El hierro y sus aleaciones son los habitualmente llamados metales ferrosos, cuyas propiedades cambian de forma significativa en presencia de pequeñas cantidades de aleaciones y ante el cambio de su estructura atómica, mediante el calentamiento y el enfriamiento.

Por: Ing. Adrián Gómez

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El acero, que es una aleación de carbono y hierro, se fabrica en diversos tipos mediante la variación del porcentaje de carbono que se añade al hierro fundido y el control de su enfriamiento, lo cual afecta la estructura del producto y por consiguiente sus propiedades.

Gracias a la aceptación universal de las especificaciones del ASTM, los materiales de las plantas de acero presentan características físicas y de calidad uniformes. Los perfiles, planchas y barras, que conforman la mayoría de los materiales usados como acero estructural, se hacen por hornadas o coladas.

Debido al uso de varios grados de acero, las especificaciones de la ASTM exigen que cada pieza de acero laminado en caliente sea identificada en forma apropiada, con informaciones de vital importancia, entre las que está incluido el número de la colada.

De acuerdo con la referida especificación, los aceros se dividen en diversos tipos, según los contenidos de carbono.

Dependiendo del tipo de acero empleado y de si son revestidas o no, las barras de refuerzo pueden especificarse para ceñirse a la normalización ASTM, como el acero de lingote (ASTM A615), acero de riel (A616), acero de eje (A617) acero de baja aleación (A706), revestido con epóxico (A775) o galvanizado (A767).

Las barras de refuerzo bajo la especificación ASTM A706 se emplean cuando las propiedades a tensión controlada son esenciales, por ejemplo, en el diseño sísmico. La especificación también incluye los requisitos para resaltar la ductilidad y facilidad de doblaje. Las barras de refuerzo que la cumplen pueden soldarse de acuerdo con los procedimientos especificados en el AWS (American Welding Society).

Las barras de acero que cumplen con ASTM A615, A616 y A617, no se producen para llenar los requisitos de soldabilidad.

Para Arcellor Mittal por el control de calidad para el acero se debe llevar por medio de procesos debidamente estandarizados, donde el mismo tratamiento se le da a un lote de producción de 100 toneladas como a uno de 3000 toneladas. Respecto de las resistencias del material, tampoco habrá variaciones en cuanto a los procedimientos aplicados, ya que el fabricante trabaja con una materia prima debidamente especificada y con procesos estandarizados para cada resistencia especificada por la norma. Así mismo, se cuenta con estadísticas de ensayos rutinarios que son realizados por personal calificado, con equipos debidamente calibrados y con modernas tecnologías, que permiten al fabricante garantizar la calidad de los productos.

Por su parte para Aceros Centro Caribe S.A. de Honduras, el control inicia desde el almacén de materia prima, realizando una separación de la palanquilla por su composición química, separando la materia prima en lotes y marcando con pintura de los siguientes colores los extremos de la palanquilla:

·        Amarillo palanquilla SAE 1045 para perfiles de 1 grado 60 pulgadas

·        Rojo palanquilla SAE 1043 para perfiles de 5/8 y ¾ de pulgada

·        Verde palanquilla SAE 1025 para perfiles grado 40

·        Sin color palanquilla SAE 1040 para perfiles grado 60

Las estructuras compuestas de hormigón armado y acero estructural se realizan cuando es necesario que el hormigón ayude a la estructura de acero a soportar las cargas.

Las barras de refuerzo se preparan mediante el corte a la longitud necesaria y la elaboración de los dobleces. A los planos de colocación en el campo y la lista de barras de refuerzo se llama detallar.

Para Aceros Cascante de Costa Rica aplicar un debido control de calidad es una cadena constante; inicia en el lugar donde se consigue el material, el proveedor debe dar garantía de su procedencia, entregar certificados de calidad y procedencia. La verificación del material se debe hacer por lotes de entrega tomando muestras de los diversos paquetes que se entregan, se debe llevar un estricto control de calidad de la mano con el fabricante, de ser posible, y verificar ductilidad, dureza, resistencia, maleabilidad y tenacidad.

Especificaciones de algunos aceros según ASTM

Fuente: ASTM Internacional

Acero para ganchos

Procesos como la fabricación o confección de ganchos, las tolerancias para dichas formas y la colocación del acero dentro de concreto armado están normados por el ACI. Un aspecto muy importante es las limitaciones de doblaje y soldadura, que tienen restricciones como:

·        Las barras deben doblarse sin calentarse, salvo autorización del profesional responsable.

·        Las barras parcialmente embebidas en el concreto no deben doblarse, a no ser que se cuente con el aval del profesional responsable.

·        No se permite la soldadura de barras que se cruzan (soldaduras de punta), sin la aprobación del ingeniero.

Un aspecto muy importante es el manejo de la corrosión que el acero sufre en presencia de oxígeno y agua, pero que se da en pocas ocasiones si falta alguno de ellos. Por ejemplo, el acero no se corroe en el aire seco y la corrosión es despreciable cuando la humedad relativa está dada por debajo del 70% de la humedad crítica a la temperatura normal. Es decir que este problema adquiere gravedad cuando el agua y el oxígeno están presentes en abundancia y se complementan con corrosivos químicos como sales solubles, ácidos, compuestos de limpieza y fundentes de soldadura.

En atmósferas secas ideales se forma una película transparente delgada de óxido de hierro, que protege al acero de una mayor oxidación. Cuando se expone al agua y el oxígeno en grandes cantidades, el acero se corroe a una velocidad del orden de 5 milésimas de pulgada de pérdida superficial de metal por año. Velocidades de corrosión excesivamente altas ocurren solo en presencia de electrolitos o químicos corrosivos.

Las primeras defensas contra la corrosión del acero en el concreto son la calidad del concreto y un adecuado recubrimiento alrededor de las barras de refuerzo. El concreto de buena calidad tiene una relación agua/cemento (A/C) baja, para disminuir la penetración de las sales de cloruro y el desarrollo de la carbonatación. Para reducir el ritmo de esta última, la relación A/C debe ser menor a 0,5 y menor a 0,4 para bajar la penetración de los cloruros.

Otros concretos

Los concretos con bajas relaciones A/C pueden ser producidos mediante:

·        El incremento del contenido de cemento.

·        La reducción del contenido de agua utilizando aditivos reductores y superplastificantes.

·        El uso de mayores cantidades de cenizas volantes, escorias u otros materiales cementantes.

Adicionalmente, deberá limitarse el uso de ingredientes del concreto que contengan cloruros que, dicho sea de paso, también están especificados en el ACI.

Se puede lograr una mayor resistencia a la corrosión mediante el empleo de aditivos. La microsílice, las cenizas volantes y las escorias de alto horno incrementan la permeabilidad del concreto a la penetración de iones de cloruro. Los inhibidores de la corrosión, tales como el nitrito de calcio, la previenen ante la presencia de los iones de cloruro. En todos los casos estos se añaden a un concreto con una relación A/C igual o menor a 0,45.

Los repelentes al agua reducen el ingreso de humedad y cloruros. Sin embargo el ACI, en la sección 222, indica que no son efectivos para lograr una protección a largo plazo. Partiendo del hecho de que un concreto de buena calidad ya posee una baja permeabilidad, sus beneficios adicionales no son tan significativos.

Otras técnicas de protección incluyen las membranas, los elementos catódicos, las barras de refuerzo recubiertas con resinas epóxicas y los selladores para el concreto, si son reaplicados cada 4 o 5 años.

El descaramiento de la superficie del concreto puede acelerar la corrosión del acero de refuerzo. Una planeación apropiada de las operaciones de acabados es necesaria para asegurarse de que el concreto no se descascare o fisure excesivamente.

Para la compañía Aceros de Guatemala un aspecto importante para la adherencia entre el acero y el concreto es que la corruga cumpla con las especificaciones de la norma ya que es la que en la superficie de la barra mejora la adherencia al concreto. Existen estudios cuyos resultados de los ensayos de adherencia apoyan que la capa de óxido formada sobre la superficie del acero favorece a la adherencia acero/concreto, es importante hacer notar que esto último se da, cuando el análisis electroquímico indicó que las probetas de los ensayos de ambos estados superficiales se encontraban en estado pasivo durante el tiempo que se desarrollo la investigación.

INCA, con operaciones en República Dominicana y Costa Rica, comenta que como una buena práctica constructiva se debe garantizar una superficie libre de sustancias oleosas o grasa, mugre y herrumbre en forma de escamas, evitando defectos superficiales como protuberancias, solapes y grado avanzado de oxidación con desprendimiento de material en la superficie.

Se debe asegurar también el cumplimiento mínimo requerido por la norma en términos de altura de corruga, espacio entre corrugas y altura de costilla longitudinal. El concreto debe ser debidamente compactado alrededor de las varillas.

Una correcta cantidad de acero ayudará a mantener una fisuración escasa. El ACI (224) establece una guía para minimizar la formación de grietas que podrían ser dañinas para el acero embebido. En general, el ancho máximo de fisura permisible es de 0,2 mm en un ambiente con sales de deshielo y 0,15 mm en un ámbito marino.

Recubrimiento del acero

Es importante también un adecuado recubrimiento del acero de refuerzo. La penetración de cloruros y la carbonatación ocurrirán incluso en la superficie exterior de los concretos de baja permeabilidad. Si se incrementa el recubrimiento se demorará el proceso de corrosión. Por ejemplo, el tiempo necesario para que los iones de cloruro alcancen una barra de acero a 5 cm de la superficie es cuatro veces el tiempo necesario para un recubrimiento de 2,5 cm. El ACI 318 recomienda como mínimo un recubrimiento de 4 cm para la mayoría de las estructuras y lo incrementa a 5 cm para la protección contra las sales de deshielo, mientras que el ACI 357 lo establece en 6 cm en ambientes marinos.

Si se utilizan agregados más grandes es necesario un mayor recubrimiento. Con agregados mayores a 20 mm, una regla sencilla es añadir al tamaño máximo nominal del agregado, 20 mm adicionales de recubrimiento para la exposición a sales de deshielo, o de 45 mm en los ambientes marinos. Por ejemplo, un concreto con agregados de una pulgada (25 mm), en ámbitos marinos, deberá tener 70 mm de recubrimiento.

El concreto debe estar adecuadamente compactado y curado. Se necesita un curado húmedo mínimo de 7 días a 21º C para el concreto de relación A/C = 0,4, mientras que con una relación A/C = 0,6 serían necesarios 6 meses para obtener un desempeño equivalente. Numerosos estudios muestran que la porosidad del concreto se reduce significativamente con el incremento del tiempo de curado y, por ende, mejora su resistencia a la corrosión.

Sugerencias finales para la protección del acero de refuerzo embebido en concreto:

·        No debe ser pintado. Las consideraciones de diseño exigen una fuerte adherencia entre el refuerzo y el concreto, lo que la pintura impide.

·        El acero que se encajona en concreto liviano expuesto a la intemperie, que es poroso, debe ser pintado al menos con una capa imprimante antioxidante de buena calidad.

·        Cuando el acero está encajonado en concreto de alta densidad o baja porosidad, de por lo menos 50 o 75 mm de espesor, la pintura no es necesaria.

·        El acero en contacto parcial con el concreto por lo general no se pinta. Esto crea una condición indeseable, porque el agua puede fluir por la grieta entre el acero y el concreto, lo que generaría la corrosión.

·        El acero no debe ser encajonado en concreto que contenga escorias, puesto que su condición ácida causará corrosión en el acero.

Respecto a la manipulación del acero en patios o bodegas Fetesa de Nicaragua comenta que por cultura en ese país se trata que el acero no se oxide, a la hora de su venta, para lo cual la práctica que se incluye es el almacenamiento bajo techo, no obstante el grado de oxidación favorece la adherencia con el concreto.

Sobre este mismo particular Ferrasa en Panamá considera que a pesar de tener la percepción de que el acero es un elemento fuerte, debemos tener muchos cuidados en su manipulación. El acero, después de fabricado y enfriado, no cambia su composición química, las propiedades pueden variar si la barra es sometida a deformaciones y después pretendemos enderezarla nuevamente para volver a utilizarla. En lo posible y si va a estar expuesto por largo tiempo a la intemperie, hay que proteger las barras contra la lluvia cubriéndolas con lonas o plástico.

En su almacenamiento debe evitarse que estén en contacto con lodo o tierra que pueda adherirse a la superficie y disminuir la adherencia con el concreto. Las barras de refuerzo no deben ser cortadas con oxiacetileno, debido a los cambios estructurales que sufre el interior del acero por las altas temperaturas que alteran las propiedades y disminuye la resistencia final. Una vez conformada o doblada una barra de acero, esta no debe ser enderezada para volver a conformarla, pues la zona donde estaba el doblez ya sufrió una deformación permanente y ese punto es un generador de tensiones que tiene propiedades diferentes al resto de la barra. Es mejor, en tanto sea posible, utilizar únicamente la parte recta de la barra que se desea reutilizar.

Es de suma importancia que cuando se haga el doblez del acero, se utilice correctamente el radio de giro de acuerdo con el diámetro de la barra, ya que pequeños radios de giro pueden sobreesforzar la barra y terminar partiéndola en el sitio del doblado. Existen normas que deben ser acatadas para evitar debilitar el acero en los puntos de conformado.

Rollo de barras

• Certificación de los productos: Cada paquete o rollo de barras es debidamente identificado por medio de una etiqueta con un número de lote, el cual está ligado directamente a un certificado de calidad, que es emitido junto con la factura. En este certificado se especifican los resultados de los ensayos de propiedades mecánicas realizados al lote, además se indica la colada de acero con que se produjo este material y su respectiva composición química. Es este número de colada el que permite dar completa trazabilidad al producto, ya que con ella se sabrán los datos de producción del lote y la materia prima utilizada en su fabricación.
• Pruebas para chequeos cruzados: En el caso de ArcelorMittal, debido a que son fabricantes y el proveedor de materia prima es una planta del grupo, tienen acceso directo a la información completa de la materia prima que reciben, la cual es monitoreada de manera conjunta, por medio de ensayos y verificaciones de la calidad de las coladas recibidas. Por otro lado, respecto del acero de refuerzo que fabrican, se realizan ensayos rutinarios y en línea con la producción, además cuentan con la base de datos de toda la información de los ensayos y controles realizados
• Servicios adicionales: Capacitaciones sobre la correcta manipulación y almacenaje de los productos; visitas guiadas a planta para que conozcan los procesos estandarizados de producción y control de calidad; asesoramiento técnico sobre usos y aplicaciones de los productos; capacitaciones sobre la correcta interpretación de las normas y especificaciones de los productos; trabajo en conjunto con sus departamentos de logística para compartir las mejores prácticas de manejo de los productos.
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: Siempre y cuando el acero se encuentre en un lugar seco que permita la ventilación entre los rollos de barras, el material no va a perder ninguna de sus propiedades mecánicas; por lo cual se deben garantizar estas condiciones para no tener ningún inconveniente. A nivel de fábrica, la correcta rotación de inventarios que manejan, sumada a instalaciones físicas en óptimas condiciones, les permite despachar a los clientes productos de alta calidad y en condiciones idóneas para su utilización.

Fuente: Arcellor Mittal

Productos certificados

• Certificación de los productos: Los productos vienen con certificados de calidad y procedencia y sus respectivas fichas técnicas.
• Pruebas para chequeos cruzados: Regularmente es el cliente si así lo requiere, el que hace este tipo de pruebas, ya que esto toma tiempo y dinero.
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: En lo concerniente a los productos si presentan óxido severo se procede a limpiarlos manualmente, utilizando la herramienta adecuada, como cepillos de copa o planos, de ser necesario, pero es difícil que se alteren las propiedades del acero con el tiempo.

Fuente: Aceros Carazo. Costa Rica

Servicios adicionales

• Certificación de los productos: Los productos son fabricados cumpliendo de manera estricta los requerimientos de las normas internacionales de fabricación como lo son ASTM A615, A706, JS33, entre otras. Actualmente cuentan con un sistema de trazabilidad a través de la gestión de lotes de producto, el cual contempla toda la información relacionada con los números de coladas de las palanquillas provistas por el suplidor y el proceso de producción.
• Pruebas para chequeos cruzados: INCA es fabricante de toda la producción de acero para refuerzo de concreto. Realiza pruebas de calidad (ensayos de tracción, doblez, dimensiones, etc.) a toda la producción para garantizar el cumplimiento de las especificaciones de productos. Además, guarda muestras testigo de cada colada o lote procesado como garantía de cumplimiento en caso de reclamos de los clientes.

Actualmente realiza benchmark de manera constante con su socio corporativo y líder en acero de Las Américas, Gerdau, S.A., con la finalidad de mejorar los procesos, sistemas, especificaciones y procedimientos, aprovechando los más de 100 años de experiencia en el mundo del acero.

• Servicios adicionales: Ofrece el servicio de corte y doblado de acero, con el que brinda a los clientes la posibilidad de reducir de manera importante sus costos, eliminando el desperdicio resultante del corte y doblado de acero en obra, además de la reducción de la mano de obra para su colocación y la reducción del tiempo total de ejecución de los proyectos. Como valor agregado a los clientes ofrece asesoría técnica gratuita para el despiece de acero de sus proyectos.
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: Cuenta con un sistema de auditoría periódica en el almacén de productos terminados, el cual tiene como objetivo principal velar por la integridad de los productos que posee en inventario, así como dar seguimiento a los planes de acción establecidos para mejorar el proceso de almacenamiento. Cualquier observación realizada es tratada y se elabora un plan de acción para evitar que se repitan eventos que puedan poner en riesgo la integridad del producto.

Fuente: INCA

Norma ASTM

• Certificación de los productos: Trabajan bajo la norma ASTM A 615 y tienen certificados de calidad de la materia prima, así como las pruebas de resistencia de la varilla.
• Pruebas para chequeos cruzados: Sí, realizan pruebas de laboratorio para comprobar la resistencia de la varilla de acuerdo con la norma ASTM. La materia prima se rige bajo la norma SAE y también se le realizan las pruebas de composición química en los laboratorios en Cuba.
• Servicios adicionales: Le entregan la varilla a la longitud que el cliente la solicite y el grado que necesite, 40 o 60, de acuerdo al pedido. Proveen varilla de ¼ de pulgada lisa (alambrón).
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: Lo mantienen cubierto y en un lugar seco para evitar la corrosión.

Fuente: Aceros Centro Caribe, S.A. Honduras

Control de calidad

• Certificación de los productos: Todos los proveedores  remiten los certificados de calidad en cada embarque enviado, es decir que cada pedido de hierro trae su certificado de calidad, esto es aplicado a los demás derivados del acero como son: perlines, tuberías galvanizadas y negras, angulares, platinas, etc. 
• Pruebas para chequeos cruzados: Normalmente, lo que se hace es poner lotes en función del proveedor para el caso del hierro y mercadería que trae su identificación de origen y fabricante. Es decir, sí se trae un material de “x” empresa, se pone en un estante separado de los otros materiales. Con esto se lleva un control a la hora de algún reclamo o problema.
• Servicios adicionales: Ofrece crédito a 30 días, transporte del material, productos de calidad con su certificación  y los mejores precios del mercado.
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: Normalmente se mantiene hasta 3 meses de inventario como máximo en productos y se mantienen bajo techo, sin embargo el objetivo es mantener la menor cantidad de inventario y que sean productos de alta rotación.

Fuente: Fetesa. Nicaragua

Manejo del producto

• Certificación de los productos: Cada uno de los productos cuentan con el certificado de calidad emitido por las siderúrgicas fabricantes del acero.
• Pruebas para chequeos cruzados: Debido al sistema de gestión de calidad que ostentan los diferentes proveedores de acero, esto brinda la confiabilidad de la información que contiene el certificado de calidad y, por lo tanto, no hacen falta pruebas de chequeo, a menos de que se observe algún comportamiento inusual, previa comunicación con la siderúrgica.
• Servicios adicionales: La empresa ofrece el servicio de corte, doblado de barras de acero y figuración o conformado de estribos. Es importante que el dueño del proyecto tenga una idea clara de las ventajas que ofrece el comprar el acero ya figurado, comparado con las desventajas que tiene el proceso de figurar en obra.
• Manejo del producto: En su almacenamiento debe evitarse que las barras tengan contacto con lodo o tierra que pueda adherirse a la superficie y disminuir la adherencia con el concreto; al igual que protegerlo de la humedad directa. Las barras de refuerzo no deben ser cortadas con oxiacetileno, debido a los cambios estructurales que sufre el interior del acero por las altas temperaturas que alteran las propiedades y disminuye la resistencia final. El doblado debe cumplir con los radios mínimos de curvatura, para evitar sobre esfuerzos.

Fuente: FERRASA PANAMÁ, S.A. Panamá

Chequeos y verificaciones

• Certificación de los productos: Corporación Aceros de Guatemala genera la trazabilidad del material mediante el cumplimiento de la norma internacional ASTM A-615.
• Pruebas para chequeos cruzados: Realiza chequeos cruzados con el CIC (Centro de Investigaciones de Ingeniería) de la USAC. Cada año, personeros altamente calificados de Instron calibran la máquina de ensayos de tensión de las fábricas. Realizan verificaciones periódicamente con muestras blancas que toman en el momento de la calibración.
• Servicios adicionales: Verificaciones de resultados de tensión con muestras propias y si el cliente requiere con sus propias muestras.
• Manejo del producto en caso de largos periodos de almacenamiento: Si el cliente lo requiere, remuestreos.

Fuente: Aceros de Guatemala. Guatemala

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