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Barra plana de acero como elemento principal portante y de arriostramiento Él tiene una buena prueba La excepcional resistencia de las barras planas de acero es el resultado de un contenido controlado cuidadosamente de carbono y de la precisión de la operación de laminación en caliente. Las barras de acero tienen una resistencia al límite elástico cercana o superior a 345 MPa y poseen la capacidad de alargarse más del 20 % y romperse. Esta combinación es fundamental para soportar fuerzas sísmicas sin sufrir una rotura frágil. La capacidad de este material para doblarse y deformarse plásticamente permite diseñar elementos de soporte lo suficientemente resistentes como para soportar el peso del edificio y las cargas laterales provocadas por el viento. En estas condiciones, es por esta razón que los ingenieros prefieren, con toda seguridad, el uso de barras planas para los arriostramientos laterales de edificios de gran altura. Para estos fines, los arquitectos necesitan materiales capaces de experimentar deformaciones plásticas controladas y de absorber elevada energía durante condiciones severas.
Comparación del rendimiento con perfiles en ángulo y perfiles en canal bajo esfuerzos de tracción y compresión
Debido a su estructura casi uniforme, las barras planas presentan un mejor comportamiento que los perfiles en ángulo en aplicaciones sometidas a tracción, con una mejora aproximada del 15 al 20 %. Se prevé una menor incidencia de fallos en las uniones a lo largo del tiempo, gracias a la distribución uniforme de cargas que proporcionan sus secciones transversales homogéneas. Sin embargo, los perfiles en canal superan a las barras planas en cuanto a problemas de pandeo bajo esfuerzos de compresión. Las barras planas son más adecuadas para aquellas partes de la estructura donde la tracción es el esfuerzo predominante. Una mayor eficiencia en la estructura global se logra mediante métodos híbridos; por ejemplo, combinando barras planas sometidas a tracción axial con perfiles tubulares sometidos a compresión. Además, las barras planas pueden utilizarse para simplificar la construcción modular, debido a sus tolerancias de fabricación, que suelen estar dentro de ± 0,5 mm.
Importancia de la barra de acero plana en la construcción de puentes
Fiabilidad de la fabricación de placas de nudo y de sus conexiones
Las barras de acero planas han sustituido a otros tipos de acero en la construcción de placas de unión (gusset plates) en cerchas de puentes y conectores. Esto se debe a su espesor constante, a la facilidad de trabajo durante la fabricación y a sus propiedades mecánicas uniformes en todas las direcciones. Por ejemplo, operaciones como la soldadura, el taladrado y el corte por láser —necesarios para realizar soldaduras de penetración completa— resultan mucho más sencillas. Dichas soldaduras deben ser, sin duda, muy resistentes, ya que la eficiencia de conexión en las placas de unión puede superar el 95 % en ensayos simulados de terremoto. Las normas AASHTO indican que la resistencia al corte de una soldadura bien ejecutada es superior a 200 ksi, lo cual resulta crítico en un puente en funcionamiento real. El diseño moderno integrado ha justificado las dimensiones de las barras de acero planas y ha generado múltiples trayectorias de carga, así como conexiones detalladas en el diseño, como se especifica en la norma AASHTO LRFD 6.13. Es un hecho que el diseño ingenieril contemporáneo integra las dimensiones de las barras de acero planas y crea diversas trayectorias de carga.
Cumplimiento de la AASHTO LRFD para la vida útil y la resistencia a la fatiga
Los componentes del puente soportarán cargas de tráfico constantes y experimentarán más de 100 millones de ciclos de tensión durante la vida útil de diseño del puente, que es de 75 años. El AASHTO LRFD exige una resistencia mínima a la fatiga para los componentes del puente. Las barras planas de acero también cumplen con las normas de fatiga del AASHTO LRFD gracias a una microestructura cuya orientación en el sentido longitudinal de la barra está óptimamente alineada, a un control riguroso de las inclusiones no metálicas y a sus características de detención de grietas. Ensayos de laboratorio han demostrado que estas barras presentan una resistencia a la fatiga de aproximadamente 24 ksi tras 2 millones de ciclos, lo que representa un incremento de aproximadamente el 35 % respecto a secciones angulares comparables; además, a −40 grados Fahrenheit no pierden su tenacidad. Esta capacidad adicional permite a los ingenieros diseñar aplicando el factor de resistencia requerido, de aproximadamente 0,95, y reducir el espesor de las alas hasta en un 20 %. En un puente de celosía de acero promedio se ahorran, en promedio, 15 toneladas. Como parte de la Sección 6.6 del AASHTO LRFD, categoría B de detalles resistentes a la fatiga, todos los puntos de soldadura importantes se someten a ensayos ultrasónicos continuos como parte del proceso de fabricación.
Las barras planas de acero ofrecen sólidas posibilidades como elementos de arriostramiento para estructuras de edificios y barras sísmicas
Soldabilidad, estabilidad dimensional y ensamblaje modular de estructuras
Las barras planas de acero tienen una sección transversal constante y uniforme, lo que las hace considerablemente más fáciles de soldar en comparación con otras barras que presentan secciones transversales irregulares o no uniformes. La distorsión es menos notable al soldar barras planas de acero, y estas exhiben una estabilidad dimensional superior a la de otras barras cuando se someten a ciclos térmicos repetidos. Esta es una ventaja significativa al trabajar con elementos estructurales prefabricados, ya que las barras deben mantener su forma. En el corte por láser, generalmente se considera que las barras planas tienen una tolerancia de ± 1,5 mm, lo que facilita el ajuste en obra. Este valor está generalmente reconocido y aceptado. El montaje en obra de estructuras de acero planas es más sencillo y rápido, pues se reduce considerablemente la necesidad de realizar ajustes en obra, lo que facilita su adaptación a los elementos estructurales prefabricados. Por no mencionar que las estructuras modulares son estructuralmente sólidas y brindan soporte tanto como conexiones viga-columna como para estructuras arriostradas, comúnmente utilizadas en la construcción de edificios contemporáneos.
El papel de las aplicaciones en los muros de cortante resistentes a sismos y las conexiones a momento
El uso de barras planas de acero es importante en el diseño sísmico por cortante, paralelo a los muros de cortante disipadores de energía y a las conexiones entre vigas y columnas que requieren mayor flexibilidad. La ductilidad de estas barras es de al menos un 20 % según las normas ASTM, con el fin de desarrollar las articulaciones plásticas previstas durante la actividad sísmica y absorber de forma segura la energía sísmica, evitando así el colapso del edificio. En los marcos resistentes especiales a momentos, estas barras planas están diseñadas para distribuir las fuerzas en las conexiones soldadas, en lugar de concentrarlas en una única conexión. Se considera que esto reduce aproximadamente un 66 % los fallos localizados, aunque las condiciones varían según cada caso. Las barras están diseñadas para presentar una buena relación entre la resistencia al fluencia y la resistencia a la tracción, de modo que se deformen por flexión antes de alcanzar su nivel último de fallo. Este comportamiento se considera una característica de buen diseño para mejorar la seguridad pública y garantizar que un edificio soporte sacudidas moderadas a severas sin colapsar.
La importancia de las barras planas de acero especializadas en la infraestructura energética
La protección contra la corrosión es fundamental para el acero utilizado en infraestructuras energéticas que se exponen a entornos severos. En la construcción de plataformas offshore, se emplean comúnmente aceros inoxidables de grado marino, como los grados 316L y la aleación dúplex 2205. Estas aleaciones dúplex son solo ligeramente más costosas que sus equivalentes en acero inoxidable, y sus valores de PREN superan 40, lo que indica una buena resistencia a la corrosión por cloruros y mantienen una resistencia a la tracción superior a 70 ksi. En las subestaciones eléctricas, el material principal de construcción para las estructuras de soporte de transformadores y equipos de conmutación son barras planas galvanizadas en caliente. Estas barras cumplen con la norma ASTM A123 y se utilizan en entornos con aire húmedo y químicamente corrosivo. Grados especiales de acero combinan resistencia a la fisuración por corrosión bajo tensión, resistencia al fluencia superior a 65 ksi a -40 °F, integridad estructural y un contenido de aleación Cr-Ni-Mo. Además, estos grados de acero presentan un contenido de carbono inferior al 0,03 %, lo que facilita la soldadura y minimiza la aparición de grietas durante la fabricación de secciones de mayor espesor. Asimismo, las barras están diseñadas y fabricadas para ofrecer la máxima fiabilidad durante la transferencia de cargas dinámicas y la protección frente a eventos sísmicos, requisitos estándar en el sector energético.
Preguntas Frecuentes
¿Qué ventajas ofrecen las barras planas de acero para su uso en estructuras diseñadas para resistir terremotos?
Debido a sus propiedades únicas, como la resistencia y la ductilidad, las barras planas de acero pueden soportar la actividad sísmica y tienen menor probabilidad de fallar o fracturarse que otros materiales de construcción.
¿Cuál es el comportamiento de las barras planas de acero respecto a la resistencia a la tracción y la resistencia a la compresión?
Gracias a su capacidad de moldeo, las barras planas de acero soportan bien las cargas de tracción y son adecuadas porque permiten distribuir uniformemente las cargas a lo largo de la barra, lo que facilita su soporte. Por otro lado, se considera que los perfiles en canal ofrecen un mejor comportamiento que las barras en cuanto a la capacidad de desplazamiento.
¿Qué razones explican el uso de barras planas de acero como cartelas en la construcción de puentes?
Las barras planas de acero son fiables y presentan propiedades mecánicas y dimensionales consistentes, lo que las convierte en materiales de construcción superiores para fabricar cartelas y conexiones más resistentes en la construcción de puentes.
¿Cuáles son las ventajas de las barras planas de acero en la construcción de estructuras prefabricadas?
El uso de barras planas de acero en la construcción de estructuras prefabricadas permitirá reducir el tiempo de montaje en el sitio de obra y contribuirá a mantener la integridad estructural del marco dentro de los módulos de acero.
¿Qué categorías de barras planas de acero presentan resistencia a la corrosión en la construcción del sector energético?
Las aleaciones 316L y 2205 dúplex están especificadas como de buena calidad, ya que ofrecen resistencia mecánica y resistencia a la corrosión en los materiales de construcción del sector energético.