Los distintivos de calidad en el Código Estructural

https://www.mitma.gob.es/organos-colegiados/comision-permanente-del-hormigon/cph/reconocimiento-de-distintivos

El distintivo de calidad oficialmente reconocido (DCOR) fue una posibilidad que se introdujo en la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 como una certificación de la calidad del hormigón que asegurase una mayor normalización del producto y que permitiese reducir los controles de calidad de la obra.

En el Código Estructural, DCOR se recoge en numerosos artículos. Veamos los más relevantes:

  • Art. 4.2.2 Condiciones técnicas del proyecto, se establece que “a la vista de las posibles mayores garantías técnicas y de trazabilidad que pueden estar asociadas a los distintivos de calidad, el autor del proyecto valorará la inclusión, en el correspondiente pliego de prescripciones técnicas particulares, de la exigencia de emplear materiales, productos y procesos que dispongan de un distintivo de calidad oficialmente reconocido“.
  • Art. 4.2.3 Condiciones técnicas en la ejecución, se refuerza esta posibilidad, pues “la dirección facultativa valorará la conveniencia de exigir productos y procesos que dispongan de un distintivo de calidad oficialmente reconocido“. En el Art. 18 Garantía de la conformidad de productos y procesos de ejecución, distintivos de calidad, una de las formas por las que se pueden garantizar los productos y procesos es “mediante la posesión de un distintivo de calidad oficialmente reconocido (DCOR) concedido a un organismo de certificación acreditado conforme al Reglamento (CE) N.º 765/2008 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de julio“; además, el Código permite ciertas consideraciones especiales en la recepción de los productos y procesos con DCOR que no requieran el marcado CE.
  • Art. 21.1 Control documental de los suministros, se incide en el certificado final del suministro del producto suministrado cuando dispongan DCOR. En ese caso, si presentan una garantía superior, debe efectuarse un control documental específico, para lo que “los suministradores entregarán al constructor, quien los facilitará a la dirección facultativa, los certificados que avalen que los productos que se suministrarán están en posesión de un distintivo de calidad oficialmente reconocido vigente“.
  • Art. 22.2 Control de la ejecución mediante inspección de los procesos, en el caso de que un proceso de ejecución de la estructura se encuentre en posesión de un DCOR, “la dirección facultativa podrá eximir de la realización de las inspecciones externas“.

El DCOR es de carácter voluntario y puede estar oficialmente reconocido por la Subdirección General de Normativa y Estudios Técnicos del Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana u otro órgano directivo con competencias en el ámbito de la edificación o de la obra pública y perteneciente a la Administración Pública de cualquier Estado miembro de la Unión Europea, de Turquía o de cualquiera de los Estados firmantes del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo.

Sin embargo, es importante resaltar que en los productos con marcado CE, los DCOR no podrán certificar la conformidad con las prestaciones declaradas en lo que respecta a las características esenciales cubiertas por la norma armonizada, ni tampoco con las prestaciones de ninguna característica esencial relacionada con los requisitos básicos incluidos en el anexo I del Reglamento (EU) 305/2011, de 9 de marzo de 2011.

A continuación hemos representado en un mapa conceptual las características relevantes del DCOR (Figura 2).

 

Figura 1. Distintivo de calidad oficialmente reconocido (DCOR). Imagen: V. Yepes.

Os dejo a continuación el Artículo 18 del Código Estructural para su consulta.

Artículo 18. Garantía de la conformidad de productos y procesos de ejecución, distintivos de calidad.

La ejecución de la estructura se llevará a cabo según el proyecto y las modificaciones autorizadas y documentadas por la dirección facultativa. Durante la ejecución de la estructura se elaborará la documentación que reglamentariamente sea exigible y en ella se incluirá, sin perjuicio de lo que establezcan otras reglamentaciones, la documentación a la que hace referencia el Anejo 4 de este Código.

En todas las actividades ligadas al control de recepción, podrá estar presente un representante del agente responsable de la actividad o producto controlado (autor del proyecto, suministrador de hormigón, suministrador de las armaduras elaboradas,
suministrador de los elementos prefabricados, constructor, etc.). En el caso de la toma de muestras, cada representante se quedará con copia del acta correspondiente. Cuando se produzca cualquier incidencia en la recepción derivada de resultados de ensayo no conformes, el suministrador y en su caso, el constructor, tendrá derecho a recibir una copia del correspondiente informe del laboratorio y que deberá ser facilitada por la dirección facultativa.

La conformidad de los productos y de los procesos de ejecución respecto a las exigencias básicas definidas por este Código, requiere que satisfagan con un nivel de garantía suficiente un conjunto de especificaciones.

De forma voluntaria, los productos y los procesos pueden disponer de las garantías necesarias para que se cumplan los requisitos mínimos contemplados en este Código, mediante la incorporación de sistemas (como por ejemplo, los distintivos de calidad) que
avalen, a través de las correspondientes auditorías, inspecciones y ensayos, que sus sistemas de calidad y sus controles de producción, cumplen las exigencias requeridas para la concesión de tales sistemas. Dichos sistemas deberán ser coherentes con las consideraciones especiales contempladas en este Código, con el fin de que el índice de fiabilidad de la estructura sea al menos el mismo, independientemente de los materiales que utilice.

A los efectos de este Código, dichas garantías pueden demostrarse por cualquiera de los siguientes procedimientos:

a) mediante la posesión de un distintivo de calidad oficialmente reconocido (DCOR) concedido a un organismo de certificación acreditado conforme al Reglamento (CE) N.º 765/2008 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de julio,
b) en el caso de productos fabricados en la propia obra o de procesos ejecutados en la misma, mediante un sistema equivalente validado y supervisado bajo la responsabilidad de la dirección facultativa, que asegure que el índice de fiabilidad de la estructura es al menos el mismo.

Este Código contempla la aplicación de ciertas consideraciones especiales en la recepción para aquellos productos y procesos que presenten las garantías necesarias para su cumplimiento mediante cualquiera de los dos procedimientos mencionados en el párrafo anterior.

El control de recepción tendrá en cuenta las garantías asociadas a la posesión de un distintivo, siempre que este cumpla unas determinadas condiciones. Así, tanto en el caso de los procesos de ejecución, como en el de los productos que no requieran el marcado CE según el Reglamento (UE) N.º 305/2011, de 9 de marzo de 2011, este Código permite aplicar unas consideraciones especiales en su recepción, cuando ostenten un distintivo de calidad de carácter voluntario que esté oficialmente reconocido por la Subdirección General de Normativa y Estudios Técnicos del Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana u otro órgano directivo con competencias en el ámbito de la edificación o de la obra pública y perteneciente a la Administración Pública de cualquier Estado miembro de la Unión Europea, de Turquía o de cualquiera de los Estados firmantes del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo.

Lo dispuesto en el párrafo anterior será también de aplicación a los productos de construcción fabricados o comercializados legalmente en un Estado que tenga un acuerdo de asociación aduanera con la Unión Europea, cuando ese acuerdo reconozca a esos productos el mismo tratamiento que a los fabricados o comercializados en un Estado miembro de la Unión Europea.

De acuerdo al apartado 4.1, en el caso de los productos con marcado CE, los distintivos de calidad oficialmente reconocidos no podrán certificar la conformidad con las prestaciones declaradas en lo que respecta a las características esenciales cubiertas por la norma armonizada, ni tampoco con las prestaciones de ninguna característica esencial relacionada con los requisitos básicos incluidos en el anexo I del Reglamento (EU) 305/2011, de 9 de marzo de 2011.

18.1 Procedimiento de reconocimiento oficial de distintivos de calidad.

El reconocimiento oficial del distintivo se desarrollará conforme al procedimiento que establezca la Administración reconocedora de cualquier Estado miembro de la Unión Europea, de Turquía o de cualquier Estado de la Asociación Europea de Libre Comercio
signatario del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo.

En el caso de los reconocimientos de distintivos por parte del Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, se aplicará el siguiente procedimiento.

Estarán legitimados para presentar las solicitudes de reconocimiento oficial de un distintivo de calidad, los organismos de certificación acreditados conforme a los apartados de este Código que le sean de aplicación y a la norma UNE-EN ISO/IEC 17065 según el Reglamento (CE) N.º 765/2008, del Parlamento Europeo y del Consejo de 9 de julio, por el que se establecen los requisitos de acreditación y vigilancia del mercado relativos a la comercialización de productos.

Las solicitudes deberán acompañarse de al menos la siguiente documentación:

a) Memoria explicativa y justificativa de la solicitud.
b) Reglamento regulador del distintivo en donde se definan las garantías particulares, procedimiento de concesión, régimen de funcionamiento, requisitos técnicos y reglas para la toma de decisiones. En cualquier caso, dicho reglamento incluirá la declaración explícita del cumplimiento del contenido de este Código.
c) Cualquier otra documentación que la Administración reconocedora establezca o considere necesaria en relación al ámbito de certificación en el que se desarrolle el distintivo.

La Administración reconocedora podrá recabar los informes o dictámenes de los expertos por ella designados, en función de las características de la certificación cuyo reconocimiento se solicita.

Para mayor difusión y comodidad en el acceso de la información por parte de los usuarios, cualquier Administración reconocedora de las contempladas en los párrafos anteriores para el reconocimiento oficial de un distintivo de calidad, podrá solicitar la publicación de los distintivos por ellas reconocidas en las páginas web de las Comisiones Permanentes que proponen este Código, creadas a tal efecto.

Si la resolución de la Administración reconocedora fuese desfavorable al reconocimiento, la finalización del procedimiento se produciría con la comunicación al solicitante.

La enmienda o retirada del reconocimiento oficial del distintivo podrá ser realizada a instancia o de parte, para lo cual se iniciará el procedimiento mediante la oportuna solicitud y se regirá conforme a los mismos trámites que para su reconocimiento.

La Administración reconocedora vigilará la correcta aplicación de los distintivos, por lo que podrá participar en todas aquellas actividades que se consideren relevantes para el correcto funcionamiento del distintivo así como asistir a las inspecciones que realicen los servicios de inspección correspondientes a las instalaciones que ostenten el distintivo de calidad, para verificar la correcta actuación de estos en la supervisión de las características técnicas de los productos y la adecuación del control interno sobre su producción.

Si se detectase alguna anomalía en estos procedimientos, la Autoridad reconocedora podrá incoar un expediente y podrá suspender el reconocimiento, comunicando previamente la propuesta de retirada al solicitante con el objeto de que pueda formular alegaciones. La validez del reconocimiento quedará condicionada durante el período de validez, al mantenimiento de las condiciones que los motivan.

18.2 Distintivos de calidad concedidos por entidades de certificación en otros Estados.

No será necesaria la declaración explícita requerida en el punto b) del apartado 18.1, si una entidad de certificación de otro Estado miembro de la Unión Europea, de Turquía o de cualquiera de los Estados firmantes del Acuerdo sobre el Espacio Económico Europeo, evalúa la conformidad respecto a cualquier norma o reglamento que, manteniendo al menos las garantías necesarias para verificar un nivel similar de calidad del producto o proceso y de sus características técnicas, demuestre que se cumplen los requisitos de seguridad estructural contemplados en este Código.

También resulta de interés recoger el comentario que se hace al respecto de este artículo:

“En el caso de los productos o procesos (como por ejemplo, el hormigón) que presentan un nivel de garantía adicional de acuerdo con el articulado y se fabrican o desarrollan, según el caso, a partir de otros productos (como por ejemplo, cementos) susceptibles de estar también en posesión de distintivos de calidad, la utilización de estos permite una mejora en la trazabilidad global y facilita la consecucion de los niveles adicionales de garantía en los productos finales.

En el caso de que se realicen ensayos o comprobaciones experimentales sobre cualquier producto o proceso que esté en posesión de un distintivo oficialmente reconocido y de los resultados de ensayos realizados pueda confirmarse una no conformidad del producto respecto a lo establecido en este Código, la dirección facultativa notificará dicha circunstancia al Organismo emisor del distintivo y a la Administración que hubiera efectuado el reconocimiento”.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La calidad en el Código Estructural

La aparición del Código Estructural, aprobado por el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, supone ciertas novedades en el ámbito de la construcción de nuestro país. Independientemente de la pertinencia de esta nueva norma en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. En este nuevo contexto, vamos a revisar de forma somera cómo se trata la calidad de las estructuras. Para ello tengamos en cuenta que el Código Estructural presenta cuatro títulos: Bases generales, Estructuras de hormigón, Estructuras de Acero y Estructuras mixtas; además de 32 Anejos, un total de 1789 páginas del Boletín Oficial del Estado.

La palabra “calidad” aparece en el nuevo código un total de 458 veces, frente a las 213 apariciones que tuvo en la anterior Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Este aumento se debe a la inclusión de las estructuras de acero y mixtas en el nuevo código. No obstante, conviene recordar que el concepto de calidad no se circunscribe exclusivamente a lo que se entiende como “control de calidad”, ya sea de recepción o de proceso, sino que va más allá, incluyendo aspectos relacionados con el aseguramiento de la calidad de las organizaciones. Con todo, si entendemos como calidad el enfoque técnico de Crosby como el cumplimiento de las especificaciones de un producto o servicio, entonces todo el Código sería objeto del concepto de calidad. Es por ello que vamos a restringir la perspectiva a aquellos aspectos al que la nueva norma se refiere cuando aparece el término calidad en su articulado.

Una lectura en diagonal del Código ya nos indica que hay una gran dispersión de los conceptos relacionados con la calidad. Nos encontramos aspectos relacionados con exigencias de calidad medioambiental en la ejecución mezclados con otros relacionados con las condiciones de suministro, las garantías de calidad y el control de la recepción. Se intercalan aspectos relacionados con la responsabilidad en la gestión de la calidad con otros relacionados con el control. Resulta evidente la confusión de conceptos como “gestión de la calidad”, “garantía de la calidad” o “control de la calidad” a lo largo del texto. Hubiera sido interesante aclarar estos conceptos en el Capítulo 5 Bases generales para la gestión de la calidad de las estructuras. De todas formas, la Tabla 17.1 nos ilumina con cierto orden, al menos, en lo relacionado con la conformidad en el control del proyecto, de los productos, de la ejecución de la estructura y de la estructura terminada.

Tabla 17.1 Definición de tipos de conformidad

Sin entrar en más detalles, sí que se detecta un cambio en el control de calidad de la ejecución respecto a la EHE-08. Mejora la trazabilidad, modifica las condiciones de fabricación y armoniza diversas nomenclaturas españolas a las europeas. Estos cambios afectan a los propios lotes, los lotes de ensayos de resistencia, las unidades de inspección y su frecuencia, etc. Los cambios tratan de diferenciar mejor los elementos estructurales y sistemas constructivos. Destaca asimismo la diferencia de los puentes respecto al resto de estructuras y una atención especial a las estructuras de baja complejidad. Cabe destacar el Anejo 4 Documentación de suministro y control de los productos recibidos directamente en obra, que explica muy claramente toda la documentación para los productos recepcionados en obra antes, durante y al finalizar su suministro.

Por otra parte, se sustituyen las menciones a la Directiva 89/106/CEE del Consejo, de 21 de diciembre de 1988, relativas a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros sobre los productos de construcción, que se contenían en la reglamentación vigente, por las del Reglamento (UE) nº 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de marzo de 2011, por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo. También desaparece el concepto de idoneidad al uso de los productos con marcado CE y se sustituye por la presunción de veracidad de la declaración de prestaciones del producto por parte del fabricante. La declaración de prestaciones deberá cumplir las especificaciones del citado Reglamento (UE) nº 305/2011.

Resulta también de interés el refuerzo que hace el Código respecto a las consideraciones que deben aplicarse para los productos controlados en fábrica, entre los que se encuentran los prefabricados, con el añadido de la existencia de un organismo certificador externo que lo valide. Asimismo, se avanza en la posibilidad de que el fabricante pueda obtener de forma voluntaria un Distintivo de Calidad Oficialmente Reconocido (DCOR) que implique el cumplimiento de una serie de requisitos adicionales a los que establecen las normas armonizadas. Ello permite ventajas que ya venían de la EHE-08, entre las que destacan la máxima reducción posible de los coeficientes de seguridad de los materiales, hasta 1,35 en hormigón y hasta 1,10 en acero. Esto es de gran interés, por ejemplo, para prefabricados de hormigón certificados con un DCOR, siempre que se cumplan además otra serie de consideraciones.

Otro aspecto destacable es la estrecha relación que existe entre este nuevo Código Estructural y el Real Decreto 163/19, por el que se aprueba la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, de forma que existe ahora una correcta correlación entre la producción y la puesta en obra del hormigón.

Os dejo a continuación una mapa conceptual, que utilizo yo en mis clases, y que simplifica de alguna forma los aspectos relacionados con la calidad de las estructuras.

Control de ejecución de las estructuras. Elaboración: V. Yepes

También os dejo unos vídeos explicativos del Colegio de Ingenieros Técnicos de Obras Públicas de Aragón sobre el tratamiento de la calidad en el nuevo Código Estructural. Espero que os sean de utilidad.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.;

¿Qué factores afectan en mayor medida a la resistencia a la fatiga en los aceros?

Figura 1. Curva S-N representativa. https://es.wikipedia.org/wiki/Fatiga_de_materiales

Los esfuerzos cíclicos o repetitivos sobre componentes metálicos, y en especial en el acero, provocan roturas a tensiones mucho menores que aquellas que se podían esperar al aplicar un único esfuerzo estático. Este tipo de fallos se conocen como fallos por fatiga. La historia de la fatiga en los materiales viene ligada al desarrollo de la máquina de vapor de Watt, inicio de la Revolución Industrial.

Para conocer el comportamiento de los metales a la fatiga, se somete una probeta a esfuerzos cíclicos hasta rotura y se representa dicho ensayo en una curva SN, también llamada curva de Wöhler. En dicha curva S es la tensión y N el logaritmo del número de ciclos hasta la rotura. En estas curvas (Figura 1), en determinados metales como el acero, la curva S-N se estabiliza a partir de un valor de tensión determinado. A este límite se denomina límite de fatiga o resistencia a la fatiga y se alcanza para valores de N entre 106 y 1010 ciclos.

Muchas aleaciones férreas presentan un límite de fatiga de, aproximadamente, la mitad de su resistencia a tracción, mientras que aleaciones no férreas como las de aluminio, suele decirse que no presentan límite de fatiga y su resistencia a la fatiga es del orden de un tercio de la resistencia a tracción.

Sin embargo, lo que ahora nos interesa es conocer qué factores son los que más afectan a la resistencia a la fatiga de los metales, y en particular, de los aceros. Es evidente que la composición química del metal influye, pero hay otros factores que hay que tener muy en cuenta:

  • Concentración de tensiones: Las entallas, orificios, hendiduras o cambios bruscos en la sección transversal disminuyen fuertemente la resistencia a la fatiga. Se deben realizar diseños que eviten esta concentración de tensiones.
  • Rugosidad superficial: Un acabado liso del acabado superficial de la probeta incrementa la resistencia a la fatiga. Contrariamente, las superficies rugosas provocan concentración de tensiones.
  • Estado superficial: La mayor parte de los fallos por fatiga se originan en la superficie del metal, por lo que tratamientos de endurecimiento superficial, que endurecen la superficie, mejoran la resistencia a fatiga. En cambio, la descarbonatación, que ablanda la superficie de un acero tratado térmicamente, disminuye dicha resistencia.
  • Medio ambiente: Un ambiente corrosivo acelera la velocidad en la que se propaga la fisura por fatiga. A este fenómeno se le denomina corrosión por fatiga.

Os dejo a continuación un vídeo donde se muestra un ensayo a fatiga del acero.

En este otro vídeo se explica el ensayo a fatiga.

Os dejo a continuación una publicación de ITEA (Instituto Técnico de la Estructura en Acero) que trata del diseño para la fatiga.

Descargar (PDF, 6.17MB)

Referencias:

SMITH, W.F. (2004). Ciencia e Ingeniería de Materiales. 3ª edición, McGraw Hill, 570 pp.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Las dificultades asociadas a las vigas Vierendeel y su rotura frágil

Jules Arthur Vierendeel (1852-1940). https://es.wikipedia.org/wiki/Jules_Arthur_Vierendeel

Los entramados en bastidor, también llamados Vierendeel, surgieron de la patente de 1897 de una viga reticulada que lleva el nombre de su creador, el ingeniero belga Jules Arthur Vierendeel (1852-1940). La viga Vierendeel tiene una forma de celosía ortogonal que presenta la ventaja de prescindir de las tradicionales diagonales. Esta característica obliga a rigidizar fuertemente los nudos, estando sometidas sus barras a esfuerzos flectores y cortantes, además de los esfuerzos axiles. La tipología de la estructura presenta ventajas como la de permitir el paso a su través, ya sea de personas o de conducciones, facilitando también la colocación de carpinterías en edificación.

En el caso de los puentes, los de este tipo se hicieron muy populares en el primer tercio del siglo XX, existiendo un buen número de ejemplos en Bélgica y en el antiguo Congo Belga. El primer puente de estas características se construyó en Avelgem, Bélgica, en 1902. En España, por ejemplo, tenemos un ejemplo en Riera de Caldas, terminado en 1933.

 

Vigas Vierendeel en el teatro Alla Scala de Milán. https://www.e-zigurat.com/blog/es/ejemplos-estructurales-aplicacion-vigas-vierendeel/
Puente Hafe vu Léck. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_Vierendeel

Sin embargo, esta tipología no está exenta de dificultades relacionada con la tenacidad del acero y la mecánica de fractura. Un ejemplo es el colapso del puente Vierendeel de Hasselt, sobre el canal Alberto, en Bélgica, en 1938. Este desastre ocurrió con una temperatura de -20ºC. Se trataba de un puente metálico soldado donde, al desaparecer las diagonales de la celosía, se debía reforzar los cordones y montantes. Pero lo más importante, la ejecución de los nudos soldados requiere de una delicadeza y cuidado máximos. En efecto, estos nudos soldados fueron el origen de sonados desastres como el descrito debido a que con las bajas temperaturas del invierno y con cierta sobrecarga, se produce con cierta facilidad la rotura frágil del acero si no se concibe y ejecuta los innumerables detalles asociados a la soldadura.

Otra dificultad añadida es su deformabilidad frente a otras tipologías de celosías trianguladas. Por ejemplo, para una pasarela de 60 m, la flecha de una viga Vierendeel es unas 10 veces mayor que el resto. Aproximadamente del orden de Luz/100, mientras que en las celosías son menores que Luz/1000.

Sin embargo, hoy día existe cierta tendencia en arquitectura en utilizar este tipo de estructura sin informar claramente sobre las dificultades de esta tipología, muy tentadora, como nos comenta Javier Rui-Wamba en su libro “Teoría unificada de estructuras y cimientos. Una mirada transversal“.

Os dejo a continuación un vídeo sobre la construcción con vigas Vierendeel en el Centro Cultural Nestor Kirchner, en Buenos Aires (Argentina).

En este otro vídeo, donde unos estudiantes rompen un modelo reducido de viga Vierendeel, vemos la gran deformabilidad de esta estructura.

Un ejemplo arquitectónico singular fue la construcción de las Torres Gemelas, donde se recurrió a la viga Vierendeel y a un sistema invertido de estructura.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La Guerra de Crimea, Bessemer y el acero estructural

Sir Henry Bessemer (1813-1898). https://es.wikipedia.org/wiki/Henry_Bessemer

No es casual que un conflicto bélico y el despegue de la industria armamentística provoquen crisis de calado que acelera y transforma, paradógicamente, la calidad de vida en muchos países. La Guerra de Crimea (1853-1856) empezó y concluyó en medio de una auténtica revolución debida a Sir Henry Bessemer. Fue este ingeniero inglés el que, hacia 1855, descubrió en Inglaterra la posibilidad de afinar el arrabio procedente de los altos hornos, patentando el proceso ese mismo año. Eso cambió profundamente la industria armamentística, pero también la civil, con la construcción de barcos, ferrocarriles, edificios industriales y puentes. Fue el inicio de la Era del Acero.

Pero vayamos por partes. La Guerra de Crimea enfrentó al Imperio ruso y al reino de Grecia contra una coalición formada por el Imperio otomano, Francia, Gran Bretaña y el reino de Cerdeña. El origen de la guerra puede encontrarse en la decadencia del Imperio otomano y el expansionismo ruso, que acrecentaron el temor de Francia y Gran Bretaña de que el Imperio otomano se desmoronase y pasase a ser un vasallo ruso. El conflicto terminó con la derrota de Rusia. Se puso fin al orden europeo surgido del Congreso de Viena, resurgió Francia como potencia, el Imperio austríaco entro en declive y Rusia empezó reformas como la abolición de la servidumbre y cambios en la estructura, reclutamiento y entrenamiento de su ejército. Pero lo que más nos interesa en este artículo es resaltar que la de Crimea fue la primera guerra moderna que utilizó nuevas tecnologías como el ferrocarril, el barco de vapor, el telégrafo, la fotografía y una nueva generación de fusiles. “Agua, sol y guerra en Sebastopol” es un viejo dicho de los agricultores castellanos con motivo de la Guerra de Crimea. El agua y el sol multiplicaban las cosechas y la guerra cerraba la salida del trigo de las estepas ucranianas y rusas cuando se bloqueaba  el puerto de Sebastopol. Esta guerra propició  la subida del precio del cereal español y era motivo de alegría de sus agricultores.

En plena Guerra de Crimea, Inglaterra buscaba producir acero más resistente y en grandes cantidades, pues algunos cañones no resistían el calibre de determinados disparos. A Bessemer se le ocurrió insuflar aire a través del baño fundido en los recipientes o convertidores asociados a su nombre. La revolución tecnológica ocurrió en ese mismo momento. Los altos hornos eran capaces de producir arrabio, fundición líquida de las menas del hierro, pero con el inconveniente de presentar contenidos de carbono entorno al 4%. Este arrabio, una vez enfriado, daba lugar a un material de gran dureza pero muy frágil, que solo era apto para moldear piezas de fundición. Pero la inyección de aire presurizado por el fondo del alto horno provocaba la reducción por oxidación del carbono, el silicio y el fósforo del arrabio, dando lugar a la producción del acero en cantidades industriales, con un contenido en carbono inferior al 0,25%. Con su innovación, solo en 25 minutos se podía convertir 25 toneladas de hierro en acero.

Convertidor Bessemer, Kelham Island Museum, Sheffield, Inglaterra (2002). https://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Thomas-Bessemer

Este nuevo proceso productivo disparó la demanda de acero en cantidad y calidad, especialmente con el ferrocarril de la época. Hoy día existen procedimientos más eficientes que los convertidores Bessemer, como los convertidores de oxígeno y los hornos eléctricos. Pero la revolución fue imparable. El acero de calidad permitió una auténtica revolución en la construcción con este nuevo material, el acero estructural.

Hoy en día, los convertidores de oxígeno y los hornos eléctricos acaparan la producción mundial de acero. Se vierte el material en lingoteras de fundición para introducirse en trenes de laminación que conforman, por etapas, chapas, carriles y perfiles laminados. La introducción de sistemas continuos de laminación está eliminado las lingoteras, simplificando los procesos y facilitando la aplicación de los tratamientos térmicos.

En este vídeo os dejo una breve semblanza de Bessemer y su invención.

Os dejo varios vídeos de producción del acero.

 

 

Vigas armadas híbridas de acero

Figura 1. Viga armada de acero. https://www.renedometal.es/

Las vigas armadas son estructuras de acero están compuestas por placas soldadas entre sí que conforman sus alas y almas, añadiéndose rigidizadores transversales y longitudinales allí donde sea necesario. El uso de este elemento estructural es habitual en grandes luces o con cargas importantes, donde las vigas laminadas no pueden absorber las tensiones que se originan. Es habitual su empleo en edificación para grandes lucen y también en puentes metálicos para salvar vanos entre 18 y 300 m. En el caso de puentes de ferrocarril o siempre que existan grandes cargas, este tipo de vigas compiten económicamente para luces entre 15 y 45 m (Marco, 1997).

Un caso muy habitual es la construcción de puentes metálicos mediante las técnicas de lanzamiento o empuje. Durante estos procesos, la viga se encuentra sometida a altos niveles de esfuerzos cortantes y de cargas concentradas. Otra fase crítica en la construcción de puentes metálicos mixtos es el vertido de hormigón en los tableros, momento en el que las vigas soportan una carga elevada, hasta que el hormigón endurece y es capaz de soportar sus esfuerzos.

Figura 2. Viga de lanzamiento utilizada en la construcción de un puente sobre el río Colastiné. https://jornadasaie.org.ar/jornadas-aie-anteriores/2014/contenidos/trabajos/005.pdf

La geometría de estas vigas suele hacerse a medida, soldando chapas de acero, que dan lugar a secciones en doble T o en cajón. No obstante, la sección doble T suele ser la más habitual, pues normalmente es la más económica al requerir menos soldaduras, pudiéndose ejecutar éstas de forma automática. No obstante, la sección doble T presenta una menor resistencia a flexiones transversales y a la torsión, en comparación con las secciones en cajón. Además, si las alas son excesivamente esbeltas, se puede presentar una pérdida significativa de su eficacia.

Una forma de reducir el canto de las vigas armadas es emplear aceros de alta resistencia en las partes más solicitadas, que normalmente son las alas en la flexión de la viga. En el alma podría utilizarse un acero de un límite elástico menor, pues su misión principal es absorber el cortante. A este tipo de vigas que utilizan diferentes límites elásticas de acero en las chapas de alas y alma, se denominan vigas armadas híbridas.

El uso de aceros de alto o muy alto límite elástico deben cumplir con determinadas características de dureza ductilidad y soldabilidad para evitar roturas frágiles. En Europa se utilizan aceros de alto límite elástico (HSS) desde los 460 hasta los 690 MPa, que aunque no son ampliamente utilizados. No obstante, en otros países como Japón, Estados Unidos o Suecia, se utilizan estos aceros HSS desde hace varias décadas.

Según Chacón (2014), la investigación realizada sobre las vigas híbridas comenzó en la década de los 60-70 con el foco puesto en la investigación experimental. Durante la década de los 80-90 bajó el interés en este campo, pero en la década de los 2000, se relanzó la investigación, tanto experimental como numérica.

La ventaja de las vigas armadas híbridas es la disminución del espesor de las chapas de mayor límite elástico, lo cual supone una reducción de peso por unidad de longitud de la sección transversal, sin que ello disminuya el canto de la pieza (Chacón, 2014). Sin embargo, la reducción del espesor puede acarrear la disminución de la capacidad de la sección ante otros fenómenos, como es el caso de la inestabilidad. Se debe garantizar un buen comportamiento de las vigas a cortante, estudiando su inestabilidad, a cargas concentradas y a pandeo lateral. Por tanto, nos encontramos ante un caso de optimización de gran interés.

En el siguiente vídeo podemos observar la fabricación de una viga carrilera de 50 toneladas.

En este otro vídeo podemos ver el resumen de una campaña de ensayos sobre vigas armadas híbridas de acero realizada en la UPC.

Referencias:

CHACÓN, R. (2014). Vigas armadas híbridas de acero. Estado del conocimiento. Revista Ciencia e Ingeniería, 35(2):95-102.

CHACÓN, R.; ROJAS-BLONVAL, J. E. (2015). Evaluación de la resistencia a abolladura por cortante de vigas armadas híbridas de acero según la norma venezolana COVENIN 1618:1998. Informes de la Construcción, 67(538): e075, doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.13.111.

MARCO, J. (1997). Fundamentos para el cálculo y diseño de estructuras metálicas de acero laminado. Comportamiento del material y esfuerzos básicos. McGraw Hill, Madrid.

TERREROS, A. (2014). Estudio de la interacción flector cortante en vigas híbridas de acero. Tesis de máster, Universitat Politècnica de Catalunya.

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Composición y propiedades del acero

Histórico horno Bessemer. Wikipedia

El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0% se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas. El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

A continuación os voy a pasar unos vídeos al respecto que espero os sean útiles.

Composición del acero. Tipos más comunes, Comercialización de algunos materiales hechos con acero

Propiedades físicas, térmicas y ópticas del acero.

Propiedades mecánicas y tecnológicas del acero, corrosión.

Pilotes metálicos hincados

Figura 1. Hinca de pilote metálico. Fuente: http://codocsa.com/proyectos/

Los pilotes de acero presentan secciones pequeñas que producen poco desplazamiento del suelo durante la hinca, y por tanto, una modificación pequeña de la tensión del suelo contiguo. La hinca suele realizarse mediante el golpeo de la cabeza del pilote, protegido mediante un sombrerete que amortigua los golpes de la maza. Sin embargo, en suelos muy sueltos a veces se utiliza la inyección hidráulica o la vibración.

En función de la sección, los pilotes de acero hincados se clasifican normalmente en tres tipos:

  • Perfiles circulares: Son tubos de 0,20 a 1,00 m y longitudes de 10 a 15 m que se unen por soldadura, una vez colocados en la obra. Se pueden hincar con o sin tapa en la punta, pudiéndose rellenar posteriormente de hormigón, en cuyo caso remitimos a los pilotes de desplazamiento con tubo perdido.
  • Perfiles en H: Son secciones abiertas muy resistentes a compresión y flexión (ver Figura 1), por lo que absorben bien esfuerzos horizontales como los sismos. Resiste mejor los impactos del martinete que otras secciones y superan fácilmente los estratos duros, en parte porque desalojan poco material. A veces forman parte de pilotes entubados rellenos de hormigón.
  • Perfiles tubulares: Formados por chapas de acero soldada o machihembrada (ver Figura 2), que forman un cajón de secciones diversas (tablestacas). Se emplean con su extremo inferior abierto o cerrado; en este último caso se trata de una entubación perdida que se rellena de hormigón.
Figura 2. Ejemplos de secciones transversales de tablestacas de acero. Fuente: EN-UNE 12699

A continuación dejamos un vídeo donde se puede ver la hinca de perfiles metálicos con martillo hidráulico.

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

 

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

El acero como material estructural

Se define como acero estructural al producto de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. Tal y como indica el Real Decreto 751/2011 de 27 de mayo, por el que se aprueba la Instrucción de Acero Estructural (EAE), “las estructuras destinadas a obras de ingeniería civil y de edificación construidas en acero, junto con las realizadas en hormigón y las ejecutadas conjuntamente en acero y hormigón, constituyen la inmensa mayoría de las estructuras existentes construidas en el último siglo y de las nuevas que se proyectan actualmente en nuestro país“.

El acero se obtiene a través de un proceso industrial complejo. Existen, por tanto, en el mercado una gran variedad de aceros disponibles para su empleo en las estructuras, definidos por su forma y calidad, y su transformación por las técnicas habituales de corte y unión. Por ello es importante que el ingeniero estructural tenga en cuenta cómo se fabrica el material, los requisitos para su uso en proyecto y sus aplicaciones. Además de las propiedades mecánicas, tales como el esfuerzo de fluencia y la resistencia a la tensión, es importante considerar la ductilidad y la resistencia a la fractura, así como la composición química, la metalurgia y la soldabilidad. Con carácter general, las clases de acero utilizables en estructuras para perfiles y chapas, son aceros laminados en calientes, aceros con características especiales y aceros conformados en frío.

A continuación os dejo un vídeo educativo de la profesora Arianna Paola Guardiola, de la Universitat Politècnica de València, donde se explica en 9 minutos las clases y tipos de acero estructural, las secciones de acero laminado y su uso y se indican aplicaciones prácticas. Espero que os sea de interés.

 

 

 

 

¿Cuáles son los coeficientes de seguridad de los materiales de un encofrado?

https://pl.m.wikipedia.org/wiki/Plik:Cassaforma_rampante_Destil.jpg

Los encofrados están formados por una composición de distintos materiales que, trabajando de forma conjunta, sirven como molde para el hormigón en estado fresco. En la Norma UNE 180201:2016 “Encofrados. Diseño general, requisitos de comportamiento y verificaciones“, se recogen los requisitos que deben cumplir dichos materiales.

Tanto el fabricante del material, como el fabricante de los elementos constitutivos de los encofrados, deben garantizar, mediante los ensayos correspondientes, las características mecánicas que expresan características resistentes de dichos materiales y del propio encofrado en su conjunto, mediante valores característicos obtenidos con un percentil del 5%.

Esos valores característicos se minoran con coeficientes (γM) de ponderación, para cada uno de los materiales, cuando se realizan los cálculos correspondientes al dimensionado de los elementos constitutivos de los encofrados.

  • En el caso del acero, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1993-1-1: “Proyecto de estructuras de acero. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 3). Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,05, salvo en tirantes y uniones, donde γM=1,25. Estos coeficientes se pueden ajustar con el nivel de constatación de la calidad de las características del material. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, γM=1,00.
  • En el caso del aluminio, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1999-1-1: “Proyecto de estructuras de aluminio. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 9). Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,10, salvo en tirantes y uniones, donde γM=1,25. Estos coeficientes se pueden ajustar con el nivel de constatación de la calidad de las características del material. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, γM=1,00.
  • En el caso de la madera, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1995-1-1: “Proyecto de estructuras de madera. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 5). La madera debe cumplir con una clase de duración corta y una clase de servicio 3. Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,30, sobre el que hay que aplicar el coeficiente  kmod con el valor indicado en dicha norma según el tipo y condiciones de madera utilizada. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, el valor del módulo de elasticidad a emplear es el valor medio Emedio sin ponderar, es decir,  γM=1,00.

 

En el caso de materiales compuestos, no existen normas disponibles. En este caso, el fabricante debe garantizar las características mecánicas del material compuesto, obtenidas mediante ensayos, mediante valores característicos obtenidos con un percentil del 5%.