Aceros Estructurales y Riesgo Sísmico - Revista Metal Actual

18MATERIALESFoto: www.boiler-tubesAceros Estructurales y RiesgoSísmicoAndrés Jiménez ArchilaPeriodista Metal ActualConozca laspropiedadesdel lasbarrasde aceroestructural,sus usos ybeneficios.Con un 87% de lapoblación ubicada enzonas de amenaza sísmicaalta o media, se hacenecesario contar conestructuras capases deresistir un movimientotelúrico. Usar los acerosestructurales indicados yaplicar las Normas técnicasy Reglamentos actualizadosminimiza el riesgo decatástrofe en el país.Debido al riesgo sísmico en que se encuentra el planeta–en particular la región ubicada en la zona norte del subcontinenteamericano–, a causa de la interacción efectuadadebajo de su suelo por las placa tectónicas de Suramérica,Nazca y del Caribe, todas las edificaciones debenestar construidas con materiales que aseguren la protecciónde la vida; el acero estructural es uno de ellos.La particular condición sísmica de esta zona, ha planteadoun enorme reto para ingenieros, arquitectos y, engeneral, para todos los profesionales involucrados en elproceso de construcción de edificaciones, ya que se hahecho necesario desarrollar estructuras sismorresistentesque protejan la vida de sus ocupantes, por medio deWWW.METALACTUAL.COM

MATERIALES 19diseños y materiales con propiedadesy condiciones especificas.Precisamente, con el fin de minimizarlos riesgos de catástrofe ante unmovimiento telúrico, los constructoreshacen uso de sendos materialesque garanticen seguridad gracias asus características y facilidades deuso, entre ellos se destaca el acero,el cual, solo o combinado con otrosmateriales –como el concreto– esfundamental en la construcción detodas las edificaciones actuales.Desarrollado especialmente para laconstrucción gracias a sus propiedadesmecánicas y químicas, el aceroestructural es el resultado de la aleaciónde hierro, carbono y pequeñascantidades de otros elementos comosilicio, fósforo, azufre y oxígeno, quele tributan características específicas,las cuales dependen de la cantidadde carbono (no mayor al 2%) y otroselementos utilizados en el proceso deproducción; como níquel, titanio, volframiocromo, o vanadio, entre otros.Elemento A 706% carbono 0.33 máx.% manganeso 1.56 máx.% fósforo 0.043 máx.% azufre 0.053 máx.% silicio 0.55 máx.Composición química de la barra de aceroestructural ASTM A 706 homologablecon la barra la NTC 2289.Las formas más comunes del acero estructuralen la construcción incluyenla fabricación de perfiles estructuralesen forma de I, H, L, T, [, 0, usadas enedificios e instalaciones para industrias;cables para puentes colgantes,atirantados y concreto preesforzado;varillas y mallas electro soldadas parael concreto reforzado; láminas plegadasusadas para techos y pisos.La máxima resistencia y capacidadde tensión, elongación mínima yrelación máxima resistencia sobremáxima fluencia, son algunas de laspropiedades mecánicas del aceroestructural que, además de la composiciónquímica con porcentajesFoto www.gatorwelding.comexactos de carbono, magnesio, silicio,fósforo y azufre –junto con losparámetros técnicos correctos–, hacendel acero un material esencial encualquier construcción moderna.Construir con acero estructural presentabeneficios que el hormigón armadoo concreto reforzado no entrega,como bajo peso, amplios espaciosde obra, –ya que posibilita mayoresdistancias entre columnas–, agilidaden el montaje y menos tiempo deconstrucción; haciendo de este materialel ideal para edificaciones enlas que es muy importante el espaciolibre, como aparcaderos y almacenesde grandes superficies; entre otros.Vale señalar, la importancia de unbuen diseño estructural sismo resistente,el cual garantiza que losmateriales utilizados –incluyendoel acero estructural– funcionen segúnsus propiedades mecánicas yquímicas.El énfasis del diseño sismo resistentese ha enfocado en diseñar controlandoel desempeño de la estructura. Lamayoría de los códigos modernos dediseño sismo resistente están basadosen una filosofía de diseño pordesempeño (PBD, por su nombre eninglés), la que se expresa en nivelesde desempeño esperados para uncierto nivel de peligro sísmico.Igualmente, el uso del acero incrementala rentabilidad y beneficio para elconstructor gracias a la facilidad queFoto www.buildpedia.comComo ventajas másreconocidas del aceroestructural es suconstrucción simultáneade cimentación yestructura.ofrece para automatizar procesos defabricación de estructuras, con la consiguientereducción de tiempos deconstrucción y maximización de calidadfinal de la obra, lo que hace posibleconstrucciones más respetuosascon el medio ambiente (ya que es 100por ciento reciclable) que aumentanla seguridad de las personas en obray ofrecen espacios habitables, confortablesy seguros para los usuarios.En el caso de la fundición de concretoreforzado, sistema de construcciónmás usado en Colombia, el acero estructural–representado en barras embebidasdentro del concreto– ofrecela torsión, flexión y tensión; que unidaa la propiedad de compresión delcemento, hacen posible una estructuracapaz de soportar cargas y fuerzassuficientes para salvaguardar la vida,ante un movimiento de tierra.Por consiguiente, para construccionesen zonas de mediano y alto riesgosísmico en concreto reforzadoscon barras de acero, es necesario eluso de aceros estructurales dúctiles yno quebradizos, que ante una accióntelúrica se doblen y no se fracturen.Las barras corrugadas de acero estructuraldisponen de un alto límitede fluencia, (límite a partir de la cualel material se deforma plásticamente)con muy buena ductilidad y excelenteadherencia al concreto; haciendomenos vulnerables las construccionesante una acción telúrica.WWW.METALACTUAL.COM

¿Aceros antisísmicos? Fin del mitoLas fuerzas sísmicas que actúan sobre una edificación debenser distribuidas por los componentes estructuralesque la forman; la combinación de estos elementos, másel tipo de terreno, junto con el diseño arquitectónico yestructural, integran globalmente las características sismoresistentes de una edificación.De allí que no hay ningún metal estructural que sea antisísmico, puesto que nada evita el fenómeno natural,lo que existe son estructuras que, gracias a su diseño ymateriales, soportan mejor un temblor de tierra sin destruirsepor completo; con lo cual dan un margen de acciónpara que los ocupantes puedan evacuarlas sin quedarlesionados o heridos.Ante la constante amenaza sísmica en Colombia, los acerosestructurales que se utilizan en las construccionesdeben ser dúctiles y no frágiles, puesto que la finalidadde la estructura ante un movimiento telúrico es que lasedificaciones se deformen y no colapsen; con lo cual senecesitan estructuras menos rígidas y más elásticas.Con el fin de lograr estructuras más livianas y flexibles elacero tiene como principales puntos a favor la:• Ductilidad o propiedad que tiene un material de soportargrandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzosde tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructuralescomunes les permite fluir localmente, evitando asífallas prematuras.• Durabilidad: si el mantenimiento de las estructuras deacero es adecuado durarán indefinidamente.• Resistencia a la fatiga o fuerzas repetidas aplicadas sobreel material.• Tenacidad: propiedad que tiene un material para absorberenergía en grandes cantidades.Foto:www.madeinchina.comUna de las ventajas del acero como material deconstrucción es que mantiene sus características sindegradarse a lo largo del tiempo.WWW.METALACTUAL.COM

22MATERIALESEn este sentido, afirma Zulma PardoVargas, Vicepresidenta de la Comisiónde Estructuras de la Sociedad Colombianade Ingenieros y miembro de laAmerican Institute of Steel Construction(AISC), que una de las principalespropiedades del acero estructural es“la capacidad de deformarse inelásticamentesin perder resistencia, conlo cual, ante la acción de una fuerza,pueden deformarse sin que se presentela fractura. Los aceros que sefracturan fácilmente correspondena aleaciones frágiles con alto contenidode azufre, fosforo y magnesio ylas dúctiles contienen los elementosanteriores más molibdeno, manganeso,columbio y/o vanadio, en porcentajescontrolados”Todas las barras corrugadas producidasen Colombia bajo la norma NTC-2289 son aptas para ser usadas comorefuerzo de concreto en construccionessismo-resistentes, pero hay quetener cuidado, porque no todas lasbarras importadas tienen propiedadesde sismo-resistencia. La razónes que en muchos casos, el país deorigen de esos productos no poseeriesgo sísmico.El constructor debe verificar que subarra este bajo la norma NTC 2289.Si es venezolana con norma Covenin,debe asegurarse que tenga la letra W.Si tiene otra letra, evite que la usencomo barra de refuerzo, pues esta podríatener problemas de ductilidad yno cumplir con la Norma de Sismo Resistenciaen su última versión NRS-10.En este aspecto, Pardo Vargas afirmaque: “según las propiedad especificasde cada barra se genera su uso y nuncasegún su precio,” por lo cual se debecomprar las barras de aceros estructuralsegún lo que este estipulado encada ficha técnica, dependiendo deluso que se le de al material y la normao disposición a que este sujeta.De esta forma se hace imperativo–tanto para el vendedor comoel constructor– conocer y aplicar lanormatividad vigente, junto con susactualizaciones e innovaciones.Nuevo Reglamento de SismoResistencia en ColombiaDesde el 15 de diciembre de 2010rige el nuevo Código Colombianode Sismo Resistencia, renovado recientementepor el Decreto 926 del2010 –el cual remplaza al Decreto 33de 1998– y más conocido como NSR-10 que tiene por objeto amparar lasvidas humana ante un sismo fuerte yproteger el patrimonio del Estado yde los ciudadanos en caso de un movimientotelúrico.Las estructuras construidas bajo laNSR-10 tienen por objeto ser capacesde resistir temblores de poca intensidadsin daño, temblores de medianaintensidad sin daño estructural y untemblor fuerte sin colapsar.Según la Asociación Colombiana deIngeniería Sísmica, “el nuevo regla-mento actualiza diversos aspectoscon el fin de que con la aplicaciónde tecnología en el análisis, diseñoy construcción, cada día las edificacionessean más seguras en unpaís donde el 87 por ciento de supoblación se encuentra ubicadasen zonas de amenaza sísmica alta eintermedia”.En el momento de construir, ManuelRamírez, profesional de Normalizaciónde ICONTEC, afirma que“el reglamento NSR-10 exige queun supervisor garantice el cumplimientode los requisitos y materialesindicados en la NSR-10, las curaduríasurbanas otorgan la licencia deconstrucción en la que se evalúan elcabal cumplimiento del reglamentode sismo resistencia en los diseños.Cualquier anomalía o incumplimientose resuelve ante el Ministerio deAmbiente y Desarrollo Territorial.”Distribución de la Amenaza Sísmica en ColombiaFuente: AISWWW.METALACTUAL.COM

Un diseñoestructuralconfiablegarantiza laefectividadsismo resistentede cualquierconstrucción.Foto: www.verkaufsbüro-brauch.com“El Código colombiano de Sismo Resistencia NSR-10(Reglamentado por el Decreto 926). Es el que establececomo se debe construir, y hace alusión a la estructura oconstrucción con todos sus componentes (acero, cemento,mampostería estructural, entre otros) y la NTC 2289,únicamente a las condiciones de calidad que tienen lasbarras corrugadas como producto”, afirma la IngenieraZulma Pardo Vargas.Asimismo Ramírez recuerda que “El reglamento que regulalas funciones y usos de los aceros estructurales paraconstrucciones sismorresistentes es el NSR-10, el cualfue desarrollado en el seno de la comisión Asesora delRégimen Sismo Resistente del Ministerio de AmbienteVivienda y Desarrollo Territorial” y comenta que, en laactualidad, se adelanta el desarrollo de un reglamentotécnico por parte del Gobierno para la comercializaciónde refuerzos de acero.Según Hernán Zúñiga, miembro del Comité Técnico deResoluciones del Ministerio de Industria, Comercio y Turismoeste proyecto de Resolución –“Por la cual se expideel Reglamento Técnico aplicable a barras corrugadaspara refuerzo de concreto en construcciones sismo resistentesque se fabriquen, importen o comercialicen enColombia”– está en ciernes y aun no se puede asegurarsu aplicación.Por el momento, el tema de aceros estructurales sigueestando regulado por el Decreto 926, expedido por elMinisterio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial“Por el cual se establecen los requisitos de caráctertécnico y científico para construcciones sismo resistentesNSR-10 realizada para establecer criterios y requisitosmínimos para el diseño, construcción y supervisión técnicade edificaciones nuevas enmarcadas en la Ley 400de 1997”.WWW.METALACTUAL.COM

24MATERIALESFoto www.tettafa.comConsumo de aceroestructuralLa constante demanda de aceros estructuralespara uso en los diversossistemas de construcción, se ha vistoevidenciada en datos de ILAFA (InstitutoLatinoamericano del Fierro y elAcero), en lo que del 100 por cientodel acero consumido en América Latina,es la construcción, el sector que demandamayor cantidad de aceros conun 44% frente a otros sectores comolos materiales mecánicos, con un 18%y automóviles, con sólo el 16%.Las siderúrgicas colombianas generanproductos de acero para atenderprincipalmente la demanda delsector de la construcción, las cualeshacen un suministro de acero paraconcreto equivalente al 52% de laproducción total, y en menor medidaalambrón en un 8%, perfiles al8%, barras al 2% y el resto de la producción(30%) está destinada para elconsumo industrial (principalmenteproductos planos).En el caso del consumo per cápita deacero, Colombia ha tenido un consumobajo, pero ha sido el país conel más alto incremento en un periodode 10 años; con un aumento del86.2% entre 1998 y el 2008 y un promediode crecimiento de aproximadamenteel 60%.Las barras corrugadasde acero estructuralconstituyen un materiaindispensable parala construcción enconcreto reforzado;éstas deben cumplircon los estándares decalidad y requisitostécnicos.Asimismo, el consumo aparente deacero evidenciado en miles de toneladas,presenta un incremento entrelos años 2001 y 2008, con un promediode 2000 toneladas por año.Según datos suministrados por elDANE frente al área de construcciónaprobada con licencia en 77 municipioscolombianos, entre el periodode enero - abril del 2009 y el 2010estas crecieron en un 14,72%. Asimismoentre los meses de junio del2009 a junio del 2010, la variacióndel índice de costos de construcciónpesada ICCP se incrementó en 0.63puntos porcentuales, el registro delpresente año es de 0.21% frente al-0,42% del mismo periodo del añoanterior.La variación que más influyó en elresultado del índice fue materiales(0,34%), con una contribución de0,19 puntos porcentuales a la variacióntotal (0,21%). En este grupo decostos, las principales alzas se registraronen almohadilla de neopreno(2,16%), acero de refuerzo (2,12%),alambre de amarre (1,94%), ángulo(1,92%), lámina de acero (1,64%),platina (1,38%), alambre de púas(1,21%) y rejilla (1,15%).En relación al comportamiento delos precios locales del acero, estoshan sido demasiado vulnerables antecambios en la oferta y la demandadel mercado. En épocas donde lademanda por productos de aceroha caído y con ellas los precios, losproductores recortan la produccióncon el fin de equilibrar la oferta y lademanda de acero; pasa lo contrariocuando la oferta se incrementa,aumentan los precios y aumenta laproducción para poder suplir la demanday equilibrar nuevamente elmercado.El mercado del acero, siempre enconstante crecimiento, muestra unconsumo aparente de acero a lo largode los años, el cual ha presentadoen promedio crecimientos alrededordel 10,1% desde el 2005, ademáseste sector es uno de los más importantesen la economía del país alaportar aproximadamente un 11,5%al PIB industrial y un 13% al empleoindustrial.El precio internacional del acero,resultado de una gran oferta, se hamantenido bajo respecto de otros insumosde la construcción, lo cual hagenerado una importante competenciaen el mercado de materialesy estructuras de acero, además, losmodernos sistemas de cálculo de losproyectos, que permiten economíasconsiderables en cuanto a peso ycostos de construcción, también hanimpulsado un mayor uso del aceropor parte de los profesionales de laconstrucción en Colombia.Fuentes• Zulma Stella Pardo Vargas. Vicepresidentade la Comisión de Estructuras de la SociedadColombiana de Ingenieros y miembro dela American Institute of Steel Construction(AISC). apardo@et.net.co• Hernán Zúñiga. Comité Técnico de Resolucionesdel Ministerio de Industria, Comercioy Turismo.• Manuel Ramírez. Profesional de Normalizaciónde ICONTEC. nholguin@icontec.org• ACIS .Asociación Colombiana de IngenieríaSísmica. www.asosismica.org.co• www.andi.com.co www.camacol.org.co,www.dane.gov.co, www.icontec.org.co, www.ilafa.org, www.minambiente.gov.co, www.mincomercio.gov.co, www.sci.org.co, www.manizales.unal.edu.co, www.arqhys.com.WWW.METALACTUAL.COM