Fundamentos del Diseño Estructural y Propiedades Clave del Acero

Diseño Estructural: Concepto y Proceso

Diseño estructural: Son las diversas actividades que desarrolla el proyectista para determinar la forma, dimensiones y características detalladas de una estructura, o sea, aquella parte de una construcción que tiene como función absorber las solicitaciones (cargas) que se presentan durante las distintas etapas de su existencia.

El proceso creador del diseño estructural estriba en dar forma a una estructura que cumpla una determinada función con un grado de seguridad razonable y que, en las condiciones normales de servicio, tenga un comportamiento adecuado, además de cumplir con otros requisitos como el mantener el costo dentro de los límites económicos y el de satisfacer determinadas exigencias estéticas.

El diseño estructural requiere la aplicación del criterio del ingeniero para producir un sistema estructural que satisfaga de manera adecuada las necesidades del cliente o propietario de la infraestructura.

Con base en las propiedades de los materiales, la función estructural, las consideraciones ambientales y estéticas, se efectúan modificaciones geométricas en el modelo. Se repiten los procesos de resolución hasta obtener una solución que produce un equilibrio satisfactorio entre la elección del material, la economía, las necesidades del cliente, sus posibilidades económicas y diversas consideraciones arquitectónicas.

En la práctica de la ingeniería estructural, el diseñador dispone, para su posible uso, de numerosos materiales estructurales. Aquí es donde el diseñador de estructuras tiene la oportunidad de escoger juiciosamente el acero estructural como solución a su sistema.

Acero Estructural en la Construcción

Definición

El Acero Estructural es un material usado para la construcción de estructuras, producto de la aleación del hierro, carbono y pequeñas cantidades de fósforo, silicio, oxígeno, manganeso, entre otros. Estos elementos le confieren características específicas, entre las cuales se encuentra la alta resistencia a la tensión y a la compresión. Además, su ligereza y gran resistencia le permiten tener costos razonables.

Comparación con el Concreto Reforzado

• En comparación con el acero de refuerzo en estructuras de concreto, el acero estructural puede absorber compresión y tensión al mismo tiempo.
• Su resistencia, en comparación, también es 8 veces más que la de estructuras de concreto armado.

Tipos de Acero Estructural

1. Aceros al Carbono: (A-36-2530, A529-2950)
2. Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación: (A-572, grado 42-2950, 45-3160, 50-3520, 55-3970, 60-4220, 65-4570)
3. Acero de Aleación Tratados y Templados: (A-514 6300-7300 kg/cm².)

Ventajas del Acero Estructural

Propiedades Intrínsecas

• Gran Resistencia por Unidad de Peso: Significa que el peso de la estructura se reducirá al mínimo. La disminución de peso es igual a la reducción de costos en la cimentación.
• Material Homogéneo: Posee magníficas propiedades de resistencia, ductilidad, tenacidad, capacidad de absorber energía y alta resistencia a la fatiga.
• Uniformidad de las Propiedades Mecánicas y Físicas con Respecto al Tiempo: Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.
• Ductilidad: Propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin llegar a la falla bajo altos esfuerzos de tensión y compresión. La naturaleza de los aceros comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.
• Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras es el adecuado, durarán tiempos indeterminados.

Ventajas Operacionales y Constructivas

• Gran facilidad de unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como lo son soldadura, tornillos, remaches, etc.
• Posibilidad de fabricar los miembros de una estructura (estructuras prefabricadas o modulares).
• Rapidez de montaje.
• Posible reutilización después de desmontarse.
• Mayor resistencia a la fatiga que el concreto reforzado.

Desventajas del Acero Estructural

Desafíos Materiales y Económicos

• Costo de Mantenimiento: La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.
• Corrosión: El acero es susceptible a la corrosión.

Desafíos Estructurales

• Susceptibilidad al Pandeo: Es decir, entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo.
• Vibración: Se dice que las estructuras de acero vibran demasiado.
• Flexibilidad: La mayor parte de los estructuristas y diseñadores dicen que las estructuras metálicas se deforman más que las estructuras de concreto.