Desde el auge de las estructuras de acero durante la Revolución Industrial hasta la urgente necesidad de ligereza en los edificios modernos, el rendimiento absoluto del acero contrasta marcadamente con la adaptabilidad flexible del aluminio. Frente a las necesidades de edificios de gran altura, espacios de gran envergadura y diseño sostenible, ¿qué material es más adecuado para su proyecto?

En este artículo, exploraremos en profundidad el desempeño del acero y el aluminio en la construcción, desde la resistencia, el peso hasta el costo y la sostenibilidad, ayudándole a comprender mejor sus características y aplicaciones.

Ventajas y desventajas del acero frente al aluminio en la construcción  

Pros y contras del acero

Ventajas:

• Conocido por su excepcional resistencia, el acero se erige como la opción preferida para estructuras portantes, como rascacielos y puentes.
• Su durabilidad garantiza un rendimiento sostenido, incluso en condiciones extremas.
• Además, el acero posee una notable resistencia al fuego, lo que resulta vital para garantizar la seguridad en edificios de gran altura. 
• Por último, el acero es altamente reciclable, lo que contribuye a las prácticas de construcción sostenibles.

Desventajas:

• Sin embargo, si no se trata adecuadamente, el acero es susceptible a la corrosión, lo que plantea posibles desafíos de mantenimiento a lo largo del tiempo.
• Además, su peso relativamente pesado puede elevar los costos de transporte e instalación.
• Además, el costo inicial del material del acero es más alto en comparación con algunas alternativas, lo que puede afectar los proyectos sensibles al presupuesto.

Pros y contras del aluminio

Ventajas:

• El aluminio se distingue por sus propiedades ligeras, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde minimizar la carga estructural es crucial, como fachadas y techos.
• Su resistencia inherente a la corrosión elimina la necesidad de recubrimientos protectores extensos, disminuyendo así las necesidades de mantenimiento a largo plazo.
• El aluminio también ofrece una estética elegante y moderna, perfecta para diseños contemporáneos. 
• Al igual que el acero, es totalmente reciclable, lo que se alinea con las prácticas de construcción ecológicas.

Desventajas:

• En el lado negativo, el aluminio tiene menor resistencia en comparación con el acero, lo que limita su uso en estructuras de carga pesada. 
• Sin embargo, su mayor coste en comparación con el acero puede ser una desventaja para proyectos sensibles a los gastos. 
• Además, el aluminio es más susceptible a abolladuras, lo que puede afectar su apariencia y rendimiento en áreas de mucho tráfico.

Comparación de las propiedades mecánicas del aluminio y el acero

Propiedad	Acero	Aluminio
Densidad (g/cm³)	7.85	2.7 (encendedor 66%)
Punto de fusión (°C)	1370-1530	660
Conductividad térmica (W/m·K)	50	237
Ductilidad	Alto (Elongación después de la fractura: 20%-30%)	Muy alta (Elongación después de la fractura: 40%-50%)

Densidad: El aluminio tiene una densidad de tan solo 34% como el acero. El aluminio es más barato de transportar e instalar, pero el acero pesa más, lo que mejora la estabilidad estructural de los rascacielos.

Punto de fusión y resistencia al fuego: el acero comienza a ablandarse a una temperatura de entre 1370 y 1530 °C, lo que supone un momento crítico para escapar del fuego. El aluminio tiene un punto de fusión más bajo, por lo que se requieren revestimientos o aislamientos ignífugos adicionales.

Conductividad térmica: el aluminio es 4,7 veces más conductivo que el acero, lo que lo hace ideal para disipar el calor (como en los muros cortina), pero requiere aislamiento en climas fríos para evitar la condensación. La baja conductividad térmica del acero simplifica el diseño del aislamiento.

Ductilidad: el aluminio es mucho más dúctil que el acero, lo que hace que sea más fácil moldearlo para darle formas complejas. Sin embargo, el acero sigue siendo esencial para estructuras de gran longitud, como puentes y fábricas, debido a sus propiedades de flexión en frío y resistencia a los terremotos.

Comparación de propiedades entre acero y aluminio

Fortaleza

El acero tiene una resistencia a la tracción que oscila entre 400 y 2000 MPa, superando con creces los 80-600 MPa del aluminio. Esto le permite soportar enormes cargas y tensiones, lo que lo convierte en el material preferido para edificios de gran altura, puentes y otras estructuras pesadas.

Aunque el aluminio tiene una resistencia absoluta menor, su relación resistencia-peso es excelente, lo que lo hace brillar en el campo de la aviación y las estructuras ligeras.

Resistencia a la corrosión y costes de mantenimiento

Resistencia a la corrosión del acero:

• El acero es propenso a oxidarse en el entorno natural, pero su vida útil se puede prolongar significativamente mediante galvanización o revestimiento, y el ciclo de mantenimiento suele ser de 10 a 15 años. Además, el acero Corten (acero resistente a la intemperie) resiste la corrosión formando una “capa de óxido autoprotectora”, que es especialmente adecuada para esculturas al aire libre y fachadas de edificios.

Resistencia a la corrosión del aluminio:

• El aluminio forma una densa película de óxido en el entorno natural, lo que proporciona una excelente resistencia a la corrosión, especialmente en entornos con mucha humedad, como los edificios costeros. Sin embargo, en entornos ácidos o fuertemente alcalinos, la película de óxido del aluminio puede fallar, lo que provoca corrosión.

Comparación de costos de mantenimiento:

• Los datos muestran que el costo de mantenimiento a largo plazo de las estructuras de aluminio es aproximadamente 30% menor que el de las estructuras de acero. Esto se debe a que el aluminio no requiere un tratamiento anticorrosión frecuente y sus características livianas también reducen los costos de transporte e instalación. 

• Sin embargo, en entornos ácidos o aplicaciones de alta resistencia, las limitaciones del aluminio pueden aumentar los costos adicionales y es necesario sopesar los pros y los contras al comienzo del proyecto.

Resistencia al fuego y seguridad

Resistencia al fuego del acero:

El acero se ablanda a altas temperaturas y, cuando la temperatura alcanza los 538 ℃, pierde 50% de su resistencia, lo que supone una amenaza para la seguridad de la construcción. Por lo tanto, las estructuras de acero suelen requerir revestimientos o envolturas ignífugas para prolongar su tiempo de resistencia al fuego y garantizar que se mantenga la integridad estructural en caso de incendio.

Resistencia al fuego del aluminio:

El aluminio tiene un punto de fusión bajo (aproximadamente 660 ℃) y se desintegra rápidamente en caso de incendio, por lo que está prohibido su uso en pasajes de carga contra incendios u otras áreas con requisitos de resistencia al fuego extremadamente altos. Las limitaciones de resistencia al fuego del aluminio restringen estrictamente su aplicación en ciertos edificios de alto riesgo.

Aluminio vs Acero: Aplicaciones en la construcción de edificios

1. Marcos estructurales y edificios de gran altura

• Acero:El acero es el material preferido para la estructura de edificios de gran altura e infraestructuras de gran escala debido a su resistencia y capacidad de carga. Soporta el peso de varios pisos, lo que ofrece estabilidad en edificios altos y puentes.
• Aluminio:Si bien no se utiliza en estructuras principales, el aluminio es común en elementos secundarios como marcos de ventanas y fachadas, valorado por su peso ligero y resistencia a la corrosión.

2. Fachadas, cubiertas y muros cortina

• Acero:El acero es ideal para fachadas y techos duraderos, especialmente para edificios grandes en climas severos, proporcionando resistencia estructural y resistencia al fuego.
• AluminioEl aluminio se prefiere para fachadas y muros cortina modernos y elegantes, ya que ofrece flexibilidad de diseño, resistencia a la corrosión y peso ligero, especialmente para ubicaciones costeras o húmedas.

3. Construcción de interiores

• Acero:El acero se utiliza en columnas, vigas y sistemas de pisos para el soporte estructural. También es común en interiores de estilo industrial, donde las vigas expuestas son parte del diseño.
• Aluminio:Debido a su naturaleza liviana y duradera, el aluminio se utiliza con frecuencia para puertas, ventanas y marcos interiores, proporcionando requisitos mínimos de mantenimiento y versatilidad estética.

4. Construcción sostenible

• Acero:El acero es altamente reciclable, lo que contribuye a la sostenibilidad al reducir los residuos y respaldar diseños de edificios energéticamente eficientes.
• AluminioEl aluminio también es reciclable y energéticamente eficiente, especialmente en aplicaciones como revestimientos y techos, donde sus propiedades reflectantes ayudan a la conservación de energía.

Tanto el acero como el aluminio desempeñan papeles clave en la construcción moderna y cada uno de ellos destaca en diferentes aplicaciones. El acero se elige para los componentes estructurales debido a su resistencia y durabilidad, mientras que el aluminio se prefiere para aplicaciones que requieren ligereza, resistencia a la corrosión y versatilidad estética. 

Seleccionando el material adecuado para cada elemento constructivo, es posible conseguir tanto rendimiento como sostenibilidad en los proyectos de construcción.

Acero frente a aluminio en el precio de los edificios metálicos

1. Costo inicial

• Acero:El acero suele ser más barato que el aluminio por kilogramo, lo que lo convierte en la opción más asequible para los componentes estructurales. Sus métodos de producción consolidados lo hacen rentable para proyectos de gran escala.
• Aluminio:El aluminio es más caro debido a que su proceso de producción consume mucha energía. Si bien cuesta más al principio, su naturaleza liviana puede reducir los gastos de transporte e instalación.

2. Costos de mantenimiento

• Acero:El acero necesita un mantenimiento regular, especialmente para protegerlo de la corrosión en entornos hostiles, lo que aumenta los costos a largo plazo. Se requieren recubrimientos como la galvanización cada 10 a 15 años.
• AluminioLa resistencia natural a la corrosión del aluminio reduce los costos de mantenimiento, aunque puede requerir un nuevo sellado o recubrimiento ocasional, lo que generalmente da como resultado costos de mantenimiento más bajos en comparación con el acero 30%.

3. Valor a largo plazo

• Acero:El acero ofrece valor a largo plazo debido a su resistencia y reciclabilidad, lo que lo hace rentable en aplicaciones grandes y pesadas.
• AluminioEl mayor costo inicial del aluminio puede justificarse por sus bajas necesidades de mantenimiento y reciclabilidad, especialmente para entornos especializados como los edificios costeros.

4. Rentabilidad en las aplicaciones

• Acero:Ideal para marcos estructurales y edificios de gran tamaño, el acero proporciona una resistencia que reduce los requisitos de material, disminuyendo así los costos generales de construcción.
• AluminioIdeal para aplicaciones que no soportan carga, como fachadas y ventanas, el peso liviano del aluminio y su facilidad de fabricación lo hacen rentable en áreas específicas.

El acero es la opción más asequible para construcciones de alta resistencia, mientras que el aluminio ofrece ahorros a largo plazo en mantenimiento y aplicaciones especializadas. La elección depende de las necesidades del proyecto y de los objetivos a largo plazo.

Tratamiento térmico y proceso del aluminio y el acero

El aluminio tiene ventajas de conformabilidad y ligereza, pero la soldadura y el tratamiento térmico son más complicados; el acero destaca por su resistencia y tenacidad, y el tratamiento térmico y la soldadura son relativamente sencillos.

1. Proceso de tratamiento térmico

• Aluminio: El tratamiento térmico de la aleación de aluminio incluye el tratamiento en solución, el tratamiento de envejecimiento y el recocido, que pueden mejorar la dureza y la resistencia. La temperatura de tratamiento térmico del aluminio es baja, por lo que debe evitarse el sobrecalentamiento durante el tratamiento.
• El acero: Existen más métodos de tratamiento térmico para el acero, como el recocido, el temple y el revenido. La resistencia y la tenacidad pueden ajustarse según sea necesario, y el rango de control de temperatura es amplio.

2. Proceso de formación

• Aluminio: La aleación de aluminio es adecuada para fundición, extrusión y laminación, y es fácil de conformar. Suele utilizarse en componentes de construcción, como marcos de ventanas y fachadas.
• El acero: El conformado del acero incluye la forja, el laminado y otros métodos, que son adecuados para la fabricación de piezas estructurales de alta resistencia, como vigas, pilares y barras de acero.

3. Proceso de soldadura

• Aluminio: La soldadura del aluminio requiere una atención especial a la limpieza de la superficie y al control de la temperatura. Se suele utilizar la soldadura TIG o MIG.
• Acero: El acero es relativamente fácil de soldar, utilizando métodos como la soldadura por arco y la soldadura por gas, y la resistencia de la unión soldada es relativamente alta.

Comparación de la instalación de acero y aluminio

Impacto en el transporte

• Acero: Debido a su gran peso, los componentes de acero requieren permisos de transporte especiales, lo que aumenta la complejidad y el tiempo.
• Aluminio: Las propiedades livianas del aluminio reducen las restricciones de transporte y minimizan los cierres y demoras en las carreteras.

Eficiencia de instalación

• Acero: Debido a su gran peso, las instalaciones de acero generalmente requieren equipos de elevación más pesados y un tiempo de montaje más largo, pero su resistencia permite menos piezas y una mayor durabilidad general.
• Aluminio: El diseño modular de los sistemas de muro cortina de aluminio puede reducir el tiempo de instalación hasta en un 25%, acelerando el proceso de construcción general.

Impacto ambiental del acero y el aluminio

En la construcción, el acero y el aluminio tienen sus propios principios respetuosos con el medio ambiente:

El proceso de producción de acero consume mucha energía. Los métodos de producción tradicionales emiten alrededor de 1,8 toneladas de CO₂ por tonelada de acero, pero el uso de la tecnología de horno de arco eléctrico puede reducir las emisiones a 0,6 toneladas de CO₂/tonelada de acero. El acero tiene una alta tasa de reciclaje y su durabilidad y larga vida útil ayudan a reducir el impacto ambiental a largo plazo.

Las emisiones de carbono de la producción primaria de aluminio son altas, alrededor de 12 toneladas de CO₂ por tonelada de aluminio, pero las emisiones del aluminio reciclado son de solo 0,5 toneladas de CO₂/tonelada de aluminio, lo que lo convierte en una opción más respetuosa con el medio ambiente. La ligereza y la resistencia a la corrosión del aluminio hacen que se utilice ampliamente en muros cortina, marcos de ventanas, etc. en edificios para mejorar la eficiencia energética.

¿Debería elegir acero o aluminio en la construcción?

En la construcción, la elección entre acero y aluminio depende de las necesidades y objetivos específicos del proyecto. A continuación, se presentan algunas situaciones comunes y opciones de referencia para ayudarlo a tomar la mejor decisión:

¿Necesita una gran resistencia y capacidad de carga?

Sí: Elija el acero, ya que tiene mayor resistencia y capacidad de carga, adecuado para edificios altos o grandes estructuras.
No: Seguir determinando si se necesitan materiales ligeros.

¿Necesita materiales ligeros?

Sí: Elija aluminio, adecuado para estructuras ligeras como marcos de ventanas, marcos de puertas, etc.
No: Continúe para determinar si se necesita resistencia a la corrosión.

¿Necesita resistencia a la corrosión?

Sí: Elija el aluminio, que tiene una excelente resistencia a la corrosión y es adecuado para entornos marinos o de alta humedad.
No: Elija el acero, adecuado para proyectos estructurales de menor coste, especialmente para su uso en interiores o en entornos con tratamiento anticorrosión.

Preguntas frecuentes

¿Qué es mejor, el aluminio o el acero?

Depende del escenario de aplicación. El acero es generalmente más fuerte, más duradero y adecuado para estructuras portantes, pero es más pesado. La ligereza y la resistencia a la corrosión del aluminio lo hacen ideal para aplicaciones que exigen reducción de peso, como en la fabricación de automóviles y la aviación. En la construcción, el acero se utiliza a menudo para piezas portantes, mientras que el aluminio se utiliza para piezas decorativas y no portantes.

¿Por qué se utiliza aluminio en lugar de acero en la construcción de aviones?

El menor peso del aluminio en comparación con el acero puede reducir considerablemente el peso total de una aeronave, lo que mejora la eficiencia del combustible. La resistencia a la corrosión del aluminio también lo hace más adecuado para aeronaves que están expuestas a la humedad y a temperaturas extremas durante mucho tiempo. Aunque el acero es más resistente, la ventaja de peso del aluminio lo convierte en el material de elección en la aviación.

¿Qué dura más, el aluminio o el acero?

El acero es generalmente más duradero que el aluminio, especialmente cuando se lo somete a presiones y cargas extremas. La solidez y la resistencia a la corrosión del acero le permiten durar muchos años en muchas aplicaciones de construcción. Si bien el aluminio es resistente a la corrosión, puede no ser tan duradero como el acero en aplicaciones que soporten cargas e impactos.

¿El aluminio es bueno para los edificios?

El aluminio es adecuado para determinadas partes de los edificios, como marcos de ventanas, paredes exteriores y elementos decorativos. Es ligero, resistente a la corrosión y de aspecto moderno, lo que lo hace adecuado para estructuras decorativas y no portantes. Sin embargo, el aluminio tiene una capacidad de carga menor, por lo que el acero sigue siendo una mejor opción cuando se requiere una alta resistencia.