top of page

El Acero Estructural: orígenes, desarrollo y tipos según las Normas ASTM

Foto del escritor: Ingeniería CivilIngeniería Civil

Actualizado: 10 ene

El acero estructural es uno de los materiales más utilizados en la construcción moderna debido a su resistencia, durabilidad y versatilidad. Este artículo explora los orígenes y el desarrollo del acero estructural a lo largo de la historia, los diferentes tipos según las Normas ASTM, y sus aplicaciones en la construcción.


Composición del acero

El acero es una aleación de hierro (Fe) y carbono (C), donde el contenido de carbono generalmente varía entre 0.02% y 2.1% en peso. Además del carbono, el acero puede contener otros elementos de aleación que mejoran sus propiedades mecánicas, como:

- Manganeso (Mn): Mejora la resistencia y la templabilidad.

- Silicio (Si): Aumenta la resistencia y la elasticidad.

- Fósforo (P): En pequeñas cantidades, mejora la maquinabilidad, pero en exceso puede causar fragilidad.

- Azufre (S): Generalmente considerado una impureza, puede mejorar la manejabilidad, pero reduce la tenacidad o efecto de corte.

- Cromo (Cr): Aumenta la resistencia a la corrosión y la dureza.

- Níquel (Ni): Mejora la tenacidad y la resistencia al impacto.

- Molibdeno (Mo): Aumenta la resistencia y la dureza a altas temperaturas.

 

Contenido máximo de los elementos químicos establecidos para barras de acero fabricadas según las normas ASTM A615 y ASTM A706. Fuente; Lanamme.
Contenido máximo de los elementos químicos establecidos para barras de acero fabricadas según las normas ASTM A615 y ASTM A706. Fuente; Lanamme.

Estos elementos se añaden en diferentes proporciones según el tipo de acero que se desee obtener, lo que permite crear aceros con propiedades específicas para diversas aplicaciones.

 

Orígenes y Desarrollo Histórico

El uso del hierro en la construcción se remonta a la antigüedad, pero no fue hasta el siglo XIX que el acero, una aleación de hierro y carbono, comenzó a utilizarse de manera significativa en estructuras. La Revolución Industrial impulsó la producción de acero, y en 1856, el proceso Bessemer permitió la producción masiva de acero de alta calidad. El proceso Bessemer consiste en convertir arrabio (hierro fundido con alto contenido de carbono) en acero mediante la oxidación de las impurezas presentes en el arrabio, utilizando aire inyectado a presión.


El Home Insurance Building fue un rascacielos que estuvo en Chicago desde 1885 hasta su demolición en 1931. Fuente Wilkipedia.
El Home Insurance Building fue un rascacielos que estuvo en Chicago desde 1885 hasta su demolición en 1931. Fuente Wilkipedia.

A finales del siglo XIX y principios del XX, el acero estructural se convirtió en el material preferido para la construcción de rascacielos, puentes y otras estructuras grandes. La construcción del Home Insurance Building en Chicago en 1885, considerado el primer rascacielos del mundo, marcó un hito en el uso del acero estructural. La innovación clave fue el uso de un esqueleto de acero para soportar el peso del edificio, en lugar de depender de muros de carga de mampostería. El uso de vigas y columnas de acero permitió crear una estructura interna que soportaba el peso del edificio, liberando a los muros exteriores de su función estructural.

 

Tipos de Acero Estructural según las Normas ASTM

El acero estructural ha evolucionado significativamente desde sus inicios, convirtiéndose en un material indispensable en la construcción moderna. Las Normas ASTM proporcionan especificaciones claras para diferentes tipos de acero, cada uno con propiedades y aplicaciones específicas. La elección del tipo de acero adecuado depende de los requisitos de resistencia, durabilidad y costo de cada proyecto.


El conocimiento de estas normas y sus aplicaciones permite a los ingenieros diseñar estructuras seguras, eficientes y económicas, asegurando que el acero estructural continúe siendo un pilar fundamental en la construcción.


Las Normas ASTM (American Society for Testing and Materials) establecen especificaciones para diferentes tipos de acero estructural. A continuación, se describen algunos de los más comunes:


Requisitos de tracción y porcentaje de elongación mínimo para barras de acero al carbono según la norma ASTM A615. Fuente Lanamme.
Requisitos de tracción y porcentaje de elongación mínimo para barras de acero al carbono según la norma ASTM A615. Fuente Lanamme.

ASTM A36

Es el acero estructural más comúnmente utilizado en la construcción de edificios, puentes y otras estructuras. Es conocido por su buena soldabilidad y resistencia. Es más económico y fácil de trabajar en comparación con otros grados, pero tiene una resistencia menor que los aceros de alta resistencia.


ASTM A572

Grados 42, 50, 60, 65. Se utiliza en estructuras que requieren mayor resistencia, como puentes de largo alcance y edificios de gran altura.   Ofrece mayor resistencia que el A36, especialmente los grados 60 y 65, lo que permite reducir el peso de las estructuras.


ASTM A588

Ideal para estructuras expuestas a la intemperie, como puentes y torres, debido a su resistencia a la corrosión atmosférica. Tiene una resistencia similar al A572, pero su principal ventaja es su durabilidad en ambientes corrosivos sin necesidad de pintura.


ASTM A992

Especificado para perfiles estructurales en edificios de acero, especialmente en columnas y vigas. Ofrece una mayor resistencia y mejor rendimiento en términos de relación resistencia-peso en comparación con el A36.


ASTM A514

Utilizado en aplicaciones que requieren alta resistencia, como maquinaria pesada y estructuras de soporte en edificios industriales. Es uno de los aceros estructurales más resistentes, pero su costo y dificultad de soldadura lo limitan a aplicaciones específicas.


Requisitos de tracción y porcentaje de elongación mínimo para barras de acero de baja aleación según la norma ASTM A706. Fuente Lanamme.
Requisitos de tracción y porcentaje de elongación mínimo para barras de acero de baja aleación según la norma ASTM A706. Fuente Lanamme.

Fabricación del Acero

El proceso de fabricación del acero se divide en varias etapas principales, que incluyen la obtención del hierro, la reducción del contenido de carbono y la adición de elementos de aleación. A continuación, se describe el proceso general:


Obtención del Hierro (Arrabio)

El hierro se obtiene a partir de minerales de hierro, principalmente hematita (Fe₂O₃) y magnetita (Fe₃O₄), en un alto horno. El proceso implica:

- Reducción del mineral: El mineral de hierro se mezcla con coque (carbón) y caliza, y se introduce en un alto horno. El coque actúa como combustible y agente reductor, mientras que la caliza ayuda a eliminar impurezas.

- Producción de arrabio: A altas temperaturas (alrededor de 1,500°C), el hierro se reduce y se funde, obteniéndose arrabio, que contiene un alto porcentaje de carbono (alrededor del 4%) y otras impurezas como silicio, manganeso, fósforo y azufre.

- Refinación del Arrabio (Producción de Acero).


El arrabio se convierte en acero mediante procesos que reducen el contenido de carbono y eliminan impurezas. Los métodos más comunes son:


a) Convertidor Bessemer. El arrabio líquido se introduce en un convertidor Bessemer, donde se inyecta aire para oxidar el carbono y las impurezas. Se obtiene acero con un contenido de carbono controlado.


Convertidor Bessemer. Fuente dozr.com
Convertidor Bessemer. Fuente dozr.com

b) Horno de Arco Eléctrico (EAF). Se utiliza chatarra de acero como materia prima. La chatarra se funde en un horno de arco eléctrico mediante arcos eléctricos de alta temperatura. Se produce acero de alta calidad con un control preciso de la composición química.


Horno de arco eléctrico. Fuente; ifm.com
Horno de arco eléctrico. Fuente; ifm.com

c) Horno de Oxígeno Básico (BOF). El arrabio líquido se mezcla con chatarra de acero y se introduce en un horno de oxígeno básico. Se inyecta oxígeno puro para oxidar el carbono y las impurezas. Se obtiene acero con una composición química controlada y uniforme.


Proceso Horno de Oxígeno Básico BOF. Fuente emaze.com
Proceso Horno de Oxígeno Básico BOF. Fuente emaze.com

- Colada y Solidificación

El acero líquido se vierte en moldes para formar lingotes o se coloca en una máquina de colada continua para producir planchones, palanquillas o blooms, que son formas semiacabadas que se utilizarán en procesos posteriores.


- Laminación y Formado

El acero semiacabado se somete a procesos de laminación en caliente o en frío para obtener productos finales como láminas, placas, barras, perfiles estructurales y tubos. Estos procesos mejoran las propiedades mecánicas del acero y le dan la forma deseada.


- Tratamientos Térmicos y Mecánicos

Para mejorar las propiedades del acero, se pueden aplicar tratamientos térmicos como el temple, revenido y recocido, o tratamientos mecánicos como el endurecimiento por deformación.


Tendencias globales

El acero es un material esencial en la industria moderna, gracias a su versatilidad y propiedades mecánicas. La importancia estratégica de la industria siderúrgica en la economía global y los principales países productores; influyen en el mercado y las tendencias de la industria de la construcción.


Tabla Comparativa Aceros segun ASTM. Elaboración; Propia.
Tabla Comparativa Aceros segun ASTM. Elaboración; Propia.

- Concentración geográfica: China, India y Japón representan más del 65% de la producción mundial de acero.


- Sostenibilidad: La industria siderúrgica global está adoptando tecnologías más limpias, como la producción de acero mediante hidrógeno verde y la captura de carbono.


- Competencia: La sobrecapacidad en China y la competencia de precios han generado tensiones comerciales en el mercado global del acero.

 

A continuación, se presenta una lista descriptiva de los mayores productores de acero en el mundo por país, basada en datos de producción y ventas (2022-2023). La producción se mide en millones de toneladas métricas (Mt) y refleja la importancia de cada país en la industria siderúrgica global.

Mayores productores de acero en el mundo por país (2022-2023). Elaboración; Propia.
Mayores productores de acero en el mundo por país (2022-2023). Elaboración; Propia.

1. China: Domina la producción mundial de acero, con una capacidad que supera los 1,000 millones de toneladas anuales. Su industria está impulsada por la demanda interna de infraestructura y construcción.


2. India: Ha experimentado un crecimiento significativo en los últimos años, convirtiéndose en el segundo productor mundial. Su industria se beneficia de una economía en expansión y una creciente demanda de infraestructura.


3. Japón y Corea del Sur: Ambos países son líderes en la producción de aceros especializados y de alta calidad, utilizados en industrias como la automotriz, electrónica y naval.


4. Estados Unidos: Aunque es uno de los mayores productores, su industria siderúrgica se ha visto afectada por la competencia global y los aranceles comerciales. Su proyección para los próximos años es a la baja.


5. Europa: Alemania es el líder en la región, con una industria siderúrgica enfocada en la innovación y la sostenibilidad, en línea con las políticas ambientales de la Unión Europea.


6. Brasil y Rusia: Ambos países son grandes exportadores de acero y materias primas (mineral de hierro y carbón), lo que les permite mantener una producción significativa.



39 visualizaciones0 comentarios

Comments


© Portal Ingeniería Civil.

  • Facebook
  • LinkedIn
bottom of page