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082 LA PRÁCTICA DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE ACERO EN MÉXICO Héctor Soto Rodríguez

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RESUMEN En este trabajo se presenta una visión panorámica del estado actual de diseño y construcción de estructuras de acero para edificios en México, con base en los resultados obtenidos de una encuesta aplicada a proyectistas estructurales de empresas privadas, fabricantes, montadores de estructuras de acero, empresas productoras de acero estructural en nuestro país y especialistas en la materia. Se discuten los problemas que suelen presentarse comúnmente en la práctica cotidiana en cada una de las etapas de diseño y construcción de este tipo de estructuras y se establecen recomendaciones de carácter general para difundir su mejor uso en la industria de la construcción. El artículo concluye con varias recomendaciones útiles para la docencia, la práctica profesional, la fabricación y el montaje de estructuras de acero para edificios. ABSTRACT After the January 17, 1994 and 1995 Northridge, Cal and Kobe Japan, earthquakes and the opening of our borders, has been an increase in the steel construction in Mexico in several forms. However, there are still several problems that limit the integral development of steel structures and its applications in the construction. This paper relates the principal problems and some recommendations to increase the employment of steel construction in Mexico, fundamentally in Mexico City, where the seismic behaviour of structures is very important. INTRODUCCIÓN En el ámbito mundial y en los últimos ocho años, el diseño y la construcción de estructuras de acero para edificios han tenido cambios significativos derivados de los siguientes aspectos: evolución de los códigos de construcción, comportamiento inadecuado de conexiones trabe-columna soldadas durante los sismos del 17 de enero de 1994, Northridge, Cal y del 17 de enero de 1995, Kobe, Japón, cambios significativos y relevantes, derivados de los avances recientes científicos y tecnológicos que han surgido en la ingeniería estructural y sísmica, nuevas herramientas para el análisis y diseño estructural, cambios en las tendencias mundiales sobre la práctica de diseño y construcción de este tipo de estructuras, materiales novedosos que mejoran el comportamiento de estructuras ante solicitaciones de todo tipo, incluyendo los sismos, resultados de estudios experimentales que permiten entender el “comportamiento real” de los miembros estructurales (conexiones fundamentalmente), nuevos procedimientos constructivos para hacer más eficiente el programa de obra y reducir el tiempo de construcción y recomendaciones para el diseño y construcción de estructuras de acero reportados en la literatura mundial, que ayudarán a mejorar su comportamiento y seguridad. Los sismos de Northridge y Kobe, de magnitud moderada, 6.6 y 7.1, respectivamente, causaron daños sin precedentes en las conexiones soldadas trabe-columna de cientos de edificios de acero a base de marcos resistentes a momento. Estos daños motivaron un gran número de investigaciones y estudios orientados a entender las causas de las fallas estructurales y desarrollar diseños y prácticas de construcción para mejorar el comportamiento de conexiones soldadas en sismos futuros. Los daños cuantiosos tras el sismo de Northridge (De Buen López de Heredia) han puesto en duda la confiabilidad de las conexiones rígidas trabes columnas soldadas y se han hecho modificaciones importantes en su diseño. A pesar de que este sismo tuvo una magnitud relativamente pequeña, tuvo una intensidad

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Profesor División de Educación Continua, Facultad de Ingeniería, UNAM, Tacuba No 5, Col. Centro México D:F:

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082 elevada en zonas densamente pobladas, se alcanzaron aceleraciones máximas del terreno de 1,8 y 1.2 g, en las direcciones horizontal y vertical. Se considera que los daños ocasionados por este temblor representan la segunda catástrofe natural más costosa en la historia de los Estados Unidos de América. De acuerdo con el maestro Chris D. Poland, en el sismo de Northridge se observó que en general las estructuras cumplieron con los requisitos de diseño vigentes, desarrollando buena ductilidad con pocos colapsos y un número bajo de perdidas de vidas humanas. Desde el punto de vista de la ingeniería estructural se cumplió con el objetivo, ya que las estructuras fueron diseñadas para que tuvieran ese comportamiento. Sin embargo, los costos de reparación de los edificios dañados fueron excesivos. (El colapso de las torres Gemelas del Centro Mundial de Comercio, Nueva York, ocasionado por el peor ataque terrorista en contra de los Estados Unidos de América hace poco más de un año, ha puesto en evidencia el comportamiento inadecuado de la estructura de acero ante la acción del fuego. Aún así, si las estructuras de las torres fueran de concreto, los resultados hubieran sido semejantes). Tras el sismo de California, el American Institute of Steel Construction (AISC) y el Federal Emergency Management Agency (FEMA-SAC Joint Venture) han realizado investigaciones importantes para determinar las causas de falla en las conexiones soldadas trabe-columna. Mientras tanto, en México, desde hace varios años y especialmente después de los sismos de septiembre de 1985, se ha notado en la Ciudad de México un notable desarrollo de las estructuras de acero. Las conexiones trabe-columna de marcos a momento, la estructuración de edificios de acero, usuales en México y los temblores de tierra, difieren radicalmente de los de Estados Unidos de América y por lo tanto, los daños observados durante el sismo de 1985 de la Ciudad de México fueron distintos a los del sismo de Northridge y Japón (Miranda Mijares). El comportamiento sísmico de un gran numero de edificios metálicos con estructura soldada en México, durante varios sismos fuertes y hasta la fecha, ha sido adecuado (Sánchez Martínez). No obstante, en la actualidad, en México, siguen siendo preocupantes ciertos aspectos respecto al estado que guarda la estructura de acero en la industria de la construcción. INDUSTRIA SIDERÚRGICA Para varios fabricantes mexicanos de estructuras de acero, el papel de la industria siderúrgica mundial es muy importante para el futuro de las estructuras de acero, los costos de los materiales han ido bajando año con año en términos reales, y se puede decir que el acero es mucho más barato hoy en día que hace 20 años y de mucha mejor calidad en términos de sus propiedades para diseño. Aunado a lo anterior, el servicio a clientes ha tenido una mejoría sustancial en los últimos 10 años, mientras tanto la industria siderúrgica nacional ha tenido un servicio regular. La disponibilidad de materiales en el mercado nacional (perfiles estructurales, tornillería, fundentes para soldadura, conectores de cortante, lámina de acero acanalada y otros insumos) antes de la apertura comercial entre México, Estados Unidos y Canadá, era insuficientes acorde a las demandas de la industria de la construcción. NUEVOS MATERIALES Después de los sismos de Northridge, Cal y Kobe, Japón, la industria siderúrgica mundial ha desarrollado nuevos aceros estructurales de alta resistencia y que son convenientes en estructuras ubicadas en zonas de alto riesgo sísmico, como Japón, la parte Oeste de Estados Unidos de América, Nueva Zelanda, Chile y Ciudad de México. En Estados Unidos se producen actualmente varios grados de acero para perfiles laminados y placas: ASTM A36, A529, A572, A242, A588, A709, A852, A514, A913 y A992. El ASTM A992 es el tipo de acero más reciente (1998) y está sustituyendo al acero convencional A36 en vigas y columnas de sección transversal I y H, con mayores ventajas y costo prácticamente igual, debido a que posee excelentes características de

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082 ductilidad y soldabilidad. Tiene una relación de esfuerzos Fy/Fu máxima de 0.85 y un carbono equivalente de alrededor de 0.50. En México el acero de batalla, hasta hace poco y para todo tipo de estructuras era el NOM-B-254 (ASTM A36). Su aplicación en la industria del acero data de más de más de 40 años y sigue siendo el acero convencional común cuando no se consiguen en el mercado aceros de aceros de alta resistencia como el ASTM A572, Grado 50. Un estudio estadístico del acero NOM-B-254 (ASTM A36) realizado recientemente en los Estados Unidos de América mostró que este material tiene un esfuerzo de fluencia promedio de 3 500 Kg/cm2 (340 MPa) para perfiles laminados, en comparación con el valor mínimo especificado de 2 530 Kg/cm2 (250 MPa). Estos valores elevados del esfuerzo de fluencia ocasionan grandes esfuerzos en los patines de las vigas. Por esta razón en las Normas recientes de diseño de estructuras de acero se introduce el concepto Esfuerzo de Fluencia Esperado. Uno de los daños típicos en estructuras de acero durante los sismos de septiembre de 1985 de la Ciudad de México, fue en las diagonales y montantes de vigas de alma abierta (armaduras) de marcos resistentes a momento, a base de ángulos de lados iguales de 75 mm (3 Pulg.) de lado y de menor tamaño. Los aceros utilizados en estas estructuras era de calidad comercial con un contenido de carbono muy alto, que ofrecían mayor resistencia en detrimento de la soldabilidad y ductilidad. En México ya se cuenta con aceros comerciales de estupenda calidad y que se producen en plantas siderúrgicas, con un control de calidad estricto bajo la norma ASTM A572, Grado 50, estos perfiles se conocen como ST y tienen una gran variedad de aplicaciones, fundamentalmente en edificios industriales ligeros y edificios convencionales de poca altura. El carbono equivalente de este material es de 0.40 y es absolutamente soldable con electrodos de la serie E70XX. ARQUITECTURA En nuestro país es notoria la falta de interacción y colaboración entre los involucrados en una obra de acero: arquitecto, cliente, proyectista estructural, fabricante y montador. Aquí se destacan varios problemas en contra del desarrollo de las estructuras de acero: la decisión de que la obra sea resuelta con estructura metálica está en manos de los arquitectos, quienes carecen de conocimientos técnicos sobre las características de los materiales de construcción, comportamiento de estructuras ante eventos sísmicos, propuesta de proyectos arquitectónicos complejos (estructuras muy irregulares en planta y elevación), proyecto arquitectónico inconcluso cuando se inicia una obra de acero y que ocasiona cambios en el proceso constructivo, elevando con ello el costo de la obra. Escamilla Aguilar afirma que en México, los arquitectos tiene una preparación técnica muy limitada y que esto propicia un choque con los estructuritas. Cuando hay una adecuada colaboración con ellos, sí se puede garantizar el éxito en un proyecto determinado. Como consecuencia de lo anterior, se alienta con mayor frecuencia el uso de la estructura de concreto, por ser una estructura con la que están más acostumbrados a trabajar, que no requiere tanta precisión, que se adapta más fácilmente que la estructura de acero y que no requiere el conocimiento de normas técnicas variadas y difíciles de entender, como en el caso de las estructuras de acero. Pocos arquitectos y promotores (De la Torre Rangel) conocen o les interesan diseños con acero, porque les es difícil proporcionar “belleza” en la imagen, porque piensan que el efecto de ventas será más difícil y porque tradicionalmente las soluciones con concreto y mampostería, han tenido aceptación. En estructuras aparentes (Izquierdo Ortega) los arquitectos pretenden, casí siempre, hacer conexiones o ensambles que no tienen lógica estructural. Les falta cultura.

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082 ANÁLISIS. PROGRAMAS DE COMPUTADORA Cada vez hay mayor disponibilidad en nuestro medio de programas de computadora para el análisis, diseño y fabricación de estructuras de acero. Algunos de ellos permiten efectuar el análisis de primer y segundo orden para revisar la estructura en condiciones de carga que incluyen acciones accidentales. Sin embargo, el uso de estas herramientas requiere de conocimientos teóricos sólidos y criterio ingenieril por parte de los usuarios. Los proyectistas profesionales expresan que los programas de computadora disponibles si son confiables y que en algunos casos es necesario efectuar verificaciones de sus resultados mediante métodos simplificados. DISEÑO Los aspectos trascendentales en el diseño de una estructura de acero son la estructuración y la solución de las conexiones trabe-columna. Los conceptos medulares para lograr un diseño racional en acero (Izquierdo Ortega) son: adecuada interacción con el arquitecto, disponibilidad de secciones estructurales laminadas y economía adecuada al tipo de proyecto. En general, las estructuras de acero, de cualquier manera, son más caras que las de concreto para los casos en que haya alternativa para los dos materiales (Izquierdo Ortega). Pocos ingenieros (De la Torre Rangel) conocen las formas eficientes, sus tipos de conexiones y las condiciones prácticas y convenientes econonómicamente para construcción y montaje en estructuras metálicas, además de que las normas para diseño son más variadas que en el caso de estructuras de concreto. En México existen despachos de diseño que realizan proyectos con estupenda calidad y otros que bajan sus costos en detrimento de la calidad y seguridad estructural (Soto Rodríguez). En lo que respecta a las instalaciones, tradicionalmente se conocen más las soluciones para implementar instalaciones en estructuras de concreto y mampostería, que en acero (De la Torre Rangel). La competencia desleal que ha existido desde hace varios años en México, han ocasionado que algunos diseñadores descuiden la calidad y seguridad estructural de un proyecto (De la Torre Rangel). Algunos problemas comunes que se han presentado en el ejercicio profesional son (García Jarque): interacción con los proyectos arquitectónicos, falta de información oportuna, cambios continuos al proyecto, inadecuadas interpretaciones de los planos estructurales, modificaciones continuas por omisiones o errores en la obra. Por su parte Martínez Romero señala al respecto: proyectos arquitectónicos incompletos, coordinación de proyectos ineficientes, honorarios bajos, competencia desleal, incomprensión de propietarios sobre la importancia de efectuar supervisón de obra. De la Torre Rangel afirma: un número importante de clientes, no conoce los alcances del proyecto estructural completo y de calidad (participantes y de oficinas de gobierno). También se puede afirmar que un número importante de ingenieros y despachos de cálculo les falta información y conocimientos del alcance del proyecto estructural, completo y de calidad. Todo lo anterior ocasiona diferencias, discrepancias en la metodología para realizar cada tipo de trabajo o estudio, así como el contenido y responsabilidad del producto, por lo que existen diferencias en el monto de los honorarios procedentes. Es deseable, por lo tanto, homologar los requerimientos de estudios estructurales así como su alcance y contenido de los diferentes trabajos y estudios sobre la ejecución de proyectos estructurales. PRÀCTICA PROFESIONAL Existen en la Ciudad de México varios despachos especializados en el diseño de estructuras de acero que desarrollan proyectos con una calidad estupenda y otros, “clandestinos”, que con menor calidad compiten en

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082 ocasiones con mejores condiciones. Desde hace muchos años, en la ejecución de proyectos estructurales hay una competencia desleal (Izquierdo Ortega), derivada de la falta de ordenamiento y la inexistencia de un registro y acreditación como especialistas (se ha vuelto un mercado de precio y no de calidad), falta de ética profesional de los proyectistas, haciendo creer al cliente que saben lo que están realizando, desunión del gremio, honorarios bajos en esta actividad y la situación económica propia del país. Lo anterior es especialmente grave en estructuras de acero. CERTIFICACIÓN PROFESIONAL Recientemente, el Colegio de Ingenieros Civiles de México A. C. creó la figura de Perito Profesional en Seguridad Estructural, mediante el cual se evalúa la calidad y experiencia de los ingenieros dedicados al proyecto estructural. Esta nueva figura fue requerida por las Judicaturas y necesaria por la firma del Tratado de Libre Comercio, entre México y los Estados Unidos de América. (De la Torre Rangel). Se destaca que se han realizado a la fecha tres exámenes en los que la mayoría de los aspirantes carecen de conocimientos y experiencia suficientes para demostrar que pueden analizar y tomar decisiones sobre problemas de seguridad estructural (Pérez Ruiz). De manera similar existen en nuestro medio alrededor de 300 corresponsables de Seguridad Estructural avalados por la CADROC, que tienen atribuciones que deben modificarse para atribuirles una responsabilidad mayor en los proyectos en los que otorguen su responsiva. La única manera de dar por un lado categoría al gremio y por otra el que se pueda establecer mejores condiciones para los honorarios que se pagan para hacer este tipo de trabajo es por medio de una certificación correcta (Izquierdo Ortega). No debe bastar el presentar un currículo, sino presentar exámenes para demostrar que se saben hacer las cosas. Esto debe ser extensivo a los ingenieros que forman parte de un despacho y hacen en realidad el trabajo. Por lo anterior, se considera que es necesario hacer mayor difusión en nuestro medio de estos registros para asignar una mayor responsabilidad e incrementar el número de especialistas en Seguridad Estructural. CONSTRUCCIÓN El factor decisivo de que una obra sea resuelta con estructura de concreto o de acero, es el costo. Desde el punto de vista de construcción, la estructura de concreto tiene mayor preferencia que la del acero estructural por la disponibilidad de la materia prima. Para fabricar concreto se requiere materiales fáciles de conseguir en cualquier sitio: arena, grava, cemento, agua, premezcladoras, acero de refuerzo (varillas o mallas electrosoldadas), aditivos, recubrimientos y el control de calidad para verificar resistencias, revenimientos, es relativamente sencillo. Mientras que para la estructura de acero se requieren contar con perfiles laminados nacionales o importados o fabricar trabes armadas soldadas (fabricadas por un taller calificado) polines, joist (vigas de alma abierta), largueros, armaduras, láminas para cubierta, láminas para sistemas de piso compuestos acero-concreto, insumos para soldadura (electrodos), tornilleria, control de calidad (ultrasonido, rayos X, líquidos penetrantes), pinturas anticorrosivas, protección contra incendio, canalones, recubrimientos (durock, tablaroca, lámina). Los problemas que pueden presentarse en estructuras de concreto reforzado, de acuerdo con De la Torre son fisuras, mal colado, módulo de elasticidad indefinido y para el acero, problemas de inestabilidad (pandeo (general, pandeo local, pandeo por flexión, pandeo por flexotorsión), esfuerzo de fluencia variable para el mismo módulo de elasticidad, oxidación, corrosión y baja resistencia al fuego. Para analizar esta etapa del proyecto, es necesario dividir a nuestro país en dos zonas: Norte y centro. La influencia de Estados Unidos de América es contundente en la aplicación y uso de perfiles laminados, accesorios, cubiertas, conectores, acabados y disipadores, que condicionan la definición de un proyecto, al

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082 conocimiento de esos productos y su facilidad para adquirirlos, ya que se pone en manos de distribuidores que tienen precios muy manejables para el propietario, constructor y diseñador. En el Sur: un menor conocimiento de productos lleva a menor calidad en la edificación. La verificación de la calidad de una estructura de acero en las diversas etapas de fabricación se efectúa mediante normas (Martín Sebastiá): recepción de materiales (ASTM A6), habilitado (AISC o IMCA), armado (AISC, IMCA y AWS), soldadura (AWS), limpieza y pintura (AISC e IMCA), montaje (AISC, IMCA AWS). si hay soldadura de campo. Esta verificación es compleja y debe llevarse a través de un manual de aseguramiento de la calidad, con registros correspondientes. CONEXIONES Las disposiciones de los códigos de construcción en Estados Unidos para edificaciones sismorresistentes han sido revisadas ampliamente para reflejar la experiencia del sismo de Nortridge, Cal. Las fallas de tipo frágil (Soto Rodríguez) que se presentaron en el sismo de Northridge, Cal y Kobe, Japón son poco probables que ocurran en estructuras construidas en nuestro medio, a no ser que se incurra a una mano de obra de baja calidad y detallado insuficiente de las conexiones que propicie una ejecución incorrecta de las soldaduras y material de mala calidad. En estados Unidos de América, desde hace varios años se está utilizando ampliamente en la práctica de construcción una conexión de sección de viga reducida (Reduced Beam Section, RBS). En esta junta se reduce material de los patines de la viga, cerca de la unión. La formación de las articulaciones plásticas ocurre dentro de esta zona, con lo que se reducen las demandas de esfuerzos y deformaciones en la región crítica de las soldaduras de penetración de los patines de la trabe. Cuando la conexión RBS se combina con soldaduras de buena calidad, se logra un comportamiento adecuado en las pruebas de laboratorio. Mientras tanto en México, se sigue utilizando la conexión trabe-columna soldada típica, que consiste de placas horizontales soldadas a los patines de la viga, para tomar el momento flexionante, y una placa vertical soldada al patín de la columna en taller y atornillada al alma de la trabe en campo. Gonzáles Roser, Rodríguez Peña y otros, consideran que la práctica de diseño y construcción de estructuras de acero en México ha mejorado como consecuencia de los daños ocasionados por los sismos de la Ciudad de México de 1985, Northridge, 1994 y Kobe, Japón, 1995, en virtud de que en la actualidad las estructuras se detallan mejorando su nivel de ductilidad para hacerlas más seguras. Izquierdo Ortega afirma que se ha dejado de utilizar la práctica de las juntas soldadas de penetración para conectar las trabes con las columnas. Las conexiones dañadas durante los sismos de Northridge y Kobe fueron las directas entre trabes y columnas. Otros tipos de conexiones soldadas se han seguido utilizando, ya que son más económicas que las juntas atornilladas. La tendencia a utilizar las juntas atornilladas es adecuada, ya que por una parte obliga a contratar empresas de mejor calidad para la fabricación y se minimiza o elimina la soldadura de campo. Como criterio básico (Izquierdo Ortega) es preferible utilizar conexiones atornilladas con placas horizontales para momento. Siempre es mejor tener tornillos a cortante. La tendencia, sin embargo, parece estar más inclinada a tener juntas tipo “brazo” con placas verticales. Esta junta tiene el inconveniente de que en muchos casos se deforman las placas para poder conectarse y no se tienen holguras. Tampoco parece lógico, como lo utilizan algunos proyectistas, el no colocar tornillos al centro de las placas de la junta. Se recomienda estudiar a detalle los comportamientos de los tipos de conexiones que se están utilizando en México para conocer sus características y comportamiento sísmico.

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082 INGENIERÍA DE DETALLE En esta parte se proporciona por medio de planos absolutamente toda la información necesaria de cada una de las piezas que forman la estructura. Este aspecto requiere de atención especial para obtener una estructura que responda a las condiciones de análisis y diseño, por lo que se recomienda mejorar los métodos de detallado especialmente en las conexiones. Por lo anterior, los planos de ingeniería básica deben contener la estructuración propuesta, las escuadrias de los miembros estructurales, el criterio de juntas, tipo de acero, sujetadores empleados, tamaño de las soldaduras y tipos de tornillos de alta resistencia. Para mejorar la calidad en taller (González Roser) se recomienda realizar una ingeniería de planos de taller tal que se pueda conectar a equipos de control numérico. FABRICACIÓN Con la Firma del tratado de libre Comercio, en México se han adoptado los procesos de fabricación de los países desarrollados, y se obliga a dar los mismos servicios que ellos brindan, para poder conservar el mercado. Existen en la actualidad proyectos muy importantes que se están realizando, o están por realizarse, con estructuras metálicas importadas, no solamente de los Estados Unidos sino del Canadá, que está todavía más lejos. La razón por la que no somos competitivos (Frías Beltrán G) es sencilla de explicar: mientras que en los países industrializados se requieren entre 10 y 15 horas hombre de trabajo para fabricar una tonelada métrica de estructura de acero, en México se requiere entre 50 y 100 horas hombre para hacer lo mismo. Expresado de otra forma, en México un taller con 60 trabajadores puede producir por mes unas 150 a 200 toneladas de estructura y un taller del mismo tamaño en Estados Unidos o Canadá produce entre 700 y 1000 toneladas mensuales. Si suponemos que el costo de la mano de obra directa aquí es de $ 2 Dls por hora y de 12 Dls en Estados Unidos, resulta costar aproximadamente lo mismo producir la estructura aquí que allá, por lo que se pierde la ventaja de la mano de obra barata. El punto medular para lograr una estructura de acero racional (Martín Sebastiá) sería una buena relación entre el costo de fabricación, costo de montaje y peso final de la estructura. En México, ha existido la teoría de que la estructura de acero más barata es la más ligera, siendo esto totalmente falso, ya que al obtener una estructura ligera con muchas horas hombre por tonelada para fabricar y montar, su precio unitario será mucho más elevado que una estructura ligeramente más pesada pero con un precio unitario muy inferior por tener menos horas hombre por tonelada. A esto habrá que sumar los costos de aseguramiento de calidad y tiempo de ejecución, estos dos casos suelen ser costos difíciles de cuantificar y en ambos casos se minimizan con estructuras con pocas horas hombre por tonelada, ya que las horas hombre se pueden relacionar directamente a la cantidad de armado, soldadura, montaje que lleva una estructura, y si lleva pocas horas hombre por tonelada lleva poca soldadura y por lo tanto requiere pocas pruebas no destructivas y también menor tiempo de entrega. Se considera que la teoría de la estructura más barata es la más ligera sigue en gran parte vigente por el hecho de que muchos fabricantes tienen un precio unitario para cualquier tipo de estructura, sin analizar la cantidad de horas hombres que les implicaría realizarlo. Martín Sebastiá afirma que en México es conveniente certificar talleres de estructuras de acero para hacer frente a la competencia internacional y contar con un padrón de talleres que sean reconocidos por los diseñadores y propietarios. Algunos fabricantes nacionales de estructuras de acero han hecho esfuerzos importantes para mejorar sus sistemas de construcción, varios de ellos han invertido en equipos modernos para reducir los tiempos de fabricación y tener una alta calidad. Sin embargo, todavía persiste en obras de cierta importancia, la fabricación improvisada en campo, con una supervisión nula.

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082 Los fabricantes de estructuras señalan que en ocasiones los planos estructurales carecen de información completa y que un buen diseño debe basarse en el conocimiento de los procesos de construcción de estructuras de acero por parte de algunos proyectistas estructurales. MONTAJE Esta última etapa de la estructura de acero requiere el estricto cumplimiento de las normas de montaje que establecen los organismos internacionales de construcción en acero, sobre todo del primer tramo de columnas, con ello se garantiza la geometría del resto de la estructura. El montaje implica el conocimiento y evaluación del lugar de la obra, conocimiento del equipo (plumas, grúas, malacates), elección del método de montaje más conveniente de acuerdo con el tipo de estructura (ligera o pesada), y establecer una adecuada ejecución del plan general de construcción. Los montadores de estructuras de acero comentan que los problemas comunes que afectan el montaje de una estructura de acero derivados de la fabricación son: deformaciones impuestas durante la fabricación, juntas que no coinciden, piezas desordenadas y entregas fuera de tiempo. Los aspectos que requieren atención especial durante el montaje de una estructura son: plomeo, apriete de tornillería y calidad de soldaduras y por supuesto, tener en cuenta la estabilidad de la estructura durante el proceso de montaje (cargas de montaje previstas o no en el diseño de la estructura). La recomendación que hacen los montadores a los fabricantes estriba en que debe verificarse la topografía antes de enviar la estructura a campo, programa de montaje y control de calidad durante el montaje. INSPECCIÓN Todos los que colaboran en las etapas de fabricación y montaje de estructuras de acero, deben tratar de obtener la calidad estipulada, utilizando materiales confiables (perfiles laminados, sujetadores e insumos de soldadura) y soldadores calificados que realicen los procedimientos de soldadura especificados, bajo una inspección visual preventiva, completada por los métodos de inspección requeridos para lograr el aseguramiento de calidad de la estructura. Aplicando las técnicas de inspección adecuadas, en forma oportuna, controlada, ordenada y sistemáticamente valuada se edificarán estructuras de acero que cumplan con los requisitos de calidad estipulados en las especificaciones o normas aplicables de cada proyecto (Soto Sobenís). EDUCACIÓN En esta parte continua el problema de que hay poco interés y verdadera vocación por parte de los estudiantes de ingeniería civil por cursar materias de diseño estructural. En muchas instituciones de enseñanza superior, la materia de estructuras metálicas sigue siendo optativa y falta reforzar su enseñanza mediante el otorgamiento de becas, prácticas en talleres de fabricación de estructuras metálicas, visitas a obras en proceso de montaje y evidentemente mejorar los sueldos que permitan a los recién egresados satisfacer sus necesidades básicas. Como se sabe, el sector de la industria de la construcción ha sido uno de los más golpeados en los últimos años (Vázquez Vera) y particularmente el presente año ha sido difícil para este sector. Los aspectos que consideran fundamentales los diseñadores profesionales y que deberían conocer los egresados de las escuelas de ingeniería civil se resumen en: diseño práctico de estructuras de acero, procesos de fabricación y montaje, principales ventajas de las estructuras de acero sobre las de concreto, detallado de conexiones trabe-columna atornilladas y soldadas y construcción compuesta.

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082 INVESTIGACIÓN E INNOVACIONES TECNOLOGICAS En México, la investigación relacionada con el comportamiento de los miembros estructurales y conexiones de acero sigue siendo prácticamente nula. La mayoría de los profesionales entrevistados indican que en nuestro país no existen contribuciones importantes de investigadores mexicanos para mejorar el comportamiento de este tipo de estructuras. En México no se brinda apoyo a la investigación relacionada con el comportamiento de estructuras de acero. Existen varias instituciones que efectúan investigación experimental, analítica y experimental en ingeniería sísmica, estructuras de concreto y de mampostería para vivienda: Instituto de Ingeniería de la UNAM, Universidad Autónoma Metropolitana, Plantel Azcapotzalco, Centro Nacional de Prevención de Desastres, Universidad Autónoma del Estado de México y Fundación Barros Sierra e Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto. En el ámbito mundial y especialmente en países ubicados en zonas de alto riesgo sísmico, se ha usado desde hace varios años tecnologías novedosas para reducir la respuesta de los sismos fuertes, especialmente en edificios altos. Estas tecnologías consisten el uso de disipadores de energía y aisladores de base. En la Ciudad de México y Acapulco (Martínez Romero) hay varios edificios importantes a los que se les ha implementado disipadores de energía. Si bien se cuenta en la actualidad con información muy valiosa, falta una adecuada difusión, incorporación en la reglamentación y experiencias de comportamiento estructural ante sismos fuertes de estos artefactos. Algunos proyectistas (Izquierdo Ortega) consideran que las nuevas tecnologías (disipadores de energía) para reducir la respuesta de los sismos ante temblores no son convenientes para edificios de acero altos. Al respecto Izquierdo Ortega señala: que se ha demostrado que los edificios altos disipan adecuadamente la energía sísmica por medio de comportamiento histerético y aprovechando que tienen una reducción importante en las fuerzas sísmicas por encontrarse en la rama descendente del espectro de respuesta para cualquier tipo de suelo. El ponerles disipadores, independientemente de las múltiples suposiciones que hay que hacer para el análisis, se agrega un costo innecesario. PROMOCIÓN Pocas empresas siderúrgicas del ramo han efectuado esfuerzos importantes por difundir las ventajas del acero como material en la industria de la construcción frente a otros tipos de construcción. Ante la contracción de la construcción en los últimos años (Feldman Punsky y Esquivel Parra), Siderúrgica Tultitlán enfrenta esta situación con trabajo arduo, calidad de productos y acciones de servicio, buscando preferencia de quienes construyen con materiales procedentes de esta empresa. Esta empresa produce perfiles de calidad comercial con una calidad aprobada y reconocida por las normas internacionales. NORMATIVIDAD. ESPECIFICACIONES Y NORMAS MODELO PARA DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO Algunas normas vigentes en México para diseño y construcción de estructuras de acero para edificios, se basan parcialmente en las Especificaciones del American Institute of Steel Construction (AISC), organismo que agrupa a las principales empresas productoras de acero estructural de los Estados Unidos de América, diseñadores, fabricantes de estructuras metálicas, empresas dedicadas al montaje y a la supervisión de estructuras, profesores e investigadores; y que publica periódicamente manuales de construcción en acero. El AISC realiza eventos técnicos, nacionales e internacionales para promover y difundir la tecnología y el uso del acero en la industria de la construcción. Tras los sismos de Northridge, California, 1994 y Kobe, Japón, 1995, las Seismic Provisions for Structural Steel Buildings recientes del AISC prescriben disposiciones más estrictas desde el punto de vista de seguridad estructural de las edificaciones, y se han hecho modificaciones importantes en la práctica de diseño y construcción de estructuras de este tipo, por haberse demostrado un comportamiento diferente al esperado.

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082 Los resultados de las investigaciones realizadas a lo largo de muchos años se han sintetizado en un procedimiento de diseño práctico y racional, para proporcionar una herramienta de diseño que permita obtener estructuras con niveles de seguridad, aceptables y económicas dentro de ciertos limites. El desarrollo de numerosos programas de computadoras para el análisis y diseño de estructuras ha permitido que las reglas de diseño se apliquen de manera versátil, con revisiones rápidas para optimizar el material y evitar cálculos laboriosos. Las normas de diseño requieren revisiones periódicas y oportunas, de acuerdo con las nuevas experiencias e investigaciones que surgen en el campo de la ingeniería; se considera que un reglamento o norma se vuelve obsoleto después de no más de diez años de su publicación, o inmediatamente después de la ocurrencia de un sismo fuerte, que demuestre un comportamiento poco satisfactorio de las estructuras que fueron diseñadas y construidas con la normatividad vigente. Las normas modelo que propone el autor, se basan parcialmente en las Normas Técnicas Complementarias para diseño y construcción de estructuras metálicas del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal (NTCRCDF), actualmente en revisión final, y que se publicará, seguramente, en 2002. Se han tomado algunas referencias, no se ha efectuado una traducción fiel, de las Especificaciones para Edificios con Estructura de Acero, Diseño por Esfuerzos Permisibles y Diseño Plástico de 1989 (AISC-ASD-1989) y de las Especificaciones para Edificios de Acero Estructural basadas en el diseño por factores de carga y resistencia (AISC-LRFD-1999), para contar con normas que se adapten a nuestro medio y se apeguen a la práctica de la ingeniería mexicana. El uso de las Especificaciones AISC–ASD en México, durante poco menos de un siglo, se debe principalmente a las siguientes razones: •

En varias ramas de la ingeniería, nuestra tecnología y evolución de la normatividad depende en buena medida del desarrollo del vecino país.

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La industria siderúrgica mexicana inició operaciones hace aproximadamente un siglo, y se desarrolló con infraestructura y equipo de laminación de origen estadounidense, de manera que todos los perfiles estructurales mexicanos que se producían en el pasado y en la actualidad se presentan en unidades del sistema ingles. La fabricación de materiales utilizados en la estructura de acero(aceros estructurales, aceros de alta resistencia, tornillos, arandelas y tuercas, pernos de anclaje y barras roscadas, metales de aportación y fundentes para soldadura, pernos conectores de cortante, lámina acanalada para sistemas de piso) está regida por normas de carácter internacional de la ASTM y AWS. Desde hace pocos años, estos materiales se han normalizado en nuestro país de acuerdo con normas del Comité Consultivo de Normalización de la Industria Siderúrgica de la Cámara Nacional de la Industria del Hierro y el Acero (CANACERO).

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En el pasado, había poca literatura disponible para el diseño de este tipo de estructuras. La industria siderúrgica mexicana, encabezada principalmente por Altos Hornos de México, Compañía Siderúrgica de Guadalajara, Hylsa, S. A, Galvak, realizó esfuerzos importantes para publicar catálogos de sus productos, con información técnica básica.

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En México, la investigación relacionada con el comportamiento del acero estructural, es prácticamente nula. Las únicas y notables contribuciones, aportaciones y actualización de normas y temas sobre el comportamiento y diseño de estructuras de acero, han sido hechas, a lo largo de más de cuarenta años, por el Maestro Oscar de Buen y López de Heredia, Profesor emérito de la Universidad Nacional Autónoma de México y Director General de Colinas de Buen. El trabajo del Ing. De Buen ha fomentado desde los años cincuenta, el empleo del acero en la industria de la construcción, muchos edificios de mediana altura y altos de la Ciudad de México confirman su vasta experiencia.

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Los manuales de construcción en acero del AISC han sido, tradicionalmente, las herramientas disponibles más completas para el diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero para edificios, las cuales están en permanente actualización, e incorporan resultados de investigación teóricos,

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082 experimentales y prácticos, que reflejan los avances tecnológicos en el campo de las estructuras metálicas, por lo que su gran contenido técnico permite aplicarlas de manera rápida. •

Los diseñadores mexicanos se han familiarizados más con el uso de las especificaciones AISC, principalmente con el método de diseño basado en esfuerzos permisibles, por ser el método más simple, tradicional y conservador.

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La mayor parte de los programas de computadora especializados para el diseño de estructuras de acero que se emplean en México y en América Latina, se basan en las Especificaciones del AISC. En México, los programas que provienen de los Estados Unidos de América han tenido buena aceptación. En los centros de enseñanza superior y universidades, donde se imparte la materia de estructuras de acero (cabe señalar que esta materia es optativa en la mayoría de ellos), los cursos se imparten con base en programas tradicionales, con apego a las Especificaciones AISC, diseño por esfuerzos permisibles.

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No obstante, las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal de 2002, preparadas por un comité técnico, integrado por profesionistas reconocidos en nuestro medio y encabezados por el Ing. Oscar de Buen López de Heredía, son consideradas actualmente en México, la herramienta más completa y actualizada para el diseño con acero, ya que contiene estudios analíticos y experimentales relativos al comportamiento y diseño de estructuras de acero, de más de 30 años, así como algunas enseñanzas derivadas de los sismos de la ciudad de México de1985, Northridge, Cal., 1994 y Kobe, Japón, 1995. Lamentablemente, el empleo de estas normas en nuestro medio está limitado por las razones siguientes: •

Las NTC-RCDF-2002, como su nombre lo indica, tienen carácter oficial únicamente en el Distrito Federal, mientras que las Especificaciones del AISC son reconocidas y utilizadas en cualquier parte de nuestro país. (Las Especificaciones AISC cubren geográficamente un campo de aplicación mucho más grande que las Normas Técnicas Complementarias). Es común que en varios estados de la República Mexicana, especialmente en los estados del norte, se utilicen normas estadounidenses (AISC, ACI, UBC, etc.) para el diseño de estructuras, incluso para la definición de cargas vivas, viento o sismo, razón por la cual los diseños realizados en estos lugares difieren sustancialmente de los efectuados en la Ciudad de México.

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Pocos ingenieros, diseñadores y estructuristas profesionales suelen utilizarlas. El empleo correcto de las nuevas normas requerirá amplia difusión entre la comunidad ingenieril.

Consecuentemente, en la Guía Práctica Nacional para Diseño de Estructuras de Acero se presentan disposiciones de diseño alternativas para diseñar y construir estructuras de acero, de acuerdo con varios métodos de diseño: diseño por esfuerzos permisibles, diseño por factores de carga y resistencia y diseño por estados límite. Se ha hecho una interpretación gráfica de las disposiciones de las normas para facilitar su comprensión y aplicación inmediata. Por supuesto, quedará a juicio del diseñador, el empleo de una u otra norma. Se advierte al usuario de estas normas, que la tendencia mundial es hacía el diseño por factores de carga y resistencia ( diseño por estados límite). Aparentemenete, en las nuevas normas del AISC, que se publicarán en 2005, se incorporarán los dos métodos, ASD y LRFD, como lo ha hecho el American Iron and Steel Institute. El método de diseño por esfuerzos permisibles es muy útil cuando se revisan estructuras antiguas, su aplicación data de casi un siglo en los Estados Unidos de América y en México. Como conclusión de esta parte, los proyectistas particulares entrevistados consideran que la propuesta de las NTC-RCDF-2002 para diseño y construcción de estructuras metálicas son adecuadas conforme a las necesidades de su práctica y que solo se recomienda ampliar ciertos tópicos (disposiciones completas para contraventeos excéntricos, inclusión de reglas para disipadores de energía, etc.)

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082 TENDENCIAS FUTURAS DEL ACERO EN LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN En los próximos años se vislumbra un panorama poco alentador del uso de la estructura de acero en la construcción. En general, este sector ha sido severamente golpeado en los últimos años. En los próximos años, el uso del acero de edificios para oficinas, habitación, hospitales, y escuelas representará (De la Torre Rangel) el 40 % de la producción total, mientras que en naves industriales suele ser del 50%, el resto se aplicará a estructuras especiales, como puentes ( peatonales, vehiculares, ferrocarril y metro), tanques, anuncios espectaculares. CALIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO La calidad de una estructura de acero está sujeta a un proceso sofisticado y al cumplimiento estricto de normas y especificaciones que rigen cada una de las etapas del proceso, por lo que debe existir una participación y adecuada interacción de todas las disciplinas en una interacción de equipo. La calidad, costo y disponibilidad de los materiales los establece la industria siderúrgica; la forma de la estructura, funcionalidad y apariencia es responsabilidad del arquitecto, la economía de la estructura está en manos del proyectista, quien debe poner en juego todos sus conocimientos sobre el análisis, comportamiento de materiales, diseño estructural, aprovechamiento óptimo de los materiales: la mano de obra empleada en la fabricación debe ser altamente calificada o los procesos deben ser automatizados, los planos de taller deben ser elaborados por programas de dibujo automatizados con objeto de mejorar la calidad y aumentar su volumen. El control de calidad en la fabricación y el montaje debe mejorarse, exigiendo especial cuidado para que la estructura final no pierda las propiedades intrínsecas del acero, sino que al contrario, éstas se aprovechen eficientemente, la inspección debe tener más participación en estructuras de acero. COMPORTAMIENTO DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO ANTE UN SISMO FUERTE FUTURO En caso de que ocurra un sismo fuerte en la Ciudad de México, varios proyectistas profesionales consideran que el comportamiento de las estructuras de acero sería satisfactorio. En otros casos, su comportamiento sería variable. Izquierdo Ortega afirma que puede haber serios problemas en las zonas de mayor sismicidad en la ciudad de México, debido a que muchas estructuras en los últimos años, se han construido sin inspección adecuada. Incluso se pueden esperar problemas estructurales en algunas de las estructuras mixtas que se han construido, en las cuales se ha tenido un sinnúmero de combinaciones de solución, con y sin conectores para ligar al concreto con los perfiles de acero, conexiones con y sin atiesadores y sin atiesadores verticales en las trabes, etc. Por su parte, De Buen López de Heredia afirma, que la construcción compuesta es conveniente en zonas sísmicas, pues combina la rigidez más elevada y el mayor amortiguamiento de los elementos estructurales de concreto con la ductilidad del acero. Rodríguez Peña señala que el comportamiento de las estructuras de acero ante sismos fuertes será adecuado, en virtud de que los edificios de que los edificios metálicos que no sufrieron daños durante el temblor de 1985 ya no lo sufrirán otra vez y los nuevos están muy reforzados con las nuevas adecuaciones del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. RECOMENDACIONES De los resultados obtenidos de la encuesta, se desprenden las siguientes acciones deseables: Organizar una campaña agresiva para los arquitectos con objeto de fomentar una cultura de uso del acero. Editar videos sobre la fabricación del acero, procesos de construcción y montaje de obras notables. Mejorar el suministro de perfiles de acero con base en un mejor precio, calidad, servicio y reducir plazos de entrega.

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082 Organizar un banco de datos que proporcione la información acerca de la verdadera disponibilidad de materiales usuales en la construcción de estructuras de acero (perfiles, placa, lámina, fundentes para soldadura, tornillería, pernos conectores de cortante, etc.). Elaborar un código modelo para uniformar los criterios de diseño de estructuras de acero en todo el país, en virtud de la falta de reglamentación para este tipo de estructuras en provincia. Incluir en las normas de diseño disposiciones para el diseño de estructuras sismorresistentes, a base de marcos con contraventeos excéntricos y uso de disipadores de energía para reducir la respuesta sísmica de estructuras. Impartición de cursos prácticos sobre el uso de disipadores de energía en edificios altos. Revisar los programas de la carrera de estructuras metálicas para actualizar su contenido Difundir guías y ejemplos de diseño prácticos y que ayuden al estudiante y arquitecto a interpretar correctamente las especificaciones y normas técnicas de la normatividad en vigor. Proponer una normatividad para estructuras de acero especiales: puentes, anuncios espectaculares, plantas temoelectríacs, etc. Organizar mesas redondas y debates sobre temas relacionados con los avances tecnológicos más recientes y sus aplicaciones en edificios de acero. CONCLUSIONES Se ha presentado una visión panorámica sobre la práctica de diseño y construcción de estructuras de acero en México. Se insiste en que falta mucho por hacer en México para que el acero incursione aún más en la industria de la construcción. Algunos problemas que continúan vigentes en nuestro país se resumen en: costo elevado del acero como material de construcción, promoción y difusión insuficiente del acero en la industria de la construcción por algunas empresas del sector, poca investigación en nuestro medio relacionada con el comportamiento de estructuras de acero, nulo interés de los estudiantes de ingeniería civil en cursas la asignatura de estructuras metálicas, fomentar una cultura agresiva de uso del acero entre arquitectos, certificar despachos de diseño y talleres de fabricación de estructuras metálicas para mejorar la calidad en estas etapas, actualización y certificación profesional de ingenieros en esta especialidad, mayor participación de la inspección en obras de acero, mayor colaboración entre arquitectos, propietarios y diseñadores, fabricantes y montadores y supervisores. AGRADECIMIENTOS El autor agradece profundamente a las siguientes personas que contribuyeron con opiniones y comentarios muy valiosos para la preparación de este artículo: Ing. Oscar de Buen López de Heredia, Ing. José Luis Sánchez Martínez, M. C. Enrique Martínez Romero, Ing. Francisco García Jarque, Ing. Oscar de la Torre Rangel, Ing. Raúl Granados Granados, Dr. Eduardo Miranda Mijares, Ing. Jorge Martín Sebastía, Ing. Fernando González Roser, M. I. Ismael Vázquez Martínez, M.I. Raúl Izquierdo Ortega, M.I. Raúl Jean Perrilliat, M.I. Javier Alonso García, Ing. Delfino Rodríguez Peña, Ing. Octavio Barón Luna, Ing. Ma. Magdalena Saldivar García, Ing. Israel Feldman Punsky, Ing. Roberto Esquivel Parra, Ing. Guillermo Tena Alavez. A todos ellos un reconocimiento especial. REFERENCIAS Diseño de Estructuras Metálicas, Volúmenes I y II, Héctor Soto Rodríguez, México, D. F., 2000. Tendencias Presentes y Futuras sobre el Uso del Acero en la Construcción en México, Héctor Soto Rodríguez IX Congreso Nacional de Ingeniería Estructural, Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural, Zacatecas, Zac. , 1994. Seismic Design of Beam-Column Connections, Eduardo Miranda Mijares, V Simposio Internacional y II Encuentro Nacional de Profesores de Estructuras de Acero, Guadalajara, Jal., Instituto Mexicano de la Construcción en Acero, A.C., 1997 Ductile Detailing of Steel Moment Frames: Basic Concepts, Recents Developments and Unresolved Issues, Michael D. Engelhardt, Profesor Department of Civil Engineering, University of Texas at Austin, Revista de

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082 Ingeniería Civil, Colegio de Ingenieros Civiles de México, traducción: Héctor Soto Rodríguez, México, D. F., 2002. Anteproyecto de Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal, 2002. Conferencia Magna Emilio Rosenblueth, Chris Poland, Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica, febrero de 2002, México, D.F. Las Estructuras de Acero en la Actualidad: Puntos de Vista de un Fabricante, Fernando Frías Beltrán G, III Simposio Internacional y VI Simposio Nacional de Estructuras de Acero, Oaxaca, Oax., Instituto Mexicano de la Construcción en Acero, A.C., Vol. I, 1993. Encuesta a despachos de diseño estructural, La Práctica de Diseño y Construcción de Estructuras de Acero en México, Héctor Soto Rodríguez, México, D.F., 2002. Entrevistas personales con especialistas en estructuras, 16 de septiembre de 2002, México, D.F.

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