EDIFICIOS EN ACERO ANTECEDENTES El hierro es un mineral que está presente en forma bastante abundante en la corteza terrestre (aproximadamente un 4,5%), la mayor parte en forma de óxidos. Probablemente esto explique en parte el desarrollo más tardío de la metalurgia del hierro comparada con la de otros materiales, como el oro y el cobre que suelen encontrarse en estados de alta pureza más fáciles de explotar y/o fundir. Aún así, es sabido que el hierro fue usado ya en la prehistoria, aunque en una muy reducida escala y, ciertamente, no en la construcción. La pieza de hierro más antigua descubierta se cree que fue elaborada hacia 4 mil años antes de nuestra era en Egipto. Coincidentemente, la más antigua referencia al hierro se encuentra en el Capítulo IV del Libro del Génesis -que se presume escrita también alrededor de 4 mil años a.C.- y que menciona a “Tubal-Caín; ése es el que forja toda clase de herramientas de cobre y hierro”. Piezas encontradas que datan de entre 4 mil y 2 mil quinientos aC se han encontrado en diversas regiones del creciente fértil y de Egipto, pero dan cuenta de un uso muy aislado y esporádico de este metal, muchas veces proveniente de meteoritos. Esta característica del hierro meteórico acentúa su valor que, en casos como en América Andina o en Yucatán, superaba al del oro. No fue hasta aproximadamente el 1.700 AC que se inicia un uso más intensivo del hierro. Durante el reinado de Ramsés II en Egipto (1.292 a 1125 aC) son frecuentes los usos en armas, llantas de ruedas, puntas de flecha, anillos y otros elementos elaborados presumiblemente bajo supervisión de los hititas, que parecen haber sido los poseedores del secreto de su manufactura. Una carta del rey de los Hititas Hattusilis III (1.275 a 1250 aC) presumiblemente al rey de los Asirios, en que lamenta no poder hacerle llegar el hierro solicitado y se excusa ofreciéndole de regalo una daga de hierro, da cuenta del alto valor asignado a este mineral y a su manufactura. El uso del hierro también está limitado por a la tecnología aún simple de producción en hornos abiertos a los vientos que, alcanzando temperaturas relativamente bajas, apenas permitían la formación de una masa pastosa que era forjada a golpes de martillo. Este hierro forjado a golpes de martillo y de alto contenido de carbono era de baja dureza y su aplicación en herramientas y armas competía dificultosamente con el bronce que sí podía ser moldeado. Excepción a lo anterior son los desarrollos de tecnologías de hierro colado logrados en la India y China que permitieron producir aleaciones de bajo contenido de carbono (hierro “wootz” en India). Este uso limitado del hierro se mantuvo hasta que fuera descubierto que manteniendo el hierro calentado largamente al rojo y combinado con carbón encendido se otorgaba al metal mayor dureza. Este tipo de hierro tenía, además, la ventaja de poder ser sometido a tratamientos térmicos (templado) que le otorgaron mayor dureza. Esta técnica fue conocida de los griegos y es mencionada por Homero en La Odisea. En los dos o tres últimos siglos aC en la cuenca del Mediterráneo se desarrolla la minería y metalurgia que deja al futuro conquistador romano economías con empresas metalúrgicas prósperas. Con el tiempo, la extracción en minas cada vez más profundas se tornó más difícil y costosa, pese al trabajo de esclavos por lo que la producción se limita a las necesidades de la guerra hasta el siglo II de nuestra era. La posterior caída del Imperio Romano y la conquista y control de Europa por las tribus y hordas germánicas y asiáticas limita el desarrollo de la metalurgia a artesanías de fabricación de cascos y armaduras. Recién en el siglo XV se produce el invento de los hornos conocidos como “Stückofen” en Harz, Alemania, permitiendo por primera vez la licuefacción del metal. Este tipo de hornos se hicieron muy comunes en Europa entre los años 1400 al 1500, siendo el hierro fundido utilizado, entre otras cosa a partir del descubrimiento de la pólvora, en la fabricación de las armas de fuego y especialmente, en la fundición de los cañones. En el siglo XVII se reconoce el acero Blister, en Suecia, que no es propiamente un acero en la forma en que se define hoy sino, más bien, hierro forjado carburizado. A fines del siglo XVII se producen en Europa principalmente el hierro forjado maleable de la forja Catalana y el más tenaz acero alemán (Hartz). Durante el siglo XVIII la producción de acero se acelera y mejora su tecnología: primero con el uso del carbón coke en reemplazo de carbón vegetal como combustible propuesto por A. Darby (posteriormente importante en la construcción del puente sobre el río Severn, el proceso Pudding y el proceso Blister, antecesores del desarrollo de la tecnología que se inicia en los siglos XIX y XX. La llamada Revolución Industrial que se instala a mediados del siglo XVIII es el resultado de la convergencia de una serie de hechos complejos, descubrimientos científicos y técnicos (el papel, la imprenta, la pólvora, la brújula, etc.), de condiciones sociales, económicas y políticas, de la explosión demográfica y la concentración urbana, del desarrollo de una industria incipiente que reemplaza la fabricación artesanal y da inicio a un proceso en el que, en parte, estamos inmersos aún hoy. Sin embargo, es opinión de muchos que la Revolución Industrial sólo es posible gracias al hierro y el acero. El impacto de la producción de acero a menor costo y a mucha mayor velocidad es notable (se pasa de un plazo de 10 días para transformar 500kg de hierro en acero a 36 horas a principios del siglo XIX y con el proceso desarrollado por Bessemer, el plazo se reduce a poco más de 20 minutos). Este impacto, que se expresa en la producción de energía como la máquina a vapor, en el transporte terrestre y marítimo, en la industria textil, en los posteriores inventos de motores eléctricos y de explosión, entre tantos largos de enumerar, nos permite afirmar, sin mucho riesgo de error que la civilización y la cultura actuales son, para bien o para mal, el resultado del desarrollo de la industria del acero. Hoy, en el siglo XXI, en el mundo globalizado, informatizado y comunicado, el desafío que enfrenta el planeta es el desarrollo sustentable que permita entregar a las futuras generaciones un mundo posible, amigable, responsable del medio ambiente: en este escenario desafiante el acero como material, como industria y como recurso tiene, nuevamente un gran aporte que hacer, toda vez que es, como se ha dicho, un material cien por ciento e indefinidamente reciclable, aspecto que lo destaca, especialmente en al universo de los materiales de construcción. EL HIERRO Y EL ACERO EN LA ARQUITECTURA Y LA CONSTRUCCIÓN Aunque en la antigüedad fue usado eventual y accidentalmente como elemento de trabazón, el hierro no es usado como material propio de la construcción hasta el siglo XVII. Durante los períodos Gótico y el Renacimiento se le encuentra como material complementario de componentes de madera (clavos y herrajes hechos en forma manual) y en la construcción de algunas máquinas y herramientas que facilitaron tanto la elaboración como el montaje de los elementos y partes de las construcciones. El hierro fundido se usa en función de su alta resistencia a la compresión pero su escasa capacidad de tomar esfuerzos de flexión debido a su fragilidad, limitan su aplicación en elementos mayores en la arquitectura. En una segunda fase de su uso es en la sustitución de estructuras o partes sometidas a compresión, como el pilar y el arco. Un ejemplo del uso temprano de elementos aislados de hierro son las columnas que sostienen la campana de las cocinas del Monasterio de Santa María de Alcobaza, en Portugal, construidas en 1752. Comenta A. Montealegre que existen pocas excepciones a lo anterior, como “el uso que hace Vasari en los Ufizi para refuerzo en los pisos superiores, consiguiendo con ello un aligeramiento de la fachada y mayor transparencia e iluminación”[1]. Por su parte, Claude Perrault y Charles Le Brun utilizan refuerzos de hierro en la columnata del Louvre (1670). Ambos ejemplos ponen de manifiesto los atributos del material y los aportes que han representado el hierro y el acero a la arquitectura y la construcción hasta el presente. El uso de hierro en la construcción se remonta a los tiempos de la Antigua Grecia; se han encontrado algunos templos donde ya se utilizaban vigas de hierro forjado. En la Edad Media se empleaban elementos de hierro en las naves laterales de las catedrales. Pero, en verdad, comienza a usarse el hierro como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundición de hierro para la construcción de la Cámara de los Comunes en Londres. El hierro irrumpe en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, se erige en protagonista a partir de la Revolución Industrial, llegando a su auge con la producción estandarizada de piezas. Aparece el perfil "doble T" en 1836, reemplazando a la madera y revoluciona la industria de la construcción creando las bases de la fabricación de piezas en serie. Existen tres obras significativas del siglo XIX exponentes de esa revolución : La primera es el Palacio de Cristal, de Joseph Paxton, construida en Londres en 1851 para la Exposición Universal; esta obra representa un hito al resolver estructuralmente y mediante procesos de prefabricación el armado y desarmado , y establece una relación novedosa entre los medios técnicos y los fines expresivos del edificio. En su concepción establece de manera premonitoria la utilización del vidrio como piel principal de sus fachadas. En esa Exposición de París de 1889, el ingeniero Ch. Duter presenta su diseño la Calerie des Machine, un edificio que descubre las ventajas plásticas del metal con una estructura ligera y mínima que permite alcanzar grandes luces con una transparencia nunca lograda antes. Otra obra ejecutada con hierro, protagonista que renueva y modifica formalmente la arquitectura antes de despuntar el siglo XX es la famosa Torre Eiffel (París, Francia). El metal en la construcción precede al hormigón; estas construcciones poseían autonomía propia complementándose con materiales pétreos, cerámicos, cales, etc. Con la aparición del concreto, nace esta asociación con el metal dando lugar al hormigón armado. Todas las estructuras metálicas requieren de cimentaciones de hormigón, y usualmente se ejecutan losas, forjados, en este material. Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con características singulares ya sea por su diseño como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales. HISTORIA DE LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS EN COLOMBIA La poca información recopilada en nuestra investigación nos pudimos dar cuenta que la estructura para el primer "rascacielos" que se construyó en Colombia (el antiguo edificio del Banco de Bogotá en la carrera 10 con calle 15) también fue metálica y se importó en su totalidad. Con esas salvedades, las estructuras metálicas han sido una alternativa arquitectónica muy poco explorada en nuestro medio, en parte porque la industria siderúrgica no producía los perfiles y elementos necesarios y, además, porque la formación académica de arquitectos e ingenieros privilegió siempre la utilización del concreto y el ladrillo. Hace algunos años empezaron a aparecer nuevas estructuras metálicas importadas desde países vecinos para construir edificios de vivienda y oficinas, lo cual hizo resurgir brevemente el interés de los fabricantes locales por construirlas, aunque parece que la crisis de la construcción enfrió un poco ese entusiasmo. Sin embargo, dos grandes empresas procesadoras de lámina delgada están produciendo una serie importante de perfiles y de láminas plegadas, con las cuales se están construyendo edificaciones muy variadas y entrepisos steel deck, todo lo cual constituye una alternativa muy interesante al uso del concreto. El diseño y construcción de los puentes peatonales metálicos de Bogotá acrecentó el interés de los constructores por este material y está impulsando de manera notable la industria metalmecánica. A continuación vamos a indicar, de manera general, algunas de las principales características que suponen la construcción de edificaciones con estructuras metálicas en acero: Es un material de gran resistencia. Esto significa que los elementos que formarán la estructura en cualquier construcción podrán ser de una sección transversal mucho menor que en el caso del hormigón, ocupando, por lo tanto, menos espacio. Avisan con grandes deformaciones antes de producirse un fallo debido a que el material es dúctil. Uniformidad, ya que las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo. Homogeneidad del material. Posibilidad de reforma de manera más sencilla para adaptarse a nuevos usos del edificio, lo cual es más habitual en el caso de equipamientos, edificios de oficinas... que en el caso de viviendas. Rapidez de montaje, con los consiguientes ahorros en costes fijos de obra. La estructura metálica puede ser preparada en taller, lo que se traduce en que los elementos llegan a obra prácticamente elaborados, necesitando un mínimo de operaciones para quedar terminados. El acero estructural puede laminarse de forma económica en una gran variedad de formas y tamaños. Además se puede adaptar a necesidades concretas variando las propiedades mecánicas mediante tratamientos térmicos, termoquímicos… Reutilización del acero tras desmontar la estructura, lo que supone un ahorro de inversión considerable. Las vigas reticuladas permiten cubrir grandes luces, con los correspondientes beneficios. Las estructuras de acero son, por lo general, más ligeras que las realizadas con otros materiales; esto supone menor coste de cimentación. La adaptabilidad del acero es de especial relevancia en casos de rehabilitación ya sea para reforzar estructuras existentes o para una completa reconstrucción manteniendo las fachadas. El acero se entrega prefabricado en obra; no necesita ser apuntalado y tampoco sufre retracción o fluencia por lo que puede asumir carga de inmediato. El desarrollo de nuevos sistemas de protección contra la corrosión, garantizan con un mantenimiento mínimo, una vida casi ilimitada para las estructuras realizadas con acero. Cuando termina la vida útil del edificio, la estructura metálica de acero puede ser desmontada y posteriormente utilizada en nuevos usos o ser re-aprovechada con un fácil reciclaje. La estructura metálica en acero supone un peso reducido, segura en caso de sísmo, rendimiento y montaje se controlan visualmente de forma fácil. Por otro lado, vamos a indicar algunas DESVENTAJAS que presentan este tipo de estructuras · Corrosión. Este tipo de materiales pueden presentar problemas de corrosión dependiendo del lugar y los agentes corrosivos externos. · Problemática en caso de incendios. Debido a esto, es conveniente, y en algún caso obligatorio, recubrir este tipo de estructuras con pintura ignífuga o intumescente para evitar el colapso de la misma. · Pandeo, ya que se utilizan elementos esbeltos sometidos a compresión (soportes metálicos). No obstante, las estructuras se calculan evitando estos fenómenos. · Coste económico de la estructura y su posterior mantenimiento: pinturas contra la corrosión, paneles de protección frente al fuego... · Mano de obra especializada. Las estructuras metálicas en la construcción de complejos empresariales y de viviendas, hoy son frecuentes en las grandes ciudades del país. En Colombia el método va en aumento. En Europa y en los Estados Unidos el 80 por ciento de las estructuras son de metal. Eso no quiere decir que antes en el país no se utilizaran las con estructuras metálicas. Algunas edificaciones del centro de Bogotá se levantaron de esa forma. La diferencia está en que, en esa época, los años 50, la tecnología era importada. Ahora la novedad está en que el país ya hay varias industrias especializadas en estructuras metálicas, que trajeron maquinaria especializada para hacer el montaje de las vigas de acero. El auge empezó con la apertura económica. Con ella. surgió la posibilidad de conocer las técnicas en la instalación de las vigas de acero. Las ventajas Más allá de los esqueletos metálicos, lo que más impresiona a los constructores es el poco tiempo que se gasta en levantar un edificio. El resultado final: el costo financiero de la obras es más bajo. Como es más rápida, el pago de la mano de obra y el alquiler de maquinaria, entre otros, se reducen considerablemente. El ahorro también se aprecia en el peso de la estructura. El acero es más liviano y tiene la misma resistencia del concreto. Con exactitud se sabe que cantidad se va a utilizar y no hay lugar al desperdicio de materiales. Al llegar la etapa de edificación, los beneficios aumentan para los constructores. El trabajo de ingeniería se facilita. Las instalaciones hidráulicas y las eléctricas se pueden hacer en cualquier fase del proyecto y son fáciles de inspeccionar porque las redes no quedan atrapadas entre muros, sino que, al quitarse los cubrimientos, quedan a la vista. Si después de terminadas las edificaciones se presentan daños en las instalaciones, la reparación es más fácil, ya que no hay que romper paredes, explicó el ingeniero. Funcionalidad Además, durante la construcción la estructura sirve de almacenamiento de materiales. Por eso, no se ven camiones estacionados durante mucho tiempo en las vías y se aprecia orden en el trabajo. Las edificaciones se ven limpias y no ocupan el espacio público que, generalmente, se utiliza para dejar allí algunos materiales de construcción, indicó. Otro aspecto importante es que los controles de calidad se pueden realizar con facilidad. Actualmente, existen equipos de ultrasonido y de Rayos X que certifican la instalación de las vigas de acero y mide la resistencia a los sismos. La ventaja del acero es que tiene mayor resistencia, es decir, sus propiedades naturales hacen que absorba gran cantidad de energía ante cualquier movimiento sísmico. HISTORIA DE LAS ESTRUCTURA METÁLICAS A NIVEL MUNDIAL Y EN COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Estas estructuras cumplen con los mismos condicionantes que las estructuras de hormigón, es decir, que deben estar diseñadas para resistir acciones verticales y horizontales. En el caso de estructuras de nudos rígidos, situación no muy frecuente, las soluciones generales a fin de resistir las cargas horizontales, serán las mismas que para Estructuras de Hormigón Armado. Pero si se trata de estructuras articuladas, tal el caso normal en estructuras metálicas, se hace necesario rigidizar la estructura a través de triangulaciones (llamadas cruces de San Andrés), o empleando pantallas adicionales de hormigón armado.
