El acero estructural de alta resistencia reduce los costos del proyecto cuando el valor de una estructura más ligera o eficiente supera el costo adicional del material, la fabricación y el diseño. El caso más favorable se da cuando un límite elástico más alto permite a los ingenieros utilizar elementos más pequeños o ligeros sin comprometer la rigidez, la estabilidad, las conexiones ni otros requisitos de rendimiento.

Para los compradores que consideran el acero estructural de alta resistencia, la decisión debe basarse en el costo de la estructura terminada, no solo en el precio por tonelada. Un grado más caro puede reducir la cantidad de acero que se compra e instala, pero esos ahorros no son automáticos. En algunos edificios, la deflexión o el pandeo determinan el tamaño de los elementos, lo que deja poco margen para beneficiarse de una mayor resistencia.

Cuándo puede amortizarse un grado de acero superior

El acero de alta resistencia tiene más probabilidades de generar ahorros cuando el diseño estructural está condicionado por la resistencia y los tamaños de perfil disponibles permiten al ingeniero reducir el peso. El beneficio resulta más convincente cuando un armazón más ligero también modifica otros costos del proyecto.

Estructuras de grandes luces y sometidas a cargas elevadas. En edificios industriales, almacenes y otras estructuras con cargas considerables, algunas vigas, columnas o barras de celosía pueden dimensionarse principalmente por resistencia. Un grado de mayor resistencia puede permitir utilizar un elemento más ligero o reducir la cantidad de chapa necesaria. La oportunidad depende del diseño concreto: una viga de gran longitud que deba mantener una rigidez especialmente alta aún puede requerir una sección grande aunque se disponga de acero más resistente.

Proyectos con importantes limitaciones de transporte o izado. Los componentes más ligeros pueden reducir el peso del envío o facilitar su manipulación. También pueden permitir que el contratista utilice el equipo de izado disponible o simplificar la secuencia de instalación. Estos ahorros son más fiables cuando la reducción de peso modifica un requisito específico de transporte o izado. Si un componente sigue dentro de los mismos límites de transporte y grúa, puede aportar pocos ahorros prácticos en esos aspectos.

Estructuras en las que la carga muerta afecta considerablemente a las cimentaciones. Un armazón más ligero reduce la carga permanente que se transmite a la estructura de soporte y a las cimentaciones. En un proyecto en el que el acero estructural representa una parte significativa de la carga total y el diseño de las cimentaciones es sensible a esa reducción, el ahorro puede ir más allá del armazón. Sin embargo, no debe darse por sentado que un paquete de acero más ligero producirá automáticamente cimentaciones más pequeñas: pueden ser determinantes las condiciones del suelo, el viento, las fuerzas sísmicas y otras cargas.

Componentes estructurales repetitivos. Cuando se utiliza el mismo elemento o conjunto en todo el proyecto, un pequeño ahorro por unidad puede acumularse. La repetición también puede facilitar la justificación de los cambios de ingeniería y fabricación. La comparación debe incluir los costos únicos de rediseño, cualificación o revisión de los procedimientos de producción.

Por qué una mayor resistencia no siempre significa menos acero

El límite elástico describe la tensión a la que el acero comienza a deformarse permanentemente. Aumentarlo puede mejorar la resistencia de un elemento frente a determinadas cargas. Sin embargo, por sí solo no hace que el acero sea proporcionalmente más rígido. Por consiguiente, una viga de un grado superior puede cumplir los requisitos de resistencia con una sección más pequeña, pero no satisfacer los límites de deflexión o vibración del proyecto.

La estabilidad también puede determinar el diseño. Una columna esbelta puede pandear antes de que se aproveche toda la resistencia del material, mientras que una viga puede necesitar suficiente arriostramiento lateral para evitar la inestabilidad. El pandeo local de los elementos delgados puede limitar cuánto se puede reducir una sección. En estos casos, cambiar el grado sin revisar la geometría de los elementos y sus restricciones puede generar muy poco ahorro de peso.

Las conexiones requieren la misma atención. Una viga más ligera puede necesitar placas de testa, pernos, soldaduras o rigidizadores diferentes. Las fuerzas en las conexiones y los requisitos de detalle no disminuyen necesariamente en proporción al peso del elemento. Por ello, un armazón con menos acero en sus elementos principales puede costar más de fabricar si sus uniones se vuelven considerablemente más complejas.

El diseño contra incendios también puede limitar el beneficio. Una sección más pequeña o delgada puede modificar la protección contra incendios necesaria para cumplir la clasificación especificada. La comparación pertinente es el costo de instalación del acero y de su protección en conjunto, conforme a los requisitos de ingeniería contra incendios del proyecto.

Compare el costo instalado, no solo la cotización del acero

Una evaluación útil comienza con dos diseños viables: uno de referencia que utilice el grado convencional y otro alternativo que emplee el grado de mayor resistencia propuesto. Ambos deben cumplir los mismos requisitos de carga, límites de servicio, protección contra incendios, condiciones de corrosión y restricciones de construcción. Rara vez basta con comparar el mismo perfil en dos grados; el diseño alternativo debe desarrollarse para determinar si realmente se puede reducir su peso.

La comparación de costos debe incluir los siguientes conceptos:

• Material: Tonelaje requerido, precio por grado y perfil, pérdidas de corte, longitudes disponibles y cantidades mínimas de pedido.
• Fabricación: Corte, taladrado, conformado, soldadura, inspección y cualquier cambio en los detalles de las conexiones o los procedimientos de taller.
• Protección: Preparación de superficies, protección contra la corrosión y protección contra incendios de cada diseño.
• Logística y montaje: Transporte, manipulación, equipo de izado, ensamblaje en obra y secuencia de instalación.
• Obras de soporte: Cambios en las cimentaciones o en la estructura de soporte que el diseño de ingeniería permita efectivamente.
• Ejecución del proyecto: Rediseño, aprobaciones, plazos de adquisición y efecto financiero de los retrasos en el suministro de materiales o en la fabricación.

Para una evaluación comercial sencilla, multiplique el peso requerido de cada diseño por el precio cotizado del material y añada los demás costos que difieran entre las opciones. Utilice el mismo alcance y punto de entrega para ambas cotizaciones. Los ahorros que dependan del rediseño de una cimentación o del uso de una grúa diferente solo deben contabilizarse cuando el diseñador o contratista correspondiente haya incorporado ese cambio a su alcance.

Distinga también las cotizaciones en firme de las estimaciones. Por ejemplo, una cotización de transporte puede respaldar un menor costo de flete, mientras que una posible reducción del tiempo de montaje puede seguir siendo una estimación. Mantener visibles estos supuestos ayuda a los responsables de la toma de decisiones a determinar si un ahorro proyectado pequeño es lo bastante fiable como para justificar el cambio.

La fabricación y el suministro pueden cambiar el resultado

El grado de mayor resistencia debe seleccionarse con la participación del fabricante, sobre todo si la estructura requiere mucha soldadura o tiene uniones complejas. Los requisitos de soldadura dependen del grado, el espesor del producto, el diseño de la unión y la especificación de fabricación aplicable. Los procedimientos, consumibles, precalentamiento, inspección y requisitos de reparación pueden afectar tanto el costo como el tiempo de producción. No debe suponerse que una mayor resistencia garantiza una soldadura difícil ni sencilla.

El conformado es otro factor que debe considerarse para perfiles conformados en frío y componentes fabricados. Un producto más delgado y resistente puede reducir el peso, pero la posibilidad de doblarlo para obtener la geometría requerida depende del grado del material, el espesor y el proceso de conformado. Solicite las propiedades y tolerancias pertinentes para la operación prevista, en lugar de seleccionar un producto basándose únicamente en su límite elástico.

La disponibilidad es tan importante como la idoneidad técnica. Puede que un grado esté disponible en chapa, pero no en el tamaño de viga, canal o ángulo que requiere el diseño. La sustitución por un perfil disponible puede modificar el cálculo del peso, los detalles de las conexiones o el plazo de entrega. Las conversaciones tempranas con el proveedor y el fabricante pueden revelar si la combinación propuesta de grado, dimensiones y cantidad es viable para el calendario del proyecto.

En el caso del acero adquirido en mercados internacionales, la especificación de compra debe indicar la norma del producto, el grado, las dimensiones, las tolerancias, los ensayos y la documentación requeridos. Los grados de material definidos por normas diferentes no deben considerarse intercambiables únicamente porque sus resistencias nominales parezcan similares. El ingeniero y el comprador deben acordar las condiciones de cualquier sustitución propuesta antes de la producción o el envío.

El papel de la bobina revestida en la decisión

No todos los productos de acero de un edificio cumplen la misma función estructural. Las chapas o bobinas revestidas pueden ser adecuadas para cubiertas, revestimientos de fachadas o ciertos componentes conformados en frío diseñados para ese fin, mientras que las vigas y columnas principales requieren productos seleccionados según sus propias exigencias estructurales. En estas aplicaciones más ligeras, la protección contra la corrosión, la conformabilidad y el diseño de la sección pueden ser tan importantes como la resistencia.

Por ejemplo, la bobina de acero Galvalume AZ50 es una opción de bobina revestida con una aleación de aluminio y zinc para aplicaciones exteriores e industriales. Su idoneidad para un componente estructural depende del grado especificado del acero base, el espesor, el revestimiento, los requisitos de conformado y el diseño de ingeniería del componente. Una bobina revestida no debe considerarse un sustituto directo de una viga o columna estructural simplemente porque se describa como adecuada para usos estructurales.

Cuándo es probable que el grado convencional sea la mejor opción

El acero de mayor resistencia resulta menos atractivo cuando el diseño está determinado por la deflexión, la vibración, la estabilidad o las dimensiones mínimas prácticas. También puede aportar poco valor en elementos cortos con cargas ligeras, cuando las placas de conexión, la mano de obra de fabricación o las cantidades mínimas de pedido representan una parte considerable del costo instalado.

Un grado convencional puede ser la opción comercial más conveniente cuando está disponible con facilidad en los perfiles requeridos, los procedimientos de fabricación están establecidos y el calendario del proyecto es ajustado. Aunque una alternativa reduzca el peso teórico del acero, un plazo de adquisición largo o un rediseño tardío pueden compensar el ahorro previsto.

Los diseños con grados mixtos son otra opción. No es necesario utilizar el mismo grado en todo el proyecto: algunos elementos sometidos a cargas elevadas pueden beneficiarse de una mayor resistencia, mientras que otros pueden seguir siendo de un grado convencional. El ahorro potencial debe justificar, aun así, la complejidad adicional de adquirir, identificar y fabricar distintos materiales.

Qué solicitar antes de aprobar un cambio

Solicite al ingeniero estructural una relación comparativa de los elementos que indique qué perfiles cambian, las cantidades resultantes y las restricciones de diseño que determinan las dimensiones de los elementos principales. Pida al fabricante que cotice las conexiones, la soldadura, la inspección y la protección revisadas, no solo el tonelaje reducido. Después, solicite cotizaciones a los proveedores y transportistas para los grados, perfiles, cantidades y fechas de entrega concretos.

La mejor opción es la que cumple los requisitos de rendimiento del proyecto con el menor costo de entrega e instalación que pueda justificarse. Si los ahorros dependen de supuestos sobre las cimentaciones, el izado o el calendario, esos supuestos deben reflejarse en el alcance del contratista o diseñador responsable antes de tomar la decisión de compra.