Las claves de la construcción con acero

Fuente: Revista Mexicana de la Construcción

La elección del sistema constructivo no debe ser una competencia entre los diferentes tipos de estructuras, sino una decisión basada en las características de cada sistema. La determinación de lo que es más adecuado debe pasar por el análisis del mayor número posible de aspectos representativos de la obra, priorizando las características obligatorias y también las deseables.

¿Cuándo construir con acero? Esta es una pregunta frecuentemente repetida. Y las respuestas están casi siempre apoyadas en una extensa lista de ventajas del uso de las estructuras de acero que no ofrecen información suficiente para una evaluación correcta de la influencia de cada una de ellas y en estudios comparativos particulares de costos que no pueden ser aplicados como regla. Por lo tanto, la pregunta que debe ser hecha por los profesionales, constructores o inversionistas preocupados por el mejor resultado para el conjunto de la obra es: ¿qué tipo de estructura es más adecuada para mi obra?

La mayor dificultad para identificar el tipo de estructura adecuado es la falta de una metodología de evaluación más amplia que la simple comparación de costos. Se deben considerar también todos los factores limitantes y condicionantes de las alternativas en condiciones comparables, teniendo en cuenta aspectos desde diferentes calidades y desempeños hasta la influencia de las estructuras en los demás servicios, incluyendo las transferencias de ganancias que pueden beneficiar el costo total de la obra. Una metodología para identificar la alternativa de estructura más conveniente pasará por el conocimiento de todas las características de cada sistema estructural, por las experiencias y culturas de la propia constructora y por el tipo de obra en análisis.

En este artículo se enlistan las principales características que influirán en la elección de un sistema estructural; se sugiere que sean analizadas y ponderadas aisladamente y en conjunto. Sobre esta base se vuelve más fácil decidir. Varias características pueden ser difíciles de interpretar y cuantificar, y algunas veces existirán conflictos, pero el análisis será siempre mejor que la simple intuición. Una elección bien estructurada agrega valor al proceso y conduce a una solución más acertada.

Se presupone el conocimiento del comportamiento de cada uno de los tipos de estructura. No es razonable una elección errada del sistema estructural por la no evaluación de todos los tipos de estructuras o por la utilización de parámetros equivocados, incompletos o no actualizados.

Principales características de las estructuras de acero
Cimentaciones
La influencia de la reducción de las cargas debida al menor peso de las estructuras de acero sobre los cimientos de una pequeña obra en un suelo muy fuerte puede ser casi imperceptible. Pero la reducción de las cargas en una gran estructura en un suelo difícil puede sencillamente viabilizar la construcción. Por lo tanto, el costo de la cimentación en algunos casos será un importante factor de decisión sobre el tipo de estructura a ser usada en una obra.

Las estructuras de acero pesan entre 6 y 10 veces menos que otros sistemas constructivos, pero teniendo en cuenta que hay una proporción considerable de peso del edificio que no corresponde a la estructura, las reducciones de las cargas verticales son del orden de 20%. Esa diferencia puede representar, por ejemplo, un pilote menos por base y reducir significativamente los costos de las cimentaciones. En algunas bases, la influencia de las acciones horizontales (vientos, etc.) es tan grande que lleva la ventaja de la carga final a valores bien menores. En algunos casos donde existe carga de desplazamiento, la reducción de peso puede ser incluso desfavorable.

Deben examinarse también los costos de las cimentaciones profundas con pilotes metálicos (utilizando perfiles de acero) que, junto con las estructuras de acero o también con las estructuras en concreto, representan una alternativa interesante cuando se comparan con los pilotes metálicos de rieles (usados) o con los prefabricados de concreto, principalmente cuando el pilote es muy ancho o se quieren minimizar las dificultades con el transporte y manejo de los pilotes en el lugar de la obra y también reducir las indeseables vibraciones para las edificaciones vecinas.

Tiempo de construcción
En principio, cuanto menor sea el tiempo de construcción, mejor para el inversionista. Sin embargo, para algunas obras, como los condominios habitacionales, el tiempo de construcción debe ser compatibilizado con la capacidad de desembolso de los compradores. Para una obra comercial, cualquier anticipo que represente reducción del tiempo de amortización de la inversión es bienvenido. Existe aun la obra política o estratégica, cuyo tiempo de construcción es determinado por un hecho fijo independiente de costos adicionales que una construcción más rápida puede presentar.

Sin duda la característica más favorable de las estructuras de acero es la rapidez de construcción. Si se opta por la estructura de acero se pueden, por ejemplo, ejecutar los cimientos mientras las estructuras están siendo fabricadas. En un cronograma bien elaborado, la posibilidad de avanzar en diferentes frentes de servicio en forma simultánea (losas, paredes, instalaciones, etcétera) puede reducir el tiempo de ejecución de la obra en hasta 40% comparado con los sistemas convencionales.

Tipo de ocupación
Para ciertos tipos de edificaciones, las estructuras de acero tienen muchas características favorables, tales como la facilidad para lograr construcciones más altas, mejor aprovechamiento del terreno, mayor área útil, menor necesidad de espacio para la obra, liberación de varios pisos simultáneamente, modulación con mejor desempeño en la fabricación y montaje, precisión favoreciendo la utilización de otros componentes industrializados de cierre y fachadas. La facilidad de ejecutar grandes áreas y ocupar menos espacio estructural son factores que explican, por ejemplo, por qué en los edificios comerciales y en las universidades la solución con estructuras de acero se aplica más naturalmente que en los edificios habitacionales.

Disponibilidad y costo de los materiales
Es importante conocer la disponibilidad y el costo de los materiales básicos usados para las estructuras y para los sistemas complementarios. En el caso de existir alternativas, hay que verificar siempre la relación costo/beneficio de los sustitutos.

Los principales materiales de las estructuras de acero son: perfiles soldados o electrosoldados, perfiles laminados de alas o patines paralelos (tipo IR o IPR), perfiles laminados de alas o patines inclinados (IE o IPS), perfiles conformados en frío, tubulares, tornillos y tuercas.

Recursos del constructor
Muchas veces los equipos y otros recursos del constructor pueden influir en la elección del sistema estructural para una obra. Si posee algunos equipos ya amortizados, hay una inclinación a utilizarlos para reducir costos, así como también a utilizar su mano de obra ya entrenada.

Los recursos del constructor pueden ayudar a definir el sistema estructural; sin embargo no deben inhibir la utilización de nuevas tecnologías, por el riesgo de hacer poco competitiva a la empresa para algunos tipos de obra.

  • La simple falta de observación de una línea aérea electrificada en la entrada de una obra, por ejemplo, puede exigir la desconexión temporal o la remoción/desplazamiento de esa línea, lo que representa un aumento de plazos y costos, además de que en algunos casos imposibilita la entrada en operación de un determinado equipo o demanda otro más costoso.

Ubicación de la obra y accesos
Las condiciones de las carreteras de acceso, las distancias que deben recorrerse, los materiales disponibles en la región, las condiciones topográficas del terreno y su entorno, la disponibilidad de energía para la obra, además de otras variables pueden definir el sistema estructural.

La simple falta de observación de una línea aérea electrificada en la entrada de una obra, por ejemplo, puede exigir la desconexión temporal o la remoción/desplazamiento de esa línea, lo que representa un aumento de plazos y costos, además de que en algunos casos imposibilita la entrada en operación de un determinado equipo o demanda otro más costoso.

Posibilidad de adaptaciones y ampliaciones
Hay que identificar si en el corto o mediano plazo una obra tiene o no posibilidades de adaptaciones, ampliaciones y hasta de desmontaje. Es importante definir un sistema estructural que pueda acompañar esas modificaciones con pocos trastornos operacionales y menores costos a largo plazo.

Esto ocurre principalmente con las edificaciones industriales, donde son muy frecuentes cambios tales como el aumento de las cargas del proyecto, remoción de elementos estructurales que pasan a interferir con nuevos equipos e incluso modificaciones más drásticas, como la colocación de un nuevo nivel.

Compatibilidad con sistemas complementarios
La precisión de las estructuras de acero, con tolerancias de milímetros, en conjunto con la característica de permitir estructuras más moduladas, ha viabilizado cada vez más a la industria de los sistemas complementarios que necesitan estandarización, como las losas prefabricadas y diferentes tipos de paneles para interiores y exteriores.

Se observa también que la industrialización de la construcción es un proceso que no tiene retorno, y quien se adapte primero tendrá todas las ventajas de los que toman la delantera.

Mantenimiento y reparación
La vida útil de las estructuras implica un análisis detallado de todas las etapas del proceso constructivo, y hoy los ingenieros, que ya piensan normalmente en el ciclo de vida de las estructuras, están cada vez más conscientes de la necesidad de mantenimiento y se preparan para hacer el monitoreo y mantenimiento preventivo y correctivo de las estructuras.

Ha sido confirmado en los últimos años que el concreto, un material de construcción muy versátil, no es eterno; exige atención en el proyecto y en la ejecución, y un mantenimiento programado para que sea durable y atienda las necesidades de resistencia durante la vida útil para la cual la obra fue prevista, es decir, requiere mantenimiento como las estructuras de
acero.

Los problemas con las estructuras de acero son fácilmente identificables y tienen, normalmente, bajo costo de reparación.

  • La construcción con acero es industrializada por naturaleza, lo que garantiza niveles mínimos de pérdida. La clave para una obra sin pérdidas es la planificación, optimizando cada material y sus interfaces a fin de garantizar el mejor resultado para el conjunto de la obra.

Espacios libres y altura de la edificación
Determinados proyectos pueden exigir grandes claros (espacios) o grandes alturas y, por lo tanto, llevar a un sistema estructural con componentes más livianos y más fuertes. El sistema más adecuado debe vencer las grandes luces y las grandes alturas ocupando el menor espacio estructural y liberando áreas para la ocupación útil de la edificación.

Las vigas de acero, con apoyo lateral por el sistema de losas, trabajan aisladamente o como viga mixta en conjunto con la propia losa –sistema muy eficiente que utiliza las mejores características del acero y del concreto– y pueden alcanzar grandes luces, siempre con las menores alturas finales entre pisos. Se observa que algunos tipos de losas prefabricadas no permiten o no pueden asociarse estructuralmente con las vigas de acero.

  • Conocer los costos financieros de cualquier inversión puede ser la clave de una elección correcta. Por ejemplo, las ganancias financieras que se pueden obtener con la anticipación del cronograma de un edificio comercial pueden ser del mismo nivel que el costo de las propias estructuras. Lo que importa es constatar que, independientemente de la estructura, tener costos más altos puede estar viabilizando el mejor resultado para la inversión.

Protección (corrosión y fuego)
Hoy se entiende que todos los sistemas estructurales necesitan protección para garantizar un desempeño adecuado durante la vida útil para la cual está prevista la obra. Esa protección puede ser intrínseca del propio material o lograda a través de revestimientos protectores, como pintura y revestimientos no metálicos. Es aceptado también que toda la protección necesita mantenimiento periódico, lo que a su vez demanda eventuales interrupciones para los usuarios y representa costos.

Si los tipos de patologías conocidas implican altos costos de reparación a lo largo la vida útil de la obra, se debe analizar si un material que requiere una protección inicial mayor puede representar una elección de menor costo a largo plazo, tomando en cuenta la incidencia de las interrupciones necesarias y los costos de ejecución de las reparaciones.

Durabilidad
La durabilidad de las estructuras y su capacidad de mantener a través del tiempo un desempeño compatible con la utilización prevista depende del proyecto, de la calidad de la ejecución y del control de los mecanismos de deterioro que pueden generar patologías a mediano y largo plazo. En el caso de las estructuras
de acero, su materia prima principal es producida por acerías con calidad garantizada, teniendo un número muy pequeño de variables a controlar (básicamente el tipo de acero y el sistema de protección); esto hace que las estimaciones de la durabilidad sean mucho más fáciles y confiables que las de otros sistemas más complejos y con un mayor número de mecanismos de deterioro.

Estética
En algunos tipos de edificaciones la estética puede ser uno de los aspectos primordiales, como en los edificios de grandes corporaciones, museos y algunos tipos de obras públicas.
La estética de las estructuras de acero inspira normalmente una característica de modernidad en la obra, y por esto mismo existe una tendencia a exponer la estructura como parte principal de la arquitectura, con elementos rectilíneos, inclinados, grandes luces, equilibrio, etc. Pero es importante recordar que la estructura expuesta tiene mayores costos de protección y mantenimiento.

Por lo tanto, se debe graduar el nivel de exposición al mínimo necesario para garantizar una estética compatible con cada tipo de edificación. En la arquitectura del acero, cuando se trata de obtener partido estético de elementos estructurales todo parece bien, pero si los elementos estéticos son apenas decorativos, sin función estructural, el resultado estético casi nunca es bueno.

Desperdicio de materiales y mano de obra
Se sabe que es muy grande el desperdicio de materiales y de mano de obra en la construcción convencional artesanal, y que la solución para reducir este desperdicio en las obras apunta a la racionalización de la estructura y el empleo de materiales prefabricados. Se consigue así optimizar todo el proceso de producción con un mejor aprovechamiento de los materiales y servicios y reduciendo a prácticamente cero los índices de desperdicio.

La construcción con acero es industrializada por naturaleza, lo que garantiza niveles mínimos de pérdida. La clave para una obra sin pérdidas es la planificación, optimizando cada material y sus interfaces a fin de garantizar el mejor resultado para el conjunto de la obra.

Una estructura más estandarizada puede no resaltar, aisladamente, la solución más económica. Sin embargo, la estandarización de la estructura ayuda a optimizar otros subsistemas y el resultado final puede ser muy compensador.

Seguridad del trabajador
Las estructuras de acero, así como toda la construcción industrializada, incorporaron en los últimos años muchas de las conquistas de la industria; quizá la más importante sea la reducción de los índices de accidentes en obras, gracias a los esfuerzos de educación asociados a la utilización de equipos modernos de protección individual.

Como el proceso de construcción de estructuras de acero es totalmente controlado, desde la fabricación hasta el montaje final, se alcanzan niveles de seguridad
para el trabajador semejantes a los de la industria, tanto para el ambiente de fábrica como en los lugares de la obra.

Costos financieros
Tener conocimiento de los costos financieros de cualquier inversión puede ser la clave de una elección correcta. Por ejemplo, las ganancias financieras que se pueden obtener con la anticipación del cronograma de un edificio comercial pueden ser del mismo nivel que el costo de las propias estructuras.

Lo que importa es constatar que, independientemente de la estructura, tener costos más altos puede estar viabilizando el mejor resultado para la inversión. Otro aspecto financiero que debe ser tomado en cuenta es el valor actual de los flujos de caja con diferentes sistemas estructurales, considerando los costos previstos de mantenimiento y reparaciones.

Adecuación ambiental
La construcción con acero es el método más rápido y limpio. Racionalidad en el uso de los materiales y bajo nivel de pérdidas (la precisión es milimétrica) son características que favorecen al acero en cuanto al impacto en el medio ambiente. Espacios abiertos que permiten iluminación y ventilación naturales representan economía de energía y disminuyen la contaminación ambiental.

Agotada la vida útil de la edificación, el acero puede regresar en forma de chatarra a los hornos de las plantas siderúrgicas para ser reprocesado, sin pérdida de calidad. El acero es el material más reciclado en el mundo (40% de la producción mundial tiene como base la chatarra).

Calidad
En la comparación entre sistemas no deben tomarse en cuenta solamente los costos relativos, sino también la calidad de cada uno de esos sistemas. Los más caros pueden representar mejor calidad y agregar algunas características importantes, aun cuando la diferencia sólo aparezca a mediano o largo plazo.

Desempeño
Los sistemas estructurales pueden tener diferentes desempeños en función de los requisitos específicos para cada obra. Las estructuras de acero, por ejemplo, tienen comportamiento constante, pero pueden representar mayores deformaciones y son siempre más elásticas para responder a las acciones dinámicas.

Incomodidad para las áreas próximas
La construcción con acero puede reducir dramáticamente el impacto de las actividades de la obra en las áreas vecinas, sobre todo en los lugares próximos a zonas habitacionales, hospitales y escuelas.

La construcción con acero, además del menor plazo, produce mucho menos ruido y
contaminación y casi no genera basura
y desechos.

El montaje puede ser programado para las horas más favorables de tráfico, y así minimizar las interferencias en las vías de acceso y mantener en niveles mínimos las incomodidades para las áreas vecinas comunes a toda obra.

Escrito original de Fernando Ottobon Pinto, ingeniero consultor de Gerdau Acominas, adaptado por Gabriel Guerra, responsable de Desarrollo de Mercado en Gerdau Corsa.

Estimado lector, éste y otros artículos de interés los podrá encontrar en la Revista Mexicana de la Construcción No. 634 Julio-Agosto 2018

2018-10-11T16:35:18+00:00septiembre 1st, 2018|Revista Mexicana de la Construcción|