Ventajas del uso de estructuras de acero en edificios de gran altura

Relación superior resistencia-peso y eficiencia estructural

Cargas reducidas sobre la cimentación y mayor altura construible posibilitadas por la alta relación resistencia-peso del acero

La relación resistencia-peso del acero permite construir estructuras mucho más altas sin necesidad de sistemas de soporte tan pesados. El acero puede soportar aproximadamente ocho veces su propio peso, y aun así resulta un 30 a un 50 % más ligero que los marcos convencionales de hormigón. Según los datos publicados en 2024 por el Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH), los requisitos de cimentación se reducen aproximadamente un 25 a un 40 % al utilizar acero. Al tratarse de edificios realmente altos, estas cifras suponen ahorros reales tanto en materiales como en tiempo de construcción. Los arquitectos y los ingenieros que trabajan en rascacielos suelen optar por el acero porque simplemente funciona mejor ante este tipo de desafíos.

• Cimentaciones menos profundas (reduciendo los costes de excavación en un ~18 %)
• Mayor altura alcanzable dentro de los límites existentes de capacidad portante del suelo
• ahorro de materiales del 15–20 % frente a alternativas con núcleo de hormigón

Esta eficiencia permite a los arquitectos ampliar el alcance vertical sin comprometer la integridad: las torres con estructura de acero ahora superan rutinariamente los 100 pisos, mientras que los núcleos de hormigón suelen alcanzar límites prácticos de altura debido a las exigencias desproporcionadas sobre las cimentaciones.

Estructura de acero frente a sistemas de núcleo de hormigón en rascacielos: análisis comparativo del rendimiento basado en la Torre de Shanghái y otros referentes de más de 50 plantas

La Torre de Shanghái —de 128 plantas— alcanzó su altura récord mediante un entramado de acero resistente a momentos que pesó un 34 % menos que un núcleo de hormigón equivalente habría requerido. Los datos de rendimiento obtenidos de referentes globales de más de 50 plantas confirman la ventaja estructural del acero:

Las ventajas en peso y rigidez permitieron a la Torre de Shanghái añadir 18 plantas habitables dentro de la misma huella de cimentación especificada para alternativas de hormigón. Además, la flexibilidad del sistema lateral del acero reduce la masa sísmica un 22 % en comparación con los núcleos rígidos de hormigón (NCSE, 2023), lo que mejora la resiliencia —y el potencial de altura— en zonas de alto riesgo.

Resiliencia sísmica y ante el viento mejorada mediante la ductilidad y la respuesta dinámica

Ductilidad de las estructuras de acero durante terremotos reales: lecciones extraídas del terremoto de Tohoku (2011) y del de la Ciudad de México (2017)

La ductilidad controlada del acero —esencialmente su capacidad para doblarse y estirarse significativamente antes de romperse— ha resistido la prueba durante grandes terremotos en todo el mundo. Tomemos, por ejemplo, el masivo terremoto de Tohoku de 2011. Los edificios con estructura de acero en esa zona lograron absorber toda esa energía sísmica violenta mediante la flexión de sus vigas y la deformación de sus uniones, lo que les permitió mantenerse en pie incluso cuando el suelo experimentaba aceleraciones superiores al doble de la atracción gravitatoria normal. Luego está el terremoto de la Ciudad de México de 2017, donde los edificios más recientes de acero mostraron aproximadamente un 40 % menos de daños que los antiguos edificios de hormigón, según las inspecciones detalladas realizadas tras la conclusión del evento. ¿Por qué ocurre esto? Pues se debe a cómo los ingenieros diseñan intencionalmente estas estructuras con características específicas que les permiten soportar fuerzas extremas sin dejar de conservar su integridad.

• Uniones protegidas por capacidad , asegurando que las vigas cedan antes que las columnas
• Caminos redundantes de carga , distribuyendo las fuerzas entre múltiples elementos
• Detallado con endurecimiento por deformación , guiando la formación predecible de las articulaciones plásticas

Mitigación de la deriva lateral y el desprendimiento de vórtices en rascacielos mediante pórticos arriostrados de acero sintonizados y núcleos arriostrados

Por encima de los 300 metros, el viento —y no la actividad sísmica— determina los requisitos de habitabilidad y seguridad. El acero destaca aquí gracias a sistemas adaptables y de alto rendimiento:

• Amortiguadores de masa sintonizada , como el péndulo de 1.000 toneladas de la Torre de Shanghái, reducen las aceleraciones máximas un 30 %
• Sistemas de núcleo arriostrado , con elementos diagonales de acero, mejoran la relación rigidez-peso un 50 % frente al hormigón
• Forma aerodinámica , posibilitado por la conformabilidad del acero, permite perfiles troncocónicos y una articulación de fachada que interrumpe el desprendimiento de vórtices

Las pruebas en túnel de viento demuestran que los pórticos de acero alcanzan sistemáticamente una deriva lateral inferior a H/500, cumpliendo así los estrictos umbrales de confort para los ocupantes. Las vibraciones inducidas por vórtices se mitigan además mediante amortiguadores de columna líquida sintonizados integrados en las supercolumnas de acero, que disipan energía mediante el balanceo controlado del fluido.

Construcción más rápida y predecible con estructuras de acero prefabricadas

Prefabricación impulsada por BIM: reducción del 30 % en el cronograma del edificio The Spiral (Nueva York) y sus implicaciones para la entrega de rascacielos urbanos

Cuando el modelado de información para la construcción (BIM) se combina con la prefabricación, la construcción de edificios altos experimenta un importante impulso en eficiencia, ya que todos esos componentes precisos se fabrican lejos del sitio real de construcción. Tome como ejemplo The Spiral en Nueva York, donde los constructores redujeron aproximadamente un 30 % el tiempo total de construcción en comparación con los métodos tradicionales. Asimismo, necesitaron un 40 % menos de trabajadores en el sitio y evitaron esos molestos retrasos causados por el clima, que suelen surgir durante las temporadas de construcción. ¿Qué ocurre cuando la fabricación se lleva a cabo en fábricas? Los componentes encajan con una precisión de hasta el milímetro, lo que reduce el tiempo perdido posteriormente en la corrección de errores. El ensamblaje también resulta mucho más fluido, ya que no hay imprevistos que provoquen demoras mientras el hormigón se seca adecuadamente. Las ciudades también se benefician, con una reducción aproximada del 25 % en el número de camiones de entrega que entran y salen del sitio, lo que significa menos ruido y congestión para los residentes cercanos. Además, los edificios pueden abrir sus puertas antes, lo que permite que los ingresos comiencen a fluir más temprano que tarde. En algunos proyectos, los retornos aumentan aproximadamente 18 000 dólares mensuales simplemente porque todo avanza más rápido y a menor costo gracias a los componentes de acero prefabricados.

Seguridad contra incendios, durabilidad y fiabilidad del ciclo de vida de las estructuras de acero modernas

Los edificios de acero actuales se construyen para resistir incendios gracias a dos enfoques principales: su resistencia natural al fuego y medidas de protección adicionales. Cuando la temperatura aumenta, pinturas intumescentes especiales se expanden y crean una especie de barrera térmica en los componentes de acero, lo que ralentiza el aumento de la temperatura en las partes cruciales de la estructura. Si a esto le sumamos materiales aislantes contra incendios adecuados y diseños de compartimentos inteligentes en todo el edificio, obtenemos estructuras que mantienen su resistencia durante períodos mucho más prolongados en caso de emergencia. Esto brinda a los ocupantes tiempo suficiente para evacuar de forma segura, incluso ante incendios muy intensos que normalmente destruirían una construcción convencional.

Las estructuras de acero construidas con aleaciones resistentes a la corrosión y métodos modernos de galvanización pueden durar muchos años con muy poco mantenimiento, incluso cuando están expuestas a condiciones severas en zonas costeras o cerca de instalaciones industriales. La mayoría de los bastidores de acero duran mucho más de cincuenta años si se inspeccionan regularmente y se mantienen adecuadamente, conservando su forma intacta y su capacidad para soportar cargas pesadas durante toda su vida útil. El hecho de que estos materiales resistan tan bien implica importantes ahorros a lo largo del tiempo en comparación con otras opciones. Las ciudades que construyen nueva infraestructura necesitan este tipo de fiabilidad, ya que sustituir estructuras dañadas es costoso y causa importantes molestias a las comunidades.

Liderazgo en sostenibilidad: reciclabilidad y menor carbono incorporado en las estructuras de acero

Ventaja del contenido reciclado: 93 % de acero reciclado en promedio frente al flujo lineal de materiales del hormigón en sistemas de estructura y envolvente

El acero desempeña un papel fundamental para hacer más sostenibles los edificios de gran altura, ya que puede reciclarse indefinidamente y tiene una huella de carbono incorporada mucho menor en comparación con otros materiales. El hormigón sigue lo que podríamos denominar un enfoque extractivo, en el que los recursos se utilizan una sola vez y luego se descartan. Sin embargo, al emplear acero en los sistemas estructurales centrales y de envolvente de los edificios, aproximadamente el 90 % proviene de fuentes recicladas. Esto significa que los edificios antiguos demolidos vuelven a convertirse en componentes valiosos para nuevas estructuras, sin pérdida alguna de calidad ni de rendimiento. La naturaleza circular de este proceso reduce la necesidad de extraer materias primas en torno a las tres cuartas partes, comparado con la producción de acero completamente nuevo. Y tampoco debemos olvidar los ahorros energéticos. Las investigaciones indican que fabricar acero a partir de chatarra requiere aproximadamente una cuarta parte de la energía necesaria para producir acero virgen a partir de mineral de hierro. Esto reduce significativamente la huella de carbono total a nivel del proyecto. Además, el acero no pierde resistencia ni integridad, incluso tras ser fundido y reprocesado múltiples veces. Para quienes buscan construir ciudades de forma sostenible manteniendo su densidad, el acero destaca como uno de los pocos materiales que realmente ofrece verificabilidad a lo largo de todo su ciclo de vida: desde su fabricación hasta su reutilización.