El acero estructural es uno de los materiales más utilizados en la construcción comercial e industrial. ¿Por qué?
Con una gran resistencia, buena maquinabilidad y alta ductilidad, la chapa de acero estructural es un material de construcción seguro y rentable que sirve como columna vertebral de los edificios de acero estructural. Este artículo examina qué hace del acero estructural un material de construcción tan ventajoso, los distintos tipos de acero estructural y los diferentes tipos de calidades metálicas y sus propiedades correspondientes.
El acero estructural es un tipo versátil de acero al carbono. En peso, el acero estructural tiene un contenido de carbono de hasta el 2,1%. La American Society for Testing and Materials, ASTM International, establece normas de composición y tolerancias dimensionales para todos los grados de acero estructural.
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Cuando el ahorro de peso y la durabilidad son factores clave en la construcción, es probable que se utilicen chapas de acero. Además de las chapas estructurales, el acero estructural se presenta en una gran variedad de formas que lo hacen adaptable a diversos proyectos.
Las vigas estructurales de acero son la base de miles de construcciones residenciales y comerciales, bastidores de vehículos, puentes y bases de máquinas. La viga universal o en I tiene una parte superior y otra inferior, denominadas alas (a veces, patas). A menudo, estas alas se estrechan. Lasección central de la viga se denomina alma. El alma se construye para resistir la fuerza contundente, mientras que las alas resisten la flexión.
La viga H es más pesada que la viga I universal, con mayor tolerancia a la fuerza. Sus bordes no se estrechan.
Las vigas en T tienen forma de T, como la viga universal, pero sin ala inferior. Al carecer de ala, la viga en T es menos versátil, debido a su menor resistencia a la tracción. Por ello, se utilizan más a menudo en armaduras.
Los canales se diseñan como vigas en I, en las que las alas se dividen verticalmente a lo largo del alma. Esto crea una cara plana con alas paralelas. Las caras planas permiten atornillar los perfiles a otras caras planas.
Los canales C tienen una ligera pendiente en la superficie del ala interior. No suelen emplearse como vigas de carga principal. Más bien proporcionan un gran soporte estructural, muy útil como bastidor y para arriostramiento.
Los pilotes de apoyo son similares a las vigas en I en el sentido de que tienen la misma forma. Sin embargo, los pilotes portantes tienen un grosor uniforme en todas las secciones. Se utilizan principalmente para soportar cargas verticales.
Los pilotes en H suelen colocarse en el suelo para proporcionar un apoyo profundo a las superestructuras.
Los ángulos de acero estructural tienen diversas aplicaciones, desde usos cotidianos -en sillas y somieres- hasta almacenes y torres de alta tensión. Un ángulo de acero es una barra de acero que tiene una sección transversal en forma de L, formando un ángulo de 90 grados.
Las formas en L pueden tener longitudes de pata iguales o desiguales. Ambas son ideales para reforzar.
Los perfiles estructurales huecos (HSS) son tubos de acero soldados de alta resistencia. Se fabrican en forma redonda, cuadrada y rectangular y soportan cargas multidireccionales. Como su nombre indica, independientemente de su forma, las secciones medias son huecas.
Todas las estructuras se caracterizan por su capacidad para absorber energía. Hay tres propiedades mecánicas importantes que sustentan la amplia funcionalidad del acero estructural:
El límite elástico se refiere a la fuerza mínima necesaria para lograr una deformación permanente. El límite elástico se determina con un ensayo de tracción, en el primer punto de desviación de la proporcionalidad en una curva de tensión-deformación. El acero portante debe tener un límite elástico superior a 35.000 psi. Las estructuras de acero y los materiales no portantes deben tener un límite elástico mínimo de 33.000 psi.
La resistencia a la tracción se conoce como la tensión última o máxima que puede soportar un material antes de fallar permanentemente. Si el límite elástico es el primer punto en el que un material se dobla permanentemente, la resistencia a la tracción denota el punto en el que el material se rompe. Las resistencias a la tracción tienen dimensiones de fuerza por unidad de superficie, comúnmente expresadas en unidades de libras por pulgada cuadrada (psi). 36.000-50.000 psi se considera la resistencia a la tracción ordinaria para el acero estructural, pero puede llegar hasta 58.000-70.000 psi.
El alargamiento es el grado de elasticidad antes de la rotura. Cuanto mayor sea la resistencia a la tracción de un material, menos se alargará bajo tensión. Tanto si un material se dobla, se estira o se comprime, el alargamiento será un punto entre la resistencia a la tracción y el límite elástico y se expresa como porcentaje de su longitud original. No existe ningún requisito de alargamiento para el acero no estructural.
Los edificios de acero estructural requieren ciertas consideraciones de constructibilidad. ¿Son duraderos los materiales? ¿Son sostenibles? ¿Qué ocurrirá con el material en caso de impacto causado por condiciones meteorológicas extremas? ¿En qué medida es rentable y fácil de trabajar el material de construcción?
El acero estructural satisface todas estas evaluaciones de uso.
Dado que la relación resistencia/peso indica la utilidad del material en relación con su peso, las evaluaciones de uso para la construcción tienden a dar prioridad a una elevada relación resistencia/peso. El acero estructural no sólo es resistente, sino también relativamente ligero. Es conocido por su relación entre alta resistencia y bajo peso, lo que facilita su uso y lo hace más barato que otros metales.
Otra ventaja del acero estructural es su buena mecanizabilidad. Un material de mecanizado libre requiere una potencia mínima para cortar, puede cortarse rápidamente, obtener fácilmente un buen acabado y no desgasta las herramientas. Una vez más, esto beneficia a la facilidad del proyecto por encima de las preocupaciones económicas: ahorro de tiempo con un riesgo mínimo de daños y reparaciones de las herramientas.
Una consideración especialmente relevante para la construcción de edificios es la ductilidad. La ductilidad describe la capacidad de un material de estirarse o deformarse sin fracturarse. En ingeniería antisísmica, la ductilidad es el término utilizado para identificar la capacidad de un edificio para resistir los desplazamientos impuestos por las sacudidas del terreno. Por lo tanto, si se quiere que un edificio esté preparado para terremotos, lo que se busca es un material que tenga una estructura de acero debidamente detallada con un grado de elasticidad que le permita tolerar grandes deformaciones antes de que se produzca el fallo (fractura). Al considerar los grados de acero estructural, hay que tener en cuenta que un aumento del carbono aumentará la resistencia pero disminuirá la ductilidad.
¿Sabía que el acero es el material más reciclado del mundo? Esta es otra de las grandes ventajas del acero. El acero es continuamente reciclable, lo que significa que puede reciclarse indefinidamente sin comprometer la calidad.
El acero estructural aporta mayor valor a un proyecto al tener menores costes iniciales y menos riesgos que otros materiales de construcción. Su facilidad de uso, versatilidad y relación resistencia-peso se traducen en menores costes, lo que influye mucho en el coste total de la construcción.
La prueba de impacto Charpy calcula la cantidad de energía que puede absorber un material específico, como metales, cerámicas y polímeros, y se utiliza para graduar su deterioro. Es una prueba de evaluación muy extendida que indica la tenacidad relativa y la calidad de un material. El ensayo Charpy o de impacto pendular sigue utilizándose como método económico de control de calidad y ayuda a determinar si un material es adecuado para un proyecto determinado.
Este ensayo consiste en golpear una muestra entallada con un martillo sobre un brazo oscilante. La muestra se sujeta firmemente por cada extremo mientras el martillo golpea en el lado opuesto a la muesca. La medición de la disminución del movimiento del brazo del péndulo indica la energía absorbida. Es importante tener en cuenta que la tenacidad de un material puede variar en función del impacto en condiciones de baja temperatura y de concentradores de tensión adicionales, como muescas y grietas.
El A36 es un acero de bajo carbono y bajo coste ampliamente preferido y versátil, conocido por su límite elástico (36.000 psi) y su excelente maquinabilidad. El A36 puede alargarse hasta aproximadamente el 20% de su longitud original y se utiliza habitualmente para pilares, vigas, cubiertas y elementos de acabado. Aunque tiene una ductilidad decente, el acero A36 no se utiliza como refuerzo.
El A572 es una chapa de acero de alta resistencia y baja aleación (HSLA). Este acero estructural soldable de baja aleación tiene un límite elástico y una resistencia a la tracción similares a los del acero A36, pero es más adecuado para aplicaciones que requieren una mayor relación resistencia/peso. Sin sacrificar resistencia, el A572 es más ligero que el equivalente fabricado con acero al carbono, lo que lo convierte en un material excelente para torres de transmisión, montañas rusas y puentes.
El acero A588 tiene un límite elástico y una resistencia a la tracción superiores a 46.000 psi, superiores tanto al A36 como al A572. Con un alargamiento similar, el A588 se diferencia por su mayor resistencia a la corrosión atmosférica, lo que se traduce en un ciclo de vida más largo. Por lo tanto, el A588 satisface las necesidades específicas de las industrias que requieren soluciones para exteriores.
El A514 es un acero aleado templado y revenido con un límite elástico de 100.000 psi y un alargamiento entre el 16 y el 18%. El A514 es un acero estructural de alto rendimiento, que ofrece buena soldabilidad y tenacidad a bajas temperaturas atmosféricas. Principalmente, el A514 se utiliza para soportar cargas pesadas, en grúas y otras aplicaciones de maquinaria de alto desgaste.
Aproximadamente el 25% de los edificios están formados por aceros estructurales. Puede tratarse de marcos, vigas, columnas, barras y placas de acero. Ahora ya sabe por qué.
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