EL ACERO

 Hoy en día, el uso del acero es cada vez más habitual, pues este es usado en la fabricación de estructuras metálicas. El acero es una aleación entre hierro y carbono, denominándose así los que tienen de un 0,05 a un 1,7% de carbono. Este material es uno de los más versátiles en cuanto a su uso utilizándose en gran variedad de productos, desde herramientas hasta estructuras de edificios.

El acero puede clasificarse hasta en 3 grupos distintos en función de su resistencia o su nivel de carbono. El acero aleado contiene mayores cantidades de elementos como el silicio o el cobre que el resto de los aceros. El acero al carbono es el más común, la mayor parte de las estructuras metálicas están fabricadas con este tipo de acero. Y el acero de baja aleación ultrarresistente, estos aceros suelen ser más baratos debido a sus bajos niveles de aleación, pero les suministran un tratamiento específico que les otorgan una gran resistencia. Además de estos que se mencionan también existen otros más conocidos como el acero inoxidable o el acero de cementación.

Las aleaciones de este material le confieren distintas características dependiendo de los elementos mezclados en él. En general, estas fusiones se hacen para que el material obtenga una mayor dureza, una mejor resistencia al desgaste, mayor aguante a los impactos, una mejor resistencia a la corrosión y un aumento en la resistencia a las temperaturas.

Al mezclar este tipo de elementos y conseguir estas mejoradas características, se consigue que el acero sea idóneo para su utilización en la construcción de edificios, obras públicas, etc. El acero estructural facilita la unión de las piezas con tornillos o soldadura, se puede montar de manera rápida, es sencillo de convertir en laminas de diferentes tamaños y formas, se pueden prefabricar piezas de una estructura y es bastante resistente a la fatiga sufrida por el material. Además, este material puede ser reutilizado. Cuando la vida útil de una estructura metálica termina esta puede ser desmontada y utilizarse para nuevos proyectos o, simplemente, reciclarse.

Historia

Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

Fabricación del acero

Su fabricación comienza con la reducción hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en Acero. Los materiales básicos utilizados son Mineral de Hierro, Coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro.

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno.

Aplicaciones en la construcción

Es utilizado el acero en estructuras para diferentes sistemas de construcción a partir de diferentes técnicas constructivas de la mano de materiales innovadores que están a la vanguardia. Es muy usado en la construcción de maquinarias, utensilios, equipos mecánicos, estructuras de viviendas, edificios  y obras públicas, entre otros más. El acero se ha convertido en uno de los elementos principales para edificar proyectos de diferentes escalas en obras civiles y arquitectónicos en debido a sus ventajas en la construcción. 

Principales ventajas del acero en la construcción:

• Alta Resistencia: La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia para el diseño de vigas de grandes claros.
• Durabilidad: Si el mantenimiento es adecuado la estructura metálica dura de manera indefinida.
• Ductilidad: Es la propiedad que tiene el material en soportar grandes deformaciones sin fallas bajo altos esfuerzos de tensión.
• Versatilidad: El acero se convierte en el mejor aliado para todas las industrias principalmente cuando es de ampliar su capacidad con gran efectividad.
• La rapidez de montaje, debido que se trabajan con piezas prefabricadas.

• Resistencia Antisísmica
• Resistencia a la fatiga mayor que el concreto
• Tenacidad: Cuenta con gran capacidad de absorción de energía.
• Reciclable: Es un material ecológico 100% reciclable y degradable.
• Inversión duradera: Una de sus ventajas es que permite que toda estructura metálica sea desmontada para su reutilización, reubicar y ampliada para futuras modificaciones garantizando la inversión.
• Material Sostenible: El acero permite la edificación de proyectos sostenibles reduciendo el impacto ambiental.
• Diseños Arquitectónicos: Debido a su ductilidad el acero cuenta con una fuerte influencia en la elección de forma y estética para diferentes proyectos.

Tipos de acero:

• Aceros al silicio. El acero eléctrico, también llamado acero magnético, acero al silicio, o acero para transformadores, es un acero especial fabricado para poseer determinadas propiedades magnéticas, tales como una zona de histéresis pequeña (poca disipación de energía por ciclo), que equivale a bajas pérdidas en el núcleo y una alta permeabilidad magnética.
• Aceros de cementación. Los aceros de cementación, con bajo contenido de carbono, permiten obtener piezas que, después de los procesamientos mecánicos y el tratamiento de cementación, unen una elevada dureza superficial a una buena dureza en el corazón.
  Gracias a la elevada dureza superficial que se puede conseguir con el tratamiento de cementación, estos aceros son usados para realizar todas las piezas mecánicas para los cuales es necesaria una dureza superficial considerable como engranajes, pernos, casquillos, ejes y todo lo necesario para la transmisión del motor.
  La versatilidad de la gama de los aceros de cementación permite cubrir un amplio rango de usos, desde los más pequeños engranajes a los ejes del motor de dimensiones considerables.
  Los tratamientos térmicos disponibles para este tipo de aceros – a comprobarse caso por caso según las diferentes calidades – son: natural de laminación, recocido viable, recocido isotérmico, recocido globular, normalizado, templado.
• Aceros inoxidables. El acero inoxidable es esencialmente un acero de bajo carbono, el cual contiene como mínimo un aproximado 10.5% de cromo en peso, lo que le hace un material resistente a la corrosión.

¿Cómo calcular cantidades de acero en estructuras?

Referencias

Cositen. (2018, 3 abril). Características del acero en construcción. https://cositen.com/caracteristicas-del-acero-construccion/

Acero. (s. f.). Construpedia. Recuperado 9 de diciembre de 2020, de https://www.construmatica.com/construpedia/Acero

Aceros arquitectónicos. (2020, 9 junio). El acero y sus ventajas en la construcción. https://www.acerosarq.com/el-acero-y-sus-ventajas-en-la-construccion/

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