanecer sin cambio, la orientación diferente ha cambiado el flujo del esfuerzo. La soldadura ya no está cargada de manera uniforme a lo largo de su longitud sino que, por el contrario, a lo largo del centro de la soldadura existe un pico de esfuerzo. La magnitud del pico de esfuerzo dependerá de la rigidez relativa de las bridas de la viga. Para compensar este problema es posible añadir refuerzos, como se muestra en la figura 3. Este material adicional “constituye un camino para que la fuerza penetre en la sección que se encuentra en posición paralela”, lo que resulta en una ruta de carga previsible, así como en una soldadura cargada de manera uniforme.

Figura 2

Considérese ahora el mismo tipo de agarradera, pero esta vez sujeta al HSS rectangular, como se muestra en la figura 4. En este caso, la agarradera es paralela al eje longitudinal del tubo, centrado en el lado. Esta orientación problemática no constituye un camino de carga para que la fuerza penetre en las partes que se encuentran en posición paralela; es decir, los dos lados verticales del tubo. Girar la agarradera 90 grados, como se muestra en la figura 5, es poco útil para resolver el problema. Por supuesto, los extremos de las soldaduras están cerca del miembro paralelo, pero el radio en el miembro formado en frío crea un vacío que es difícil de soldar. Además, la soldadura no se carga de manera uniforme a lo largo de su longitud.

Figura 3

La figura 6 muestra una posible solución: la inserción de un refuerzo. Debe observarse que no es necesario que el refuerzo se extienda hasta la brida superior del tubo para ser eficaz. Sin embargo, a menos que la agarradera se encuentre muy cerca del extremo del tubo, esta solución puede no ser práctica cuando el acceso para la soldadura esté limitado. Una buena solución se ilustra en la figura 7, que muestra un soporte fabricado. Los lados están unidos directamente a la parte del tubo que se encuentra paralela a la carga aplicada. Otra opción posible es la figura 8: un soporte de yugo, que se extiende a los lados del tubo, es decir, la porción del tubo que es paralela a la carga aplicada. La horquilla no tiene que ser soldada a la parte inferior del tubo, ya que esta ruta de carga no es muy eficaz. La HSS redonda también puede ser un reto. La orientación mostrada en la figura 9 es semejante al problema con una HSS rectangular como se muestra en la figura 4. Es posible agregar un refuerzo interno, como se muestra en la figura 10 pero, a pesar de ser eficaz, puede no ser práctico, a menos que la

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Figura 4

Figure 5


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Suplemento Especial

agarradera esté muy cerca del extremo del tubo. Puede aplicarse un anillo externo como se muestra en la figura 11, pero la cuestión práctica de este detalle también es problemática, ya que es sería necesario deslizar el anillo para colocarlo en posición a lo largo de la longitud del tubo. El soporte de montaje fabricado de la figura 12 puede ser la solución más práctica para esta aplicación.

Lección 2: No hay elementos secundarios en construcciones soldadas La soldadura no sólo es un medio muy eficiente para unir materiales, sino que también es la única forma de unir materiales que realmente creen una pieza unificada sin necesidad de material de conexión adicional, ya que une metalúrgicamente componentes previamente separados con vínculos rígidos que permiten que las partes soldadas actúen como un solo conjunto. Dos consecuencias importantes surgen de este hecho: en primer lugar, que en un conjunto de partes soldadas siempre hay un camino metalúrgico a través del que puede propagarse una grieta. Esto contrasta con las conexiones mecánicas, donde una grieta en uno de los miembros no puede “saltar” a través de un remache o tornillo y penetrar en otro miembro. Esto no significa que una grieta no pueda empezar en un miembro vecino que esté unido mecánicamente pero, en este caso, si el otro miembro comienza a resquebrajarse, es debido al inicio de una nueva grieta más que a la propagación de la grieta anterior. La segunda consecuencia de lo anteriormente dicho es que todos los componentes unidos por soldadura a elementos

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estructurales potencialmente se vuelven parte de la ruta de carga. Como ejemplo, considérese la posibilidad de agregar un soporte de acero: el propósito principal del respaldo es facilitar la deposición de metal soldador en la soldadura en ranura de un solo lado. Sin embargo, dado que el respaldo se une a la estructura a través del fondo de la soldadura, tiene el potencial de convertirse en un componente de carga. El efecto del soporte de acero dejado en el sitio en el terremoto de Northridge en 1994 está bien documentado: la falta natural del plano de fusión entre el borde del soporte de acero y la brida de la columna origina una concentración de esfuerzos en el fondo de la soldadura en ranura CJP que une la viga a la columna, como se muestra en la figura 13. En la figura 14 se muestra un ejemplo de una conexión real agrietada. La concentración de esfuerzos causada por el refuerzo de acero dejado en el sitio fue el punto de inicio de la fractura. Las especificaciones posteriores al sismo de Northridge y los detalles de conexión suelen requerir la eliminación del refuerzo desde la brida inferior de la viga hasta la conexión de la brida de la columna de conexiones que resisten momentos especiales en zonas de alta sismicidad. La eliminación de refuerzo de acero también elimina la concentración de esfuerzos resultante y aumenta la resistencia a la rotura de la conexión. Una soldadura con filete en este lugar reduce aún más la concentración de esfuerzos en muestra en la figura 152. Códigos como el AWS D1.1 requieren que el soporte sea continuo en toda la longitud de la unión.

2

AISC, 2005 a.

Lección 3: La obtención de metal soldador duro es fácil de lograr: la obtención de metal de soldadura resistente requiere del control de los parámetros de soldadura El metal soldador es el producto que se compra en cajas o latas, o que se surte en bobinas o barriles. Ejemplos de metales de aporte son los electrodos forrados para SMAW —shielded metal arc welding, soldadura manual de metal por arco—, los electrodos sólidos para GMAW —gas metal arc welding, soldadura de metal con arco y gas— y los electrodos con núcleo de fundente para FCAW —flux–cored arc welding, soldadura de arco con núcleo fundente—. Algunas clasificaciones de metal soldador requieren que los consumibles empleados en el proceso, para depositar la soldadura, cumplan requerimientos mínimos de resiliencia, normalmente medidos con la muestra del ensayo con entalla Charpy —CVN, siglas de Charpy V–notch Number—, mientras que otras no lo hacen. Para obtener metal soldador duro, basta con revisar los manuales de ventas, los certificados de conformidad o la clasificación AWS de metal soldador para el producto particular en cuestión y comprar el producto en consecuencia. Cuando un ingeniero especifica un nivel mínimo de resiliencia para un proyecto, el interés no está en tener un metal soldador duro, sino soldaduras duras. Por supuesto, es poco probable que el metal de soldadura dura sea depositado con un metal soldador que no tenga el nivel de resiliencia mínimo prescrito. El hecho más importante es este: simplemente comprar y usar un metal soldador con una resiliencia mínima especificada CVN no necesariamente origina depósitos de soldadura fuertes.


Suplemento Especial

Las especificaciones AWS de metal soldador, conocidas colectivamente como especificaciones A5, prescriben pruebas que proporcionan un método común de evaluación de las propiedades del metal soldador. Además, los ensayos prescritos en los documentos están específicamente diseñados para minimizar la variabilidad en los resultados de las pruebas. Considérese lo siguiente 31: A6.1 Las propiedades del metal soldador pueden variar ampliamente, dependiendo del tamaño del electrodo y del amperaje utilizados, el tamaño de los cordones de soldadura, el espesor del metal base, la geometría de la junta, las temperaturas de precalentamiento y, entre pasadas, la condición de la superficie, la composición del metal base, la dilución, etcétera; debido al efecto profundo de estas variables, se escogió un procedimiento de prueba que represente la buena práctica de soldadura y minimice la más potente de estas variables. A6.2 Las propiedades de los productos de la soldadura pueden variar en consecuencia, dependiendo de las condiciones de soldadura en particular. Las propiedades del metal soldador no pueden duplicar, o incluso aproximarse demasiado, a los valores indicados y prescritos para pruebas de soldadura.

El mensaje de las citas anteriores es simple: las propiedades obtenidas en las pruebas de clasificación de las soldaduras pueden cambiar con los procedimientos de soldadura. Y mientras que las propiedades mecánicas de resistencia a la fluencia, resistencia a la tracción y alargamiento pueden ser afectadas por los procedimientos de soldadura, ninguna depende tanto del procedimiento como lo son las propiedades CVN. Debido a esta variabilidad de las propiedades —como una función del procedimiento de soldadura—, algunos códigos como el AASHTO/AWS D1.5 requieren que las especificaciones del procedimiento de soldadura —WPS— sean calificadas con pruebas, donde las pruebas mecánicas requeridas incluyen la mues3

AWS, 2004.

tra del ensayo con entalla Charpy42. El AWS D1.8 Seismic Welding Supplement —suplemento de soldadura sísmica— requiere pruebas de entrada de calor alto y bajo de los metales de aporte utilizados con ciertos procesos de soldadura, permitiendo que la soldadura de producción sea realizada dentro de estos límites de entrada de calor53 En los términos más generales, las propiedades CVN dependerán de la química de soldadura, de las tasas de enfriamiento de la soldadura y, para soldaduras de múltiples pasadas, del refinamiento de las pasadas subsiguientes. La química de un depósito de soldadura depende tanto del metal soldador como del metal base implicados. Como regla general, suele ser preferible minimizar la penetración del metal base para así disminuir los posibles efectos negativos de las adiciones del metal base a la composición de la soldadura. Es posible que las adiciones del metal base mejoren la composición del metal soldador desde la perspectiva de la tenacidad, pero sin un conocimiento específico de la composición del metal base y de si las adiciones serán útiles o perjudiciales, el enfoque conservador consiste en reducir al mínimo tales adiciones del metal base. Si esto es llevado a un extremo, las medidas para minimizar la penetración pueden afectar negativamente la fusión de la soldadura, por lo que se también se requiere precaución en esta área. El metal soldador experimenta el fenómeno conocido como tenacidad del metal soldador de acero, generalmente mejorada con una velocidad de enfriamiento media. Velocidades de enfriamiento muy altas y muy lentas resultan en una menor tenacidad del metal soldador, aunque por diferentes razones. El efecto de la temperatura entre pasadas se muestra en la figura 16. Si todas las demás variables permanecen sin cambio, la temperatura más alta entre pasadas lleva a velocidades de enfriamiento más 4 5

AWS, 2002. AWS, 2005.

lentas; a su vez, una temperatura menor entre pasadas tiene el efecto contrario. Como muestra el gráfico, los valores CVN están en un pico —de este depósito de soldadura en particular— cuando la temperatura entre pasadas está entre aproximadamente 300 oF y 535 oF64. Las temperaturas entre pasadas, tanto superiores como inferiores, resultan en una disminución de los valores CVN. La entrada de calor es otra variable que afecta los valores CVN y, otra vez, los valores extremos de entrada de calor tienen como resultado la disminución de los valores. La figura 17 ilustra esta tendencia, donde el eje vertical refleja la temperatura a la que se alcanzan 100 J —74 pies/lbs.— de energía CVN7. Para esta presentación de datos en particular, menores valores —es decir, temperaturas más bajas— representan una mejor dureza. Para los cuatro tipos de soldadura evaluados —con la etiqueta A–D—, todos muestran la misma tendencia: las mejores propiedades CVN se obtienen entre 1 KJ/mm y 3 KJ/mm de entrada de calor —25 y 75 KJ/pulgada—. Para soldaduras de pasadas múltiples, la cantidad de refinamiento que proporcionan las pasadas de soldadura posteriores tiene un efecto crucial sobre la dureza de la soldadura. El pase de primera soldadura que se deposita puede ser caracterizado como “como fundida”. Habitualmente —pero no siempre—, el metal soldador como fundido tendrá tenacidad a la entalladura limitada. El paso siguiente de soldadura recalienta parte del primer paso, refinando esa parte de la primera pasada. El tercer paso vuelve a calentar parte de la segunda y el proceso continúa. En algunas zonas específicas, el metal soldador refinado se vuelve a calentar y la zona de refinado se refina aún más. En la figura 18 se muestran el metal soldador primario y el refinado. En las soldaduras de varias pasadas se obtiene una resistencia óptima cuando se magnifica el refinamiento. Esto se puede lograr cuando se realizan muchos pases 6 7

Stout y Doty, 1971 Bailey,1994.

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Suplemento Especial

de soldadura, donde cada paso es relativamente delgado. Sin embargo, al llevar el procedimiento al extremo, los pases de soldadura muy pequeños dan derivan en bajos niveles de entrada de calor, lo cual puede afectar negativamente la dureza. Aunque hay excepciones, las siguientes técnicas habitualmente optimizan la resistencia CVN en metal soldador: 1. Usar niveles de precalentamiento generosos. Sin embargo, niveles de precalentamiento superiores a 450 oF no son aconsejables ni necesarios. 2. Mantener una temperatura entre pasadas en el rango de 250 a 550 oF. 3. Mantener un nivel de entrada de calor en el rango de 40 a 60 KJ/pulg. 4. Depositar capas delgadas de soldadura. Esto suele lograrse con electrodos de diámetros más grandes, que funcionan a menores corrientes de soldadura. 5. Minimizar la penetración del metal base, pero no al extremo de alterar la fusión. 6. Colocar cordones de soldadura individuales en la articulación, de manera que aumente el refinamiento del metal soldador previamente depositado. 7. Evitar la tendencia a “tapar” soldaduras de pasadas múltiples con un gran pase de soldadura con alta entrada de calor. Recuerde: el último paso se compone de 100 % de metal soldador como fundido.

Figura 6

Figure 7

Lección 4: Cuando se trata con el comportamiento a la fatiga de conjuntos soldados, son necesarios algunos cambios importantes en el pensamiento Tres variables afectan el comportamiento a la fatiga de una unión soldada: el rango de esfuerzos, la geometría asociada con la soldadura —o “categoría de esfuerzos”— y el número de ciclos de carga. Normalmente, el número de ciclos de carga que se espera pueda soportar una estructura es determinado por la aplicación y no se puede cambiar. Además, por lo general no es posible cambiar la magnitud de la carga.

Figure 8

El apéndice 3, especificaciones AISC, proporciona dos ecuaciones que rigen el comportamiento a fatiga: A–3–1 se aplica a las categorías de fatiga A–E’ y la ecuación A–3–2 está reservada para la categoría F solamente. La única diferencia en el formato de las ecuaciones es que para A–E’ el exponente es 0.333 —o 1 /3 —, mientras que para la categoría F, el exponente es 0.167 —o 1/6 —. Cada categoría alfabética tiene su propio coeficiente único —Cf—. A continuación se reproduce la ecuación A–3–1. Figure 9

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Una simple revisión de la ecuación muestra que, a fin de aumentar el rango FSR de esfuerzos permisibles, Cf debe ser mayor —es decir, un cambio de detalle— o debe disminuirse el número de ciclos de carga N, o ambas cosas. Si el rango FSR de esfuerzos permisibles sigue siendo demasiado bajo para los esfuerzos aplicados, entonces es necesario disminuir el rango de esfuerzos aplicados.

Figure 10

Figura 11

Figura 12

Figure 13

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La categoría F se aplica a situaciones en las que se espera que el fallo ocurra dentro del metal soldador, como a través de las gargantas de los cordones de soldadura, soldaduras de ranura con penetración parcial en la junta —PJP— o soldaduras de muesca y de tapón. Si el comportamiento de la categoría F es el factor limitante, entonces una soldadura más grande reduce el rango de esfuerzos que se experimenta, y si el rango de tensiones aplicadas es inferior al FSR, el metal soldador en sí deja de ser el factor limitante. El fallo a través de la garganta de soldaduras de ranura con penetración completa en la junta —CJP— se rige por la categoría B cuando se quita el refuerzo y se revisa la soldadura con inspección por ultrasonido —UT— o radiográfica —RT—. La categoría A es válida para metales base sin soldar. Todos los otros ejemplos de las categorías B–E’ son válidos para el metal base adyacente a la soldadura, no para el fallo a través del metal soldador en sí. Tales grietas por lo general inician en la punta de soldadura, o al final de la soldadura, pero la propagación no es a través del metal soldador, sino en el metal base. Hay la situación única de conexiones en cruz gobernada por las ecuaciones A–3–3 o A–3–4, donde se utiliza un factor de reducción para determinar si el metal soldador o el metal base será el punto de inicio de la grieta. Un aumento suficiente en el tamaño de la soldadura elimina el metal soldador como el punto de fallo y, una vez más, hace que el metal base al lado de la soldadura sea el factor limitante. La experiencia ha demostrado, sin embargo, que la categoría F rara vez es el factor limitante: la aparición más frecuente es la presencia de un detalle de la categoría C, D, E o E’. Cuando este es el caso, el ingeniero puede cambiar el detalle de la soldadura o el rango de esfuerzos. A veces, un detalle limitante puede ser movido a otra ubicación donde el rango de esfuerzos es más bajo —que extiende una cubierta protectora hacia una región de un momento más bajo es un ejemplo típico—. En otras situaciones, el detalle de la fatiga puede ser cambiado, como el uso de un radio agrandado que puede crear un detalle con un rango de esfuerzos admisibles mayor. Cuando el rendimiento de la fatiga se rige por el metal base en las categorías A–E’, y cuando el detalle no puede ser eliminado, movido o modificado, entonces la única solución que queda para el conjunto de cargas y ciclos dado consiste en reducir el rango de esfuerzos. Dado que el esfuerzo es una función de la carga y algunas propiedades de la sección —por ejemplo, A, S—, y si la carga no se puede cambiar, entonces la propiedad


Suplemento Especial

de la sección debe aumentarse para reducir el rango de esfuerzos. Así, los medios para la eliminación de grietas de fatiga en la mayoría de las situaciones —con excepción de la categoría F— por lo general implican un cambio en la sección o en el espesor de los materiales implicados. Esto puede parecer ilógico, sobre todo si el agrietamiento por fatiga es visto como un “problema de soldadura”. Además, cuando incorrectamente se considera como tal, la lógica dice que son necesarios algunos cambios en la soldadura: una soldadura más fuerte, una soldadura de una “mayor calidad”, una soldadura más resistente. Lástima: la solución consiste en reducir el rango de esfuerzos en el metal base. Una propuesta “emocional” muy frecuente es reducir el rango de esfuerzos mediante el uso de acero cuya resistencia sea más alta. Aunque esta lógica parece apropiada cuando se trata con diseños relacionados con resistencia, no tiene ningún efecto en el desempeño en la fatiga puesto que el mero uso de acero de mayor resistencia no hace nada para reducir el rango de esfuerzos. Además, cuando se utiliza acero de alta resistencia, los espesores del material suelen reducirse, lo que tiene el efecto de aumentar el rango de esfuerzos y reducir la resistencia a la fatiga. Un acero de mayor resistencia puede ser utilizado para apoyar las “cargas muertas”, pero no funciona para ayudar con las “cargas vivas”. Una pregunta que surge a menudo, con respecto a la fatiga de conjuntos soldados, es “¿cuál es el papel del alivio de esfuerzos en comportamiento a la fatiga?”En la raíz de esta pregunta, a menudo, está el conocimiento de que los esfuerzos residuales afectan el desempeño de conjuntos soldados, y, por tanto, si los esfuerzos se reducen mediante el alivio de los esfuerzos térmicos, seguramente habrá un mejor desempeño85. Eliminar los esfuerzos térmicos rara vez se aplica a aplicaciones estructurales, pero puede ser útil para obtener un mejor desempeño en la fatiga en condiciones muy específicas. 8

Barsom y Rolfe, 1999.

Para soldadura sin esfuerzos, el rango de esfuerzos sigue siendo determinado al restar el esfuerzo mínimo al esfuerzo máximo. Sin embargo, no es necesario considerar esfuerzos de compresión. Así, para las condiciones de carga que implican carga de compresión, el rango de esfuerzos puede ser reducido para piezas soldadas térmicamente aliviadas de esfuerzos. Otra variable que se utiliza en la fatiga es la relación de esfuerzos, que suele abreviarse con “K” y se define de la siguiente manera:

El cuadro que se muestra en la figura 19 identifica dónde es útil el acero de resistencia superior y dónde el alivio de esfuerzos es útil para proporcionar un comportamiento a la fatiga mejorado.

Lección 5: La ductilidad no es una propiedad del material La obtención de un comportamiento dúctil por parte de un elemento o conexión estructural requiere algo más que el mero hecho de fabricar el conjunto de acero. A veces se dice que el acero es un material “inherentemente dúctil”: aunque todos los aceros que figuran en las especificaciones AISC tienen requerimientos mínimos establecidos para la ductilidad, esta, medida en cuanto a su elongación en un ensayo a la tracción, no se traduce automáticamente en un comportamiento dúctil en configuraciones más grandes de materiales. La ductilidad es un concepto importante de entender cuando se trata de uniones soldadas. Cuando el metal soldador caliente se deposita, tanto la soldadura como el acero circundante se dilatan volumétricamente debido a sus temperaturas elevadas. A medida que la soldadura y el acero a su alrededor se enfrían, se con-

traen volumétricamente. Para miembros más delgados y conjuntos más flexibles, la contracción resulta en distorsión. Para configuraciones más pesadas y rígidas, el acero circundante y la soldadura deben deformarse plásticamente —es decir, comportarse de manera dúctil—, o la soldadura se agrieta. Las soldaduras con éxito dependen del comportamiento dúctil. Cualquiera que haya reparado piezas de hierro fundido agrietadas por soldadura conoce el desafío de soldar materiales que tienen una ductilidad limitada. La sección de ensayo a la tracción reducida, que constituye la base para la aceptación del material, es un espécimen cargado uniaxialmente. El espécimen lentamente cargado, liso —sin muescas—, se somete a esfuerzos altamente predecibles. Es importante destacar que, en virtud de tales condiciones, la carga de tracción origina esfuerzos cortantes que son la mitad de los esfuerzos de tracción. Cuando estos esfuerzos cortantes exceden un valor crítico, ocurre una deformación a lo largo de los planos, orientada a 45o con respecto al eje de esfuerzo, y se observa un comportamiento dúctil. El espécimen de prueba termina por alargarse a consecuencia de la elongación, volviéndose más estrecho en los dos ejes ortogonales perpendiculares a la dirección de alargamiento. Si el espécimen se restringe en las direcciones perpendiculares a la dirección de la elongación, la ductilidad se inhibe. La razón de este cambio no se debe simplemente a la restricción sino, más bien, al efecto de esta restricción sobre los esfuerzos cortantes. Los esfuerzos de tracción multidireccionales disminuyen los esfuerzos cortantes. Aunque una disminución en el esfuerzo suele considerarse ventajosa, en este caso, la disminución hace menos probable que se experimente un comportamiento dúctil9. La conexión de la sección reducida de la viga —RBS—, conocida comúnmente como conexión “hueso de perro”, constituye un buen ejemplo de cómo estos principios sobre la ductilidad pueden ser aplicados en la práctica. La 9

Gensamer,1941.

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Suplemento Especial

región en la que se espera que ocurra comportamiento inelástico es en la viga, lejos de la conexión. En ese lugar, los esfuerzos son esencialmente uniaxiales con poca restricción, lo que significa que los esfuerzos cortantes son de una magnitud que representa el 50 % de los esfuerzos de tracción.

Lección 6: La restricción y las muescas son causas comunes de fallas La restricción, los esfuerzos multiaxiales de tracción y las muescas —todas— pueden inhibir la ductilidad y promover fracturas. Una revisión de una serie de fallos muestra que elementos comunes a ellos suelen implicar la restricción y/o muescas10; por tanto, un diseño prudente requiere evitar tales condiciones. La lección anterior analizada en este documento puso de manifiesto la importancia de los esfuerzos cortantes en la ductilidad. Cuando el acero está restringido en las direcciones perpendiculares a la carga aplicada, la ductilidad será inhibida porque los esfuerzos cortantes están limitados. La presencia de esfuerzos de tracción residuales de la soldadura, concentrados en y alrededor de la soldadura, también inhiben la ductilidad localizada, ya que también restringen los esfuerzos cortantes. A poca distancia de la soldadura, los esfuerzos de tracción residuales de la soldadura inducen esfuerzos de compresión residuales. Estos esfuerzos de compresión en realidad pueden aumentar la ductilidad, ya que aumentan los esfuerzos cortantes. Esto es, por lo menos, una justificación para el uso de los agujeros más grandes de acceso para la soldadura11.6. El grado de concentración de esfuerzos depende parcialmente del radio en la raíz de la concentración de esfuerzos: mientras menor es el radio, más grave es la concentración de esfuerzos. Así, la concentración de esfuerzos más severa es creada cuando una grieta está presente, ya que el radio al final de una grieta es cero. 10 11

Barsom, 2004. Miller, 2006.

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La conexión de la sección reducida de la viga —RBS— fue analizada previamente. Aunque la conexión fue diseñada para promover un comportamiento dúctil, las muescas pueden ocasionar una fractura en el área de corte de RBS. Como resultado, el área que se espera muestre un comportamiento dúctil en un evento sísmico importante se define como la “zona protegida”. En esta región son válidos los requerimientos especiales de fabricación y prohibición en las uniones: las muescas originarían un incremento en los esfuerzos, como lo harían diversas uniones. Además, accesorios de este tipo podrían introducir restricciones adicionales.

Lección 7: La mecánica de la fractura no ha sido, y nunca será, un tema solo de los materiales En su libro de texto —ya clásico—, Barsom y Rolfe afirman que La mecánica de la fractura ha demostrado que, debido a la interrelación entre materiales, diseño, fabricación y carga, las fracturas por fragilidad no pueden ser eliminadas en las estructuras meramente mediante el uso de materiales con tenacidad a la entalladura mejorada12.

Aunque la geometría específica de la parte implicada y las características de la “grieta” modifiquen en cierta medida la ecuación, la mecánica de una fractura, básicamente, se descompone en una relación que sigue este formato:

donde KI es el factor de intensidad del esfuerzo, σ es el esfuerzo —calculado de la manera en que normalmente se haría— y a es la longitud de la “grieta”. La palabra “grieta” se ha escrito entre comillas hasta este momento por una razón deliberada: todas las discontinuidades planas se consideran “grietas” cuando se evalúan en 12

Barsom y Rolfe,1999.

la mecánica de la fractura. Por ejemplo, el plano no fundido en la raíz de una soldadura con fusión incompleta es una “grieta”para un especialista en mecánica de fracturas mientras que, para un ingeniero de soldadura, este plano no fundido en la raíz de una soldadura es una fusión incompleta, muy diferente a una grieta. El factor de intensidad KI representa la exigencia sobre el sistema, lo que es algo semejante al esfuerzo en el diseño convencional. Obsérvese que el factor de intensidad del esfuerzo aumenta con valores mayores de esfuerzo y del tamaño de la fisura. La propiedad del material identificada como Kc es la resistencia a la propensión a la fractura: es decir, el factor de intensidad del esfuerzo crítico. En diseños basados en la resistencia, la exigencia —KI— debe ser menor que la resistencia —y—. De manera semejante, en la mecánica de la fractura, la exigencia —KI— debe ser menor que la resistencia —Kc—. Cuando los dos son iguales, se utiliza la nomenclatura KIC. El factor de intensidad de esfuerzo crítico para un material específico también depende de la tasa de carga, la temperatura y la restricción. Mayores tasas de carga —por ejemplo, mayores velocidades de deformación—, temperaturas más bajas y más restricciones —todo en su conjunto— reducen el factor de intensidad de esfuerzo crítico, reduciendo asimismo la capacidad del material para resistir la fractura. Con demasiada frecuencia, cuando se observa una fractura por fragilidad, la reacción inmediata es “culpar” al material por su deficiente dureza. De acuerdo con este razonamiento, si la resistencia —Kc— fuese mayor, no habría ocurrido el fallo. Esta idea será revisada dentro de poco. Sin embargo, el enfoque en el material omite considerar dos opciones más: el esfuerzo y el tamaño de la falla. Una reducción en el esfuerzo, o una reducción en el tamaño de la falla tendrían también —ambas— el efecto de hacer que el sistema sea más resistente a la fractura. De ahí la certeza al afirmar “la mecánica de la fractura no ha sido, y


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Suplemento Especial

nunca será, un tema sólo de los materiales”. Incluso la intensidad del esfuerzo crítico —Kc— no depende simplemente del material. En algunos casos, las tasas de carga se pueden cambiar, como puede hacerse con la temperatura de operación del sistema. La restricción es otra variable bajo el control del ingeniero o, al menos, fuera del control del proveedor de materiales. Además de reducir el tamaño del defecto y el esfuerzo, la resistencia a la fractura puede mejorarse con temperaturas mayores, menores tasas de carga y restricción reducida.

Figure 14

Una gráfica del esfuerzo nominal contra el tamaño del defecto —a—, junto con la curva que representa la tenacidad del material —Kc—, permite realizar un examen visual de los factores que intervienen, como se muestra en la figura 20. Si la combinación del esfuerzo y el tamaño del defecto es tal que la gráfica está por debajo de la curva Kc, no hay fractura. Si el esfuerzo y el tamaño del defecto, o ambos, se incrementan hasta una magnitud tal que el punto esté sobre la curva o por arriba de ella, se predice la fractura. Un aumento en la resistencia a la fractura desplaza hacia arriba y a la derecha la curva Kc: véase la figura 21. La combinación del esfuerzo y el tamaño del defecto que previamente habría causado la fractura ya se puede resistir con el material más duro. C V N (ft lb ) @ - 4 0 o C

Merece la pena considerar dos extremos: en primer lugar, puede suponerse que el tamaño del defecto —a— es muy pequeño y que la resistencia del material —Kc— es muy alta. En tales condiciones, la gráfica sugiere que se puede aplicar un esfuerzo infinito sin que haya fractura, como se muestra en la figura 22. Por supuesto, este no es el caso. Antes de explicar este comportamiento, se considerará el otro extremo: el esfuerzo es muy bajo. En estas condiciones, la gráfica muestra que puede ser tolerada una grieta de tamaño infinito. Véase la figura 23. Nuevamente, esto no es cierto, pero es exactamente lo que parece predecir la mecánica de fracturas.

Figura 15

300

68

200

28 Vector

deg. F 575

150 100 50 0 0

50

100

150

200

250

300

Interpass Temp (deg C) Figure 16

From Bailey, Weldability of Ferritic Steels, TWI, 1995

Lo que muestran estos dos extremos es simplemente esto: las fracturas por fragilidad se pueden evitar en tales condiciones, pero eso no impide que, en su lugar, se produzcan otros estados limítrofes. A pesar de que el tamaño del defecto puede ser pequeño, con dureza suficiente, la fluencia puede ocurrir primero. O bien, con un esfuerzo lo suficientemente bajo, si el tamaño del defecto se vuelve demasiado grande, se experimenta una condición neta de fluencia de sección. Considerar la mecánica de la fractura como cuestión sólo del material es eliminar la oportunidad de controlar otras variables para minimizar las tendencias a la fractura.

465

De Stout and Doty, Weldability of Steels, WRC, 4th edition, 1971

ENTRADA DE CALOR, kj/mm

Figura 17


Suplemento Especial

Lección 8: Las soldaduras pueden ser mucho más eficaces que los pernos Metal soldador primario (sin refinar)

En la época —hace unos treinta años— en que se registraron una serie de fracturas al soldar en las secciones denominadas jumbo, algunos ingenieros optaron por evitar completamente los desafíos relacionados con la soldadura y especificaron uniones empernadas. Hasta que los problemas técnicos fueron resueltos, algunos productores de acero recomendaron el uso de conexiones empernadas contra conexiones soldadas. En 1989, sin embargo, la AISC había emitido el suplemento Nº 2, que abordaba una variedad de nuevos requerimientos para las uniones soldadas que implican formas pesadas. Después de veinte años de uso, estas disposiciones han demostrado ser altamente confiables.

Metal soldador refinado (recalentado)

Figure 18

Relación de esfuerzos K

K = σ min/σ max)

Positivo Positive (>0) 0

Acero de mayor resitente

Alivio de esfuerzo

Para abordar esta cuestión, se realizó una comparación de costos entre dos empalmes a tope: uno soldado, el otro apernado. En la comparación se incluyeron los siguientes aspectos: materiales, tiempo de compra, tiempo de soldadura, tiempo de perforación, costo del perno, costos del metal soldador. Lo que no se incluyó fue cualquier diferencia en el costo del acero estructural, ni el costo de pruebas CVN. Tampoco se incluyó el costo de inspección no destructiva.

Ayuda con No ayuda cargas muertas No ayuda

Negativo Negative (<0)

Aunque las nuevas disposiciones son exitosas, aumentaron progresivamente los costos de fabricación. Durante este periodo surgió una pregunta justa: ¿las conexiones soldadas seguían siendo menos costosas?

No ayuda Reduce

No ayuda

rango de esfuerzo

(elimina compresión)

Figura 19

KIC = σ

πa

Estrés, σ

2a

σ

No hay fractura a

KIC

Defecto tamaño, 2a Figura 20

σ

Se consideró un empalme a tope en una sección W14X730. La comparación se hizo en 1990 y, por tanto, han aumentado los costos de materiales y mano de obra, pero es probable que la comparación relativa sea semejante. Los detalles se muestran en la figura 24. El costo de la alternativa con soldadura fue casi 80 % menor137. Este ejemplo no se ofrece como representativo de cualquier regla práctica o como ejemplo típico, ya que cada situación debe ser evaluada sobre una base de caso por caso. Sin embargo, lo que este ejemplo ilustra es que las reacciones emocionales o instintivas para requerir uniones atornilladas pueden ser costosas. Para un proyecto de puente reciente, el ingeniero implicado se sorprendió cuando el equipo del fabricante y el montador seleccionó la opción con soldadura de campo —el ingeniero la había diseñado en ambos sentidos, dejando la elección a la contratista—. El ingeniero repitió el dicho comúnmente aceptado —que rara vez se critica—, “pensé soldar en el taller y colocar los pernos en campo”. Cuando el ingeniero solicitó uniones apernadas, el contratista volvió con una estimación de costos cuatro veces más elevada, lo que también fue una sorpresa para el in13

Blodgett y Miller, 1993.

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Suplemento Especial

geniero. En última instancia, el proyecto fue soldado en campo, con los procedimientos adecuados, personal calificado e inspecciones postsoldadura. Las uniones soldadas, ya sean hechas en la tienda o en campo, deben realizarse en condiciones que den lugar a la calidad requerida. La diferencia de costos puede ser importante, lo que justifica la aplicación de controles adicionales para asegurar la obtención de la calidad prevista.

Lección 9: Los detalles de soldadura son muy importantes En 1982, un subcomité de la Comisión de Ciencia y Tecnología de la Cámara de Representantes de los Estados Unidos trató de determinar los factores que contribuían a fallas estructurales. Como se menciona en la obra clásica To Engineer is Human, los siguientes factores críticos fueron identificados como necesarios para prevenir fallas14: 1. Comunicación y organización en la industria de la construcción. 2. Inspección de la construcción por el ingeniero estructural. 3. Calidad general del diseño. 4. Detalles de diseño para la conexión de estructuras y planos de taller. 5. Cuidadosa selección de arquitectos e ingenieros. 6. Difusión oportuna de los datos técnicos. Obsérvese que los detalles de conexión se encuentran en esta lista, y no debería ser ninguna sorpresa que los mismos sean tan importantes en conexiones soldadas como lo son en conexiones mecánicas. Elaborar un resumen completo de todos los principios que deben ser considerados en las uniones soldadas puede ser una tarea imposible y, ciertamente, rebasa el alcance de este documento. Sin embargo, la siguiente enumeración se ofrece como una lista de comprobación

de cuestiones que merecen una cuidadosa atención: 1. Soldar geometrías con cavidades de acceso y calidad. 2. Dejar en el lugar los efectos del respaldo de acero y de entalle. 3. Dejar en el lugar las pestañas de soldadura y los efectos de entalle. 4. La intersección de soldaduras de múltiples direcciones y el efecto de esfuerzos residuales acumulados. 5. Las combinaciones de soldaduras y pernos en una sola conexión. 6. Las combinaciones de soldaduras longitudinales y transversales y las cargas compartidas entre ambas. 7. Terminaciones de soldadura: hasta el final de la parte, detenidas en corto o envueltas alrededor del final. 8. Soldaduras por puntos: cómo se hacen, dónde se hacen y el efecto potencial de estas soldaduras sobre la ruta de carga. 9. Conexiones que implican transiciones en los espesores o anchos del material. 10. Comprender la ruta de carga —véase la lección 1—. 11. El efecto de los huecos entre las partes a soldar. 12. La base de la soldadura y el potencial de carga alrededor de la base.

Lección 10: La sub–concordancia — undermatch— es una herramienta subutilizada Cuando la fuerza del metal soldador se compara con la fuerza del metal base, la relación puede ser conocida como concordante —matching—, sub–concordante —undermatching— y sobre– concordante —overmatching—. El cuadro J2.5 de las especificaciones AISC define el nivel requerido de la fuerza del metal de aporte para diversas soldaduras y condiciones de carga. La concordancia de fuerzas es aceptable para todas las soldaduras y condiciones de carga, aunque solo es necesario para soldaduras en ranura CJP cargadas en tracción. Para todas las demás soldaduras se permite algún grado de sub–concordancia. Nunca se requiere sobre–concordancia. La nota b de la tabla permite una condición de sobre– concordancia de 10 ksi15. Para la mayoría de aplicaciones estructurales se utiliza A992, y el metal de aporte para emparejar las fuerzas es E70. Cuando se utilizan aceros de resistencia más alta y, particularmente, cuando la resistencia mínima a la fluencia especificada del acero es 70 ksi o más, debe considerarse metal de soldadura de sub–concordancia para que las soldaduras contenidas en el cuadro J2.5 permitan esta opción. La razón es que tales soldaduras son menos propensas a agrietarse durante la fabricación. Cuando se introdujo la HPS 70W, el uso de metal de soldadura de menor concordancia fue un componente clave para el éxito de la soldadura del material. Las soldaduras con filete del alma a la brida y las soldaduras con filete de refuerzo a la brida, desarrolladas principalmente para aplicaciones en puentes, eran idóneas para la utilización de metal de aporte con sub– concordancia. 2

Pretoski, 1982. AISC, 2005.

15

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CURSO TALLER

Aplicación AplicaciónPráctica Práctica del delCapítulo Capítulo de Diseño Diseño por porSismo Sismo Aplicación Prácticade del Capítulo de del del Manual Manual de deDiseño Diseñode deObras Obras Civiles Civiles de deCFE CFE2008 2008 Diseño por Sismo del Manual de Diseño de

Obras Civiles de CFE 2008

Morelia, Michoacán del 12 al 15 de Diciembre

Peligro Sísmico, Efectos de Sitio y Construcción de Espectro de Diseño Cálculo de Fuerzas Sísmicas para Estructuras Tipo Edificios y Uso del Programa PRODISIS Cálculo de Fuerzas Sísmicas para Estructuras Tipo Tanques, Chimeneas y Torres de Transmisión Cálculo de Fuerzas Sísmicas para Estructuras Tipo Tanques, Chimeneas y Torres de Transmisión

Profesores

Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil

Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil (CRDIC) M. I. Héctor Soto Rodríguez Tel/Fax: 01(443) 3 19 89 37 Comité Organizador crdic@prodigy.net.mx *


Suplemento Especial

KIC = σ

BIBLIOGRAFÍA

πa

Esfuerzo, σ, a

2a

σ

AISC (2005a). ANSI/AISC 341. Seismic provisions for structural steel buildings. Chicago: American Institute of Steel Construction.

Acero más duro

σ

AISC (2005). Steel Construction Manual. 13a edición. Chicago: American Institute of Steel Construction.

KIC

AWS (2002). ANSI/AASHTO/AWS D1.5 Bridge Welding Code. Miami: American Welding Society. AWS (2004). ANSI/AWS A5.1 Specification for carbon steel electrodes for shielded metal arc welding. Miami: American Welding Society.

a

Tamaño del defecto, 2a Figure 21

AWS (2005). ANSI/AWS D1.8-05 Structural Welding Code—Seismic Welding Supplement. Miami: American Welding Society.

KIC = σ

Bailey, N. (1994). Weldability of ferritic steels. Cambridge: ASTM International, Materials Park, OH, y Abington Publishing.

πa

Esfuerzo, σ

2a

σ

Barsom, J.M. y Rolfe, S.T. (1999). Fracture and fatigue control in structures: Applications of Fracture Mechanics. 3a edición. West Conshohocken: ASTM.

KIC ¿Esfuerzo infinito? a

Barsom, J.M. (2004). Presentación no publicada en la Universidad de Kansas.

Blodgett, O.W. y Miller, D.K (1993), “The Challenge of Welding Jumbo Shapes”, Welding Innovation, James F. Lincoln Arc Welding Foundation, Vol. XII, No. 1.

Tamaño del defecto, 2a

Gensamer, M. (1941). Strength of metals under combined stresses. Cleveland: American Society for Metals.

Figure 22

Doty, W.D. y Stout, R.D. (1971). Weldability of Steels. Nueva York: Welding Research Council.

KIC = σ

πa

Esfuerzo, σ

2a

σ

KIC ¿Grieta de tamaño infinito? ao

Tamaño de la grieta, 2a Figure 23

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σο

J.F. Lincoln Arc Welding Foundation (2000). The Procedure Handbook of Arc Welding. 14a edición. Cleveland: Jeames F. Lincoln Arc Welding Foundation. Miller, D.K. (2006). Design guide 21 welded connections— A primer for engineers. Chicago: American Institute of Steel Construction. Petroski, H. (1982). To engineer is human. Nueva York: Vintage Books. “El artículo original fue reducido para esta publicación. Su finalidad es puramente informativa.” Traducción realizada por Hugo Villagómez Velázquez


Maravillas de la Ingeniería

E l m o n um e n t o al o p t imi s m o, la c i e n c i a y e l p r o gr e s o :

el Atomium Patricia Ruiz Islas ¿Qué es una feria o exhibición mundial? La respuesta dependerá, en buena medida, de a quién se le haga la pregunta y en qué época se formule la misma. Si, por ejemplo, la pregunta se les hace a los parisinos o a los londinenses de mediados del siglo XIX, responderán que son eventos destinados a pulir el brillo y el prestigio del país organizador, el cual deberá refulgir como la estrella que guíe al resto de la comunidad mundial por el camino del progreso. ¿Cómo se consiguen tan altos fines? Muy simple: basta con reunir, bajo el techo de una lujosa estructura, lo que el país anfitrión considera central a su idea de grandeza. Se exhiben desde los grandes logros tecnológicos hasta muestras de artesanías traídas de las colonias. Y, por supuesto, el marco donde se exhiben tantas maravillas debe corresponderse al esplendor que contienen; así, se erigen lujosas edificaciones diseñadas por los más prominentes in-

genieros o arquitectos de su época, empleando materiales y técnicas novedosos en su construcción que despertaran tanto asombro como lo que se iba a exhibir en su interior. Con todo esto no sólo se conseguía abrillantar y pulir la imagen del país anfitrión ante los ojos del resto del mundo; también se establecían importantes contactos comerciales y se conseguía también, al menos mientras durase la feria o exhibición, dotar a la ciudad anfitriona de mucho atractivo para el turismo, el cual acudía en masa a ver, a palpar la modernidad y la industrialización, a sentirse parte de la transformación del mundo, aunque fuese sólo siendo testigo de la misma admirando un poco a la distancia los productos obtenidos y las maravillosas invenciones de la época. Y, al final de la feria, que duraba mínimo seis meses y máximo un año, todo mundo regresaba a casa con un sabor en la boca de aventura, al haberse asomado un poco al exotismo de los productos de las colonias de ultramar, pero a un tiempo de progreso. La respuesta contemporánea a la pregunta planteada anteriormente es mucho más elaborada. Por ejemplo, hoy en día se reconocen varios tipos de exposiciones: están las exposiciones mundiales de horticultura y jardinería, o la trienal de arquitectura moderna y decoración, que se lleva a cabo en Milán, ambas avaladas por la Oficina de Exposiciones Internacionales. También, de acuerdo con la misma oficina, existen dos tipos de exposiciones: las exposiciones internacionales, o especializadas, y las exposiciones universales. En las exposiciones internacionales se elige un tema, como puede ser transporte, vivienda o energía enfocados

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Maravillas de la Ingeniería

a un aspecto específico - como, por ejemplo,“El ocio en la era de la tecnología”, que fue el tema de la exposición de Brisbane de 1988 - y todos los expositores presentan su visión del mismo. En una exposición universal, en cambio, la visión es más amplia y los temas no se presentan solamente dentro de un contexto específico; su carácter de universal queda de manifiesto al escoger un tema que representa una preocupación global. Cada país participante elegirá de qué manera comentará el tema en la construcción de su pabellón- que significa un gasto que puede alcanzar los veinte millones de pesos - y, al final, el espíritu es el de la búsqueda de soluciones en conjunto a las preocupaciones comunes, mundiales, aunque sin olvidarse de celebrar, igual que antaño, el progreso, la invención y el reinado de la tecnología. Hay algo, sin embargo, que no ha cambiado en los ya casi doscientos años que llevan de vida: las ferias mundiales, llámeseles como se les llame, son celebraciones. ¿Qué se celebra? Puede decirse que se celebra el ingenio humano, el progreso y la muy ansiada, que nunca lograda, unidad entre países. Y en 1958, cuando se llevó a cabo la exposición mundial en Bruselas, se festejaron dos cosas: una, el final de la guerra y el que las condiciones hubieran regresado a una normalidad suficiente como para llevar a cabo un evento así, y otra, nuevamente, la tecnología, el avance de la ciencia que posibilitaría que la vida en el planeta Tierra fuera mejor. Por supuesto que se sabe de ciertos avances tecnológicos desarrollados para cubrir necesidades bélicas, cuyo fin y cuyo uso no contribuyen precisamente a lograr los nobles fines expuestos anteriormente. Sin embargo, ¿quién dudaría de que un horno de microondas es un artefacto útil? ¿Quién diría que el Internet no ha cambiado nuestras vidas? Y estos son apenas un par de ejemplos de esas, digamos, sobras tecnológicas puestas a nuestra disposi-

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ción gracias a la guerra. También la guerra dejó otra tecnología cuyo uso habría de extenderse en los años por venir para la generación de energía limpia, esto es, cuya obtención no contaminaría el ambiente, y económica, pero que en los años inmediatos a la posguerra solamente significaba destrucción en su más horrenda expresión: la energía nuclear. Unos cuantos años después de la Segunda Guerra Mundial, cuando ya las reconstrucciones iban correctamente encarriladas y ya se había logrado cierto clima de estabilidad económica, en Europa la palabra y la actitud de moda era “optimismo”. Menos de una década después del final de la guerra, ya se habían disipado los negros humos de las bombas y el polvo y los escombros ya estaban prácticamente desaparecidos. Lo peor ya había pasado y ya se había sobrevivido. Tan solo se tenía que mantener la mirada puesta en el futuro y olvidarse de los horrores pasados pensando en que lo mejor aún estaba por venir. Es en 1954, y con este nuevo clima, que comienzan los trabajos para la Exposición Mundial de Bruselas, a celebrarse cuatro años más tarde. Lo primero era buscar un símbolo, algo con lo que el público identificara tanto a la ciudad como al evento, un símbolo que volviera a ambas entidades indivisibles, que conectara a la ciudad con la exposición y, a su vez, con el mundo. El diseño elegido fue el del ingeniero, industrial y jugador de hockey sobre pasto André Waterkeyn, que consistía en nueve esferas que representaban un cristal elemental de hierro, con sus nueve átomos, ampliado ciento sesenta y cinco mil millones de veces. ¿Por qué este diseño? Porque había que olvidar los horrores pasados, había que restaurar la fe en la ciencia y el átomo debía verse con nuevos ojos, no como sinónimo de destrucción, sino ahora, como fuente inagotable de energía y modernidad. Podría decirse que el haber elegido el diseño de Waterkeyn dio pie al primer esfuerzo de branding promovido por la exposición: la ciencia necesitaba que el público volviera a creer en ella, en sus poderes para elevar la calidad de vida humana y en su capacidad de dar respuestas a prácticamente cualquier pregunta. En su momento, se decía que la estructura diseñada por Waterkeyn, que recibió el nombre de Atomium, encarnaba la intrepidez de una época deseosa de enfrentar el destino humano con los descubrimientos científicos, aunque quizás, robándole un poco de poesía al dicho, deba decirse que se trataba no tanto de enfrentar sino de integrar armónicamente, evitando, justamente, que los


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descubrimientos científicos pusieran en peligro la vida humana y que se pusieran a su servicio para mejorarla. En marzo de 1956 comenzó la construcción del Atomium, mitad arquitectura y mitad escultura, a decires de muchos observadores. Durante los dieciocho meses anteriores, se habían llevado a cabo numerosos estudios de suelo y estructurales. Los resultados de los estudios de suelo arrojaron que, para sostener adecuadamente la estructura, habrían de colocarse pilotes de concreto a aproximadamente diecisiete metros y medio de profundidad; estos trabajos comenzaron en abril de 1956 y terminaron en junio del mismo; durante estos tres meses, se colocaron ciento veintitrés pilotes en cuatro grupos; un conjunto de cincuenta y nueve pilotes, distribuidos en cuatro círculos concéntricos, se colocaron para sostener el mástil central, la columna vertebral de toda la estructura. Otros tres conjuntos de veinticuatro pilotes se colocaron para cimentar los tres bípodes que, junto con la plataforma donde se encontraría la esfera central, sostendrían la estructura; estos se colocaron con una inclinación a diecisiete grados. Si hubo necesidad de utilizar bípodes, fue porque se había concebido la estructura para ser sostenida únicamente por las esferas, pero durante una prueba en un túnel de viento se observó que la misma cedería ante un viento de ochenta kilómetros por hora y los vientos en Bélgica pueden promediar hasta ciento cuarenta kilómetros por hora. Toda la cimentación de concreto, a la que se conectan las piezas de acero que conforman el Atomium, alcanzó un peso de aproximadamente quinientas toneladas.

Las nueve esferas, conectadas por tubos de entre casi tres y tres metros y medio de diámetro, fueron colocadas en su sitio por los arquitectos André y Jean Polak. Estas fueron hechas de acero y recubiertas de aluminio, para darles brillo; cada una tiene dieciocho metros de diámetro y se encuentran dispuestas en una configuración de sistema cúbico central. La distancia entre las esferas, si se le mide desde los lados del cubo, es de casi treinta metros; la longitud de los tubos que las conectan es de casi veintitrés metros. La primera esfera, colocada sobre una especie de rotonda, se encuentra a ras de suelo; la última se remonta a ciento dos metros de altura. Como ya se mencionó, la estructura descansa sobre tres bípodes, los cuales no sólo sostienen al Atomium, sino también alojan las escaleras. Las esferas se conectan entre sí, como ya se dijo, por tubos, en los que se encuentran instaladas escaleras eléctricas - de las más largas de Europa - , para facilitar el tránsito. Y una de las pequeñas maravillas que contiene el Atomium es el que, en su momento, fue el elevador más rápido de Europa: se toma tan solo veintitrés segundos para subir los ciento dos metros que separan al visitante que se encuentra a nivel de piso de la esfera superior. El 17 de abril de 1958, el rey Balduino de Bélgica inauguró, desde un Cadillac convertible, la que sería conocida como “la exposición más bella de la historia”, y ya desde el primer día, el Atomium no dejó de sorprender a los visitantes. De día, las nueve esferas rebrillaban al sol; de noche, se iluminaban y había fuegos artificiales que podían contemplarse desde lejos. Desde lejos, claro, ya que asistir a la exposición no era nada barato: una familia de cuatro miembros podía gastar un pro-


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medio de dos mil doscientos sesenta francos belgas de la época, lo que convertido a moneda actual equivale más o menos a una tercera parte de un sueldo mensual promedio. Por supuesto que eso no detuvo a los más cuarenta millones de visitantes que concurrieron a la exposición a visitar los distintos pabellones, entre los que se encontraba el de Phillips, diseñado por Le Corbusier, o el de México, obra de Pedro Ramírez Vázquez y, desde luego, a admirar al símbolo de la exposición. Poco a poco, se fue haciendo evidente que el Atomium estaba rebasando su calidad de simple puerta de entrada a la exposición. Tal como sucediera con la Torre Eiffel, que pasó de ser la recepción a la feria mundial de París a símbolo de la Ciudad Luz, el Atomium, sin tanta controversia, se estaba perfilando para ser el símbolo con el que se asociaría la capital belga de ahí en adelante. Y así como la torre francesa estaba destinada a ser desmantelada al término de la feria, el Atomium fue concebido con los días contados: igualmente, al terminar la exposición, se desmantelaría. Pero el destino de ambas construcciones fue el de convertirse en símbolo de las ciudades que las alojan, si bien el Atomium en mucha menor proporción, aunque hay quienes dicen que Bruselas es algo así como el París 2.0. Toda estructura requiere mantenimiento, y aún las edificaciones más emblemáticas no son excepción. El Atomium, al cambio de siglo, ya mostraba considerable deterioro. El recubrimiento de aluminio se encontraba corroído y los interiores se encontraban en unas condiciones que denunciaban que, efectivamente, la estructura se había diseñado para estar en servicio por un espacio limitado de tiempo. La renovación del Atomium comenzó en el año 2004, y los belgas se lanzaron a fondo a rescatar a su monumento. En febrero del 2006, el Atomium ya había abierto de nuevo sus puertas al

público, tras haberse invertido veintisiete millones y medio de euros en su restauración, que consistió en la instalación de aire acondicionado en las seis esferas abiertas a los visitantes, se dotó de una iluminación “futurista” a los interiores de los tubos que conectan a las esferas entre sí y también se mejoraron las escaleras eléctricas. También se implementaron sistemas de seguridad contra incendios y sistemas de acceso para discapacitados, todo esto con el fin de lograr un diseño que conjugara los conceptos de vacío, apertura, percepción y experiencia. El último toque fue el exterior: el recubrimiento de aluminio se cambió por uno de acero inoxidable, material mucho más adecuado para el duro clima belga, pletórico en recios vientos y abundante en lluvias. Y finalmente se recreó la misma iluminación nocturna que se empleaba allá en 1958, cuando el Atomium vio sus primeras luces, tanto naturales como artificiales: hileras de luces recorren las esferas, recreando las órbitas de los nueve átomos que componen la estructura. El Atomium celebró su quincuagésimo aniversario en el 2008, ya completamente renovado y listo para recibir a los millones de visitantes que llegarán año con año a conocer el edificio más emblemático de la capital belga. Quizás ya no encarna el mismo espíritu de optimismo y confianza en la ciencia y el avance tecnológico; tal vez, y máxime después de dos accidentes nucleares de consecuencias catastróficas como fueron Chernobyl y Fukushima, la energía nuclear se mira con muchas reservas como potencialmente devastadora. Como fuere, el Atomium probablemente se mira el día de hoy como un ejemplo único de las posibilidades del acero, como muestra espectacular de arquitectura modernista y como símbolo de apego de los ciudadanos de Bruselas por su ciudad. Y tal vez esto fue lo que le ayudó a superar la gran prueba de la Exposición Mundial: en tanto que esta está prácticamente olvidada, el Atomium sigue y seguirá siendo el foco de atención de la llamada “capital de Europa”.

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Entrevista

Entrevista

¿Por qué decidiste estudiar la carrera de ingeniería civil? En específico, ¿por qué te especializaste en estructuras de acero? Cuando terminé el bachillerato en el Colegio Primitivo y Nacional de San Nicolás de Hidalgo, en Morelia, Michoacán, me acerqué a las facultades de ingeniería. En esa época solamente se ofrecían las carreras de ingeniero mecánico, eléctrico, químico y civil. Alguien en la ventanilla me describió los alcances de la ingeniería civil, su futuro prometedor en México y me convenció para inscribirme en esta carrera. Seleccioné el estudio de las estructuras de acero en Francia —1982/1984— porque en México había poco desarrollo de este tipo de construcción en la década de los ochentas.

A lo largo de tu carrera, ¿quiénes han sido tus maestros o ejemplos a seguir en el mundo de la ingeniería? ¿Cuáles fueron sus mayores enseñanzas? Mi ejemplo de vida profesional es Oscar de Buen López de Heredia, repre-

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a

Héctor Soto Rodríguez

sentante máximo de las estructuras de acero en México. Con él tengo una deuda eterna. Su gran calidad humana, inigualable experiencia y brillante desempeño profesional constituyen el mejor ejemplo para las generaciones actuales y futuras de ingenieros estructuristas mexicanos. Sus mayores enseñanzas son la dedicación, la responsabilidad, la pasión y la entrega absoluta a la profesión.

Sobre el sismo de 1985, ¿cuáles fueron las conclusiones más importantes que se obtuvieron, luego de la revisión de los edificios de la Ciudad de México? La Ciudad de México, después de los temblores de 1985, se convirtió en un gigantesco laboratorio donde podías observar una gran cantidad de fallas en todo tipo de estructuras: daños severos, derrumbes catastróficos y daños menores. Tuve la fortuna de coordinar el proyecto denominado Evaluación de los daños en los edificios metálicos ocasionados por los sismos de septiembre de 1985 en la Ciudad de México, dirigido

por Enrique Martínez Romero y patrocinado por la UNAM y el Instituto Estadounidense del Hierro y el Acero —AISI, American Iron and Steel Institute—, y que nos ocupó varios años revisando más de ciento diez edificios de acero que había en la Ciudad de México. Una de las conclusiones más importantes de este proyecto fue que las estructuras de acero demostraron un comportamiento sísmico satisfactorio, a diferencia de otros tipos de construcción, gracias a que desarrollaron ductilidad, una de las propiedades intrínsecas más importantes de las estructuras sismo–resistentes. Por otra parte, como consecuencia de estos sismos nació en México la protección civil y se creó la figura de director responsable de obra y corresponsable en seguridad estructural. El reglamento de construcciones para el Distrito Federal y sus normas técnicas complementarias se han venido actualizando desde entonces, para tomar en cuenta las lecciones derivadas de estos temblores y de otros sismos fuertes que han ocurrido en el mundo en los últimos años —Northridge, California, 1994; Kobe, Japón, 1995; Haití, 2010; Chile, 2010;


Entrevista

Japón, 2011—. Ahora, en México se cuenta con uno de los códigos de diseño y construcción más avanzados, restrictivos y completos en el mundo. En caso de que próximamente ocurriera un sismo de características similares a los de septiembre de 1985 en la Ciudad de México, el número de víctimas fatales y los derrumbes catastróficos y daños estructurales en las edificaciones de todo tipo serían menores porque ahora los diseños y el detallado de las estructuras son más cuidadosos y hay una supervisión cuidadosa y oportuna en las obras. No obstante, lo que ocurrió en nuestro país hace veintisiete años debe permanecer en la memoria de los ingenieros, arquitectos, constructores, dependencias de gobierno y en la de todos aquellos que estén involucrados en el diseño y construcción de las obras futuras de México.

¿Crees que este acontecimiento provocó un cambio de visión sobre el uso de las estructuras metálicas? Por supuesto, los graves daños ocasionados por los sismos de 1985 representaron un parte aguas en la construcción de edificios convencionales en nuestro país. A partir de estos eventos telúricos, la estructura de acero proliferó por su buen desempeño. Actualmente, su uso en la industria de la construcción es del 12 %, y antes de los temblores este porcentaje apenas era del 2 %.

Al considerar las características propias de la Ciudad de México, ¿podrías mencionarnos cuáles piensas que son las mayores ventajas del uso del acero en la construcción? La Ciudad de México tiene condiciones muy especiales, que favorecen notablemente el uso de la estructura de acero: suelo blando y alta frecuencia sísmica. Con acero estructural se obtienen edificios más ligeros que con otros materiales, con menor carga muerta, por lo que se tiene también un importante ahorro en la cimentación, es decir, menos dinero “enterrado” en el suelo. Por otro lado, la estructura de acero, como lo indiqué anteriormente, exhibe gran ductilidad cuando está sometida a la acción sísmica, y algunas partes que trabajan elásticamente pueden redistribuir esfuerzos a otras secciones menos esforzadas, desarrollando su máxima capacidad, ductilidad y líneas de defensa. Otra ventaja importante es la rapidez de construcción: como este sistema es absolutamente prefabricado —como si fuera un mecano, digamos—, las obras no pueden durar mucho tiempo en proceso de montaje, lo que beneficia al propietario, que necesita recuperar rápidamente su inversión.

Después de varios años dedicados a la vida académica, ¿cómo ha evolucionado la ense-

ñanza de la ingeniería civil? ¿Crees que estos cambios han sido benéficos para la formación de los estudiantes? Todavía falta mucho por hacer en las universidades mexicanas. Los programas de estudio en muchas escuelas o facultades de ingeniería civil y arquitectura son obsoletos, y deberían revisarse y adaptarse continuamente de acuerdo con las necesidades de nuestro país. Muchos profesores deben actualizarse en virtud de que la ingeniería estructural, sísmica, de cimentaciones y de otras ramas de la ingeniería civil, han tenido avances significativos en los últimos años, y estos no se reflejan en la academia.

¿Cómo pueden las universidades y la iniciativa privada impulsar el uso del acero entre los jóvenes ingenieros? En las escuelas o facultades de ingeniería civil y arquitectura hace falta establecer una vinculación estrecha entre la materia de estructuras de acero y las asignaturas de diseño arquitectónico, y lograr que los estudiantes aprendan las enormes ventajas que ofrecen estas estructuras en la arquitectura contemporánea y en obras civiles. Lamentablemente, en muchas escuelas, la materia de estructuras de acero se imparte en un solo semestre, a diferencia de las de concreto, que se cursa en dos. La mayor parte de los proyectos arquitectónicos que desarrollan los estudiantes de arquitectura pueden estructurarse favorablemente con acero, por la posibilidad de salvar grandes claros y por su grata apariencia y plástica, que no se puede lograr con otro tipo de estructura. La iniciativa privada también tiene mucho que hacer para que los estudiantes se interesen en el uso del acero: debe ofrecer incentivos y premios a través de concursos nacionales sobre las aplicaciones de este material, y continuar con el programa nacional permanente de difusión del acero —las Jornadas del Acero— que coordina y patrocina AHMSA a través de su dirección de comercialización y mercadotecnia, con Canacero, para obtener resultados a mediano plazo.

¿Qué consejo sueles darle a tus alumnos, si consideramos que son ellos los próximos constructores de la infraestructura de nuestro país? Si son buenos estudiantes y van a dedicar parte de su vida a la actividad profesional, les digo que se apasionen. No hay nada que no se pueda hacer con la estructura de acero y los resultados siempre serán satisfactorios. México requiere actualmente de ingenieros y arquitectos bien preparados, porque en los próximos años, confío, será necesario proyectar y construir muchas obras de infraestructura urbana sustentables, a lo largo y ancho del territorio mexicano. Vector 39


Entrevista

¿Cómo ha sido la experiencia de trabajar o impartir clases en otros países? Ha sido muy grato compartir puntos de vista y opiniones con otros colegas de la región. Los cursos que he impartido me han permitido retroalimentar conocimientos y muchas veces aprendo nuevas experiencias. También es un reto, porque la calidad académica y la formación profesional de los colegas de Sudamérica es de buen nivel, y ello me obliga a prepararme constantemente. Cuento con el gran apoyo de excelentes profesores y grandes amigos de la UNAM, como Raúl Granados, Fernando Monroy Miranda y Alfredo Carlos Arroyo, quienes me acompañan siempre a impartir cursos y seminarios de estructuras.

Alguna anécdota que recuerdes como alumno o ingeniero. Como alumno de posgrado en Francia, podría citar la convivencia con compañeros de muchos países de Europa, África y Asía, aunque en los primeros meses de estudiante era muy difícil la comunicación entre nosotros porque todavía no hablábamos bien el francés. Como ingeniero, recuerdo el regaño que les endilgó Vitelmo Bertero, profesor emérito de la Universidad de California en Berkeley y honoris causa por la UNAM, a los ingenieros mexicanos que utilizaron criterios estructurales incorrectos, evidenciados en edificios dañados por los sismos de 1985 en la Ciudad de México. Años más tarde, cuando ocurrió el temblor de Northridge, California, el 17 de enero de 1994, varios estructuristas mexicanos le regresaron el regaño a Bertero porque los diseñadores estadounidenses habían cometido los mismos errores o, peor aún, descuidos elementales, que ocasionaron graves daños en muchas edificaciones y puentes carreteros de California durante dicho temblor.

Oscar de Buen López de Heredia, Michael D. Engelhardt y Héctor Soto Rodríguez en un curso de estructuras de acero de alto nivel en Morelia, Michoacán, 2008.

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Nota curricular Héctor Soto Rodríguez es autor de once libros sobre estructuras de acero, que constituyen una bibliografía muy completa y reconocida por el gremio de la ingeniería estructural en México y en América Latina. Ha organizado más de doscientos eventos nacionales e internacionales. Ha sido acreedor de varios reconocimientos a nivel internacional, como el del Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero —ILAFA—, ahora Asociación Latinoamericana del Acero —Alacero—; nacional, entre los que se encuentra el de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero —Canacero—, Altos Hornos de México —AHMSA— y Gerdau— y estatal, como el de la Coordinación de la Investigación Científica de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, por sus contribuciones y aportaciones a la ingeniería estructural. Recientemente cumplió veinticuatro años como profesor de varias universidades y colegios de ingenieros civiles de México y de América Latina, como la Universidad Nacional Autónoma de México, la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, la Universidad Vasco de Quiroga y la Universidad La Salle Bajío. Actualmente, Soto Rodríguez participa de una manera muy destacada en el Programa Nacional de Difusión del Acero en la Construcción, que AHMSA lleva a cabo en universidades mexicanas y en colegios de ingenieros civiles del país, el cual tuvo, en el primer semestre de 2012, más de 1,150 asistentes, y cuenta ya con más de 4,000 horas hombre de capacitación.


XII

SIMPOSIO INTERNACIONAL DE ESTRUCTURAS DE ACERO X REUNIÓN DE PROFESORES Y EXPOSICIÓN DE PRODUCTOS Y SERVICIOS AFÍNES

6 AL 9 DE MARZO DE 2013 GUADALAJARA, JALISCO

TE ESPERAMOS, APARTA LA FECHA

EL SIMPOSIO TENDRÁ TEMAS VARIADOS COMO, CONSTRUCCIÓN COMPUESTA, DISEÑO INDUSTRIAL, TÉCNICAS NUEVAS EN LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO, ESTABILIDAD, POR MENCIONAR ALGUNOS TEMAS.

Organiza:

Tel. 5572 2876 y 5572 3196 imcacero@gmail.com monica@imca.com.mx

www.imca.org.mx


Historia de la Ingeniería Civil

Propuesta de diseño sísmico de sistemas de piso Asociación Nacional de Industriales de la Vigueta Pretensada —ANIVIP—

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l sismo de Chile, en 2010, y el de Japón al siguiente año, volvieron a poner sobre la mesa la revisión de las especificaciones de diseño sísmico en la mayoría de los reglamentos y códigos de construcción alrededor del mundo. Algunos reglamentos han optado por incrementar las ordenadas del espectro de aceleraciones para diseño sísmico. En otros casos, se proponen nuevos métodos para el cálculo de las fuerzas producidas durante un temblor o terremoto. Lo anterior se dirige al establecimiento de condiciones y parámetros de relativa seguridad en vista de la incertidumbre probabilística que se tiene acerca de las acciones sísmicas, debido a que, en comparación con el tiempo geológico del planeta, nuestros registros de este tipo de sucesos es escasa —y algunas veces nula— para establecer confiablemente periodos de recurrencia de sismos de determinada magnitud.

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Un tema de gran importancia durante el diseño sísmico de un edificio radica en la suposición de que los entrepisos deben obedecer a un comportamiento de diafragma rígido. Respecto a la condición de diafragma, no es común que en los despachos de ingeniería estructural se revise dicha condición, lo cual se puede atribuir a varios aspectos tales como falta de información o reglamentación, poco conocimiento del tema o simplemente negligencia. La Asociación Nacional de Industriales de la Vigueta Pretensada —ANIVIP—, asociación que ha impulsado una gran cantidad de investigaciones experimentales y analíticas relacionadas con el comportamiento sísmico de sistemas de piso —lo que ha generado grandes aportaciones a la ingeniería mexicana—, delegó a Mario Rodríguez, reconocido investigador del Instituto de Ingeniería de la UNAM, en conjunto con el comité de diafragmas de la ANIVIP, integrado

por un grupo de especialistas de alto nivel, la elaboración de una propuesta de diseño sísmico de sistemas de piso, con el fin de que dicha propuesta sea considerada por los comités de normas sísmicas y de concreto del Distrito Federal para ser incluida en la próxima actualización al Reglamento de Construcciones. Es necesario definir el concepto de diafragma rígido como aquel que distribuye las fuerzas horizontales a los elementos verticales sismo–resistentes sin que el mismo se deforme en su plano. En tal sentido, el Uniform Building Code —UBC, Código Uniforme de la Construcción— propone que un diafragma sea considerado rígido si la máxima deflexión lateral en su plano bajo cargas laterales es menor que dos veces la distorsión promedio de los elementos verticales del sistema sismo–resistente adyacentes al entrepiso. La figura 1 muestra esquemáticamente lo que se acaba de mencionar.


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En tal sentido, según la figura 1, si ∆2<2∆1, el diafragma se considera rígido. La relación anterior parece ser muy escueta y simplista; sin embargo, el UBC es el único reglamento que propone una expresión acerca de este tema.

Figura 1. Uno de aspectos fundamentales cuando se evalúa el desempeño sísmico de un sistema de piso es la determinación correcta de las cargas laterales actuantes en el mismo. La propuesta de la ANIVIP para la evaluación de las fuerzas sísmicas se determina de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

= 1 ‘2+ 2 02

(1)

donde

1=8/5 2=1.4 −1≤5 Para valuar la fuerza sísmica en cualquier nivel se empleará la expresión siguiente:

= 1+ℎ −1 (2) En la ecuación 2, representa la fuerza lateral que actúa en cualquiera de los pisos de la edificación. Además de la determinación de las fuerzas actuantes en el diafragma, se deben considerar varios criterios de diseño, entre ellos el de seguridad estructural. Sobre ese aspecto, es importante la utilización de métodos que satisfagan el equilibrio y que permitan reproducir adecuadamente las trayectorias de las cargas laterales en el plano. Para tal caso, el uso del método del puntal y tirante es permitido. También se debe cumplir con requisitos de durabilidad, de tal forma que la losa sea reforzada con las cuantías mínimas requeridas de acuerdo con la exposición ambiental. Cuadro 1: cuantías requeridas en losas de concreto reforzado para sistemas de piso (f y máximo=5,000 kg/cm2, f’c máximo= 500 kg/cm2) Observación No expuesto a la intemperie Expuesto a la intemperie

Cuantía 14/fy 21/fy

Los diafragmas en edificios prefabricados son esenciales para lograr un buen comportamiento sísmico, ya que la acción de diafragma permite distribuir las fuerzas sísmicas actuantes en su plano a los elementos verticales del sistema sismo–resistente. En edificios prefabricados de concreto se requiere que el firme de concreto reforzado colado en sitio cumpla con la acción de diafragma necesaria. La propuesta de la ANIVIP con respecto al espesor del firme difiere de lo que disponen las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto, dado que se la primera establece un espesor mínimo de 50 mm., contra los 30 mm. que señalan las NTC–Concreto. Con respecto al refuerzo mínimo en las dos direcciones principales del firme, será el mayor de los valores estipulados por el inciso 6.3.2, o por los incisos 2.2 y 2.5 de las Normas Técnicas Complementarias de Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto. Todas las barras deben estar ancladas, de modo que sean capaces de alcanzar su esfuerzo de fluencia. Cuando se usa malla de alambre electrosoldado como refuerzo para resistir el cortante en firmes sobre elementos prefabricados, la separación de los alambres de los elementos prefabricados no excederá de los 250 mm. La información presentada en este artículo acerca de la propuesta de diseño sísmico de sistemas de piso se presentará en forma más extensa y completa en un suplemento técnico patrocinado en gran parte por la ANIVIP, el cual saldrá a la luz días después de haber sido publicado este artículo.

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Historia de la Ingeniería Civil

Historia del acero Ana Silvia Rábago Cordero

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ctualmente es imposible pensar en la vida diaria sin el acero: sus aplicaciones en maquinaria, construcciones, e incluso como elemento estético de ciertos estilos arquitectónicos, han hecho de este metal un elemento básico. A ciencia cierta no se sabe cuándo comenzó a utilizarse el hierro para elaborar herramientas, si bien algunas de las más antiguas han sido descubiertas en Egipto. El hierro resultaba demasiado maleable para fabricar utensilios resistentes y que mantuvieran filo; sin embargo, el hierro fundido con carbono produce un metal más resistente y durable: el acero. Aproximadamente en el siglo I a. C., en China se adoptó una técnica proveniente de la India, que consistía en usar un horno de viento. Al material obtenido se le llamó acero Damasco, el cual era una aleación de hierro con elementos de carbono, lo que explica su resistencia. Las aleaciones de hierro con otros materiales, hasta el siglo XIV, se hacían calentando una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja. La mezcla que obtenida se golpeaba con martillos mientras permanecía incandescente para eliminar las cenizas de carbón y hacerla menos porosa. El resultado de dicho proceso era el hierro forjado, aunque vale anotar que, en ocasiones, se obtenía un ma-

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terial muy similar al acero al calentar el hierro forjado con carbón vegetal durante varios días en vasijas de arcilla. En el siglo XIV se fabricaron hornos de mayor tamaño para fundición. En dichos hornos, el mineral de hierro ubicado en la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y luego absorbía más carbono, como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era llamado arrabio, una aleación que se funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. A continuación, el arrabio se refinaba para fabricar acero. En 1740, el inglés Benjamin Huntsman, por accidente, retornó al procedimiento ocupado en China para fundir el hierro, al calentar en un crisol una mezcla de hierro y una cantidad cuidadosamente medida de carbón vegetal. Posteriormente se crearon otros procedimientos para hacer aleaciones de hierro, pero el método de acero al crisol fue el preferido para obtener acero de buena calidad durante más de doscientos años. En 1856, otro inglés, Henry Bessemer, patentó el horno que llevó su nombre y creó un método que disminuía los costos de fabricación de acero a gran escala. Este método consistía en aplicar un chorro de aire que atravesaba el


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hierro fundido y quemaba todo el carbono necesario para obtener el acero. Bessemer construyó un contenedor de acero con forma cónica y forrado de ladrillos —llamado convertidor—, sobre el que se situaba un recipiente que, al inclinarse, permitía vaciar la fundición. El hierro fundido se vertía en el convertidor situado en posición vertical, y se hacía pasar aire a través de orificios abiertos en la base. El proceso duraba aproximadamente veinte minutos; sin embargo, el primer acero fabricado con el método de Bessemer era quebradizo por el oxígeno absorbido durante la fundición, además de que solo podía emplearse hierro que contuviera pequeñas cantidades de fósforo y azufre. Por lo tanto, el proceso de Bessemer fue descartado. En 1857, el ingeniero alemán Carl Wilhelm Siemens creó otro procedimiento, en el cual se producía acero a partir de la descarburación de la fundición de hierro dulce y óxido de hierro como producto del calentamiento con aceite, gas de coque, o una mezcla este último con gas de alto horno. Su propuesta era precalentar el aire que era inyectado en los hornos mientras que, en los extremos de estos, se colocaban cámaras de ladrillos que elevaban su temperatura con los gases de la combustión y calentaban el aire que sería inyectado al horno. En 1859 Siemens patentó un horno que incorporaba el precalentamiento; no obstante, tampoco fue muy socorrido. En 1878, Siemens fue el primero en utilizar electricidad para calentar los hornos, pero fue hasta principios del siglo XX que se creó un método que desplazó definitivamente al de acero al crisol. El nuevo procedimiento involucraba el uso de hornos de arco eléctricos, lo que permitió producir acero —y comercializarlo— en grandes cantidades. En 1902, el francés Paul Héroult —quien participó también en el método para fundir aluminio— creó un proceso que incluía la innovación de Siemens. En el método de Héroult se

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hacía pasar un arco eléctrico dentro del horno, entre chatarra de acero y grandes electrodos de carbono situados en el techo. El calor que generaba el arco fundía la chatarra y producía un acero más puro que en los hornos de combustión. La experiencia ganada tras la finalización de las dos grandes conflagraciones de escala planetaria mostró la necesidad de buscar mejores métodos para la producción del acero. Por ello, después de la Segunda Guerra Mundial se iniciaron una serie de experimentos en distintos países para sustituir por oxígeno el aire que se ocupaba en los procesos de refinamiento de acero. Finalmente, en 1948, en Austria se desarrolló el “proceso de oxígeno básico”, y en 1950 se creó el proceso de fundición continua para producir piezas de acero en serie. Tal proceso consiste en colocar un molde con la forma requerida bajo un crisol, el cual, gracias a una válvula, puede dosificar el material fundido que se vierte en el molde. Por acción de la gravedad, el material fundido pasa por el molde, que es enfriado por un sistema de agua; después, el material fundido que pasa por el molde frío se torna pastoso y adquiere la forma del propio molde. Posteriormente, el material es modelado con una serie de

rodillos que lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez que el material tiene la forma necesaria, se corta y almacena. Hoy en día, el proceso de fundición se complementa con la metalurgia secundaria, en la cual se otorgan al acero líquido las propiedades químicas, temperatura, contenido de gases, nivel de inclusiones e impurezas deseados. El uso del acero ha implicado grandes mejoras y progreso, no solo para la edificación: también ha sido parte importante en la historia de los medios de transporte y en las comunicaciones gracias, por citar solo un ejemplo mínimo, a la construcción de impresionantes puentes que enlazan poblaciones y facilitan el paso de pasajeros y mercancías, o a la posibilidad de levantar torres de gran tamaño para la transmisión de señales o el tendido de cables para la conducción de energía eléctrica. Sea en la forma que sea —en láminas, en barras, en perfiles o en vigas—, y se le emplee comoquiera que se le emplee —para estructurar, adornar, dar forma o decorar—, el acero es uno de los metales que, sin duda alguna, caracterizan la vida moderna, la facilitan y, podría decirse sin temor a exagerar, la hacen posible.


Libros

Manual de criterios generales para la estructuración de edificios de acero Héctor Soto Rodríguez

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n México se conoce de sobra la fuerza destructiva de los terremotos. Desde luego, la peculiar geografía del país hace que sea particularmente proclive a convertirse en víctima de todo tipo de desastres naturales: año con año, huracanes y tormentas tropicales barren sus playas, en tanto que los volcanes activos distribuidos por el territorio nacional lanzan fumarolas, como un pertinaz recordatorio de que aún no están extintos. A todo esto hay que añadirle que México está situado en una zona de intensa actividad sísmica. Si bien es cierto que nunca hay que desestimar el poder de ningún fenómeno natural, también es cierto que los terremotos son los que más pérdidas han causado al país, tanto en vidas humanas como en lo económico.

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Lo anterior ha generado, sin duda, intensas preocupaciones —no solo en México, sino también en el resto del mundo— con respecto a la seguridad de las construcciones sitas en zonas que sufren los embates de los movimientos telúricos. Ya sean oficinas, centros comerciales o viviendas, en todas estas construcciones, en algún momento, habrá gente viviendo, trabajando, gozando de un momento de esparcimiento: las construcciones y la actividad humana van de la mano.

La solución al problema del peligro que representan los sismos para las edificaciones parece estar en la estructura de acero. El acero, sin embargo, no es nuevo: hay que viajar en el tiempo para conocer sus orígenes y su inicio como material de construcción para llegar a la actualidad, en donde se le reconocen múltiples valores: no solo ofrece grandes ventajas desde el punto de vista económico, sino también en cuestión de seguridad estructural, amén de que permite que la imaginación del constructor vuele y aterrice en diseños y estructuras que, con otro tipo de materiales, serían imposibles de lograr. El Manual de criterios generales para la estructuración de edificios de acero, de Héctor Soto Rodríguez , lleva al lector a recorrer el camino del acero en sus múltiples papeles en la estructura y en la arquitectura, pasando por las especificaciones técnicas requeridas para lograr una arquitectura y una ingeniería que satisfagan las necesidades y la seguridad a la hora de erigir una estructura, para terminar con un viaje alrededor del mundo en el que se observan las posibilidades que las estructuras de acero ofrecen y que, a juzgar por las imágenes, son prácticamente ilimitadas.

El enfoque en las construcciones debe, entonces, asegurarse de que estas permiten el fluir de la vida humana sin mayores perturbaciones, y este fin solo se logra mediante exhaustivas investigaciones en materiales y en nuevos métodos de construcción.

El reto, a decir del autor, se encuentra en la difusión y empleo, a gran escala en el mundo de la construcción, de la estructura de acero. Solo ahí se encuentran las respuestas a las necesidades de construcción de un entorno como el de México.


Revista 46 octubre 2012 "Tokyo Sky Tree"  

Revista VECTOR de la Ingeniería Civil es una revista de edición mensual con circulación nacional que ofrece artículos de opinión, informació...

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