V. EL ACERO Y LOS SISMOS

DOS SEMANAS despu�s del sismo del 19 de septiembre de 1985, el director del Instituto de F�sica, convoc� a los investigadores a una reuni�n. Dijo lo siguiente: "La reconstrucci�n de la ciudad de M�xico ha comenzado. Los investigadores tenemos la obligaci�n de recopilar y procesar al m�ximo la informaci�n que est� en las ruinas y creo que podemos proponer ideas que sirvan para mitigar los efectos de los sismos que seguramente vendr�n en el futuro".

Jorge Flores, Octavio Novaro y Thomas Seligman f�sicos te�ricos, se propusieron estudiar el fen�meno de propagaci�n de ondas s�smicas, que un a�o m�s tarde se publicar�a en Nature, una de las revistas cient�ficas m�s prestigiadas del mundo. Otros se ofrecieron a estudiar el cemento, el agua, las radiaciones, etc. A los metalurgistas nos encargaron analizar el acero de las construcciones. Despu�s de que la sesi�n hubo terminado, fuimos por seguetas, cizallas, guantes, cascos, batas y conseguimos las llaves de una de las camionetas de la UNAM. Esa misma tarde recorrimos la colonia Roma y sus alrededores. El panorama era desolador y el ambiente tenso. Mientras tom�bamos muestras de varillas, discut�amos sobre las posibilidades de generar l�neas de investigaci�n que pudieran llevar a la proposici�n de acciones relevantes. La opci�n de investigaci�n m�s obvia —investigar la resistencia mec�nica del acero— dif�cilmente podr�a conducir a conclusiones claras. Por un lado las varillas en las �ltimas d�cadas se han producido en varios niveles de resistencia, de modo que los resultados tendr�an que ser muy variables. A esto se sumaba que los trozos de varilla expuestos al aire en las ruinas, accesibles para nosotros, estaban severamente deformados y consecuentemente sus propiedades mec�nicas ya no eran las mismas que las de la varilla reci�n salida de la f�brica. La deformaci�n puede endurecer el acero y hacerlo parecer menos d�ctil. Adem�s, el acero puede ser menos resistente si tiene grietas en su interior.

Tambi�n se nos ocurri� explorar la forma de la fractura de las varillas. En un edificio en la calle de Fray Servando hab�a muchas varillas fracturadas. El edificio hab�a sufrido un colapso completo. Todos los pisos, doce aproximadamente, estaban empalmados uno encima del otro. Las columnas que sosten�an a los pisos quedaron erguidas y las varillas que amarraban a los pisos con las columnas estaban expuestas y fracturadas. Pero el colapso no era necesariamente atribuible a las varillas rotas. Las varillas ten�an la funci�n de sostener la carga del piso que les correspond�a. Si sobre un piso cae el de arriba el impacto puede superar cualquier previsi�n. �Por qu� se desprendi� el piso de arriba que seguramente inici� el colapso? Pudo haber sido que las varillas, no hayan resistido lo debido; o que la cantidad de varilla fuese insuficiente; o que el cemento no desempe�� su papel; o que el sismo en ese lugar fue de una intensidad superior a la prevista en el dise�o; en fin, puede haber muchas causas. Nada claro se pod�a decir all� en relaci�n con la varilla.

D�as despu�s formamos las brigadas nuevamente. Esa vez fuimos al centro de la ciudad de M�xico. Vimos al conjunto Pino Su�rez en ruinas. Dos edificios quedaron en pie, algo inclinados, y uno se colaps�. Eran edificios de acero estructural, a diferencia de los de concreto reforzado, de donde hab�amos obtenido muestras anteriormente. Estaban sostenidos por enormes columnas, de secci�n cuadrangular, que fueron construidas con placas de acero soldadas, de modo que a lo largo de las aristas sub�an los cordones de soldadura. En el edificio colapsado, las columnas se doblaron en zonas donde los cordones de la soldadura se abrieron. En este lugar no pudimos tomar muestras porque estaban fuera de nuestro alcance. Se necesitaba equipo mayor para lograrlo.

De all� nos fuimos al edificio del Hospital Ju�rez que se derrumb�. La parte colonial del conjunto qued� en pie y se colaps� la unidad de doce pisos que se inaugur� en 1970. A dos, semanas del sismo todav�a hab�a mucha actividad de rescate. Hab�a por lo menos 300 petroleros de PEMEX, bien equipados, apoyados por muchos voluntarios, entre los que destacaban un grupo de Arquitectura de la UNAM. "F�jense en las varillas de alto calibre, de di�metro grande" —sugiri� uno de ellos. Efectivamente, la primera muestra que tomamos era de 38 mm de di�metro, la m�s gruesa que se fabrica, regularmente, en M�xico. Un tramo de la varilla estaba expuesta, es decir, el concreto que hab�a alrededor se hab�a desmoronado.

 

Figura 39. Fractura de una varilla de grueso calibre en soldadura. La regla de oro de los buenos soldadores indica que la uni�n de dos piezas debe resultar m�s resistente que las piezas mismas. Si alguna fuerza de magnitud inesperada provocara la ruptura, la l�nea de fractura deber�a quedar fuera del �rea de la soldadura. Foto de Alfredo S�nchez y Jos� Luis Albarr�n

En un extremo la varilla estaba rota precisamente en una uni�n soldada (Figura 39). Esto nos llam� mucho la atenci�n porque no deb�a ser. Cuando la est�bamos examinando, uno de los rescatistas coment� que �l hab�a visto varias como �sa y nos dimos a la tarea de tratar de encontrarlas. No fue f�cil encontrar uniones soldadas en aquel mar de escombros.

Regresamos al Instituto de F�sica entrada ya la noche y para entonces ten�amos por fin el hilo conductor de nuestro trabajo: la soldadura de los aceros de refuerzo. El tema es cr�tico. Las soldaduras de los aceros de refuerzo son de alta relevancia para los especialistas. En su dise�o, las estructuras de concreto se consideran como un monolito. El an�lisis estructural parte de la premisa de que la resistencia a las cargas y a las fuerzas externas de todos los elementos, columnas y trabes, act�a como una unidad. Claro que, por razones pr�cticas, la estructura real de un edificio se construye por partes. Sin embargo, un aspecto important�simo de la t�cnica de construcci�n es lograr el comportamiento monol�tico de la estructura acabada. As� como es imposible colar toda la estructura de concreto de manera continua, as� las uniones de las varillas son inevitables.

La uni�n de varillas puede hacerse de manera mec�nica, con varios tipos de traslapes o abrazaderas, o por soldadura. Cuando se unen varillas delgadas se recurre frecuentemente al traslape, que usan mucho los alba�iles en construcciones peque�as. En edificios grandes se emplean las varillas m�s gruesas que, como la t�cnica indica, ya no pueden traslaparse y se unen con mucha frecuencia mediante la soldadura de arco el�ctrico.

La soldadura de arco el�ctrico consiste en unir dos piezas de acero con acero fundido producido por el flujo de una enorme corriente el�ctrica a trav�s de una varilla llamada electrodo, como se indica en, la figura 40. El paso de la corriente el�ctrica por las piezas que se sueldan produce la fusi�n de varios mil�metros de la superficie.

Al enfriarse y solidificarse el material de aporte y de la superficie de las piezas, �stas quedan unidas.

Figura 40. Proceso de soldadura con acero el�ctrico. El flujo de una enorme corriente el�ctrica produce la fusi�n de la punta del electrodo y de la superficie de las piezas. El recubrimiento del electrodo ayuda a generar una atm�sfera y una escoria que protegen al metal l�quido de la oxidaci�n y de otros agentes externos.

Los electrodos consisten en una varilla delgada de acero de bajo carbono recubierta con una mezcla de compuestos que sirven para estabilizar el arco el�ctrico, generar una atm�sfera protectora que evite la formaci�n de �xidos y nitruros, promover la formaci�n de una escoria tambi�n protectora y, en algunos casos, proveer de elementos de aleaci�n. Entre los materiales que se utilizan para fabricar el recubrimiento destacan el rutilo (que es el �xido de titanio), el carbonato de calcio, la fluorita, el acetato de celulosa, algunos silicatos, arcillas, polvos de hierro y manganeso, y la mica.

Durante la elaboraci�n de una soldadura ocurren muchas reacciones qu�micas y transformaciones en la estructura del acero, cuya combinaci�n determina el �xito o fracaso de una soldadura. La experiencia acumulada de muchos a�os y la s�ntesis de muchas investigaciones han conducido al establecimiento de rutinas que deben observarse:

a) Conocer la composici�n qu�mica de los aceros que se van a soldar. La soldabilidad del acero es muy susceptible al contenido de carbono. Los aceros de bajo carbono, (con menos del 0.25%) se sueldan con alta probabilidad de �xito. Los aceros de medio carbono (0.3 a 0.45%, C) y alto carbono (0.5 a 1.4% C ) tienen alto riesgo de agrietamiento y requieren cuidados especiales. La formaci�n de estructuras fr�giles como la martensita, causada por los cambios de temperatura al soldar, son m�s probables en la medida en que el contenido de carbono aumenta.

b) Las piezas que se van a soldar deben tener, cortes (como los que se indican en la figura 41). Adem�s, en el momento de la soldadura, las superficies deben estar limpias y libres de �xidos.

Figura 41. Cortes de biseles en varillas de grueso calibre que sirven para ampliar la superficie de amarre durante la soldadura.

c) Los electrodos deben seleccionarse adecuadamente para que la resistencia de la soldadura concuerde con la de la varilla. Adem�s, deben utilizarse con mucho cuidado. La humedad penetra f�cilmente en el recubrimiento de los electrodos y propicia la entrada del hidr�geno durante la soldadura. El hidr�geno fragiliza el acero. Para evitar este problema los electrodos vienen de f�brica empacados en bolsas de pl�stico selladas. Cuando la bolsa se abre, los electrodos se exponen a la humedad ambiente y se deben utilizar en las pr�ximas dos o tres horas. Si no es as�, los electrodos se deben llevar a un horno secador. Las manchas de grasa y las despostilladuras tambi�n degradan los electrodos.

d) Certificar la calificaci�n profesional de los soldadores. La soldadura requiere de una gran destreza, visual y manual, y de un c�mulo de conocimientos. Es adem�s una actividad de alto riesgo profesional donde el deterioro de �rganos como los ojos y los pulmones debe evitarse al m�ximo. Los ojos se da�an severamente con la radiaci�n luminosa que produce el arco el�ctrico y por eso se usa el filtro de luz que lleva el casco del soldador en la mirilla. Los pulmones se exponen a los gases t�xicos que se desprenden, el bi�xido de nitr�geno y el ozono, entre otros.

e) Supervisar continuamente el proceso de soldadura. Al inicio de cada obra conviene que se hagan varias soldaduras de ensayo que se verifiquen con pruebas de tensi�n hasta la ruptura. La soldadura tiene que ser de resistencia suficiente para que la ruptura de dos varillas soldadas ocurra fuera de una zona de unos diez cent�metros alrededor de la uni�n. Tambi�n debe ser posible hacer un doblez de 180° en la zona soldada sin que se rompa o se agriete. Cuando se sueldan varillas de di�metro mayor, lo mejor es hacer una radiograf�a de cada soldadura para asegurar la calidad.

LAS GRIETAS

La resistencia a la fractura de los materiales se reduce dram�ticamente cuando existen grietas previamente formadas. Un ejemplo t�pico de la vida diaria es el corte de un lienzo de tela. La forma m�s f�cil de cortarlo consiste en inducir el punto de ruptura en un extremo del lienzo con un peque�o corte con unas tijeras. Despu�s, al estirar, la ruptura avanza en direcci�n perpendicular como se indica en la figura 42. Si se estira la tela sin antes inducir la ruptura se requiere aplicar un esfuerzo mucho mayor.

Figura 42. El corte de un lienzo de tela se facilita cuando previamente se hace una incisi�n . La l�nea de ruptura avanza, a partir de la incisi�n, en la direcci�n perpendicular a la fuerza aplicada.

Lo mismo ocurre con los dem�s materiales. Una grieta de dos mil�metros en el interior de una barra de acero puede reducir su resistencia a la fractura a s�lo una tercera parte. Algunas de las grietas que se dejaron en la soldadura que encontramos en las ruinas del Hospital Ju�rez se muestran en la figura 43 (a, b, c y d). Son demasiado grandes y por eso la ruptura ocurri� en las soldaduras. Por ejemplo, la que se muestra en la figura 43(a) debi� haber tenido una resistencia menor al 10% de la esperada, encontramos otros problemas muy graves: no se hicieron los cortes de biseles, algunos electrodos no fueron apropiados, etc�tera.

Se hizo un c�lculo estad�stico basado en las observaciones que hicimos en las muestras del Hospital Ju�rez. La probabilidad de que se haya contratado a un equipo calificado de soldadores durante la construcci�n result� ser baj�sima. Lo m�s probable (9 999 probabilidades de 10 000), es que haya sido un grupo de soldadores improvisados.

Figura 43. Metalograf�a de cuatro soldaduras causantes de una fractura. Puede apreciarse que ninguna tuvo corte de biseles. En (a) se observa una enorme grieta rellena de escoria y en (b) se form� una grieta en la zona reblandecida por el calor de la soldadura. En (c) y (d) hay, adem�s, insuficiencia de material de aporte del electrodo.

Otra cosa interesante de este estudio aflor� durante la inevitable consulta bibliogr�fica. Deb�amos comparar nuestras observaciones con el c�digo de procedimientos de soldadura que supon�amos existente. Primero result� que en M�xico no hab�a tal c�digo y luego que los c�digos de otros pa�ses eran muy dif�ciles de conseguir. En las bibliotecas de la UNAM encontramos algunas recomendaciones sobre soldadura pero, por ejemplo, el c�digo de Estados Unidos lo tuvimos que obtener del Instituto de Investigaciones El�ctricas de Cuernavaca. �C�mo se les puede pedir a los ingenieros civiles supervisar el procedimiento de soldadura si el acceso a la informaci�n necesaria es sumamente limitado. Cada soldador deber�a tener, junto con sus herramientas, un ejemplar de dicho c�digo. La primera conclusi�n de nuestro trabajo fue sugerir que se elaborara cuanto antes un c�digo mexicano para la soldadura de aceros de refuerzo.

LA SOLDABILIDAD

Siguiendo el mismo hilo conductor nos propusimos estudiar la soldabilidad de las varillas encontradas en edificios derrumbados por los sismos. La soldabilidad del acero es un concepto emp�rico que se usa para tratar de calificar la nobleza de un material para ser soldado. Como la, soldabilidad est� estrechamente relacionada con la composici�n qu�mica del acero, decidimos analizar los elementos que compon�an cada una de las muestras de acero que, tomamos. Se encontr� hierro como principal elemento; el manganeso casi siempre en una proporci�n menor al 2%; el carbono casi siempre entre, 0.3 y 0.5% (aunque algunas muestras tuvieron hasta el 1%); el f�sforo y azufre que son indeseables, entre 0.01 y 0.08 %. el silicio, siempre inferior al 0.5% y otros elementos como el cromo y cobre que suelen aparecer porque vienen en la chatarra que a veces se usa como materia prima en la acer�as. Las muestras se separaron en dos grupos. En el primero se catalogaron aquellas que tuvieron una composici�n qu�mica que seg�n est�ndares internacionalmente ser�an aceptados, ser�an recomendables para operaciones de soldadura. En el segundo agruparon las restantes, y �stas fueron la mayor�a: el 70 % de las muestras.

La revisi�n bibliogr�fica, que se desarroll� paralelamente, se facilit� porque sobre este punto ya exist�a un c�mulo notable de trabajo en normatividad en M�xico. La explicaci�n de nuestros resultados fue obvia: ninguna de las normas oficiales mexicanas se compromet�a con la soldabilidad del acero. �Por qu�? Por razones t�cnicas y econ�micas.

En los a�os cuarenta, predominaba en M�xico lo que se llama "varilla estructural". Era una varilla de bajo carbono y generalmente de buena soldabilidad. El problema que ten�a era su baja resistencia en relaci�n con otras opciones, porque una varilla pod�a cargar solamente hasta alrededor de 3 toneladas por cada cent�metro cuadrado de secci�n. A mediados de los a�os cincuenta se iniciaron cambios en los procesos de fabricaci�n para aumentar la resistencia de la varilla. La raz�n era econ�mica, porque cuando se usa acero, m�s resistente se puede reducir el volumen de acero en las obras.

Las ventajas econ�micas de la transformaci�n, que para 1975 estaba muy avanzada, opacaron mucho sus posibles limitaciones. La resistencia del acero dio un salto del 40% hacia arriba y lo mismo se logr� respecto al ahorro, ya que las obras consumir�an menos acero. Esto represent�, adem�s, un respiro en la tarea de satisfacer la necesaria expansi�n de la planta acerera.

Hab�a dos posibilidades. Por un lado, se ten�a la experiencia europea de aumentar la resistencia del acero por medios mec�nicos: la torsi�n o la laminaci�n en fr�o. Por el otro, se pod�a pasar de aceros de bajo a medio carbono, es decir, modificar la composici�n qu�mica. Los cambios vinieron en las dos vertientes.

Los aceros tienen la propiedad de endurecerse cuando se deforman. El caso del el�stico es el m�s familiar. Un resorte, al irse estirando, se va volviendo m�s tenso. La tensi�n es proporcional a la elongaci�n. En los mercados populares se experimenta este fen�meno en repetidas ocasiones al pesar las mercanc�as en las b�sculas de resorte. Cuando se carga la b�scula, el resorte se alarga y se va tensando hasta que la fuerza de tensi�n, iguala al peso de la carga.

La deformaci�n el�stica no es muy relevante en el conformado de los metales porque desaparece cuando se retira la carga. Cuando una placa se deforma para hacer la defensa de un coche, se busca que cuando salga de la prensa ya no regrese a su forma original, es decir, que se haya deformado pl�sticamente.

Si un acero se deforma un poco, regresa a su forma original cuando se suelta. Sin embargo, si se deforma considerablemente ya no regresa a su forma, original. La deformaci�n, sobrepasa el l�mite el�stico y entra en la regi�n pl�stica, que es de inter�s para el conformado mec�nico.

Un m�todo para aumentar la resistencia de la varilla consiste en torsionarla: en fr�o, es decir, la temperatura ambiente. Otro consiste en pasarla por unos rodillos acanalados, tambi�n en fr�o, de manera que, al salir; su di�metro se haya reducido. En ambos casos el acero se deforma pl�sticamente y su resistencia puede incrementarse de un 10% a un 40%, seg�n el tipo de acero y la severidad de la deformaci�n. Este proceso de endurecimiento se hace con ciertas precauciones. Si la torsi�n o la laminaci�n son excesivas, el acero puede fracturarse o quedar muy fr�gil. Lo que hacen los fabricantes es determinar primero la deformaci�n pl�stica total que aguanta su acero antes de romperse, y en su proceso aplican solamente de un 20% a un 50% de la deformaci�n total. De esta manera el acero queda con una reserva d�ctil.

El endurecimiento mec�nico del acero de refuerzo tiene enormes ventajas econ�micas porque cuesta poco endurecerlo y ahorra cantidades importantes de acero en las obras. Adem�s, el espectro de aplicaciones que tiene es muy amplio.

Como todos, los aceros endurecidos mec�nicamente tienen limitaciones. Algunas de ellas aparecen cuando estos aceros se emplean en la construcci�n de componentes estructurales de edificios altos. Estos componentes requieren del uso de varillas de di�metro grande, de 32 a 38 mm, que muchas veces se unen por medio de la soldadura de arco el�ctrico. Durante la soldadura de una de estas varillas, que con mayor propiedad deber�an llamarse barras, la temperatura llega a varios cientos de grados en los alrededores del punto de uni�n. En la figura 44 se muestra una gr�fica de la temperatura a una distancia de medio cent�metro del punto donde se hace la soldadura como funci�n del tiempo. Los m�ximos de la temperatura ocurren cuando el arco el�ctrico se enciende y se deposita el material fundido; los m�nimos se deben a que el soldador tiene que retirar el electrodo para mover la escoria con un cepillo met�lico. La soldadura de una varilla toma m�s de dos horas y durante ese tiempo suele ocurrir un ablandamiento del acero por efecto del calentamiento. El endurecimiento mec�nico del acero se degrada cuando se somete durante horas a calentamientos superiores a los 200°C.

Figura 44. Ciclo t�rmico que sufre el acero a una distancia de medio cent�metro del punto donde se aplica una soldadura. Los m�ximos de temperatura se generan cuanta est� aplic�ndose el electrodo y los m�nimos se dan cuando se limpia la escoria de la soldadura.

Algunas de las varillas soldadas que encontramos en las ruinas se procesaron con endurecimiento mec�nico. En la figura 45(a) el trozo de varilla de la izquierda es del tipo torcido en fr�o y el de la derecha es del tipo ordinario. En la figura 45(b) se muestra la dureza del acero en los alrededores de la soldadura y se nota c�mo del lado de la varilla endurecida mec�nicamente la dureza se redujo.

Figura 45. (a) Fotograf�a de la uni�n de una varilla torcida enfr�o (izquierda) con otra de manufactura com�n por laminado en caliente (derecha). El calentamiento durante la soldadura provoc� el ablandamiento de una zona de la varilla torcida en fr�o. La dureza de la zona disminuye notablemente. Foto de Alfredo S�nchez Ariza y Jos� Luis Albarr�n.

ACEROS DE MEDIO CARBONO

El grueso de la producci�n de acero de mayor resistencia se obtuvo con la producci�n de aceros de medio carbono. Con 0.45% de carbono y 1.2% de manganeso, b�sicamente, las sider�rgicas mexicanas se dieron a la tarea de sustituir sus antiguos aceros de refuerzo para lograr la llamada varilla de alta resistencia: 4.2 toneladas por cada cm² de secci�n de la varilla en el l�mite el�stico.

Sin embargo, como recurso para aumentar la resistencia del acero, el carbono trae problemas. Para clasificar a los aceros desde el punto de vista de la soldabilidad, los expertos suelen utilizar un diagrama llamado "carbono contra carbono equivalente" como el que se muestra en la figura 46. Las coordenadas del diagrama son el contenido de carbono, en la escala vertical, y el "carbono equivalente", en la escala horizontal. El carbono equivalente se calcula, en primera aproximaci�n, con la f�rmula siguiente:

donde C es carbono y Mn manganeso.

En el diagrama se delimitan tres zonas. La zona I comprende a los aceros de soldabilidad �ptima. Son aceros con contenidos de carbono y manganeso sumamente bajos que se emplean mucho en tuber�as y plataformas petroleras en el mar. Esos aceros se deben soldar con un alt�simo �ndice de seguridad. La zona II abarca aceros de soldabilidad regular, que se usan en la construcci�n de estructuras y edificios. La zona III comprende a los aceros con alto riesgo de falla en el caso de ser soldados.

El salto tecnol�gico al que nos hemos referido para incrementar con carbono la resistencia de los aceros de refuerzo, tuvo como consecuencia que �stos pasaran de la zona II a la zona III. Por esta raz�n, las normas oficiales mexicanas que exist�an antes del terremoto de 1985 no asum�an ning�n compromiso en cuanto a soldabilidad. Es decir; si esas varillas se llegaran a soldar, ser�a bajo la exclusiva responsabilidad del constructor.

Figura 46. Niveles de soldabilidad en el diagrama de carbono contra carbono equivalente de los aceros. Los aceros comprendidos en el �rea I son de �ptima soldabilidad y se emplean extensivamente en las instalaciones petroleras en el mar. En el �rea II se incluyen los aceros estructurales de aleaci�n aceptable donde por norma se hace un compromiso de soldabilidad. Los aceros del �rea III no pueden tener, por norma, ning�n compromiso de soldabilidad por el alto riesgo de formaci�n de microgrietas que implica su soldadura.

�Y por qu� no se fabrica acero de bajo carbono y alta resistencia, en el que si pueda establecerse un compromiso respecto a la soldabilidad? "Columbio", contest� el director general de SICARTSA, "se necesita columbio y una norma oficial nueva." La pl�tica fue en abril de 1986, en una visita de investigaci�n de la UNAM a la planta acerera del Pac�fico. Entonces hicimos el siguiente compromiso: en la UNAM har�amos el proyecto de normas y estudios de caracterizaci�n mec�nica y microsc�pica a la nueva varilla. En SICARTSA desarrollar�an el proceso para fabricarla. La palabra columbio tiene un significado muy claro entre los acereros. Columbio es el nombre de un elemento qu�mico tambi�n conocido como niobio. De hecho, este �ltimo es el nombre oficial qu� aparece en la tabla peri�dica de los elementos. El niobio, el vanadio y el titanio son elementos qu�micos que al adicionarse en peque��simas cantidades al acero incrementan notablemente su resistencia. Los aceros de este tipo son conocidos como microaleados o "de alta resistencia y baja aleaci�n", o endurecidos por precipitaci�n.

En unos cuantos meses prosper� la iniciativa conjunta SICARTSA-UNAM. Por nuestra parte, elaboramos el texto de un proyecto de norma oficial y lo sometimos a la consideraci�n de la Secretar�a de Comercio y Fomento Industrial; SICARTSA fabric� entonces una primera colada de 120 toneladas de varilla de acero microaleado y nos entreg� algunas de ellas para hacer la caracterizaci�n mec�nica y microsc�pica.

Desde el momento de cortar los trozos de varilla para preparar muestras nos dimos cuenta que el acero era muy distinto. "�Este no viene acerado!" exclam� el mec�nico del taller. Efectivamente, la segueta se deslizaba con facilidad. Muchos alba�iles y constructores se quejan de lo que llaman varilla "acerada". Es una varilla de medio o alto carbono que es muy dura y que, adem�s de que cuesta mucho cortarla, resulta quebradiza a la hora de hacer los dobleces necesarios para ensamblar los castillos de columnas y trabes en las obras.

Mientras el mec�nico cortaba y maquinaba las probetas para la m�quina de tensi�n, nos dedicamos a ver el acero en los microscopios electr�nicos. Hay dos tipos de �stos, el de barrido y el de transmisi�n. En el de barrido se puede ver la superficie de una muestra y en el de transmisi�n se observa a trav�s de una pel�cula delgada del acero.

Para ver la superficie de la muestra la pulimos hasta que quedara como un espejo; luego la mojamos con una soluci�n de �cido n�trico durante unos segundos; la lavamos y la secamos. Lo que se vio en el microscopio electr�nico fue la imagen de un acero t�pico de bajo carbono que se muestra en la figura 47. Las part�culas submicrosc�picas responsables del endurecimiento del acero no pueden verse en este instrumento; aqu� solamente pueden verse los granos negros de la fase ferrrita, y los granos con franjas negras y blancas de la perlita.

Figura 47. Metalograf�a en el microscopio electr�nico de barrido del acero microaleado que SICARTSA emplea para la fabricaci�n de varilla de alta resistencia y baja aleaci�n. La alta proporci�n de ferrita (zonas oscuras) indica que el contenido de carbono es bajo. La zona de laminillas de perlita se muestra con claridad. Foto de Ricardo Peralta Fabi y Jos� Luis Albarr�n

La preparaci�n de la muestra, para el microscopio electr�nico de transmisi�n es m�s complicada. Hubo que cortar una rebanada del acero de una d�cima de mil�metro de grosor y de la rebanada sacar un disco de 3 mil�metros de di�metro. Luego, con un chorrito de una mezcla de �cidos, se le fue carcomiendo el centro del disco hasta dejarlo sumamente delgado. Algunas zonas del disco llegan a tener grosores de unas cuantas micras (mil�simos de mil�metros), y s�lo en estas zonas pueden atravesar los electrones con los que el microscopio electr�nico de transmisi�n genera la imagen.

En la figura 48(a) vemos al acero microaleado. Aqu� las zonas claras marcadas con una F son de ferrita, y las zonas de franjas negras y blancas son de perlita y est�n marcadas con una P. En la figura 48(b) se ve con mayor detalle la ferrita y aparecen claramente unos puntos oscuros que son los precipitados ricos en niobio y vanadio que tiene este acero. Estas part�culas no son de niobio o de vanadio puros, son carburos o carbonitruros de niobio o vanadio.

En la m�quina de tensi�n constatamos las propiedades mec�nicas extraordinarias de estos aceros. Una resistencia mec�nica superior a las 4.2 toneladas por cada cent�metro cuadrado de secci�n de la varilla y una ductilidad muy superior a la que anteriormente hab�amos visto en otras varillas.

La mejora en soldabilidad fue sorprendente. En el diafragma de "carbono contra carbono equivalente" se ilustra c�mo este tipo de acero ofrece la posibilidad de regresar de la zona III, a la zona II, donde ya se puede establecer un compromiso en cuanto a soldabilidad. Se hicieron cientos de pruebas con varillas soldadas y se comprob� que, efectivamente, se mantiene la resistencia y la falla no se presenta en la soldadura.

Desde la perspectiva con que inicialmente se hab�an planteado las actividades de colaboraci�n entre SICARTSA y la UNAM los objetivos se hab�an alcanzado, es decir, se contaba con una varilla de alta resistencia y de buena soldabilidad. Sin embargo, el detalle del comportamiento mec�nico mostr� que los aceros microaleados ten�an mucho m�s que ofrecer a los constructores en las zonas s�smicas.

Figura 48. (a) Estructura del acero microaleado tomada en el microscopio electr�nico de transmisi�n. Las zonas de franjas negras (cementita) y claras (ferrita) son granos de perlita. La zona m�s clara en la esquina superior izquierda se amplifica en el recuadro (b) empleando la t�cnica del campo oscuro. Los puntos blancos (en b) son precipitados de carburos o carbonitruros de niobio o vanadio. A estos precipitados se deben la alta resistencia y la gran ductilidad de estos aceros. Foto de Jos� Reyes Garza y Jos� Luis Albarr�n.

La varilla microaleada es sumamente tenaz. La tenacidad es la capacidad que tienen los materiales de absorber la energ�a al deformase antes de ocurrir la fractura. En las zonas s�smicas, la estructura de los edificios debe absorber la energ�a de movimiento transmitida por los terremotos. Si esta energ�a no es absorbida por el acero, que es el elemento pl�stico de las estructuras de concreto reforzado, esa energ�a se concentra entonces en la fractura del concreto de trabes o columnas, lo cual es catastr�fico.

La disponibilidad de varilla microaleada para la construcci�n de grandes estructuras de concreto seguramente ayudar� a elevar su capacidad de resistencia ante los inevitables sismos del futuro. Afortunadamente en M�xico contamos ahora con una nueva norma oficial que ampara a la varilla microaleada y, adem�s, �sta se ha incorporado a la nueva normatividad que en materia de construcci�n se elabor� en la ciudad de M�xico, aprovechando las lecciones que nos dejaron los terremotos de septiembre de 1985.