El acero estructural

Ventajas del acero estructural 

Ventajas del acero estructural

1. Relación Resistencia-Peso.

Dentro de los materiales usados en la industria de la construcción el acero es el de mejor Relación resistencia/peso. Esto implica disponer de beneficios tales como:

a) Aumento del espacio disponible debido a la menor sección de vigas y columnas. Además, ofrece una gran libertad arquitectónica, ya que el módulo económico en acero es un 60% mayor que en hormigón armado.b) Reducción del tamaño de las fundaciones debido al menor peso propio de la estructura.c) Reducción de los costos de montaje por la eliminación de moldajes, alzaprimas y andamios.d) Reducción de las fuerzas de inercia (fuerzas sísmicas que dependen en gran medida del peso propio de la estructura.

Ventajas del acero estructural

1. Relación Resistencia-Peso.

2. Versatilidad y Adaptabilidad.

El acero se presta, prácticamente, para estructurar cualquier concepción arquitectónica factible de construirse. Incluso, una

vez construido, el esqueleto metálico puede alterarse, reforzarse o modificarse con facilidad, generalmente sin

interrumpir el uso de la estructura, empleando tan sólo el soplete oxiacetilénico para cortar, la soldadura para unir y, en

caso necesario, el uso de resinas epóxicas para dar continuidad a hormigones en ampliaciones de fundaciones.

Ventajas del acero estructural

3. Velocidad de Construcción.

El tiempo de construcción de un edificio con esqueleto de acero se verá disminuido respecto a otro similar en hormigón armado debido a que:

a) La construcción de la estructura se fabrica en maestranza paralelamente

con las fundaciones u otras obras ejecutadas en terreno.b) La estructura se carga inmediatamente después de montada, eliminando

el tiempo de fraguado que requiere el hormigónc) El trabajo se realiza simultáneamente en varios pisos, tanto en obra gruesa

como en terminaciones.d) El tiempo de limpieza final se reduce por la simplicidad de la instalación de

faenas empleadas.

Ventajas del acero estructural

4. Conexiones.

Si bien las conexiones en estructuras de acero pueden no ser simples, están suficientemente respaldadas por ensayos de laboratorio como para confiar plenamente en ellas. En este

aspecto, no hay ventaja del acero sobre el hormigón armado, pero sí sobre el hormigón prefabricado, para edificios en

altura, que no ha podido solucionar satisfactoriamente este problema.

Ventajas del acero estructural

5. Valor Residual.

Los edificios de acero se diseñan para una vida útil de 50 años, pero es corriente que se demuelan antes por razones urbanísticas o mejor aprovechamiento del espacio. En todo caso su desarme es sencillo y se financia fácilmente con el valor residual del esqueleto.

Ventajas del acero estructural

6. Comportamiento Sísmico.

El esqueleto de acero, debido a su favorable relación resistencia peso, a sus características elasto-plásticas, deformabilidad y gran capacidad de absorción de energía antes de la falla, es considerado como el mejor material constructivo en áreas sísmicas. Como en general las estructuras de acero, especialmente edificios, tienen un alto grado de hiperestaticidad, habrá varios elementos (o nudos) capaces de formar rótulas plásticas manteniendo la integridad de la estructura, y aún en caso de colapso, éste se producirá sin falla brusca.

Ventajas del acero estructural

Defectos del Acero como Elemento Estructural. 

Defectos del Acero como Elemento Estructural.

1. Resistencia al Fuego.

El acero no es combustible, pero la temperatura afecta sus propiedades, ya que su resistencia decae a partir de los 300 ºC hasta casi desaparecer a los 800ºC.

Este problema se puede solucionar de varias formas, por ejemplo:Recubrir al acero con algún material que retarde el alza de temperatura en el

acero, por ejemplo en el caso del hormigón armado, hormigón recubre la estructura de acero.

Pintar con alguna pintura resistente a la temperatura.

2. Resistencia al Frío.

El acero a baja temperatura pierde considerablemente su ductilidad, con lo que disminuye la capacidad de absorción de energía por impacto, transformándose en acero frágil. Por ello es necesario que estructuras expuestas a temperaturas inferiores a 15 ºC bajo cero, sean fabricadas en aceros especiales con alto contenido de níquel, que disminuye su temperatura de transición.

Defectos del Acero como Elemento Estructural.

3. Resistencia al Medio Ambiente.

El medio ambiente actúa sobre el acero a través de procesos electroquímicos conocidos con el nombre de corrosión, de los cuales la oxidación del acero en presencia de humedad y el ataque químico en ambientes industriales son los más conocidos.

La solución de este tipo de problema pasa principalmente por la prevención, es decir utilizar algún método de protección contra la corrosión y diseñar de tal manera que la corrosión no sea un problema importante.

Defectos del Acero como Elemento Estructural.

4. Flexibilidad.

El acero estructural al ser un material flexible, sufre deformaciones debido a cargas externas, como pueden ser sismos, vientos , nieve, etc.

Defectos del Acero como Elemento Estructural.

Características del Acero.

• Los productos siderúrgicos son compuestos de hierro con porcentajes controlados de carbono más otros minerales residuales.

• Para su obtención se utilizan minerales ricos en óxido de fierro como la Magnetita, la Hematita roja etc.

Características del Acero.

• A estos minerales se les elimina el oxígeno y se les agrega carbono.

• El carbono es el encargado de regular las propiedades del producto final.

Características del Acero.

• Hierro Fundido:• Elementos de máquinas,

herramientas, etc.

• Acero:• Estructuras resistentes.

• Hierro Dulce:• Cuñas, seguros,

engranajes etc..

Características del Acero.

• Se entiende por aceros a:• Todas las mezclas hierro carbono, que por economía,

ductilidad y otras propiedades sirven como elementos capaces de soportar cargas.

• Se destinan fundamentalmente a obras de ingeniería en la construcción de edificios, estructuras, puentes, minas, industria naval, calderería, órganos de máquinas, herramientas, etc.

Características del Acero.

• El Carbono en los aceros aumenta su dureza y disminuye su soldabilidad.

• El Carbono ocupa los huecos intersticiales dentro de la estructura cristalina del hierro.

Características del Acero.

• Tipos de acero

Composición química Las características mecánicas de un acero y su habilidad para

mantenerlas después de los procesos de trabajo en frío y caliente dependen básicamente de la Composición química.

El compuesto más importante en la aleación es el carbono que por sí solo define las características generales del producto. Su presencia aumenta la tensión de ruptura y la tensión de fluencia del acero, aunque disminuye la ductilidad y la soldabilidad.

El manganeso tiene una acción similar al carbono, aunque más suavizada. En los aceros corrientes se encuentra en proporción de 0,8 a 1,2 %, lo que permite además neutralizar al azufre, uno de los elementos más perjudiciales en el acero. Tiene propiedades desoxidantes durante la conversión.

El silicio se encuentra normalmente en proporción de 0,3%, ya que ello permite elevar considerablemente el límite de elasticidad y la tensión de ruptura del acero, sin reducir prácticamente su ductilidad.

El fósforo es el menos deseable por cuanto confiere alta fragilidad a la masa y afecta la soldabilidad del acero. Por ello, su porcentaje se limita al 0,04%.

El azufre no contrarrestado por el manganeso se une con el fierro formando laminillas en la masa metálica reduciendo tanto la resistencia como la ductilidad. Su porcentaje se limita a 0,05 %.

El níquel es altamente positivo en el acero, aumenta la dureza y resistencia sin afectar la ductilidad y soldabilidad. Mejora la resistencia al impacto del material a bajas temperaturas y protege al acero contra la corrosión.

Composición química

Nomenclatura

Nomenclatura

Nomenclatura

Nomenclatura

Propiedades Físicas y Mecánicas del acero El comportamiento del acero queda representado por el gráfico tensión deformación

obtenido de un ensayo de tracción a baja velocidad sobre una probeta normalizada.

Propiedades Físicas y Mecánicas del acero

Modulo de elasticidad:  E=2100000 kg/cm2

El resultado muestra una curva que presenta sectores característicos bien definidos, a saber:

a) Zona elástica:

donde se cumple la ley de Hooke. Ante una descarga de la probeta, el material recupera sus dimensiones originales.

b) Zona plástica:

Dúctil o de fluencia, que muestra una gran deformación sin que aumente la tensión sobre la probeta. Las descargas seguirán una recta paralela a la porción elástica, manteniendo una deformación res¡ dual. Al recargar, el material se comporta en forma elástica hasta retornar a la curva original.

Propiedades Físicas y Mecánicas del acero

El resultado muestra una curva que presenta sectores característicos bien definidos, a saber:

c) Zona de endurecimiento:

Bajo deformación, en que el material vuelve a absorber tensión al producirse un reordenamiento cristalino. Las descargas son similares a la zona plástica. Al recargar, la zona elástica será mayor sin presentar zona plástica al retomar la curva original.

d) Zona de estricción:

En que el área original se reduce considerablemente hasta producirse la ruptura. Si en esta zona la tensión unitaria se calculase en base al área real en cada instante, el gráfico se modificaría según la líneasegmentada.

Propiedades Físicas y Mecánicas del acero

Resistencia y Ductilidad

Se observa en el gráfico que cuando aumenta la resistencia del material virgen, disminuye la ductilidad, característica que se mantiene en todos los productos siderúrgicos.

Otra propiedad del acero, la dureza, es normalmente dependiente también de su resistencia. La dureza está relacionada con la capacidad de prevenir el desgaste y deterioro por acciones mecánicas, por lo que será mayor en aceros más resistentes.

Esfuerzo de corte Una probeta sometida a esfuerzo de corte genera una curva tensión-deformación

unitarias similar a las curvas del ensayo de tracción, con límite de fluencia al corte 3 veces menor que el de tracción y tensión de ruptura entre 2/3 y 3/4 de la de tracción.

Curva tiene una zona elástica definida por el módulo de elasticidad al corte G:

Determinación de las propiedades mecánicas del acero a partir de los componentes químicos

Las propiedades mecánicas en los aceros se pueden estimar sabiendo los porcentajes de carbono

y de manganeso con las siguientes formulas: · Fluencia (kgf/mm2) : sy = 14,6 + 28,0*C + 5,9*Mn s = 0,9 (kgf/mm2) · Resistencia a la tracción (kgf/mm2) : sR = 21,7 + 73,5*C + 9,1*Mn s = 1,5 (kgf/mm2) · Alargamiento (%) : e = 38,2 - 32,6*C - 3,2*Mn s = 2,4 (%) · Temperatura de Transición (°C) : T = K + 194*C - 41*Mn s = 6,5 (°C)  en que: C = % de Carbono

Mn = % de Manganeso K = Constante en función de % Mn

% Mn 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,5

K -25,0 -27,7 -30,0 -32,8 -31,1 -27,2 -23,3 -21,7