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.
