Diseño y construcción de edificios en acero
El acero como material estructural tiene uso a nivel mundial para edificios, puentes, torres, estructuras industriales, y una gran variedad de estructuras requeridas para el desarrollo de ciudades, industria y comercio. Su inicio de uso como acero estructural al carbono se remonta a los años 1,870.
A nivel mundial, la construcción vertical de edificios tanto de uso vivienda como mixto (vivienda, comercio y oficinas) ha tenido un auge en los últimos años. En Guatemala no ha sido la excepción. Esto derivado de la demanda como parte del crecimiento de las ciudades más importantes, siendo una solución dada la disponibilidad de suelo de construcción y ordenamiento territorial.
El uso de acero estructural en la construcción de estos edificios puede ser importante, sin embargo, se deben cuidar ciertos parámetros y criterios para su dimensionamiento y diseño de tal manera se provea de soluciones competitivas frente a otros sistemas de construcción. El éxito de un proyecto será la combinación de una buena planificación, diseño estructural, fabricación y montaje.
Las Normas de Seguridad Estructural NSE 2018 en su versión a la fecha vigente, direccionan de una manera íntegra el diseño de estructuras de acero a los códigos de diseño ANSI/AISC 303-16, ANSI/AISC 341-16, ANSI/AISC 358-16 y ANSI/AISC 360-16. Para referencia ver NSE 7.5 Capítulo 2. El diseñador deberá dirigirse a estos documentos emitidos por AISC (American Institute of Steel Construction).
El diseño de estructuras debe proveer de un mecanismo de comportamiento dúctil, tanto a los elementos principales como a sus componentes. Aunque la ductilidad sea una propiedad del acero, esto no necesariamente nos indica que así se vaya a comportar la estructura. En acero, también pueden haber fallas fágiles. El diseñador deberá de adoptar los diferentes sistemas de Resistencia Lateral propuestos por AISC para resolver su edificio, definiendo el nivel de ductilidad que se le deberá proporcionar a la estructura y diseñando cada elemento con su nivel de detallado que solicite.
Ventajas de la construcción en acero:
El acero se caracteriza por su gran resistencia y ductilidad, siendo un material ideal para construcciones en áreas sísmicas y por supuesto en áreas donde el viento o condiciones gravitacionales predominan. Sus propiedades ofrecen grandes ventajas para el diseño y construcción.
Dentro de las propiedades más importantes del acero tenemos las siguientes:
- Alta resistencia: Posee alta resistencia por unidad de peso, por lo cual el peso de las estructuras será menor que si se construyera la misma con concreto reforzado. Esto cobra gran importancia en puente con grandes claros, rascacielos y edificios con condiciones adversas en su cimentación (Jack C. McCormac, 2013).
- Uniformidad: A pesar del paso del tiempo, las propiedades del acero no cambian apreciablemente. (Jack C. McCormac, 2013).
- Elasticidad: El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, debido a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos muy altos. (Jack C. McCormac, 2013).
- Durabilidad: Si el mantenimiento a las estructuras de acero es el adecuado, estas durarán indefinidamente (Jack C. McCormac, 2013).
- Ductilidad: La ductilidad es la propiedad que tiene un material para soportar grandes deformaciones sin fallar bajo esfuerzos de tensión altos. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.
- Tenacidad: Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. Un miembro de acero cargado hasta que se presentan grandes deformaciones será aun capaz de resistir grandes fuerzas. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad. (Jack C. McCormac, 2013).
Otras ventajas importantes del acero estructural son:
- Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura y pernos de alta resistencia.
- Posibilidad de prefabricación de los elementos que componen una estructura.
- Rapidez en el montaje y aseguramiento de calidad.
- Gran capacidad de laminarse en diferentes tamaños y formas.
- Posibilidad de reutilización después de desmontar una estructura o su posible reciclaje (90% de la materia prima para producción de acero proviene de chatarra), proporcionando una solución ambiental amigable.
El uso de acero estructural en la construcción de edificios en un país de alta sismicidad como Guatemala es mas que viable. El acero en la construcción ha demostrado un excelente comportamiento en ciudades con sismicidad alta como por ejemplo Ciudad de México, Chile, Japón y ciudades de California. Se debe de diseñar una estructura que pueda incursionar en el rango inelástico de una manera segura, manteniendo su integridad y proporcionando los “fusibles” de disipación los cuales cada sistema de resistencia lateral tiene identificado. Los elementos “fusibles” se podrán reparar o sustituir para devolver al edificio su nivel de desempeño original. El evitar fallas frágiles o articulaciones plásticas en elementos como conexiones o columnas, es la contraparte.
Como se ha mencionado anteriormente, el éxito del proyecto, especialmente en acero, se deberá a la combinación de que la arquitectura planteada conlleve dentro de ella uno o dos sistemas de resistencia lateral, que inclusive puedan ser parte de la misma arquitectura como pueden ser breizas (concéntricas o excéntricas) o muros. Posteriormente el diseño estructural adecuado y eficiente, la fabricación y montaje serán las piezas que completen el proceso. El control de calidad en planta, tanto para materiales, soldadura y procedimientos es requisito indispensable del aseguramiento de calidad. Cada proyecto tendrá sus retos, desde lograr el sueño de arquitectura, como los retos del lugar de construcción y sus particularidades.
El manejo de modelos BIM (Building Information Modeling) es una realidad en Guatemala desde hace poco mas de 20 años. Lidera la industria de la construcción en implementación de esta metodología y logra unir a todos sus actores: diseñadores, fabricantes y constructores, reduciendo errores en corte de piezas, rapidez y limpieza en fabricación y montaje, supervisión del diseño, supervisión y manejo de materiales en todo el proceso constructivo, costos y tiempos, entre otros.
Ing. Gonzalo Arriaga – Agosto 2020
