Acero estructural

El acero estructural es el acero utilizado para fabricar materiales de construcción en diversas formas. Muchas formas de acero estructural adoptan la forma de una viga alargada con un perfil de sección transversal específico . Las formas, tamaños, composición química, propiedades mecánicas como la resistencia, prácticas de almacenamiento, etc., del acero estructural están regulados por normas en la mayoría de los países industrializados. El acero estructural se utiliza generalmente en un sistema de elementos interconectados que se fijan entre sí para soportar cargas y satisfacer una necesidad específica. ^{[ 1 ]}

Los perfiles de acero estructural, como las vigas en I , tienen altos momentos de inercia , por lo que pueden soportar una carga elevada sin una deformación excesiva . ^{[ 2 ]}

Las formas disponibles se describen en normas publicadas a nivel mundial, y también se encuentran disponibles secciones transversales especializadas y patentadas.

• Viga en I (sección transversal en forma de 'I' mayúscula con serifa; en Gran Bretaña, estas incluyen vigas universales (UB) y columnas universales (UC); en Europa, incluyen las secciones IPE, HE, HL, HD y otras; en EE. UU., incluyen secciones de ala ancha (WF o en forma de W) y secciones en H).
• Forma de Z (media brida en direcciones opuestas) ^{[ 3 ]}
• Perfil HSS ( Perfil estructural hueco también conocido como SHS, que incluye secciones transversales cuadradas, rectangulares, circulares (tubos) y elípticas).
• Ángulo (sección transversal en forma de L)
• Canal estructural , viga en C o sección transversal en 'C'
• Te (sección transversal en forma de T)
• Barra, con sección transversal rectangular, pero no tan ancha como para ser llamada lámina .
• Varilla, sección redonda o cuadrada, larga en comparación con su anchura.
• Placa, láminas de metal de más de 6  mm o 1/4 de pulgada  de espesor .
• viga de acero de alma abierta

Las secciones pueden ser laminadas en caliente o en frío , o fabricadas mediante la soldadura de placas planas o dobladas. ^{[ 4 ]}

Los términos hierro angular , hierro en U y chapa de hierro se han utilizado comúnmente desde antes de que el hierro forjado fuera reemplazado por el acero para fines comerciales y todavía se usan con frecuencia. En la redacción técnica, se suelen usar los términos ángulo , canal y chapa en U en lugar de esos términos erróneos .

El acero se vende por peso, por lo que el diseño debe ser lo más ligero posible sin comprometer la seguridad estructural. Utilizar varios elementos de acero idénticos puede resultar más económico que utilizar componentes únicos. ^{[ 10 ]}

El hormigón armado y el acero estructural pueden ser sostenibles ^{[ 11 ]} si se utilizan correctamente. Más del 80% de los elementos de acero estructural se fabrican con metales reciclados, denominados acero A992. Este material es más económico y tiene una mayor relación resistencia-peso que los elementos de acero utilizados anteriormente (grado A36). ^{[ 12 ]}

Se deben tener en cuenta consideraciones especiales con el acero estructural para garantizar que no se encuentre en una condición peligrosa de riesgo de incendio. ^{[ 13 ]}

El acero estructural no puede exponerse al ambiente sin la protección adecuada, ya que cualquier humedad o contacto con el agua provocará oxidación , comprometiendo la integridad estructural del edificio y poniendo en peligro a los ocupantes y vecinos. ^{[ 13 ]}

Debido a su alta resistencia, rigidez, tenacidad y propiedades dúctiles, el acero estructural es uno de los materiales más utilizados en la construcción de edificios comerciales e industriales. ^{[ 14 ]}

El acero estructural puede adoptar prácticamente cualquier forma, y ​​se ensambla mediante pernos o soldadura. El montaje de las estructuras de acero se puede realizar tan pronto como se entregan los materiales en la obra, mientras que el hormigón requiere un periodo de curado de al menos 1 a 2 semanas después del vertido antes de que pueda continuar la construcción, lo que convierte al acero en un material de construcción que facilita el cumplimiento de los plazos. ^{[ 13 ]}

El acero es intrínsecamente un material no combustible. Sin embargo, al calentarse a temperaturas propias de un incendio, su resistencia y rigidez se reducen significativamente. El Código Internacional de la Construcción exige que el acero se recubra con materiales resistentes al fuego suficientes, lo que incrementa el costo total de los edificios con estructura de acero. ^{[ 14 ]}

El acero, al entrar en contacto con el agua, puede corroerse, creando una estructura potencialmente peligrosa. En la construcción de estructuras de acero, deben adoptarse medidas para prevenir la corrosión a lo largo de su vida útil. El acero puede pintarse para proporcionarle resistencia al agua. Asimismo, el material ignífugo utilizado para recubrir el acero suele ser resistente al agua. ^{[ 13 ]}

El acero proporciona un entorno superficial menos adecuado para el crecimiento de moho que la madera. ^{[ 15 ]}

Las estructuras altas se construyen utilizando acero estructural debido a su facilidad de construcción, así como a su alta relación resistencia-peso. ^{[ 16 ]}

El acero pierde resistencia cuando se calienta lo suficiente. La temperatura crítica de un elemento de acero es la temperatura a la que no puede soportar su carga de forma segura . Los códigos de construcción y las prácticas estándar de ingeniería estructural definen diferentes temperaturas críticas según el tipo de elemento estructural, la configuración, la orientación y las características de carga. La temperatura crítica se suele considerar la temperatura a la que su límite elástico se ha reducido al 60 % del límite elástico a temperatura ambiente. ^{[ 17 ]} Para determinar la clasificación de resistencia al fuego de un elemento de acero, se pueden utilizar prácticas de cálculo aceptadas, ^{[ 18 ]} o se puede realizar una prueba de fuego , cuya temperatura crítica está establecida por la norma aceptada por la Autoridad Competente, como un código de construcción. En Japón, esta es inferior a 400 °C. ^{[ 19 ]} En China, Europa y Norteamérica (por ejemplo, ASTM E-119), esta es aproximadamente 1000–1300 °F ^{[ 20 ]} (530–810 °C). El tiempo que tarda el elemento de acero sometido a prueba en alcanzar la temperatura establecida por la norma de ensayo determina la duración de su clasificación de resistencia al fuego . La transferencia de calor al acero puede ralentizarse mediante el uso de materiales ignífugos , limitando así su temperatura. Los métodos comunes de protección contra incendios para acero estructural incluyen recubrimientos intumescentes , endotérmicos y de yeso, así como paneles de yeso, revestimientos de silicato de calcio y mantas aislantes de lana mineral. ^{[ 21 ]}   

Los materiales ignífugos para estructuras de acero incluyen revestimientos intumescentes, endotérmicos y de yeso, así como placas de yeso laminado , revestimientos de silicato de calcio y mantas de lana mineral o de alta temperatura. Se presta especial atención a las uniones, ya que la dilatación térmica de los elementos estructurales puede comprometer la resistencia al fuego de los conjuntos.

El corte de las piezas a la longitud deseada se suele realizar con una sierra de cinta .

Una línea de perforación de vigas perfora agujeros y fresa ranuras en vigas, canales y elementos HSS. Las líneas de perforación de vigas CNC suelen estar equipadas con transportadores de alimentación y sensores de posición para colocar el elemento en la posición de perforación, además de capacidad de sondeo para determinar la ubicación precisa donde se debe cortar el agujero o la ranura.

Para cortar aberturas irregulares o extremos no uniformes en elementos estructurales (no de placa), se suele utilizar un soplete de corte. Los sopletes de oxicorte son la tecnología más común y abarcan desde sopletes manuales sencillos hasta máquinas de corte CNC automatizadas que mueven el cabezal del soplete alrededor del elemento estructural según las instrucciones de corte programadas en la máquina.

La fabricación de chapas planas se realiza en un centro de procesamiento de chapas, donde la chapa se coloca plana sobre una mesa fija y diferentes cabezales de corte la recorren desde un brazo tipo pórtico o puente. Los cabezales de corte pueden incluir un punzón, un taladro o un soplete.

• Guía para el marcado CE de estructuras de acero, publicación BCSA n.º 46/08.
• Información sobre la construcción en acero de la Asociación Británica de Estructuras Metálicas para la Construcción.
• Manual de estructuras de acero
• Datos técnicos sobre las formas estructurales europeas más comunes.