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EL ACERO COMO BASE DE SISTEMA CONSTRUCTIVO INTRODUCCIÓN Si bien el hierro ha acompañado al desarrollo del ser humano desde las épocas prehistóricas, su uso a la escala integral en el campo de la arquitectura sólo se logra cuando sus características y propiedades ameritan en base a la evolución tecnológica una respuesta adecuada a nivel tanto de elementos de estructura como de envolvente. Estas condiciones se han ido evidenciando gradualmente en un lapso que no va más allá de unos dos siglos. En realidad, las propiedades adecuadas se logran al respecto con el acero, que es una aleación del hierro con bajos contenidos de carbono, los que según su proporción (de 0,25% a 1,6%) lo hacen adquirir diferentes rangos de comportamiento tanto en cuanto a su rigidez y dureza, como, consecuentemente con los esfuerzos mecánicos a que sea sometido, hasta su deformación y ruptura. También en este respecto, el proceso de industrialización y su consecuente control de calidad han sido partícipes de una gradual optimización dimensional para el cumplimiento de los requerimientos ya citados. Según la norma chilena NCh 933 Of 97 se puede establecer que a mayor porcentaje de carbono, mayor es el alargamiento o deformación frente a los esfuerzos. El acero presenta una alta respuesta evaluable frente a la tracción en comparación con la mayoría de los restantes materiales constructivos. Su comportamiento frente a la compresión, en cambio estará condicionado al control de fenómenos anexos vinculados a las pequeñas secciones a las que por su rango de comportamiento mecánico y características confluye, tales como el pandeo, y será importante por lo tanto, en este aspecto, el trabajo y despliegue de las formas en búsqueda de una mejor inercia. Por todas las consideraciones precedentes, el acero define una tipología de diseño específica y ad hoc que también contribuye a diferenciarlo de los restantes materiales de construcción. Sin embargo a pesar de que puede constatarse que las primitivas propuestas formales lo asimilaban más bien a las que ofrecía y permitía la madera, el material se ha ido progresivamente independizando de ellas y definiendo sus opciones a este respecto, en un proceso que aún está en evolución tanto como propuesta creativa formal y tipológica, como de procedimiento constructivo, ambos campos netamente arquitectónicos. Todo este último proceso va aparejado con la evolución de sus propiedades, su control de calidad, y las posibilidades tecnológicas confluyentes. Entre las fortalezas pueden citarse su esbeltez (consecuente con sus propiedades mecánicas), rapidez y versatilidad de montaje, acceso a la industrialización y prefabricación, gran libertad formal; y entre las debilidades, que constituyen justamente los desafíos de diseño a enfrentar, su vulnerabilidad frente a agentes químico-corrosivos, su alta conductividad térmica (factor de desconfort para los ambientes habitables conformados), y por sobre todo, la fluencia térmica o riesgo de pérdida de sus propiedades mecánicas frente al fuego. La evolución de las formas lleva a un análisis tipológico de los elementos a realizarse en acero, que primitivamente fueron artesanales, y luego se tipificaron y llevaron a catálogos. Esos elementos pueden ser de diversas tendencias formales: Monodimensional: Barras y perfiles (rígidos), cuerdas (flexibles), y su constitución de tramas. Bidimensional: Placas (rígidas), membranas (flexibles). Tridimensionales (generalmente elementos de carácter puntual para uniones).

2Todos ellos pueden entrar en combinación, ya sea de sus opciones individuales, como también conformando complejos de diseño estructural incluso con otras materialidades, que cada día requieren del arquitecto un estudio perfeccionado y consciente de sus propuestas, ocupando las tres dimensiones del espacio, y no olvidando aspectos además de compatibilidad, movilidad o rigidez en las uniones, y la conveniente prioridad para los esfuerzos primarios (tracción y compresión) por sobre los secundarios (flexión). El acero presenta diferentes tipologías de funciones a ocupar dentro de un sistema constructivo, algunas de carácter netamente estructural, y otras con menor compromiso a este respecto. USOS DEL ACERO EN CONSTRUCCIÓN

ENFIERRADURAS

Para constituir el hormigón armado (solicitación a la tracción) acompañando en el hormigón armado los criterios de diseño a los que esta combinación formalmente acceda.

TRABAJO COMO PLACA EN ESTRUCTURAS

En este caso la responsabilidad mecánica es total, incorporando el concepto de forma para adecuar momentos de inercia e impedir pandeos (curva, plegadura, etc). A esta tipología es asimilable también:

EL USO COMO FERROCEMENTO, que conceptualmente se asimila a la placa y

constructivamente a un hormigón armado de gran cuantía. ESTRUCTURAS BASADAS EN ELEMENTOS LINEALES RÍGIDOS

En este caso, si el trabajo es a la tracción, importará solo la sección, pero si se incorpora la compresión, ya sea pura (pilares, arcos) o combinada constituyendo flexión (vigas), empieza según la envergadura, a adquirir importancia la forma de esta sección, y el mayor momento de inercia de ésta para contrarrestar ya sea en pandeo, o la flexión según el caso, llegándose al concepto de perfil metálico estructural o elementos compuestos en que predomina la dimensión lineal tales como vigas pilares, arcos. Si estos elementos aumentan su complejidad, escala de tamaño, o escapan de la predominante lineal, se llega gradualmente a la tipología de:

ESTRUCTURAS BASADAS EN ENTRAMADOS RETICULARES, cuyas expresiones más simples son los tabiques reticulares. también estructura perdida (pudiendo citarse en este caso a modo de ejemplo la tipología “metalcon”), las cerchas, elementos verticales compuestos pórticos, arcos compuestos, tramos horizontales, vigas de gran escala, llegando a las estereometicas tipo en 3 dimensiones, hasta proyectarse a complejos de formas específicas y libres

ESTRUCTURAS BASADAS EN ELEMENTOS FLEXIBLES

En este caso puede presentarse la presencia de cuerdas constituídas por cables, membranas, como tramas de cables, ambos elementos a la vez, (en general, estructuras colgantes), y frecuentemente en colaboración estructural con otros elementos ya sean de acero o no, de trabajo rígido.

SUB-ESTRUCTURAS

Es el mismo caso de los elementos lineales pero aplicados a un campo de acción de menor escala, o sin compromisos estructurales con el edificio mismo, en que interesa su

3autoestructuración y el aspecto funcional (perfiles metálicos de diseño específico para fenestraciones, tabiquerías y cielos modulares, escaleras, quiebravistas, mobiliario, barandas, estructuras menores).

FORROS

Es este caso es un trabajo como placa, pero sustentado estructuralmente, y cumpliendo específicamente una función de cerramiento, separación, o estanqueidad entre ambientes cubiertas (lisas y acanaladas o cualquier tipo), forros de tabiques, cielos, terminaciones.

DUCTOS

En este caso el material se adapta a la dimensión lineal con funciones más bien envolventes de instalación que estructurales, existiendo 2 ámbitos:

- Hojalatería

Para el escurrimiento por gravedad de las aguas lluvias con todo un conjunto de formas específicas que trabajan en combinación con las cubiertas y sus pendientes.

- Tuberías En este caso el ducto es cerrado pudiendo ser de protección (tubería eléctrica), de circulación de fluidos a presión (cañerías de sistemas de climatización, las antiguas cañerías de agua potable actualmente en desuso), o de circulación de líquidos por gravedad (alcantarillado, también en proceso de desuso hoy en día).

UNIONES

En este caso se trata de elementos que confluyen en el diseño para producir un trabajo estructural conjunto de componentes no solo metálicos, sino también de cualquier material factible incluyendo la opción de unir elementos de acero con otras materialidades. - Uniones fijas Clavos con todas sus versiones Tornillos de todas las variedades y escalas Roscalatas Pernos, tuercas, golillas, prisioneros Pernos de corte y anclaje en hormigones. Conectores para madera, fijos y articulados. Remaches y roblones Espárragos Pletinas Escuadras Abrazaderas Ganchos Elementos de diseño específico, anclajes estructurales, etc. - Uniones estructurales móviles

Corresponden a elementos de variado diseño, que responden a las necesidades planteadas por el modelo estructural adoptado.

- Cerrajería Son todos los elementos de unión fijos, móviles y de función que confluyen al diseño de las fenestraciones. Bisagras, goznes, paneles, elementos de practicabilidad cerraduras, chapas, pestillos, españoletas y similares manillas y otros.

Ilustraciones en páginas N° 4 a N°1 3

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Gancho para instalar planchas de fibrocemento

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Fuente de las ilustraciones: Catálogo Empresas “Hilti”

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Fuente: Catálogo “Metecno”

Fuente: Catálogo “Hunter Douglas”

PANEL POLIURETANO EXPANDIDO Y ACERO

Quiebrasoles acero móviles

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OBTENCIÓN DEL ACERO Se entrega un esquema resumido de las principales etapas. 1.-EXTRACCIÓN DESDE LAS MINAS O YACIMIENTOS. 2.-MOLIENDA POR UN PROCESO MECÁNICO 3.-ETAPA DE FUSIÓN A ALTAS TEMPERATURAS EN ALTOS HORNOS, usando como combustible carbón o petróleo, y la piedra caliza como fundente. La escoria de alto horno, producto residual, se aplica para la fabricación de cementos siderúrgicos. El material de fundición contiene impurezas del orden de 4,0% C, 8,0% Si, 4,6% P, 0,6% S 1,0% Mn 4.-ACERÍA EN HORNOS CONVERTIDORES.-Consiste En una purificación del material de fundición, quitándole carbono e impurezas mediante corrientes de aire a altas temperaturas. (Bessemer, Thomas). En industrias de mediana capacidad y que no poseen alto horno, se usa como materia prima chatarra de reciclaje. 5.-PURIFICACIÓN POR REFLEXIÓN CALÓRICA EN HORNO DE REVERBERO, mediante una llama exterior reflejada.(Siemens Martin). Este proceso entrega acero de uso habitual en Construcción con 0,25% a 1,6% de carbono Etapas posteriores en hornos eléctricos o por electrólisis pueden llegar a obtener hierro 100% puro, cuyo uso no corresponde a las propiedades estructurales requeridas en construcción.

FORMAS DE ELEMENTOS DE ACERO Y SUS PROCESOS

Al respecto cabe asimilar a 3 tipologías básicas. Tridimensional .

En el campo de la arquitectura y construcción está restringida generalmente sólo a elementos colaborantes puntuales (soluciones específicas de conectores, elementos de unión. y su obtención es generalmente por moldeo, vaciado en caliente y procesos combinados eventualmente con sistemas de maquinado.

Entrada de material Escoria Fundición

Fundición (o chatarra) Aire caliente Hierro dulce

Acero

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Bidimensional.

Es el caso de los flejes y las planchas. Los elementos bidimensionales y fundamentalmente estas últimas, pueden ser lisas o perfiladas (onduladas, acanaladas en V, con reborde, perforadas, etc. Sus longitudes espesores y anchos son entregados por catálogos. El proceso básico de obtención es posteriormente a un laminado, someter dichas láminas a un doblado, estampado, y/o plegado industrial a diferente escala de complejidad según diseño.

NCh 212 Of.79 Requisitos planchas delgadas NCh 222 Of. 614 Clasifica planchas De tendencia longitudinal o monodimensional.

Reciben diferentes nombres según su tipología, predominando en todos ellos la dimensión lineal. - Alambre (y alambrón) hasta 4 mm de diámetro. En construcción se presenta el uso de

diversos tipos de alambres, dependiente del contenido de carbono, desde la variedad más maleable (alambre negro, para amarrar enfierraduras los de diámetro menor, y para amarrar moldajes los de diámetros mayores) hasta la variedad más rígida (acerado para aplicaciones de carácter estructural). También éstos se pueden presentar con o sin recubrimientos protectores, dependiendo de su tipo de uso.

- Cable es un haz de alambres. - Barra es un elemento en que predomina la longitud, con forma seccional maciza definida,

que puede ser redonda, cuadrada, rectangular, oval o de diseño específico. La NCh 204 of 67 clasifica las barras

Las barras de sección redonda tienen particular importancia por su masiva aplicación en sistemas constructivos de hormigón armado y variedades de ferrocemento. A este respecto, existen barras lisas, barras estriadas o con resalte, y barras reviradas (sometidas a un proceso de pre-tracción por torsión). El acero revirado en frío mejora el límite elástico (no soldable ni templable) NCh 205 Of. 68. También es característico de las barras redondas su convencional cubicación por peso y no por longitud. Los diámetros menores permiten su reducción a rollos, mientras que aquellos diámetros que no lo permiten, generalmente se comercializan en tiras de un largo referencial en 6 [m] (sin perjuicio de la posibilidad anexa de largos especiales).

Se adjunta tabla de pesos, usos y formas del fierro redondo en sus diámetros más habituales :

Pulgadas Milímetros Resalte Peso[Kg] por metro lineal Uso Forma

4 No Alambrón Rollo ¼ 6 No 0,22 Estribos Rollo 8 Si 0,40 Armadura Rollo y barra

3/8 10 Si 0,60 Armadura Rollo y barra ½ 12 Si 0,90 Armadura Rollo y barra 16 Si 1,60 Armadura Barra 18 Si 2,00 Armadura Barra 20 Si 2,50 Armadura Barra 22 Si 3,00 Armadura Barra 1 25 Si 4,20 Armadura Barra 28 Si 4,85 Armadura Barra 32 Si 6,30 Armadura Barra

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- Fleje es un elemento metálico cuyas proporciones son de tendencia predominantemente bidimensional, con un ancho y un largo variables (pudiendo incluso prevalecer notoriamente el largo sobre el ancho), provisto de un espesor considerable (generalmente sobre 10 [mm])

Flejes Pletina - Pletina puede definirse como una cinta metálica del espesor de una plancha, o como

un fleje lineal delgado. El uso más habitual de las pletinas, involucra proporciones en que el ancho no va más allá de 10 a 15 [cm], predominando en este caso el largo.

- Perfil propiamente tal son elementos en que predomina la dimensión longitudinal,

teniendo una sección constante no maciza, de forma específica, lograda por desarrollo del área de ésta hacia soluciones en que ella se diluye con bajo espesor y mayor momento de inercia. NCh 697 Of.74 Clasifica según forma y sección a los perfiles. Se pueden presentar como :

Perfiles Abiertos logrados por desarrollo de una forma diseñada. Perfiles Tubulares en que la forma se cierra. Perfiles Combinados soldados en que se recurre a la unión longitudinal continua para obtener la forma definitiva. Pueden haber perfiles abiertos o tubulares que incluyan o no la soldadura.

-DESCRIPCIÓN DE LOS MÉTODOS QUE CONDUCEN A LA ELABORACIÓN FORMAL: Se pueden asimilar a 3: (descartando la siempre factible alternativa artesanal decorativa)

Laminado y Extruído

Realizado, perfilado y fundido en fábrica con un sistema formal en estado de fusión. El laminado es propio de las planchas y flejes, pudiendo también aplicarse con la tecnología consecuente (extruído) en alambres, barras y perfiles tipo. En este último caso adquieren importancia algunos tubulares de gran espesor y los de forma específica. (T, doble T e incluso los de desarrollo más simple). En general un perfil extruído va asociado a un gran espesor (rieles, grandes elementos estructurales, flejes de gran espesor.

Doblado en caliente

Es un proceso industrial que facilita llevar mayor número de secciones específicas a la fabricación en serie, control de calidad, tipologías normalizadas, y catálogos para una prefabricación abierta (con la condicionante de un espesor que permita tecnológicamente dicho doblado). Sin perjuicio de su aplicación en planchas, este método se ha desarrollado vastamente en el caso de los perfiles conduciendo a formas factibles (L, U, C entre otras), también en tubular abierto o cerrado (soldado) con secciones de bordes curvos o angulado.

17En esta escala de proceso se incluyen también los perfiles combinados soldados durante su ciclo de fabricación como alternativa a la extrusión, y los obtenidos por simple seccionado sin doblar como las pletinas. Toda esta tipología se logra a partir de flejes, y el acero para estas estructuras o subestructuras metálicas se suele estandarizar a un largo de 6 [m]. Doblado en frío

Es de amplio uso industrialmente, cuando su espesor no amerita mayor calentamiento que el que se adquiere por el roce mismo con los rodillos formadores. Es la alternativa al método anterior en una prefabricación abierta, si los espesores de la materia prima (planchas y flejes) son adecuados al proceso en frío que tiene su limitación en este respecto. Las técnicas del estampado y el perforado con prensa se suman como posibilidades a este nivel para perfiles y flejes. El doblado en frío se presenta también en metodologías más artesanales (prensas dobladoras).

Fundamentalmente en este último caso citado, el doblado en frío es también propio de la hojalatería tanto por su pequeño espesor como por la especificidad de formas, (talleres menores y a pie de obra)

Perfiles y Ductos Planchas

Nota: En el caso de planchas, una alternativa en aplicación para el caso de grandes escalas dimensionales consiste en el uso de láminas para cubiertas en rollos, a las que se les pliega y dimensiona su largo in situ, evitando toda necesidad de unión o traslapo. En general en este tipo de elementos, a nivel industrial la condicionante dimensional en longitud está más bien limitada por las características del método de traslado, que por factores técnicos del proceso de fabricación, llegando hasta los 18 m.

plancha plegada dobladora plancha lisa rollo PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO Además de su composición química como aleación, son factores para estas propiedades: -Su rango de temperatura de trabajo. -Los tratamientos térmicos a que haya sido sometido, que influyen en la ordenación molecular. -Aspectos de diseño en cuanto a la forma de aplicar, concentrar y distribuir los tipos de cargas. -La velocidad de aplicación de la carga.

18-La secuencia de aplicación de la carga, que puede conducir a envejecimientos o a fatigas por deformación (fluencia termo-mecánica por sucesivos cambios de esfuerzo. -La influencia de los procesos anexos, tales como soldaduras, efectos químicos, etc. En general se considera como índice la resistencia a la tracción, por cuanto es la forma más lógica para trabajar por el material. Los valores a la compresión son en teoría los mismos que para la tracción, pero condicionados a la no existencia de pandeo (esto se tiende a controlar mediante el diseño de formas que aumenten el momento de inercia. Los aceros se designan de acuerdo a una nomenclatura que incluye (NCh 204 of 2006): -Su resistencia a la tracción.- Estos valores se expresan en [Megapascales] ([MPa]) y referidos a sus puntos de ruptura (primera cifra), y fluencia (segunda cifra). 1[Megapascal] =10 [Kg/cm2] = 0,1 [Kg/mm2]

-El uso para el que ha sido formulado.-

H= Para hormigón armado. E= Para estructuras. S= De soldabilidad garantizada Lista ilustrativa de aceros: Para hormigón armado Simbología CAP en barras redondas A-370-240-H H A-440-280-H HH A-560-340-H HHH A-630-420-H (no se puede soldar) HHHH Para estructuras soldables: A-370-240-ES

A-420-270-ES A-520-340-ES

Para remaches: A-340-190 (NCh 207) (En desuso) A-502-2 (ASTM ) Para pernos corrientes: A-370-200 (NCh 206 y 208)

A-420-230 (300, 301 y 302) Para pernos de alta resistencia:

A-325 (ASTM ) A-490 (ASTM )

Nota: Según anterior norma NCh 204 of 78 las denominaciones eran en [Kg/mm2] Por lo tanto en denominación antigua, A-44-28-H en [Kg/mm2] equivale a A-440-280-H en [Megapascales] e indica sus puntos de ruptura y fluencia de 4400 y 2800 [Kg/cm2] respectivamente

Iguales Áreas de la sección

Tracciones [Megapascal Período plástico Punto de fluencia Punto de ruptura Período elástico Deformaciones

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PROPIEDADES QUÍMICAS Es atacable por substancias corrosivas (ácidos, álcalis), tanto externas, como contenidas en

cales, cementos y aditivos en el caso de armaduras. Los iones de cloruros son capaces de penetrar por los microporos del hormigón. La salinidad en aguas y áridos también es un agente importante, entre otros.

Tiende a reaccionar con el oxigeno del aire, cuando además confluye simultáneamente la

humedad, formándose una capa de óxido de características inestables que no mantiene coherencia y tiende a desprenderse, presentándose el riesgo de un permanente deterioro y pérdida de sección que obliga a usar el acero siempre provisto de protección.

El proceso corrosivo conlleva además una tendencia expansiva, que en el caso de las barras

de acero contenidas en el hormigón armado, tiende a fisurar a este último, aumentando la posibilidad de contacto con el exterior y creándose al respecto un círculo vicioso, favorable a estas anomalías.

Este fenómeno puede generalmente ir acompañado de electrólisis (corrosión electrolítica) en

que la formación de un par eléctrico tiende a acelerar y magnificar el proceso que inicialmente es sólo químico.

También tiende a formarse el par eléctrico cuando se está en contacto con otro metal

(aluminio, cobre). Por esta razón, a nivel de diseño, debe siempre propiciarse soluciones que impidan el contacto directo entre dichos metales, salvo que existan barreras interpuestas de substancias de características neutras (por ejemplo: bandas de teflón u otros materiales sintéticos).

Esto lleva al concepto de que el acero y en general todas las variedades de hierro deben

poseer sistemas que lo protejan de esta desintegración químico física. El problema se hace más evidente en climas marítimos, húmedos o corrosivos.

CRITERIOS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Confinamiento .- Específicamente las barras usadas en hormigón armado o ferrocemento quedan

automáticamente protegidas por el hormigón, si éste posee las cualidades adecuadas de estanqueidad (si no confluye aire y agua no hay corrosión) incluso si estas barras por contacto con la intemperie la han adquirido, este proceso se detiene al quedar confinadas (la limpieza se hace más bien con finalidades de adherencia). Del mismo modo la no concurrencia de agua en contacto con el acero confinado impide la formación de una desintegración electrolítica aunque exista las condiciones de polo negativo y positivo, si falta el vehículo o electrolito que es el agua, no se puede producir.

Esto conduce a evaluar la importancia de respetar las normas de separación y mínima distancia de las enfierraduras con la intemperie (Tablas desarrolladas en capítulos H.A.), y a nivel de fundaciones la provisión de un adecuado emplantillado y sellado que impida el contacto de los fierros con el terreno y las precauciones frente a la humedad de éste.

Inhibidores de corrosión.-

20 Pueden ser de aplicación previa en el proceso de hormigonado, como aditivos. Para el caso

de enfierraduras confinadas en que, ya sea por condiciones ambientales particularmente agresivas, porosidad o grietas en el hormigón o mortero confinante, o ambos factores a la vez, sea necesario dar solución al riesgo interno de una corrosión, son también aplicables estas substancias, que atravesando la porosidad, llegan a tomar contacto con dicha enfierradura, recubriéndola con una capa protectora.

Protección por metalización.- Se trata de producir una capa basada en procesos térmicos, físicos, y/o electrolíticos que sea

estable y constituya para el acero una especie de funda adquirida que por su íntimo contacto y su estabilidad, lo proteja tanto frente al roce, a su ambiente, o las sustancias y materiales de riesgo químico o electrolítico. Estos sistemas son válidos para el acero que quede por sus funciones en contacto con la intemperie (forros, ductos, estructuras).Los más frecuentes son:

-El aluminizado, que se obtiene por inmersión en caliente.

-La electrólisis, que consiste en una deposición lenta de la capa metálica protectora,

mediante aplicación de la corriente eléctrica a través de una solución en que por inmersión, el acero, ha adquirido polaridad con el metal protector. Puede ser de diferente proceso industrial (galvanizado, anodizado, cromado, zincado, al plomo, al cadmio, al cromo-níquel).

El corte posterior de las piezas sometidas a estos procesos genera bordes que pueden ser vulnerables por falta

de dicha protección. Sin embargo la oxidación de carácter estable que adquiere dicha capa de metalizado está en condiciones de lograr una barrera protectora por derrame en dichos bordes hasta un espesor de 3 [mm]

Se dosifican en gramos aplicados sobre cada unidad de área. Los rangos habituales en el caso específico del zincado oscilan entre 200 a 400 [g/m2]. Al respecto el zinc tiene

un punto de fusión a los 550°C, y su desgaste es de 1 micrón por cada 3 años. La polaridad, de menor a mayor, de algunos de los metales protectores tiene el siguiente orden ascendente: Mg,

Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ca, Ni. Este factor adquiere importancia frente al escurrimiento de las aguas lluvias. Aleación.-

- Aceros inoxidables.- Como método de protección basados en el cromo. Se presentan bajo las mismas formas y dimensiones que también tienen los aceros al carbono: flejes, pletinas, barras, perfiles abiertos, cerrados y extruídos, alambres, etc., siguiendo un proceso industrial paralelo en toda su elaboración. Su campo de usos es amplio, incluyendo en el ámbito arquitectónico las sub-estructuras, ductos, revestimientos de todo tipo, etc. El Instituto Americano del Acero (AISI) reconoce 60 variedades según su composición. Existiendo también una clasificación ASTM, de acuerdo a su estructura metalúrgica pueden ser:

-Austeníticos, Serie AISI 300 (con cromo y níquel) y Serie AISI 200 (con cromo, níquel y manganeso ).Son los de mayor uso, y suelen diferenciarse en: -Con 13% de cromo -Con 18% de cromo -Con 18% de cromo y 8% de níquel (Serie 304 o 18-8) -Ferríticos, Serie AISI 400 que sólo contienen cromo. Son dúctiles y no templables.

21 -Marstensíticos, también Serie AISI 400 que también contienen sólo cromo, en menor proporción. Son templables a 870°C y duros. -Duplex, presentan una mezcla de las propiedades de los dos anteriores, son muy resistentes a la corrosión y presentan un límite elástico muy alto. En general los aceros inoxidables son apernables, remachables y soldables (con soldadura inoxidable). Su límite elástico a la tracción oscila entre los 207 y 1379 MPa (2070 y 13790 kg/cm2). Al respecto, los de uso más común presentan valores de:

R. Tracción MPa Límite elástico MPa 862 517 1034 758 1207 931 1276 963

(Fuente: Guía para la selección del acero inoxidable, Empresa Acerinox)

- Aceros de oxidación controlada provocada por su aleación con otros componentes.- (generalmente a base de manganeso-vanadio, o cobre-níquel-cromo), lo que según las características del clima le hace adquirir un color más oscuro al cabo de dicho proceso en algún número de días de exposición .Ejemplo: acero grado 50 ASTM).

Pátina.- Crea un proceso auto-resistente por una capa estable externa de oxidación controlada y

estabilizada, lograda mediante la aplicación a la superficie del acero en contacto con la intemperie, de substancias que participan de una reacción confluyente con dicho acero, el oxígeno y el agua. El resultado, en este caso a nivel de la capa superficial es similar al de la aleación ya descrito.

Barrera protectora física.- Se trata fundamentalmente de producir la separación entre acero y ambiente con una

imprimación aplicada a modo de pintura, pero que debe llevar implícita en una primera etapa la aplicación de sustancias neutralizantes de la reacción química, de las cuales hay diversas variedades adecuadas al agente climático, ubicación geográfica y tipo de atmósfera con la que se trabaje (métodos manual o a la pistola). El acero pre-esmaltado constituye la versión industrializada de este proceso.

Previamente se debe eliminar toda sustancia accidental o provisoriamente adherida (grasas,

aceites, oxido, polvos) para lo cual existen diversos métodos adecuables a cada caso:

Escobilla de acero Chorro de arena Abrasión rotatoria o cepillado mecánico Lijado Decapado con solventes químicos. Aplicable tanto a la corrosión como a substancias adheridas(desengrasado de la capa protectora colocada por fabricación).

Los tipos de anticorrosivos recomendables según zona geográfica de nuestro país son: Norte continental : Sistema vinílico Norte marítimo : Sistema vinílíco reforzado Central continental : Sistema alquídíco Central marítima y sur continental : Sistema alquid-vinílico Sur marítimo y zona austral : Sistema vinílico reforzado

Ver tabla en página 22

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OTRAS PROPIEDADES FÍSICAS

Propiedades térmicas:

A 200º Límite de propiedades físicas normales A 500º Adquiere color rojo A 550º Punto de fluencia térmica A 900º Adquiere color blanco A 1250º Se torna moldeable A 1300º y 1400º Punto de fusión A 1950º Pasa al estado líquido

Es un buen conductor térmico; Lo que involucra en las soluciones constructivas, considerar las situaciones de puente térmico que pueda provocar, especialmente cuando constituye estructura.

Tabla comparativa de densidades y conductividades térmicas con otros materiales

Densidad[ Kg/m3] Conductividad térmica [ W/mK] Acero 7.780 50 Fundición 7.400 50 Hierro 7.870 50 - 75 Cobre 8.930 380 Latón 8.450 105 Aluminio 2.700 210 Hormigón 2000 - 2.400 1,75 Ladrillo arcilloso 1.600 0,6 Poliestireno expandido 300 0,036

La pérdida de propiedades mecánicas frente al calor adquiere especial importancia en el

caso de incendios, pudiendo provocar el colapso inmediato en el caso de estructuras, o el colapso técnico o pérdida de propiedades dinámicas cuando actúa como enfierradura de H. A. En ambos casos la estructura requiere protección.

Es también un buen conductor eléctrico con las correspondientes implicancias en el diseño. ESTRATEGIAS DE PROTECCIÓN FRENTE AL FUEGO Cuando el acero como sistema constructivo se enfrenta a esta problemática, es también un sistema de recursos el que debe considerarse, por cuanto las estrategias cubren desde la escala global de la concepción del proyecto, hasta los dispositivos de detalle específicos, pasando por todo lo inherente a la materialidad. Esta diversidad de frentes requerirá en los proyectos, habitualmente de aplicaciones simultáneas, coordinadas o complementarias entre sí, por lo que es importante su visión integral. Los criterios pueden desde cierta perspectiva, clasificarse en : Pasivos o vinculados a diseño, forma y materialidad (que son los actualmente más

desarrollados en cuanto a su evaluación y mensura por parte de la normalización chilena).

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Activos o dependientes de mecanismos que hacen frente a las manifestaciones del fenómeno (de mayor desarrollo y confiabilidad por parte de las normativas en los países más industrializados).

Esta diferencia de enfoques ha conducido a una gran limitación en cuanto a propuestas de modelos y escalas de diseño en nuestro medio, en que los principales edificios de esta materialidad deben, o perder la opción de mostrar la estructura bajo protecciones, o interpretar casi en el límite de lo legalmente expreso y mediante despliegues dimensionales en el diseño, algunas excepciones. Análisis en detalle de cada una de las principales estrategias:

Confinamiento.- En el hormigón armado y algunos casos de ferrocemento, el mismo hormigón, puede constituir barrera por algún lapso como aislante. A diferencia de los espesores ya citados frente a la corrosión, que consideran grado de exposición a la intemperie o a ambientes agresivos al margen de la función o envergadura del componente de acero en estudio, los espesores de recubrimientos en este caso están referidos a los minutos de resistencia al fuego requeridos según la responsabilidad estructural del elemento constructivo, de acuerdo al tipo de edificio, su uso, su envergadura, su cantidad de habitantes, su cantidad de pisos, y en algunos casos su carga combustible contenida. (Tablas desarrolladas en capítulos H.A.).

Recubrimiento con resistencia al fuego.-

Siendo desde el punto de vista estructural, absolutamente diferente al caso anterior, su mecanismo de acción frente al fenómeno se asimila totalmente. Dentro de este criterio cabe citar aquellos ferrocementos que han llegado a constituirse como tales exclusivamente para presentar los [cm] exigidos de recubrimiento, ya sea de hormigón, o frecuentemente morteros, con las debidas consideraciones de adherencia. También existen otros materiales aptos para asimilarse o colaborar en este tipo de estrategias, como los enchapes de origen cerámico, pétreo, y en general mineral con refractariedad.

Recubrimiento Encajonamiento Escudo Encajonamiento.-

Este caso, que conceptualmente no es muy diferente a la de las opciones anteriores, amplía su perspectiva por el hecho de posibilitar su inclusión en elementos anexos independientes que no requieren constituirse en íntimo contacto con el elemento protegido, pudiendo incluso mantener espacios de aire con ellos, siempre que se cumpla el requisito de total estanqueidad. Las barreras pueden ser planchas de materiales que cumplan con la resistencia exigida. Escudo protector o reflectante.-

25Para la opción de este criterio, deben estar claramente definidas las directrices y rangos de riesgo combustible de las zonas del edificio, por cuanto el concepto de escudo prescinde ya de la total estanqueidad y considera más bien la posible ubicación del foco de fuego, la dirección de los flujos convectivos o radiantes que lo propaguen y la de los elementos estructurales de acero a proteger, presentándose la posibilidad de que el elemento protector sólo se ubique como pantalla disipadora o reflectante, más que como barrera hermética (obviamente con la adecuada materialidad, forma y dimensión). Aparte del ejemplo de las alturas de cortafuegos tradicionalmente exigidas, este recurso se presta para importantes aplicaciones de más libre diseño. Independencia de los elementos estructurales con respecto a la envolvente.- Como directa aplicación del principio anterior surge la opción, ya generalizada en nuestro medio, de liberar exteriormente la estructura de acero con respecto a la envolvente, creando en esta última, condiciones de escudo, e incluso de cajón, ya que se considera, siempre que confluyan las condiciones adecuadas de edificación aislada o independiente, que el foco de fuego será proveniente desde el interior. Disipación.- La presencia de mayor masa contenida (perfiles rellenos con morteros u hormigones, gradas metálicas rellenas, losas con placas colaborantes, es también factor pasivo de retardo ya que el calor atraviesa fácilmente el acero debido a su alta conductividad, y se va almacenando lentamente en el material de relleno (mientras no llegue a los 550º C no hay colapso). La importancia de este criterio (que tiene su limitante en el tiempo de inercia térmica del material confinado) radica en que permite la expresión libre del material. Los conglomerados de origen cementicio tienen particular adecuación para esta disipación, por cuanto además de su masa misma y la de su agua contenida en los poros, tienen la posibilidad a mayor temperatura de hacer participar en este proceso a su agua de cristalización, antes de entrar en calcinación.

También la disipación puede ser dinámica (agua, aire circulando internamente al elemento constructivo.-

Este tipo de soluciones, presenta ya cierta connotación activa y requiere de una adecuada complementación a nivel de sistemas de instalaciones, detección y control.

Disipación Sistemas activos.-

Constituyen el conjunto de mecanismos e instalaciones que en adecuada coordinación con aplicaciones generalmente automatizadas, e incluso (según el desarrollo del caso) computarizadas, han sido diseñados para combatir el fuego o sus efectos, por diferentes principios, ya sea físicos o químicos (sprinklers o rociadores de agua enfriante, extinguidores, corrientes de fluídos, etc). La estrategia de complementación apunta a pro

Indepen dencia entre estructura y envolvente Sistemas

activos

26veer su mayor responsabilidad en aquellos puntos donde esté menos cubierta por sistemas pasivos la materialidad del edificio. En otros medios, la efectividad de estos sistemas se asimila y tabula en tiempo comparativo de retardo para la fluencia térmica respecto de los sistemas pasivos.

Recubrimientos ignífugos.- En la estructura metálica también son aplicables, y se pueden citar los dos tipos: - Ignífugos por imprimación gasificante que emanan gases inhibidores de la combustión ante la presencia de altas temperaturas (actualmente descartados por la normalización, su opción sólo se visualiza en ambientes externos sin riesgo de asfixia)

- Ignífugos por imprimación intumescente (NCh 3040–2006) que generan frente al contacto con el fuego, o altas temperaturas una capa de espuma dilatada carbonizada con propiedades refractarias. Este procedimiento, que constituye en realidad una variedad de confinamiento o revestimiento desechable en que se ha optimizado el factor espesor. Sus limitantes son exigir una permanente mantención por constituirse en capas muy delgadas y vulnerables al roce, y el hecho de que a pesar de poseer ese pequeño espesor, por su tipo de textura no permita visualizar francamente la expresión arquitectónica del acero como materialidad.

Aspectos de diseño Ignífugos

Vía de evacuación Vía de evacuación

Finalmente, son incidentes también los factores de diseño vinculados a

seguridad, tales como: - Zonificación y ubicación adecuada de los puntos de riesgo por materialidad o función.

- Concepto de facilidad de evacuación incluído en la idea base del proyecto del proyecto. -Grados de cumplimiento y / o sobre-dimensionamiento, incluso por sobre la exigencia oficial en cuanto a distancias, anchos, alturas, expedición etc. - Inclusión del acero en tipologías de diseño mixtas con otros materiales más resistentes al fuego. - Incorporación de las ideas de independencia estructural, escudo, y otros en la concepción inicial de un proyecto en acero, cuando su envergadura lo lleve quedar limitado por la normativa.

Colaboración ilustraciones fuego: Arqto. Carlos Navarrete