El acero más resistente no siempre es el mejor ante sismos

 En Colombia el acero que refuerza los muros de miles de viviendas se fabrica para ser más resistente. Sin embargo, un ingeniero civil demostró que esa resistencia también puede hacer que se deforme menos antes de romperse, y en un terremoto esa capacidad de deformarse sin fracturarse es tan importante como la fuerza misma, por eso es crucial que tanto los fabricantes como las constructoras y los expertos evalúen los métodos de soldadura y fabricación adecuados en el material para disminuir posibles riesgos.

En el país, los edificios de 5 pisos o más suelen emplear muros de concreto reforzado como sistema estructural principal. Estos elementos no solo dividen espacios, sino que además soportan cargas verticales y resisten fuerzas laterales generadas por el viento o los sismos. Según el Servicio Geológico Colombiano, cada día se registran en el territorio nacional alrededor de 80 sismos, los cuales, aunque muchas veces son imperceptibles para las personas, con el paso del tiempo pueden acumular efectos sobre las estructuras de las viviendas.

El concreto presenta una alta resistencia a la compresión (hasta 210 kg/cm² en una vivienda tradicional), pero es limitado frente a esfuerzos de tracción, es decir cuando se estira o se separa. Para compensar esta debilidad se incorpora acero como refuerzo, una aleación de hierro y carbono que resiste los esfuerzos de tensión (hasta 5.500 kg/cm²) y aporta capacidad de deformación al sistema estructural, una propiedad indispensable para soportar movimientos sísmicos sin colapsar.

Durante el desarrollo de su investigación, el ingeniero civil Édgar Nicolás Fuentes Alfonso, magíster en Ingeniería – Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), observó que las barras corrugadas —tradicionalmente utilizadas en muros de concreto— han comenzado a sustituirse por mallas electrosoldadas de acero, que ya vienen unidas de fábrica y no requieren amarre manual, lo que incrementa la rentabilidad de los proyectos y reduce hasta en un 30 % los tiempos de construcción.

“No obstante, estas mallas electrosoldadas, que actúan como refuerzo interno del muro y contribuyen a su resistencia mecánica, pueden presentar diferencias significativas en su capacidad de deformación ante cargas sísmicas”, asegura.

Esta propiedad, conocida como ductilidad, se refiere a la capacidad de un material de deformarse considerablemente bajo tensión, sin fracturarse. Depende en gran medida del proceso de fabricación del alambre base, que generalmente se hace mediante dos métodos: la laminación en caliente o el trefilado en frío.

En el primer método el acero se funde hasta ponerse al rojo vivo y luego se moldea, y al enfriarse conserva una buena combinación entre fuerza y ductilidad. En el segundo el acero moldeado se estira a través de orificios denominados “dados”, cada vez más pequeños para reducir su diámetro; ese estiramiento lo hace más resistente y a nivel microscópico aumenta su dureza.

“Aunque a simple vista ambos aceros se ven iguales, cuando un muro se mueve por efecto de un terremoto la diferencia aparece: el reforzado con acero más dúctil se puede deformar mucho antes de romperse, mientras que el reforzado con acero frágil y con poco confinamiento se puede fracturar con menor deformación. Esa diferencia puede ser decisiva en un país sísmico como Colombia, dada su ubicación en una zona de interacción tectónica donde convergen las placas Nazca, Suramericana y del Caribe, lo que aumenta la probabilidad de estos movimientos telúricos”, explica el investigador.

Un laboratorio de acero

Para comprobar esta diferencia, el investigador llevó el estudio al Laboratorio de Materiales y Estructuras de la Facultad de Ingeniería de la UNAL.

Allí seleccionó mallas electrosoldadas producidas en Boyacá —el corazón de la industria siderúrgica del país—, con diámetros comerciales utilizados en vivienda de interés social (alambres entre 6 y 8,5 mm). Las de fabricación laminadas en caliente según la norma NTC 2043, y las trefiladas en frío según la norma NTC 5806. Luego tomó probetas de las barras corrugadas y grafiles, y probetas de la malla electrosoldada con dos uniones de soldadura.

Cada probeta de acero se puso en una máquina universal que la sujeta por ambos extremos y la estira lenta y controladamente, como si la jalara con fuerza creciente. Mientras el material se alarga, el equipo registra cuánta carga soporta, cuánto se estira y en qué momento deja de volver a su forma original; la prueba continúa hasta que el alambre se rompe, lo que permite medir no solo qué tan fuerte es, sino también qué tanto se puede deformar antes de fracturarse.

Cuando la prueba continuó hasta la rotura, el investigador notó que el acero fabricado con laminación en caliente se pudo estirar más antes de romperse: en las pruebas alcanzó deformaciones entre el 8 y 12 %. En cambio, el acero trefilado en frío se alargó bastante menos, y en algunos casos no superó el 3 %. Esa diferencia muestra que aunque el segundo es más resistente tiene menor capacidad para deformarse sin fracturarse, es decir, menor ductilidad.

A una escala micro

Pero el estudio no se limitó a las pruebas mecánicas. Para observar su estructura interna también se realizaron ensayos de microdureza —medición que permite evaluar la resistencia de un material a la deformación permanente a escala microscópica— y análisis metalográficos.

Bajo el microscopio —una técnica poco utilizada para evaluar la unión soldada de las mallas— el investigador evidenció que el trefilado en frío altera la estructura interna del material. Los granos microestructurales de perlita y ferrita se alargan en la dirección del estiramiento, una “memoria interna” que aumenta la dureza del acero pero reduce su capacidad de deformarse sin fracturarse.

Además, evaluó los puntos de soldadura donde se cruzan las barras o grafiles en la malla. Aunque allí hay cambios locales por efecto del calor, las pruebas indicaron que para las mallas estudiadas la soldadura no es la principal responsable del comportamiento global: la diferencia decisiva proviene del proceso previo de fabricación del acero.

“En 2024 se actualizó la normativa de fabricación para incluir el uso de las mallas electrosoldadas laminadas en caliente bajo la NTC 2043. En la actualización de la NSR se ha propuesto el uso de este tipo de mallas como refuerzo en muros estructurales, pero hasta ahora no se había estudiado el comportamiento mecánico de este material y los efectos por sus procesos de fabricación. Esta investigación ayuda a que los fabricantes, los diseñadores, las constructoras y los planificadores tengan información más precisa sobre el uso de este material para sus proyectos”, indica el experto.