El Acero en la Ingeniería y Construcción: Propiedades, Historia y Producción

¿Qué es el Acero? Definición y Composición

De acuerdo con la Norma COVENIN 1618:98, el acero es una aleación de hierro y carbono con un contenido máximo de 2% de este último. También puede contener pequeñas cantidades de silicio, manganeso, fósforo, azufre y otros elementos.

El Papel del Carbono

El carbono es el elemento que tiene mayor influencia en las propiedades del acero. A medida que aumenta el porcentaje de carbono, también lo hacen la dureza y la resistencia del material. Sin embargo, esto tiene una contrapartida: el acero resultante es más frágil y su soldabilidad se ve afectada. Por otro lado, una cantidad menor de carbono hará que el acero sea más suave y dúctil, pero también menos resistente.

Breve Historia del Acero en la Construcción

El uso del acero en la construcción experimentó un desarrollo vertiginoso a partir del siglo XVIII. Inicialmente, se comenzó a utilizar como elemento estructural en obras de arquitectura para la construcción de estaciones ferroviarias y grandes salones de exposición, donde era ideal para cubrir grandes luces.

El desarrollo de la construcción de edificios en altura con estructuras de acero surgió a fines del siglo XIX y principios del XX, combinando el esqueleto metálico con obras de mampostería como relleno.

El Proceso Bessemer

El primer proceso para producir acero en grandes cantidades fue patentado por Sir Henry Bessemer en Inglaterra en 1855. Sin embargo, sus esfuerzos para conseguir la patente en Estados Unidos en 1856 no tuvieron éxito, ya que se demostró que William Kelly, de Eddyville (Kentucky), había producido acero mediante un proceso similar siete años antes. Finalmente, Kelly recibió la patente estadounidense, pero el proceso se popularizó mundialmente con el nombre de Bessemer.

Gracias a este avance, para 1870 ya se producían grandes cantidades de acero estructural y, en 1890, el acero se había consolidado como el principal material estructural en los Estados Unidos.

Ventajas del Acero como Material Estructural

• Alta resistencia: Ofrece una excelente relación resistencia-peso.
• Uniformidad: Sus propiedades son consistentes y predecibles.
• Elasticidad: Se comporta elásticamente hasta alcanzar un límite bien definido.
• Durabilidad: Con un mantenimiento adecuado, puede tener una vida útil muy larga.
• Ductilidad: Tiene la capacidad de deformarse sin romperse, avisando de una posible falla.
• Tenacidad: Puede absorber grandes cantidades de energía.
• Facilidad de fabricación: Permite la creación de una amplia variedad de perfiles y formas.

Desventajas y Consideraciones del Acero

• Costo de mantenimiento: Requiere protección contra la corrosión, lo que implica costos a lo largo de su vida útil.
• Protección contra el fuego: Sus propiedades se ven significativamente reducidas a altas temperaturas, necesitando recubrimientos ignífugos.
• Susceptibilidad al pandeo: Los elementos esbeltos sometidos a compresión pueden fallar por pandeo antes de alcanzar su máxima resistencia.
• Fatiga y fractura frágil: Puede ser susceptible a la fatiga bajo cargas cíclicas y a la fractura frágil a bajas temperaturas.

Proceso de Producción del Acero

La fabricación de acero mediante el proceso siderúrgico integral parte del mineral de hierro, el carbón de coque y el sínter, que conforman la carga del alto horno. En él se lleva a cabo el proceso de reducción de los óxidos naturales de hierro, transformando los minerales en arrabio (hierro fundido), que se utiliza en estado líquido para la producción del acero.

Refino y Colada

Una vez que se tiene el arrabio, este es colado en un convertidor (generalmente un Convertidor de Oxígeno Básico u Horno de Arco Eléctrico) donde se refina. Posteriormente, pasa por un horno de cuchara para ser transportado a la estación de ajuste químico y de temperatura.

Finalmente, el acero líquido se vierte en la máquina de colada continua, que cuenta con un sistema de molde de ancho variable, permitiendo solidificar el metal en productos semielaborados como planchones o palanquillas...