Acero Estructural 101: Formas, Propiedades Y Aplicaciones

El acero estructural es indispensable para numerosas aplicaciones en la industria de la construcción. De hecho, este sector representa aproximadamente la mitad del consumo mundial de acero. El acero estructural, en particular, ofrece a la construcción y a otras industrias numerosas ventajas basadas en las composiciones de los materiales y las opciones de forma del acero. La combinación de estos factores puede dar al acero estructural diversas propiedades mecánicas que se adaptan bien a aplicaciones específicas. Como proveedor líder de servicios de acero estructural en los EE.UU., Infra-Metals Co. puede ayudarle a encontrar la composición y la forma de acero estructural al carbono adecuadas para su aplicación.

Composición del acero estructural

Para una longevidad fiable y para soportar un peso extremo, el acero estructural debe tener la composición adecuada. El hierro y el carbono son dos de los componentes más importantes que utilizan las acerías para fabricar acero estructural. El carbono da fuerza al mineral de hierro, que es la fuente del hierro del acero y es bastante blando por sí mismo. Para conseguir capacidad de carga, el acero estructural debe tener un mayor contenido de carbono en peso, y los fabricantes pueden aumentar la cantidad de carbono según el nivel de resistencia y ductilidad que requiera su aplicación. La mayoría de los fines de la construcción sólo necesitan acero estructural de bajo carbono, o suave, que contiene entre el 0,04 y el 0,30% de carbono en peso. El acero estructural de medio y alto carbono requiere entre un 0,31 y un 1,50% de carbono en peso, lo que hace que este acero sea adecuado para aplicaciones de ingeniería mecánica.

El acero estructural también puede contener niveles de manganeso, fósforo, azufre y silicona, entre otros materiales. Aunque los fabricantes pueden añadir metales adicionales como el cromo, el titanio y el molibdeno a sus composiciones de acero para lograr una mayor resistencia, esto suele ser mejor para el acero no estructural, ya que puede dar lugar a un producto final frágil.

Cualquiera que sea la composición, los fabricantes deben probar su acero estructural para comprobar que su resistencia a la fluencia y a la tracción es aceptable. Parte de lo que hace que el acero estructural sea fuerte es su capacidad de ceder bajo la presión del peso sin cambiar permanentemente de forma. El punto en el que el acero estructural cambia irremediablemente de forma se denomina límite elástico. La presión adicional del peso llevará finalmente al acero a su límite de resistencia a la tracción, el punto en el que el acero se rompe realmente. El límite elástico y la resistencia a la tracción se miden en libras por pulgada cuadrada (psi) y en kilopulgadas por pulgada cuadrada (ksi).

Para evaluar el impacto o la absorción de energía en el acero estructural, la prueba de impacto Charpy ha estandarizado el proceso. Los operadores utilizan un péndulo de martillo con peso y una muestra de material de acero estructural para calcular cuánta energía puede absorber ese acero concreto cuando el péndulo lo golpea antes de que el material alcance los límites de fluencia y resistencia a la tracción. El ensayo Charpy también puede incorporar pruebas de temperatura para imitar las fluctuaciones de temperatura del entorno.

Dada la naturaleza crítica de las aplicaciones de construcción, la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) tiene más de 12.000 normas reglamentarias que clasifican los grados de acero y rigen el material y sus tolerancias. Estas normas proporcionan un estándar consistente en todas las industrias y garantizan que el acero que cumple con los requisitos de la ASTM será de la más alta calidad. Algunos de los grados de acero estructural aprobados son ASTM A36, ASTM A500, ASTM A572 y ASTM A588, con múltiples opciones de forma según la aplicación

Formas de acero estructural

Una amplia variedad de opciones de forma permite además que los productos de acero estructural apoyen la construcción y el diseño. La forma es fundamental para la correcta distribución de los pesos y presiones de la carga, y la selección adecuada garantiza que un edificio sea duradero y seguro. Las diferentes formas del acero estructural tienen propiedades mecánicas y químicas únicas que las hacen apropiadas para diferentes aplicaciones. Estas formas incluyen:

Ángulos. Estas secciones transversales perpendiculares en forma de L, con patas iguales o desiguales, se encuentran comúnmente en las esquinas de las estructuras y en otros lugares para complementar los pilares y las vigas principales.

Tubo. El tubo hueco fabricado a partir de bobinas de acero laminado en caliente y vendido en formas redondas, cuadradas y rectangulares se fabrica y suelda fácilmente según las necesidades. Es una alternativa estructural ligera a los productos sólidos de acero estructural.

Vigas I. Estas vigas son uno de los productos de acero estructural más comunes, tanto para vigas como para pilares. Los dos elementos paralelos de la sección transversal en "I" o "H" se conocen como alas, y el elemento de unión se conoce como alma.

Vigas de ala ancha. Con un alma mucho más larga que la de las vigas en I, las alas de una viga de ala ancha son casi perpendiculares al alma.

Canales. Los canales estructurales se laminan en caliente en forma de C y, al igual que las vigas en I, tienen un ángulo de unión más amplio entre las alas y el alma. Proporcionan apoyo estructural además de una viga principal de carga, normalmente para arriostramiento o entramado.

Placas. Las placas de acero al carbono pueden soportar grandes cantidades de peso y presión, lo que las hace perfectas para los buques oceánicos. Se trata de grandes superficies de acero estructural macizo y continuo destinadas a cubrir grandes superficies.

Barras. Abreviatura de barras comerciales, son tipos de barras de carbono laminadas en caliente y acabadas en frío con diferentes propiedades, dimensiones y subcategorías de forma, como secciones transversales redondas, cuadradas y planas.

Ventajas del acero estructural

El acero estructural es un material extremadamente eficiente y eficaz para las aplicaciones de construcción. Aporta muchas ventajas al sector, como el acero inoxidable:

Rentabilidad. Además de ser económico en cuanto a la inversión inicial de material, el acero estructural puede generar a menudo reducciones de costes en otras áreas, como la reducción de las necesidades de material debido a la robusta resistencia del acero, los plazos de construcción más rápidos, la menor producción de residuos, la capacidad de reciclaje, etc.

Seguridad. La resistencia del acero estructural es un rasgo definitorio, pero también tiene otras características que le confieren una funcionalidad segura. El acero es resistente a la corrosión, el óxido, el moho, las llamas y las condiciones térmicas. Además, no se astilla como lo harían otros materiales en caso de que una estructura de acero se desplazara.

Adaptable al crecimiento. Dado que los fabricantes diseñan específicamente el acero estructural por su resistencia y capacidad de soportar peso, si un constructor necesita o quiere construir una adición en una propiedad, la estructura de acero a menudo puede acomodar el cambio.

Fiable. Las normas ASTM garantizan que el acero estructural cumpla con los estándares de calidad que son consistentes en todas las industrias para que los compradores sepan lo que están adquiriendo cuando compran este acero. Esto da a los constructores la tranquilidad de que el producto es seguro para su uso previsto.

Versátil. El peso relativamente ligero y la resistencia del acero estructural permiten realizar diseños de construcción y características arquitectónicas más singulares o complejas que los materiales de construcción como la madera.

Eficaz. Cuando los fabricantes combinan la producción de acero estructural con la tecnología informática que puede generar modelos e incorporar la cadena de suministro, estos avances tecnológicos pueden ayudar a identificar áreas para el ahorro de costes, mejoras en el diseño y consideraciones de seguridad.

Respetuoso con el medio ambiente. El acero es un metal reciclable que conserva su resistencia independientemente de los ciclos de reciclaje a los que se someta. Esta capacidad también disminuye los residuos de chatarra. Con la abundancia de recursos mineros de hierro de Estados Unidos, como en Minnesota, la producción nacional de acero puede ser una industria sostenible.