La forma en que el acero se dobla en lugar de romperse cuando está bajo tensión lo convierte en una opción muy adecuada para zonas propensas a terremotos. El hormigón tiende a agrietarse y romperse fácilmente bajo presión, pero las estructuras de acero realmente se flexionan y distribuyen la fuerza a través de su estructura. Los edificios construidos con acero pueden moverse lateralmente hasta un 10 a 15 por ciento de su altura durante los temblores antes de que ocurra algo grave. Esta flexibilidad salva vidas porque evita que las estructuras enteras se derrumben repentinamente cuando el suelo comienza a temblar a su alrededor.
Las estructuras modernas de acero utilizan sistemas de disipación de energía, como amortiguadores de fluencia y arriostramientos restringidos al pandeo. Estos componentes actúan como elementos sacrificiales, absorbiendo hasta el 70 % de las fuerzas sísmicas antes de que lleguen a los elementos principales portantes. Al concentrar los daños en partes reemplazables, estos diseños garantizan que la estructura general permanezca intacta incluso si ocurren deformaciones permanentes.
Las estructuras de acero obtienen protección adicional mediante técnicas como marcos arriostrados y sistemas de aislamiento basal, que básicamente desconectan el edificio de los movimientos del terreno. En cuanto a la implementación real, los ingenieros suelen instalar elementos llamados cojinetes elastoméricos o aquellos aisladores péndulo de fricción que permiten que los edificios se muevan en cierta medida de forma independiente respecto a lo que ocurre debajo de ellos. Esto puede reducir las fuerzas laterales experimentadas durante terremotos aproximadamente entre la mitad y tres cuartas partes, según la mayoría de estudios que hemos visto. También existen estos enfoques híbridos donde combinan diferentes métodos, como marcos con arriostramiento excéntrico, que logran un equilibrio entre ser suficientemente rígidos para garantizar estabilidad y permitir cierta flexibilidad cuando es necesaria. Estos sistemas ayudan a controlar la cantidad de daño que ocurre cuando hay sacudidas muy fuertes.
El terremoto de Northridge de 1994 puso de manifiesto la resistencia del acero: los edificios con estructura de marco metálico reforzado tuvieron un desempeño significativamente mejor que las estructuras de hormigón. De manera similar, la torre Toranomon Hills de Tokio, de 346 metros, sobrevivió indemne al terremoto de Tohoku de 2011 gracias a su sistema de celosía diagonal de acero y amortiguadores de masa sintonizados, a pesar de haber experimentado desplazamientos del terreno de 6,5 metros.
Un estudio de desempeño sísmico de 2023 descubrió que las estructuras de acero se recuperan tres veces más rápido que las de hormigón tras grandes terremotos. Aunque la madera ofrece cierta flexibilidad debido a su bajo peso, carece de la resistencia constante a la fluencia (275–450 MPa) del acero, lo que hace que el acero sea un 40 % más eficaz para soportar cargas axiales y laterales combinadas en edificios de varias plantas.
La relación resistencia-peso del acero permite que los edificios resistan vientos superiores a 150 millas por hora, lo cual es prácticamente lo que se observa durante huracanes de categoría cuatro, sin sufrir daños reales en la estructura misma. Lo que hace especial al acero es que se dobla cuando aumenta la presión, en lugar de romperse directamente. Esta flexión ayuda en realidad a absorber parte de la fuerza y evita que las uniones fallen por completo. Al analizar cifras reales de desempeño, se ha encontrado que los paneles de acero resisten la penetración de escombros voladores aproximadamente un 72 por ciento mejor que otros materiales de construcción comunes, según investigaciones publicadas por el Instituto de Seguridad contra el Viento en 2022. Para cualquier persona que vive en regiones donde las tormentas son visitantes frecuentes, esta diferencia en protección es muy importante por razones de seguridad.
Después del huracán Michael (2018), el 92 % de los edificios con estructura de acero en la ciudad de Panamá, Florida, siguieron operativos a pesar de vientos de 160 mph y destrucción generalizada. En regiones propensas a tornados como el condado de Moore, Oklahoma, los edificios de acero presentan un 40 % menos de fallas en techos que las estructuras de madera, según la Evaluación del Desempeño de Edificaciones de FEMA de 2021.
El techo de acero podría pesar solo alrededor de 2,1 libras por pie cuadrado en comparación con las 6,5 libras del hormigón, pero lo que le falta en peso lo compensa con creces en resistencia frente a las fuerzas de levantamiento. El acero puede soportar hasta tres veces mejor estas condiciones gracias a su eficaz transferencia de cargas y su firme anclaje. Los ensayos han demostrado que cuando se utilizan sistemas avanzados de fijación, las uniones tienen un 58 por ciento menos de probabilidades de separarse durante tensiones provocadas por el viento, según experimentos en túneles de viento. Esto significa que los edificios permanecen estables incluso cuando la naturaleza desata sus peores embates.
Para maximizar la resistencia al viento, los edificios modernos de acero incorporan elementos de diseño aerodinámicos:
Combinados con software de modelado predictivo, estas características permiten que las estructuras de acero superen los requisitos de carga de viento ASCE 7-22 en un 15–25 % en regiones costeras.
El acero no arde y se derrite alrededor de los 1.300 grados Celsius, lo cual es una temperatura muy elevada. Esto significa que no se incendiará ni liberará gases peligrosos durante un incendio. Según algunas investigaciones del NIST realizadas en 2022, los edificios construidos con estructuras de acero resisten aproximadamente un 42 por ciento más tiempo en comparación con aquellos construidos con estructuras de madera. Este tiempo adicional puede marcar la diferencia durante una evacuación de emergencia. Aunque el acero comienza a perder su resistencia cuando las temperaturas alcanzan aproximadamente los 530 grados Celsius, las normativas modernas de construcción cuentan con métodos para abordar este problema. Incorporan sistemas de respaldo y dividen las estructuras en secciones separadas, de modo que incluso si una parte del edificio resulta dañada, otras áreas permanecen lo suficientemente estables para permitir que las personas salgan de forma segura.
Estos recubrimientos intumescentes especiales se expanden cuando alcanzan altas temperaturas, creando una capa protectora de carbón que retrasa significativamente el calentamiento del acero. Combinados con materiales ignífugos a base de cemento, elementos estructurales como vigas y columnas pueden superar las exigentes pruebas de fuego ASTM E119, resistiendo entre 2 y 4 horas antes de cualquier pandeo. Algunos estudios recientes muestran que el acero adecuadamente recubierto mantiene aproximadamente el 90 por ciento de su capacidad a temperaturas cercanas a los 800 grados Celsius, mientras que el acero normal sin protección cae hasta solo el 35 por ciento de su capacidad bajo las mismas condiciones, según hallazgos publicados el año pasado en el Journal of Fire Protection Engineering.
Cuando la madera alcanza aproximadamente 300 grados Celsius o 572 Fahrenheit, comienza a arder y desprende gases inflamables que hacen que los incendios se propaguen más rápidamente. Según datos de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios del año pasado, estos gases son responsables de cerca de dos tercios de todos los incendios mortales en edificios. Cambiar de material marca una gran diferencia en este aspecto. El acero no proporciona el mismo tipo de fuente de combustible que la madera, lo que significa que las llamas no se propagan tan fácilmente a través de las estructuras. Las pruebas muestran que el acero ralentiza significativamente la velocidad de propagación del fuego, reduciendo las tasas de propagación en aproximadamente un 83 por ciento según investigaciones de la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios. Aunque las capas de madera carbonizada pueden proteger contra daños térmicos inmediatos durante cierto tiempo, el acero se comporta de manera mucho más predecible cuando se expone a altas temperaturas. Esta previsibilidad permite a los ingenieros estructurales diseñar sistemas de soporte más eficaces en los edificios. Como resultado, los edificios altos construidos con estructuras de acero tienen mucho menos riesgo de colapsar durante incendios intensos. Estudios realizados por el Comité de Resistencia al Fuego del ACI indican que tales diseños reducen las probabilidades de colapso en casi un 91 por ciento en comparación con las construcciones tradicionales de madera.
La adaptabilidad del acero permite a los ingenieros adaptar sus diseños según el tipo de desastres que puedan afectar a diferentes regiones. Tomemos lugares propensos a inundaciones, por ejemplo, los soportes de acero se elevan más alto que los niveles normales de inundación allí. Los edificios a lo largo de las costas a menudo incorporan aleaciones especiales que resisten el óxido de todo ese aire salado. Algunos estudios recientes que analizaron la resistencia de las estructuras durante los desastres mostraron que cuando los marcos de acero están diseñados específicamente para cada lugar, pueden reducir las facturas de reparación en alrededor de un 40 por ciento en comparación con los métodos de construcción normales. Estos métodos personalizados no sólo ahorran dinero, sino que también ayudan a cumplir con las normas de construcción y a resistir mejor a lo que la naturaleza les arroje con el tiempo.
El análisis por elementos finitos (FEA) y diversas técnicas de modelado computacional permiten a los ingenieros observar cómo reaccionan las edificaciones de acero ante grandes desafíos, como terremotos o vientos de fuerza huracanada de alrededor de 150 mph. Estos modelos ayudan a identificar áreas problemáticas mucho antes de que comience cualquier construcción real. Investigaciones recientes de 2024 descubrieron que incorporar inteligencia artificial en el software de simulación aumenta la precisión predictiva en aproximadamente un 28 por ciento en comparación con métodos anteriores. Las aplicaciones prácticas significan que los ingenieros estructurales pueden ajustar tamaños de vigas, modificar detalles de conexiones y rediseñar sistemas de arriostramiento según lo aprendido. ¿El resultado? Edificios que tienen un mejor desempeño bajo condiciones de estrés específicas de su ubicación, ya sea en zonas de actividad sísmica o en regiones costeras propensas a tormentas.
La flexibilidad del acero permite diversas formas de manejar cargas en diferentes elementos estructurales como marcos arriostrados, conexiones resistentes a momentos y diafragmas. Estos elementos trabajan juntos para absorber y distribuir las fuerzas cuando ocurre un desastre. Lo que hace que el acero destaque realmente es su capacidad de doblarse ligeramente antes de romperse, lo que brinda a los ingenieros un margen adicional de seguridad. Un estudio reciente del año pasado mostró que, tras sismos importantes, los edificios de acero conservaron aproximadamente el 89 por ciento de su resistencia original, mientras que las estructuras de hormigón solo alcanzaron alrededor del 67 por ciento. Los ingenieros incorporan estos sistemas de respaldo siguiendo ciertas normas de diseño, de modo que si una parte resulta dañada, otras asuman automáticamente la carga para mantener la estructura en pie. Este enfoque ayuda a explicar por qué tantos edificios modernos dependen del acero a pesar de sus costos iniciales más elevados.
¿Qué hace que el acero sea una opción eficaz para zonas propensas a terremotos?
El acero es muy eficaz en zonas propensas a terremotos debido a su ductilidad, lo que le permite doblarse y absorber las fuerzas sísmicas, evitando el colapso repentino.
¿Cómo se desempeñan las estructuras de acero durante los huracanes?
La relación resistencia-peso del acero ayuda a que los edificios resistan vientos fuertes y el impacto de escombros, manteniéndose operativos incluso después de tormentas severas.
¿Es el acero un material resistente al fuego?
Sí, el acero es inherentemente resistente al fuego y no arde, lo que lo convierte en una opción más segura en comparación con materiales como la madera.
¿Se puede personalizar el acero para amenazas regionales específicas?
Los diseños de acero pueden adaptarse a amenazas regionales específicas, mejorando la resistencia frente a desastres locales como inundaciones y corrosión en áreas costeras.
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