El acero

Metal polivalente formado por hierro con adición de carbono en una proporción que va desde cerca del 0%, correspondiente a cantidades ínfimas, hasta el 2%. La proporción de carbono influye sobre las características del metal.

Se distinguen 2 grandes familias de acero: los aceros aleados y los aceros no aleados.
Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para cada uno de ellos.

Por ejemplo: El 0,50% para el silicio, el 0,08% para el molibdeno, el 10,5% para el cromo. De esa manera, una aleación al 17% de cromo + 8% de níquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino múltiples aceros.

Existen hoy cerca de 3 000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a medida, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro.

Al principio había hierro...
El hierro es uno de los metales más abundantes de la corteza terrestre. Se encuentra un poco por todas partes, combinado con otros numerosos elementos en forma de mineral. En Europa, la fabricación del hierro se remonta al 1 700 antes de Cristo. Desde los Hititas hasta el final de la Edad Media, la elaboración del hierro permaneció igual: se calentaban capas alternadas de mineral y de leña (o de carbón de leña) hasta obtener una masa de metal pastosa que debía martillearse en caliente inmediatamente para liberarlo de sus impurezas y conseguir así un hierro bruto listo para ser forjado. La forja estaba instalada a unos pasos del hogar donde se elaboraba el metal. Formando al principio un sencillo hoyo cónico en el suelo, el hogar se convirtió en un horno, el "bajo horno", que fue perfeccionándose poco a poco: desde unos cuantos kilos en sus orígenes, las cantidades obtenidas podían llegar a 50 o 60 kg en la Edad Media.
Se fabricaba también desde el principio pequeñas cantidades de acero, es decir, hierro enriquecido con carbono. Un material que se muestra a la vez más duro y más resistente.

Después llegó la fundición...
En el siglo XV, la generación de los primeros "altos hornos" de 4 a 6 metros de altura propagó un descubrimiento fortuito pero transcendente: un metal ferroso en estado líquido, la fundición, que se prestaba a la fabricación de toda clase de objetos (marmitas, balas de cañón, morillos, tuberías).

Asimismo, la fundición permitía la producción de hierro en abundancia, gracias al afino: el lingote de fundición se calentaba, sometiéndose a aire soplado, lo que provocaba la combustión del carbono contenido en la fundición y generaba un flujo de hierro gota a gota, formando una masa pastosa de hierro bruto.

...Y por fin el acero
En 1786, Berthollet, Monge y Vandermonde, tres científicos franceses, establecieron la definición exacta del trío Hierro-Fundición-Acero y el papel del carbono en la elaboración y las características de estos tres materiales*.

Sin embargo, hubo que esperar las grandes invenciones del siglo XIX (los hornos Bessemer, Thomas y Martin) para que el acero, fabricado hasta entonces en pequeñas cantidades a partir del hierro, conociese un desarrollo espectacular y se impusiese rápidamente como el metal rey de la revolución industrial.

A principios del siglo XX, la producción mundial de acero alcanzaba los 28 millones de toneladas, o sea seis veces más que en 1880. Y en vísperas de la Primera Guerra Mundial, se elevaba a 85 millones de toneladas.

En unos pocos decenios, el acero permitió equipar poderosamente la industria y suplantó al hierro en la mayoría de sus aplicaciones.

*El contenido en carbono es menor del 0,10% en el hierro, del 0,10 al 2% en el acero y del 2,5 al 6% en la fundición. Hoy, ya no se habla de hierro sino de aceros "de muy bajo contenido en carbono".

¿Para qué sirve el acero?

La estructura de la Pirámide del Louvre, las latas de conserva, las plataformas petroleras, las cámaras catalíticas, los clips de los oficinistas y los soportes de los circuitos integrados son de acero.

Una relación completa sería imposible: desde el objeto más corriente hasta el instrumento más sofisticado, desde lo microscópico (piezas menores de un gramo en los micromotores de relojes eléctricos) hasta lo gigantesco (cubas de metanero, capaces de alojar el volumen del Arco de Triunfo), el acero está en el origen de una infinidad de productos elaborados por la industria humana.

En la construcción de puentes o de edificios
El acero puede tener múltiples papeles.
Sirve para armar el hormigón, reforzar los cimientos, transportar el agua, el gas u otros fluidos.
Permite igualmente formar el armazón de edificios, sean éstos de oficinas, escuelas, fábricas, residenciales o polideportivos. Y también vestirlos (fachadas, tejados).

En una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la estética de un proyecto.

El acero para armar hormigón, como elemento fundamental en el comportamiento de las estructuras, es un material que afecta de forma directa y decisiva a la seguridad de personas y cosas. De ahí que tanto sus características como su garantía de calidad deban tenerse muy en cuenta tanto a la hora de calcular los proyectos como en el momento de su ejecución.

El mejor conocimiento del binomio hormigón-acero, el cambio introducido por la generalización de los métodos de cálculo numérico y la popularización de los ordenadores con capacidades hasta hace poco impensables, han hecho posible el disponer de sistemas que permiten ajustar, con mucha precisión, las secciones de acero precisas en cada zona de un elemento estructural. Si consideramos, además, ciertos conceptos que, sino nuevos, si se contemplan en los estudios más avanzados, tales como: "plastificación de secciones", "redistribución de esfuerzos", "seguridad real frente al colapso", etc. Podemos inducir la importancia que, desde todos los puntos de vista, debe tener el conocimiento de los materiales y, en el caso que nos ocupa, del acero para armar hormigón, de forma que se sigan cumpliendo las condiciones de adecuación del material al uso a que se destina y que su comportamiento sea el previsto en las hipótesis del cálculo.

No debemos olvidar, por su importancia, todo lo relacionado con el control de calidad del acero, sus condiciones de aceptación o rechazo y los requisitos que deberán cumplirse, de cara al usuario, para garantizar que las características del material son las esperadas. Cuanto más ajustemos los cálculos e introduzcamos nuevos requisitos, los materiales deben disponer de una garantía de calidad superior con la cual se asegure su adecuación a las exigencias requeridas.

En los apartados siguientes, se resumen los distintos aspectos enunciados, de forma que se pueda obtener una imagen global de la situación actual de este material.

A lo largo de los años, se han producido una serie de cambios en lo que a los aceros para hormigón se refiere, tanto en sus características básicas (tipos, resistencias, formas de suministro, etc.) como en los sistemas de aseguramiento de la calidad, que merecen ser contemplados para poder llegar, de una forma lógica, a la situación actual y poder extrapolar las perspectivas futuras.

Uno de los puntales básicos de este proceso, es sin duda, la Normalización. Sólo cuando existe una Norma del material en la que se indican cuales han de ser sus características, los tipos de ensayos a realizar para su comprobación, la forma de analizar dichos ensayos, etc. y dicha Norma está consensuada y admitida por los distintos sectores involucrados (Administración, usuarios, fabricantes, Asociaciones Profesionales, etc.) podemos decir que se ha iniciado el camino para poder continuar cualquier proceso sobre el tema. Si nos detenemos un momento y pensamos que ocurriría si cada sector de los involucrados manejase sus propias Normas - distintas - y exigiese unas características y condiciones diferentes, nos damos cuenta de lo imprescindible de tener esas Normas de uso generalizado que permiten a todos saber de qué hablamos en cada momento.

La entrada de nuestro país en la Comunidad Europea, ha contribuido a acentuar aún más si cabe, este asunto, al propiciarse la elaboración de Normas Europeas armonizadas que desarrollen las Directivas Comunitarias. No es fácil imaginar la existencia de una Europa Comunitaria cuando cada país maneja materiales para los mismos usos y, sin embargo, muy diferentes tanto en sus características básicas como en sus denominaciones, identificación, etc.

De una forma muy resumida, podemos decir que en nuestro país, el desarrollo de los aceros para hormigón ha seguido un proceso paralelo al de los sectores relacionados, básicamente la Construcción.

En los años 50 y principio de los 60, se empleaban aceros fundamentalmente LISOS (redondo liso) obtenidos, en muchos casos, mediante relaminación de otros productos siderúrgicos (carriles, por ejemplo). La situación del sector siderúrgico era muy atomizada, pequeños fabricantes con instalaciones poco avanzadas y empleando las materias primas disponibles, muchas veces, no idóneas.

Estos aceros, ofrecían unas características cuyo resumen podría ser el siguiente:

• Resistencias bajas (2400-3500 Kp/cm2)

• Gran dispersión en sus características.

• Superficie lisa.

• Poco control tanto en la producción como en la recepción en obra.

• Poca normativa al respecto.

En los años posteriores, se inician los procesos de redacción de Normas, tanto de materiales como de su aplicación, de forma que ya en los años 70 se producen una serie de cambios que resumimos a continuación:

Se fabrican aceros de alto límite elástico (4200 y 5000 Kp/cm2), que conviven con los aceros lisos de baja resistencia. Estos "nuevos aceros" se obtienen, en general mediante proceso de tratamiento en frío (estirado-torsionado, trefilado) que proporcionan a los materiales de partida con resistencias bajas un aumento de las mismas hasta conseguir las resistencias señaladas.

Estos aceros poseían una superficie CORRUGADA, formada por resaltos de distintas formas (transversales, helicoidales, etc.) que les proporcionaban una notable mejora de su adherencia con el hormigón. Este hecho, se inscribe dentro de la importancia de las condiciones de fisuración en el cálculo de los elementos estructurales, fenómeno cada vez mejor conocido y cuya incidencia en la durabilidad y adecuación de las estructuras se considera básico.

Paralelamente al desarrollo de estas barras corrugadas de alta resistencia obtenidas pro procesos de tratamiento en frío de materiales de baja resistencia, se indica el desarrollo de las barras corrugadas laminadas en caliente (denominados aceros de dureza natural que no precisan tratamiento alguno posterior a su laminación y proporcionan las mismas resistencias que los antes citados. Estos aceros, precisan de ciertos procedimientos especiales para su soldadura.

Se publica la Norma UNE para las barras de acero para hormigón armado, lisas y corrugadas. La UNE 36088 "BARRAS CORRUGADAS DE ACERO PARA HORMIGÓN ARMADO. BARRAS SIN EXIGENCIAS ESPECIALES DE SOLDABILIDAD" recoge las características que deberá cumplir dicho material, tanto resistentes (límite elástico, carga de rotura, relación entre carga de rotura y límite elástico, alargamiento A5, características del corrugado, ensayos a efectuar, etc.).

Se inicia la fabricación de los alambres TREFILADOS Y MALLAS ELECTROSOLDADAS para hormigón armado, ampliamente utilizadas en otros países en esa época (Alemania emplea más del 50% de sus armaduras en forma de mallas electrosoldadas).

Se inicia el proceso de implantación del sello de Calidad CIETSID para barras corrugadas. Este sello es un primer paso, muy avanzado, de lo que posteriormente van a constituir los Sistemas de Certificación y Marcas de Calidad.

En la actualidad, podemos resumir la situación mediante los siguientes puntos más importantes:

Se dejan de producir las barras de dureza natural, con ciertos problemas de soldadura y, en su lugar, se fabrican barras de acero SOLDABLES que no precisan unos procedimientos de soldadura especiales. La condición de soldabilidad viene fijada mediante la limitación del carbono equivalente.

Existen Normas UNE actualizadas para todos los aceros para hormigón armado:

UNE 36068: "BARRAS CORRUGADAS DE ACERO SOLDABLE PARA ARMADURAS DE HORMIGÓN ARMADO"

UNE 36099: "ALAMBRE CORRUGADO DE ACERO PARA HORMIGÓN ARMADO".

UNE 36092: "MALLAS ELECTROSOLDADAS DE ACERO PARA HORMIGÓN ARMADO".

En estas Normas se definen las características de los materiales, los ensayos a realizar y el tratamiento de sus resultados, etc.

Coexisten diferentes tipos y grados de aceros:

BARRAS SOLDABLES (S), según UNE 36068, antes citada, obtenidas por laminación en caliente (con o sin tratamiento térmico durante la producción). Dentro de este tipo de acero, se fabrican dos grados (resistencias) distintas: 400 S y 500 S, cuyos límites elásticos son, respectivamente, 400 Mpa y 500 Mpa. Estas barras se fabrican en forma de rollo para diámetros hasta 12 mm y en longitudes rectas para cualquier diámetro.

ALAMBRES TREFILADOS (T), según UNE 36099, obtenidos mediante reducción en frío de la sección del alambrón. Se emplean, básicamente, en la fabricación de MALLAS ELECTROSOLDADAS y de ARMADURAS BÁSICAS (viguetas en celosía).

MALLAS ELECTROSOLDADAS (ME), según UNE 36092, fabricadas, básicamente, con alambres trefilados. La gama de posibilidades es muy amplia, combinando diámetros y separaciones, de Ø 4 mm hasta Ø 12 mm, y separaciones desde 10 cm hasta 30 cm.

En relación con los Sellos o Marcas de Calidad, se ha desarrollado, en los últimos tiempos, la Certificación AENOR, que otorga la MARCA N a los productos que cumplen los requisitos impuestos por la Marca y que, en grandes líneas son los siguientes:

La fabricación del producto debe estar sometida a un Sistema de Aseguramiento de la Calidad conforme con las NORMAS INTERNACIONALES ISO 9000. Esto implica la implantación de una gestión de calidad muy estricta dentro del proceso de fabricación, con determinación de responsabilidades, existencia de Procedimientos escritos para todos los procesos, control estricto de materiales no conformes, etc.

La fabricación es sometida a un proceso de AUTOCONTROL por parte del fabricante, que debe registrar y conservar los resultados de todos los ensayos efectuados tanto sobre el producto acabado como de los intermedios. Los resultados de cada variable controlada, se estudian, además, desde un punto de vista estadístico, para conocer las desviaciones y valores característicos de los resultados obtenidos.

El sistema de Aseguramiento de la Calidad establecido, según se ha expuesto, es revisado, al menos DOS veces al año por tercera parte (la revisión la efectúa una Entidad ajena e independiente, aprobada por AENOR. Los informes emitidos por estas entidades sobre el estado de la gestión de la Calidad en una fábrica determinada, se analizan en un Comité pluridisciplinar que decide las acciones a tomar en cada paso, procediéndose a la retirada de la Marca N si se encuentran anomalías importantes.

El autocontrol que efectúa la fábrica sobre su producción, de acuerdo con unas intensidades predeterminadas, es contrastado, al menos dos veces al año, mediante la toma de muestras por parte de un Laboratorio Oficial aceptado por AENOR, de esta forma, se comprueba si los resultados del autocontrol son correctos, al compararlos con los obtenidos en los ensayos efectuados por dicho Laboratorio Oficial.

SITUACIÓN EN LA UNIÓN EUROPEA.

El desarrollo de la Directiva de la Unión Europea trae consigo la conveniencia, prácticamente la necesidad, de redactar Normas Europeas para los materiales de construcción y, con más interés, aquellos considerados "de seguridad", como es el caso de los aceros para hormigón armado. De esta forma, hace siete años, se inició el proceso de redacción de dicha Norma Europea (EN 10080), llegándose, en 1.994 a un borrador de la misma que no pudo ser aprobado como Norma, por falta de consenso, y que se ha publicado como Norma Experimental o Pre-Norma. Las líneas básicas de este documento, proporcionan lo que, en el futuro, podrá esperarse para los aceros y que, en resumen, exponemos a continuación:

La Norma se refiere a los aceros CORRUGADOS, SOLDABLES PARA HORMIGÓN ARMADO. No se contemplan en la misma, por lo tanto, los aceros lisos ni aquellos otros cuya composición química hace necesario emplear procedimientos especiales en las soldaduras. La condición de soldabilidad, viene dada por el % de carbono equivalente correspondiente a la composición química del acero. Dicho carbono equivalente, no deberá ser superior al 0,52%, en el caso de muestras de producto acabado o al 0,50% en el caso de muestra de la colada.

Se consideran tres tipos de aceros para hormigón armado:

• BARRAS

• ROLLOS

• MALLAS ELECTROSOLDADAS.

Se considera un único grado, en cuanto a su resistencia, para todos ellos: GRADO 500, es decir, el límite elástico garantizado, deberá ser 500 Mpa.

Se tiene en cuenta el concepto de la DUCTILIDAD en la clasificación de los aceros. Dicha ductilidad puede definirse, de una manera informal, como la capacidad que tiene un acero para deformarse sin romperse. Viene definida por dos parámetros: la relación entre la tensión de rotura y el límite elástico (Rm/Re) y el alargamiento uniforme bajo carga máxima (Agt). Cuanto más elevados sean los valores de estos parámetros, más alta será la ductilidad del acero. De acuerdo con este concepto de ductilidad, se consideran dos clases de aceros:

Además de estos aceros para uso general, se están estudiando las características de los aceros para USO SISMICO, que serán considerados en una Norma aparte y cuya ductilidad sea más elevada que los de uso general (tendencia al concepto de "aceros-goma", es decir, capaces de admitir gran deformación sin rotura, para estos casos de solicitaciones sísmicas.

Se tiene en cuenta la RESISTENCIA A LA FATIGA de los aceros, de forma que, en el ensayo de fatiga prescrito, la muestra soporta un número de ciclos no inferior a 2 millones.

Los aceros deberán ser identificados mediante la observación de sus corrugas, de forma que se pueda conocer, además de la clase, el país de origen y el fabricante. El sistema para marcar el inicio de la lectura y la separación entre datos es el de corrugas regruesadas.

SITUACIÓN PREVISIBLE EN EL FUTURO.

A la vista de este rápido repaso por el estado del arte del acero para armar hormigón y con las salvedades que cualquier predicción conlleva, resumimos, a continuación, las tendencias que, a nuestro juicio, seguirá este material.

CONSIDERACIÓN DE LOS ACEROS SOLDABLES CORRUGADOS EN FORMA DE BARRAS ROLLOS O MALLAS ELECTROSOLDADAS.

TENDENCIA A UNIFICAR LAS RESISTENCIAS EN UN SOLO GRADO: LIMITE ELASTICO 500 Mpa (Newton/mm2).

CONSIDERACIÓN DE LA DUCTILIDAD DEL MATERIAL COMO CARACTERÍSTICA A TENER EN CUENTA. CLASES SEGÚN DUCTILIDAD.

CONSIDERACIÓN DE LA RESISTENCIA A LA FATIGA COMO UNA CARACTERÍSTICA A CUMPLIR SEGÚN EL TIPO DE MATERIAL.

UN UNICO SISTEMA DE IDENTIFICACIÓN QUE PERMITA CONOCER, MEDIANTE MARCAS BASADAS EN EL CORRUGADO, LA CLASE, EL PAIS Y EL FABRICANTE.

EL ACERO PARA USO SISMICO, TENDRÁ UNA CONSIDERACIÓN ESPECIAL Y UNAS EXIGENCIAS MAYORES, SOBRE TODO DE DUCTILIDAD.

DADA LA CONSIDERACIÓN DEL ACERO COMO MATERIAL DE SEGURIDAD, LAS TENDENCIAS ES A EXIGIR UNA CERTIFICACIÓN DE CALIDAD POR TERCERA PARTE. (MARCAS O SELLOS DE CALIDAD).

LA INSTRUCCIÓN ESPAÑOLA - IEH -

No debemos olvidar la importancia fundamental que, en el campo del hormigón armado, tiene la INSTRUCCIÓN PARA EL PROYECTO Y EJECUCIÓN DE OBRAS DE HORMIGÓN EN MASA O ARMADO -IEH - en la cual se reflejan, además de las características que deben cumplir los materiales utilizados en las obras, los métodos de cálculo de las secciones, disposición de las armaduras, las bases para la ejecución, las condiciones de aceptación y rechazo en obra de los materiales, etc, etc. Esta Instrucción se encuentra actualmente en revisión por parte de la Comisión Permanente del Hormigón por lo que parece muy probable que, en la nueva redacción, se consideren, en el caso del acero, los nuevos conceptos antes enunciados, y, de alguna forma, se converja hacia las ideas apuntadas por las Normas Europeas. La redacción de los EUROCÓDIGOS (documentos similares a la Instrucción EH pero en el ámbito europeo) junto con las NORMAS EUROPEAS de materiales, antes citadas, deberían llevar a una confluencia a medio plazo, tanto en lo referente a las características de los materiales empleados como a su utilización.

En relación con el usuario y, fundamentalmente, por parte de los técnicos responsables de las obras, hay que insistir en la conveniencia de exigir al recibir las partidas de acero que serán utilizadas, los documentos que acrediten la garantía de calidad del material y su adecuación a las características prescritas en el proyecto. Los Sellos y Marcas de Calidad, homologados por el Ministerio de Obras Públicas, proporcionan al usuario una garantía de que el proceso de fabricación está sometido a control según Normas Internacionales ISO 9000 y que, de una forma continua e intensa, se efectúan autocontroles que, a su vez, son contrastados por una Entidad Externa e imparcial.

SOLO LA EXIGENCIA POR PARTE DE LOS TECNICOS Y RESPONSABLES DE LAS OBRAS DE LOS CORRESPONDIENTES DOCUMENTOS QUE GARANTICEN EL ORIGEN, TRAZABILIDAD, CALIDAD Y ADECUACIÓN DEL MATERIAL A LAS CONDICIONES DEL PROYECTO, HARÁN QUE EL ACERO EMPLEADO EN NUESTRAS OBRAS CUMPLA CON LOS REQUISITOS NECESARIOS PARA ALCANZAR LOS NIVELES DE SEGURIDAD Y DURABILIDAD ESPERADOS EN LAS ESTRUCTURAS EN LAS QUE SE EMPLEAN.

Los procesos

El acero líquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundición) o de chatarras (procedimiento eléctrico).

A continuación, el acero líquido se solidifica por moldeo en una máquina de colada continua.

A la salida, se obtienen los SEMI-PRODUCTOS: barras de sección rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales.

Por último, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento térmico. Más de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en frío y eventualmente reciben un revestimiento de protección anticorrosión.

En Mexico las principales normas que tiene un acero son las siguientes:

DESIGNACION A. S. T. M. A-36-94 (NOM-B-254)

DESIGNACION A. S. T. M. A-131-94 (NOM-B-131)

DESIGNACION A. S. T. M. A-242-94 (NOM-B-282)

DESIGNACION A. S. T. M. A-283-93 (NOM-B-281)

DESIGNACION A. S. T. M. A-285

DESIGNACION A. S. T. M. A-229-90 (NOM-B-260)

DESIGNACION A. S. T. M. A-455-90 (NOM-B-243)

DESIGNACION A. S. T. M. A-572-94b