Separata 12 acero curay (1)

UNIVERSIDAD CÉSAR VALLEJOESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL

INGENIERÍA CIVIL

SEPARATA 12TECNOLOGÍA DE

MATERIALES(GEAF206)

SEMESTRE 2012- II

CONTENIDO: SEMANA 12

El acero: fabricación. Barras corrugadas, barras lisas, alambre, perfiles. Grados del acero. Curva esfuerzo – deformación.

PROFESOR: ING. JOSÉ LUIS CURAY TRIBEÑO

PROFESORES DEL CURSO:

ING. LILIANA CHAVARRÍA REYES

ING. JOSÉ LUIS CURAY TRIBEÑO

ING. LILIAN DÁVILA ROSALES

ING. LUIS ESCOBEDO SÁNCHEZ

ING. MARÍA ESTHER SÁNCHEZ LLATAS

ING. CARLOS VILLEGAS MARTÍNEZ

FACULTAD DE INGENIERÍA

Dirección Académica| E.A.P. Ingeniería Ambiental| Telf. 202 4342 Anexo 2037 | www.ucvlima.edu.pe 1

ESCUELA ACADÉMICA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTALINGENIERÍA CIVIL

SEPARATA 12

TECNOLOGÍA DE MATERIALES (GEAF 206)

I.GENERALIDADES:

La correspondiente asignatura está orientada a dar al estudiante de Ingeniería Civil el conocimiento necesario para que pueda ser aplicado eficazmente en la construcción y de acuerdo a sus características sobre todo de duración y seguridad, que deberá dominar, poder plantear innovaciones para mejorar su uso en construcción.

FUNDAMENTACIÓN DEL CURSO:

La asignatura Tecnología de Materiales es de carácter formativo teórico práctica, permite al estudiante reconocer y caracterizar materiales como el acero, mediante la aplicación adecuada; lo que aporta a una correcta selección de materiales principalmente de construcción.

Brinda los conocimientos indispensables para que durante su futura actividad profesional pueda hacer uso de materiales de construcción de las más diversas procedencias.

COMPETENCIAS.

Conoce, describe y explica la naturaleza de los diferentes tipos de acero utilizados en los procesos constructivos de la Ingeniería Civil principalmente, valorando la vida útil de ellos y fomentando el uso de los mismos con mayor eficiencia lo que permitirá el desarrollo de una actitud proactiva y responsable con su entorno y proponer estudios y proyectos seguros y confiables.

II.INTRODUCCIÓN A LA SEPARATAEsta separata desarrolla los puntos contenidos en la programación del sílabo correspondientes al décimo segunda semana: El acero, fabricación, barras corrugadas, barras lisas, alambre, perfiles. Grados del acero. Curva esfuerzo – deformación. Se pretende exponer en forma clara los conceptos básicos del curso a fin de que el estudiante los pueda entender fácilmente y se sienta motivado en el campo de Tecnología de Materiales, al conocer su variedad y múltiples aplicaciones.

Finalmente, sus maestros esperamos que el presente recurso (separata) contribuya a mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje donde intervienen el maestro, el estudiante y el sílabo.


III CONTENIDOTERCERA UNIDAD: OTROS MATERIALES UTILIZADOS EN LA INGENIERÍA CIVIL. (Duración: 5 semanas)

SEMANA12

Sem

ana

Contenidos Capacidad Indicador de logro ActitudesIndicador de

logro

12

El acero, fabricación, barras corrugadas, barras lisas, alambre, perfiles. Grados del acero. Curva, esfuerzo-deformación.

Describe las clases de acero que se utilizan en las obras de ingeniería civil y su aplicación práctica.

Reconoce las clases de acero que participan en las obras de ingeniería, a través de la presentación y explicación de y un muestrario de barras de acero y alambres.

Equidad

Toma decisiones basadas en juicios que consideran las necesidades del otro.

ACERO

El hierro químicamente puro, no tiene aplicación en la Ingeniería Civil. El hierro para ser acero tiene que ser fusionado, es decir, combinado con otros elementos como carbono, manganeso, cobre, silicio, molibdeno, níquel, cromo y tener un mínimo de impurezas, fósforo y azufre, para que sea un material utilizable. El acero es aquella aleación del hierro que puede forjarse sin tratamiento previo ni posterior.

HISTORIAEs imposible determinar a ciencia cierta dónde y cómo el hombre descubrió el hierro, pero es cierto que su historia está estrechamente ligada con el desarrollo de la cultura y la civilización.


Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atraído por su brillo y se da cuenta de que golpeándolos puede darles forma y fabricar así utensilios tan necesarios para su supervivencia.La humanidad se sucede en Edades, a las que se ha dado nombres de metales, y cuando se cierran las Edades del Cobre y Bronce, a las que se atribuye una duración de 500 a 2000 años, comienza la Edad del Hierro.Con la excepción del aluminio, el hierro se encuentra en la naturaleza en cantidades mayores que cualquier otro metal; se explota con métodos relativamente sencillos, y se puede trabajar y transformar tanto como se quiera. La razón del retraso en la aparición del hierro respecto al bronce hay que buscarla en el elevado punto de fusión del hierro puro, lo que hacía prácticamente imposible que una vez tratados sus minerales se pudiese ofrecer en forma líquida, separado de la escoria. Las primeras producciones se obtuvieron seguramente rodeando al mineral totalmente con carbón de leña con el que no era posible alcanzar la temperatura suficiente para fundir el metal, obteniéndose en su lugar una masa esponjosa y pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillear repetidamente al rojo vivo para eliminar la escoria y las impurezas.Este martilleo producía dos efectos, por un lado conseguía obtener un hierro puro al eliminar las escorias e impurezas, endureciéndolo por forja al mismo tiempo. Se obtenían así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo muy primitivo de acero.Con el paso del tiempo, se fue comprobando que la obtención accidental del hierro colado no era una desgracia, sino que por el contrario se trataba de una materia prima mejor para obtener posteriormente el acero, con todas las ventajas técnicas y económicas que implica el proceso. En 1855 se produce un hecho trascendental en la producción y el futuro del acero: el invento del convertidor ideado por Henry Bessemer, que supuso el paso revolucionario de la obtención del acero a partir del hierro producido en el alto horno. Este invento trascendental se completa por Thomas en 1873, al conseguir convertir el hierro colado, de alto contenido en fósforo, en acero de alta calidad mediante un convertidor con recubrimiento básico.A partir de entonces las innovaciones en la producción del acero se han ido sucediendo hasta nuestros días, gracias a la participación de figuras como las de Martín, Siemens, Héroult, los técnicos de Linz y Donawitz y tantos otros.


PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS DEL ACERO ESTRUCTURALLas propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado indispensablemente en una construcción deben ser las siguientes.Fusibilidad._ Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundiéndolos y colocándolos en moldes.Forjabilidad._ Es la capacidad para poder soportar las variaciones de formas, en estado sólido caliente, por la acción de martillos, laminadores o prensas.Maleabilidad._ Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura ambiente en laminas, mediante la acción de martillado y estirado.Ductilidad._ Es la capacidad de poderse alargar longitudinalmente.Tenacidad._ Resistencia a la ruptura al estar sometido a esfuerzos de tensión.Facilidad de corte._ Capacidad de poder separarse en trozos regulares con herramientas cortantes.Soldabilidad._ Propiedad de poder unirse hasta formar un solo cuerpo.Oxidabilidad._ Al estar en presencia de oxigeno, se oxidan formando una capa de oxido.

Esfuerzo de fluencia fy: cuando se determina la proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones en un espécimen libre de esfuerzos residuales.Los aceros estructurales mantienen un rango definido de Esfuerzo constante vs. Deformación en este nivel de esfuerzo unitario. fy mayor 4220 kg/cm2Ensayo de Doblado, para averiguar la ductilidad del acero este debe ser capaz de ser doblado 180`.

FABRICACIÓN DEL ACERO Como ya se he venido diciendo, el hierro es el elemento esencial para la producción del acero, el cual está compuesto en un 78% como mínimo de Fe, el hierro posee una gran cantidad de propiedades favorables para la construcción, y por ello después del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras.


Obtención del hierroPuede obtenerse hierro en estado sólido por el procedimiento de forjas cartalanas, que solo es aplicable en minerales muy ricos. En la actualidad la obtención del hierro se efectúa en altos hornos, el producto obtenido es el arrabio o fundición, escorias y gases. Esta materia no es utilizable, y es necesaria una nueva fusión para obtener el hierro dulce y la fundición propiamente dicha. Para la obtención del acero se emplean varios sistemas: besemer, siemens y tomas que tienden a volverlo a fundir, eliminando parte del carbono y añadiendo otras sustancias. Las propiedades físicas diferentes de todas las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono subida por cada una de las formas tocan en una parte importante en la formación, endurecido, y templado de acero.Químicamente, el hierro es un metal activo. Combina los halógenos (fluor, cloro, bromo...ect), azufre, fósforo, carbono, y sicona. Este reacciona con algunos ácidos perdiendo sus características, o en algunos casos llega a la corrección masiva. Generalmente al estar en presencia de aire húmedo, se corroe, formando una capa de oxido rojiza-castaño (oxido férrico escamoso), la cual disminuye su resistencia y además estéticamente es desagradable. Proceso de Fabricación del AceroEl proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino.Fase de fusión:Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada. Fase de afino:El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara.En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, niquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.).El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación. El control del proceso:Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus fases empezando, como ya se ha comentado, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.


Durante el proceso se toman varias muestras del baño y de las escorias para comprobar la marcha del afino y poder ir ajustando la composición del acero. Para ello se utilizan técnicas instrumentales de análisis (espectómetros) que permiten obtener resultados en un corto espacio de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real y la adopción de las correcciones precisas de forma casi instantánea, lográndose así la composición química deseada. Los dos elementos que más pueden influir en las características y propiedades del acero obtenido, el carbono y el azufre, se controlan de forma adicional mediante un aparato de combustión LECO. Pero además de la composición del baño y de la escoria, se controla de forma rigurosa la temperatura del baño, pues es la que determina las condiciones y la velocidad a la que se producen las distintas reacciones químicas durante el afino.La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar.La artesa receptora tiene un orificio de fondo, por el que distribuye el acero líquido en varias líneas de colada, cada una de las cuales dispone de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida que se va formando durante el enfriamiento. Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de duchas de agua fría primero, y al aire después, cortándose el semiproducto en las longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte.Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el número de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la trazabilidad del producto, vigilándose la cuadratura de su sección, la sanidad interna, la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.La laminaciónLas palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminación o forja en caliente.De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la presión ejercida por éstos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su


temperatura. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250 ºC, al inicio del proceso, y 800 ºC al final del mismo.La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas.

AleacionesDebido a que las aleaciones han venido ganando un gran campo de acción en la Ingeniería, podíamos conocer las propiedades que caracterizan a cada tipo de aleación. La resistencia no es la única característica que nos permite decidir si el elemento tendrá un desempeño óptimo. Un desempeño satisfactorio depende también de la densidad, la resistencia a la corrosión y los efectos de la temperatura, así como también de las propiedades eléctricas y magnéticas. Como ejemplo consideremos algunas partes para las cuales son especialmente apropiadas ciertas aleaciones.Aleaciones de aluminio: partes de aviones (alta resistencia en la relación con su peso)Aleaciones de magnesio: fundiciones para aviones (compite con el aluminio)Aleaciones de cobre: alambres eléctricos (alta conductividad)Aleaciones de níquel: partes para turbinas de gas (alta resistencia a temperaturas elevadas).Encontramos que más del 95% en peso de los metales de ingeniería, utilizados en los Estados Unidos cada año son aleaciones basadas en aluminio, magnesio, cobre hierro y níquel. De hecho, más del 85% es de la familia basada en el hierro y, a pesar de que los porcentajes para las aleaciones de magnesio y níquel son pequeños, estas tienen gran importancia y sería conveniente conocer algunas de las características principales de algunos tipos de aleaciones.Tratamiento Térmico del Acero para la Construcción Estos aceros contienen elementos de aleación en mayor cantidad que los de baja aleación y alta resistencia y además se tratan térmicamente (por revenido y templado), para obtener aceros tenaces y resistentes. Se enlistan en las normas ASTM con la designación A514 y tienen límites de fluencia de 90,000 a 100,000 psi (6,300 a 7,030 kg/cm2) dependiendo del espesor.


Se dice que existen por ahora más de 200 tipos de acero en el mercado cuyo límite de fluencia está por encima de los 36,000 psi. La industria del acero experimenta con tipos cuyos esfuerzos de fluencia varían de 200,000 a 300,000 psi y esto es sólo el principio. Muchos investigadores de la industria piensan que al final de la década de los 70 se tengan en disponibilidad aceros de 500,000 psi de límite de fluencia. La fuerza teórica que liga o vincula átomos de hierro se ha estimado que está por encima de los 4000,000 psi.

Aun cuando el precio del acero se incrementa con el aumento de su límite de fluencia, este incremento no es linealmente proporcional y puede resultar económica la utilización de estos aceros, a pesar de su costo, si el uso de ellos se realiza diseñándolos a sus máximos esfuerzos permisibles, a máxima eficiencia, sobre todo en piezas de tensión o tirantes, en vigas con patines impedidos de pandeo, columnas cortas (o de baja relación de esbeltez). Otra aplicación de estos aceros es frecuente en la llamada construcción híbrida, en donde se usan dos o más aceros de diferentes resistencias, los más débiles se colocan en donde los esfuerzos son bajos y los más resistentes en donde los esfuerzos son mayores.Otros factores que pueden conducir al uso de aceros de alta resistencia, son los siguientes:Superior resistencia a la corrosión.Posible ahorro en costo de flete, montaje y cimentación, por su menor peso.Uso de vigas poco aperaltadas (poca altura) que permiten entrepisos menores.Posible ahorro en materiales de recubrimiento incombustible, ya que pueden utilizarse miembros más pequeños.El primer pensamiento de la mayoría de los ingenieros al elegir el tipo de acero, es el costo directo de los elementos. Una comparación de costo puede hacerse fácilmente, pero la economía por el grado de acero a usar no se puede obtener a menos que se involucren: el peso, las dimensiones, deflexiones. Costos de mantenimiento, fabricación, etc; hacer una comparación general exacta de los aceros es probablemente imposible la menos que se tenga un tipo específico de obra a considerarVentajas del Acero como Material EstructuralAlta resistencia._ La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros.


Uniformidad._ Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado. Durabilidad._ Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente. Ductilidad._ La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras. Tenacidad._ Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad. Otras ventajas importantes del acero estructural son: Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches. Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.Rapidez de montaje. Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas. Resistencia a la fatiga. Posible rehuso después de desmontar una estructura. Desventajas del Acero como Material EstructuralCosto de mantenimiento._ La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. Costo de la protección contra el fuego._ Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Susceptibilidad al pandeo._ Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. "El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas. Generalmente los miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los perfiles I, T y L tienen esta propiedad".Aceros EstructuralesEl acero al carbono es el más común, barato y aplicable de los metales que se emplean en la industria. Tienen una ductilidad excelente, lo que permite que se utilice en muchas operaciones de formado en frío. El acero también se puede soldar con facilidad.Los aceros de alta resistencia se utilizan mucho en proyectos de ingeniería civil. Los nuevos aceros, por lo general, los introducen sus fabricantes con marca registrada; pero un breve examen de sus composiciones, tratamiento térmico y propiedades suele permitir relacionarlos con otros materiales ya existentes.


En el mercado hay dos clases de aceros al carbono con tratamiento térmico para usos en la construcción. Los aceros al carbono con tratamiento térmico están disponibles bien en su condición estándar o enfriados y templados; su endurecimiento se logra a base del contenido de carbono. Los aceros de aleación con tratamiento térmico para construcción son aceros enfriados y templados que contienen cantidades moderadas de elementos de aleación además del carbono.Para comprender el comportamiento de las estructuras de acero, es absolutamente esencial que el diseñador esté familiarizado con las propiedades del acero. Los diagramas esfuerzo - deformación presentan una parte valiosa de la información necesaria para entender cómo será el comportamiento del acero en una situación dada. No pueden ser desarrollados métodos de diseño satisfactorios a menos que se cuente con información disponible correspondiente a las relaciones esfuerzo -deformación del material a utilizarse.Si una pieza laminada de acero estructural se somete a una fuerza de tensión, comenzará a alargarse. Si la fuerza de tensión se incrementa en forma constante, el alargamiento aumentará constantemente, dentro de ciertos límites. En otras palabras, el alargamiento se duplicará si, por ejemplo, el esfuerzo aumenta de 6,000 a 12,000 psi (libras por pulgada cuadrada) (de 420 a 840 kg/cm2). Cuando el esfuerzo de tensión alcanza un valor aproximadamente igual a la mitad del esfuerzo en la ruptura, el alargamiento empezará a incrementarse en una proporción mayor que el correspondiente incremento de esfuerzo.El mayor esfuerzo para el cual tiene aplicación la Ley de Hooke, o el punto más alto sobre la porción de línea recta del diagrama esfuerzo-deformación, es el llamado límite de proporcionalidad. El mayor esfuerzo que puede soportar el material sin ser deformado permanentemente es llamado límite elástico. En realidad, este valor es medido en muy pocas ocasiones y, para la mayor parte de los materiales de ingeniería, incluyendo el acero estructural, es sinónimo de límite de proporcionalidad. Por tal motivo, algunas veces se usa el término límite elástico de proporcionalidad.


Al esfuerzo que corresponde un decisivo incremento en el alargamiento o deformación, sin el correspondiente incremento en esfuerzo, se conoce por límite de fluencia. Este es también el primer punto, sobre el diagrama esfuerzo-deformación, donde la tangente a la curva es horizontal. Probablemente el punto de fluencia es para el proyectista la propiedad más importante del acero, ya que los procedimientos para diseñar elásticamente están basados en dicho valor (con excepción de miembros sujetos a compresión, donde el pandeo puede ser un factor). Los esfuerzos permisibles usados en estos métodos son tomados usualmente como una fracción (%) del límite de fluencia. Más allá de tal límite, existe una zona en la cual ocurre un considerable incremento en la deformación, sin incremento en el esfuerzo. La deformación que ocurre antes del punto de fluencia, se conoce como deformación elástica; la deformación que ocurre después del punto de fluencia, sin incremento en el esfuerzo, se conoce como deformación plástica. El valor total de esta última, es usualmente de diez a quince veces el valor de la deformación elástica total.Podría suponerse que la fluencia del acero, sin incremento de esfuerzo, es una seria desventaja, pero actualmente es considerada como una característica muy útil. A menudo ha desempeñado el admirable servicio de prevenir fallas debidas a omisiones o errores de diseño. Pudiera ser que un punto de la estructura de acero dúctil alcanzara el punto de fluencia, con lo que dicha parte de la estructura cedería localmente, sin incremento del esfuerzo, previniendo así una falla prematura. Esta ductilidad permite que los esfuerzos de la estructura de acero puedan reajustarse. Otro modo de describir este fenómeno es diciendo que los muy altos esfuerzos causados durante la fabricación, montaje o carga, tenderán a uniformarse y compensarse por sí mismos. También debe decirse que una estructura de acero tiene una reserva de deformación plástica que le permite resistir sobrecargas y choques súbitos. Si no tuviera esa capacidad, podría romperse bruscamente, como sucede con el vidrio y otras sustancias semejantes.Siguiendo a la deformación plástica, existe una zona donde es necesario un esfuerzo adicional para producir deformación adicional, que es llamada de endurecimiento por deformación (acritud). Esta porción del diagrama no es muy importante para el diseñador actual. Un diagrama esfuerzo-deformación para acero dulce estructural, que es bien conocido. Sólo se muestra la parte inicial de la curva por la gran deformación que ocurre antes de la falla. En la falla de los aceros dulces, las deformaciones totales son del orden de 150 a 200 veces las deformaciones elásticas. En realidad, la curva continuará hasta el esfuerzo correspondiente a la resistencia final y luego descenderá, "le saldrá cola", antes de la ruptura. Se presenta una aguda reducción (llamada "estrangulamiento", cuello o extricción), en la sección transversal del miembro, seguida de la ruptura.La curva esfuerzo-deformación es una curva típica de un acero usual dúctil de grado estructural y se supone que es la misma para miembros en tensión o en compresión. (Los miembros en compresión deben ser cortos, ya que si son largos la compresión tiende a pandearlos lateralmente, y sus propiedades se ven afectadas grandemente por los momentos flexionantes.) La forma del diagrama varía con la velocidad de carga, el tipo de acero y la temperatura. Se muestra, con línea interrumpida, una variación del tipo mencionado, indicándose el límite superior de fluencia. Esta forma de la curva esfuerzo-deformación, es el resultado de aplicar


rápidamente la carga al acero estructural laminado, en tanto que el límite inferior de fluencia corresponde a carga aplicada lentamente.

Una propiedad muy importante de una estructura que no haya sido cargada más allá de su punto de fluencia, es que recuperará su longitud original cuando se le retire la carga. Si se hubiere llevado más allá de este punto, sólo alcanzaría a recuperar parte de su dimensión original. Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una estructura existente mediante carga, descarga y medición de deflexiones. Sí después de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones originales, es por qué se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia.El acero es un compuesto que consiste casi totalmente de hierro (normalmente más de 98%). Contiene también pequeñas cantidades de carbono, sílice, manganeso, azufre, fósforo y otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en las propiedades del acero. La dureza y resistencia aumentan a medida que el porcentaje de carbono se eleva, pero desgraciadamente el acero resultante es más quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. Una menor cantidad de carbono hace al acero más suave y más dúctil pero también menos resistente. La adición de elementos tales como cromo, sílice y níquel produce aceros considerablemente más resistentes. Estos aceros, por lo tanto, son apreciablemente más costosos y a menudo no son fáciles de elaborar.Un diagrama típico de esfuerzo-deformación para un acero frágil; Tal material muestra muy poca deformación permanente al fracturarse. Desgraciadamente, la baja ductibilidad o fragilidad es una propiedad asociada comúnmente con las altas resistencias de los aceros (aunque no necesariamente limitada a aceros de alta resistencia). Es de desearse el tener tanta resistencia, como ductibilidad en el acero, pero el diseñador habrá de decidir entre estos dos extremos o por un término medio


conveniente. Un acero frágil puede fallar repentinamente por sobrecarga, o durante el montaje es posible la falla debido a impacto por golpes durante el proceso de erección o montaje.En las estructuras de acero diseñadas en el pasado, y en la mayoría de las que actualmente se diseñan, se han usado y usan los llamados métodos de diseño elástico. El diseñador estima la "carga de trabajo", o cargas que la estructura posiblemente deba soportar, y dimensiona los miembros, sobre la base de ciertos esfuerzos permisibles. Estos esfuerzos permisibles son usualmente una fracción del esfuerzo en el límite de fluencia del acero. Aunque el término "diseño elástico" es utilizado comúnmente para describir este procedimiento, los términos diseño por esfuerzo permisible o diseño por esfuerzo de trabajo son en definitiva más apropiados. Muchas de las estipulaciones de las especificaciones para este método se basan realmente en el comportamiento plástico o en la capacidad última, más que en el comportamiento elástico.La ductibilidad del acero ha sido usada como una reserva de resistencia, y la utilización de este hecho constituye la base de la teoría conocida como el diseño plástico. En este método las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros se diseñan basándose en las resistencias a la falla o al colapso. Se usan también otros nombres para este método como son: diseño al límite o diseño a la falta o a la ruptura. Aunque sólo unos cuantos centenares de estructuras se han diseñado en el mundo por los métodos del diseño plástico, los profesionales se están moviendo decididamente en ese sentido. Esta tendencia se refleja particularmente en las últimas especificaciones de la AISC.El ingeniero diseñador está bien enterado de que la mayor porción de la curva esfuerzo-deformación queda más allá del límite elástico del acero. Además, las pruebas realizadas durante años, han puesto en claro que los aceros dúctiles pueden resistir esfuerzos apreciablemente mayores que los correspondientes a su límite de fluencia, y que en casos de sobrecargas, las estructuras hiperestáticas tienen la propiedad, feliz de redistribuir las cargas debido a la ductilidad del acero. Teniendo en cuenta esta información, se han hecho recientemente muchas proposiciones de diseño plástico. Es indudable que en algunos tipos de estructuras, el diseño por plasticidad conduce a la utilización más económica del acero, que la que se logra con el diseño por elasticidad.El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Normalmente los miembros más ventajosos son aquellos que tienen grandes módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones transversales. Las formas I, T, y canal, tan comúnmente usadas pertenecen a esta clase. Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos están los ángulos, tes., zetas, y placas. Es necesario por tanto establecer una clara distinción entre las vigas estándar americanas (vigas I ) y las vigas de patín ancho (vigas W), ya que ambas tienen sección en I. El lado interno de los patines de una viga W, puede ser paralelo al lado externo, o casi paralelo, con una pendiente máxima de 1:20, en la superficie interior dependiendo del fabricante.Composición Química del Acero y su influencia en las propiedades:


Los aditivos más importantes del acero para muchas de sus propiedades mecánicas son el carbono y el manganeso. Cromo: mejora la resistencia a la corrosión, da mayor resistencia al

desgaste. Cobre: mejora la resistencia a la corrosión y la ductilidad del acero. Manganeso: presente en todos los aceros estructurales, mejora la

resistencia, ductilidad e influye favorablemente en los tratamientos térmicos. Molibdeno: mejora la resistencia en altas temperaturas y la resistencia a la

corrosión. Níquel: impide la fragilidad en temperaturas bajas y mejora la existencia a la

corrosión. Silicio: mejora la resistencia. Los contenidos de Fósforo y Azufre deben ser mantenidos debajo del 0.1%

en peso, por ser elementos indeseables en el acero.

Usos de los aceros estructurales A36 Para propósitos generales en estructuras, especialmente de edificaciones, soldadas o empernadas.A242 Para puentes empernados o soldados, resistentes a la oxidación. A572 Para perfiles estructurales, planchas, y barras para edificaciones empernadas o soldadas; puentes soldados sólo en los Grados 42 y 50.

Aceros Estructurales en PerúSon producidos por Sider-Perú en su planta de Chimbote y por AcerosArequipa S.A. en su planta de Pisco. Uno de sus productos, la palanquilla, que se usa para el proceso de laminación de Angulos y varillas lisas, es de material bastante parecido al del Acero ASTM A36.

Sider-Perú fabrica, también, productos laminados planos, y los suministra ya sea en forma de bobinas o planchas; su Punto de Fluencia es Fy = 2400 kg/cm2; su


Esfuerzo de Fractura es Fu = 4200 kg/cm2 y su ductilidad es 21% (en probetas de 200 mm)

Con relación a los productos no planos, en Perú se laminan Angulos hasta de 4 pulgadas, de lados iguales, canales pequeños y varillas lisas; se manufacturan tubos electrosoldados hasta de 4 pulgadas y se ha comenzado la fabricación de Perfiles Estructurales Soldados.

Suministro y almacenamiento:

Todo envío de acero de refuerzo que llegue al sitio de la obra o al lugar donde vaya a ser doblado, deberá estar identificado con etiquetas en las cuales se indiquen la fábrica, el grado del acero y el lote correspondiente.

El acero deberá ser almacenado en forma ordenada por encima del nivel del terreno, sobre plataformas, largueros u otros soportes de material adecuado y deberá ser protegido, hasta donde sea posible, contra daños mecánicos y deterioro superficial, incluyendo los efectos de la intemperie y ambientes corrosivos.

Se debe proteger el acero de refuerzo de los fenómenos atmosféricos, principalmente en zonas con alta precipitación pluvial. En el caso del almacenamiento temporal, se evitará dañar, en la medida de lo posible, la vegetación existente en el lugar, ya que su no protección podría originar procesos erosivos del suelo.


Doblado:

Las barras de refuerzo deberán ser dobladas en frío, de acuerdo con las listas de despiece aprobadas por el Supervisor. Los diámetros mínimos de doblamiento, medidos en el interior de la barra, con excepción de flejes y estribos, seran los indicados en la siguiente tabla:

Numero de Barra Diámetro mínimo

3/8” a 1” 6 diámetros de barra

1 1/8” a 1 3/8” 8 diámetros de barra

Durante el doblado del fierro de construcción se recomienda revisar si hay rajaduras / fisuras en el ángulo de curvatura.

Después de doblar el fierro de construcción, se recomienda no enderezarlo ni volverlo a doblar, se puede fisurar o quebrar.

No se debe usar fierros de construcción con ondulaciones o dobleces no mostradas en los planos, o las que tengan fisuras o roturas.

El doblado de las barras debe realizarse en frío. No se recomienda calentar el fierro de construcción para realizar la operación de doblado.

No cortar el fierro de construcción con soplete, ciertos tipos de acero pierden resistencia, ductilidad y flexibilidad.

Colocación y amarre

Al ser colocado en la obra y antes de producir el concreto, todo el acero de refuerzo deberá estar libre de polvo, óxido en escamas, rebabas, pintura, aceite o cualquier otro material extraño que pueda afectar adversamente la adherencia. Todo el mortero seco deberá ser quitado del acero.

Las varillas deberán ser colocadas con exactitud, de acuerdo con las indicaciones de los planos, y deberán ser aseguradas firmemente en las posiciones señaladas, de manera que no sufran desplazamientos durante la colocación y fraguado del concreto. La posición del refuerzo dentro de los encofrados deberá ser mantenida por medio de tirantes, bloques, soportes de metal, espaciadores o cualquier otro soporte aprobado.

Los bloques deberán ser de mortero de cemento prefabricado, de calidad, forma y dimensiones aprobadas.


Los soportes de metal que entren en contacto con el concreto, deberán ser galvanizados. No se permitirá el uso de guijarros, fragmentos de piedra o ladrillos quebrantados, tubería de metal o bloques de madera.

El Supervisor deberá revisar y aprobar el refuerzo de todas las partes de las estructuras, antes de que el Contratista inicie la colocación del concreto.

DEFINICIONES

BARRAS CON RESALTES: barras de acero con resaltes que estén destinadas para uso como refuerzos en una construcción de hormigón (concreto).

RESALTES: protuberancias que presenta la barra en la superficie.

BARRA LISA: barra de acero sin resalte

CORDON: nervadura longitudinal de una barra

ROTULADO: Cuando se cargue para su despacho, las barras deberán estar adecuadamente separadas e identificadas con tarjetas con el número de colada de fabricante o el número de identificación del ensayo.

Cada fabricante deberá identificar los símbolos de su sistemas de marcado.

Todas las barras producidas de acuerdo a esta norma, excepto las barras redondas lisas, las cuales deberán estar identificadas con tarjetas indicando el grado, Deberán estar identificados por un juego distinguible de marcas inclinadas legiblemente sobre la superficie de un lado de la barra.

Aplicaciones del Acero en ConcretoAdemás de los aspectos funcionales y económicos especiales del concreto como material de construcción de puentes, ciertas propiedades mecánicas y físicas son importantes con respecto a la aplicación y el comportamiento del concreto. Las varillas para el refuerzo de estructuras de concreto reforzado, se fabrican en forma tal de cumplir con los requisitos de las siguientes especificaciones ASTM: A-615 "Varillas de Acero de Lingotes Corrugadas y Lisas Para Concreto Reforzado", A-616 "Varillas de Acero de Riel Relaminado Corrugadas y Lisas para Refuerzo de Concreto", o la A-617 "Varillas de Acero de Eje Corrugado y Lisas Para concreto Reforzado". Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van desde 3/8 de pulg. hasta 1 3/8 de pulg., con incrementos de 1/8 de pulg., y también en dos tamaños más grandes de más a menos 1 ¾ y 2 ¼ de pulg. Es importante que entre el acero de refuerzo exista adherencia suficientemente resistente entre los dos materiales. Esta adherencia proviene de la rugosidad natural de las corrugaciones poco espaciadas en la superficie de las varillas. Las varillas se pueden conseguir de diferentes resistencias. Los grados 40, 50 y 60 tienen


resistencias mínimas especificadas para la fluencia de 276, 345 y 414 N/mm2 respectivamente. La tendencia actual es hacia el uso de varillas del grado 60.

Barras corrugadas La barra corrugada es un producto de acero de sección maciza circular, con estrías o corrugas transversales uniformemente distribuidas en toda su longitud. Las barras corrugadas de acero por su propiedades antisísmicas, tiene mas agarre al hormigón por lo que hace de estas estructuras mas estables y fuertes. Son reguladas por la norma de sismo resistencia colombiana NTC 2289. Utilizadas para el refuerzo de concreto y construcciones.


BARRA G-60 8mm 6m

Barras Lisas Barras macizas de acero, de superficie lisa y sección circular. Se fabrican a partir de palanquillas laminadas en caliente, según la norma NTC-161. Sus usos incluyen estructuras para ornamentación metálica como rejas, cercos, elementos de maquinas, ejes, barras de transferencia entre otros.


http://ferrasa.com.s49013.gridserver.com/categoria-productos/malla-electrosoldada

Perfiles de AceroNormalmente los perfiles de acero se pueden clasificar según el tipo de proceso de producción que le da origen, según se detalla a continuación:

a) Perfiles Laminados:

Los perfiles laminados se producen a partir de la laminación en caliente de palanquillas o tochos hasta darle la conformación deseada. Entre sus características destaca su uniformidad estructural pues no presentan soldaduras o costuras y tienen un bajo nivel de acumulación de tensiones residuales localizadas. Se distinguen, básicamente en dos grandes familias:

a.1. Perfiles de alas paralelas:

Los perfiles de ala paralela se producen en secciones tipo “I” y “H”, también denominadas doble T y los perfiles H de al. Se caracterizan por tener alas perpendiculares al alma, de caras paralelas, rectilíneas y de espesor constante que dejan ángulos redondeados en los encuentros interiores entre el ala y el alma.

Son muy utilizados en la fabricación de estructuras, ya que su geometría paralela y rectilínea facilita las uniones, conexiones y encajes.

a.2. Perfiles de alas inclinadas o Normales americanos Los perfiles normales americanos o de alas inclinadas se producen básicamente en secciones tipo “I”, “U” y “L” y se caracterizan por tener los exteriores de las alas perpendiculares al alma, mientras las caras interiores de las alas presentan una inclinación de hasta un 14% respecto de la cara exterior, por lo que los espesores de las alas son decrecientes. Las uniones entre las caras exteriores e interiores de las alas, así como las uniones entre las alas y el alma, son redondeadas.


b) Perfiles conformados en frío:

Los perfiles conformados en frío o doblados se obtienen por la conformación de planchas planas en forma de chapas o flejes sin cambiar su temperatura. El proceso se puede hacer mediante plegado, en cuyo caso su longitud está limitada por el largo de la plegadora, (usualmente de entre 3.000 y 6.000mm) y los espesores mayores se sitúan alrededor de los 12mm, también dependiendo de la potencia de la plegadora. Se pueden hacer mediante proceso continuo en una línea perfiladora o “roll former”, en cuyo caso, el largo de fabricación es continuo y la longitud es teóricamente indefinida, aunque limitada normalmente a medidas comerciales o a limitaciones del transporte. Los espesores máximos en las líneas perfiladoras, difícilmente superan los 6mm. Su característica geométrica principal es que los cantos y vértices que presentan son redondeados. Se producen usualmente en secciones tipo “U”, “C” (o canal atiesado), “L” y algunas variantes según cada productor (Omega, Sigma, etc.). A diferencia de los tubos, esta familia de perfiles conformados suele denominarse también como perfiles abiertos.


c) Perfiles soldados:

Una alternativa frecuentemente utilizada para enfrentar las limitaciones de disponibilidad de perfiles laminados y responder a exigencias de diseño específicas es la producción de perfiles soldados, fabricados a partir de planchas planas de acero que son sometidas a corte, armado y soldadura. Esta estrategia permite obtener una casi ilimitada variedad de formas, geometrías y espesores de perfiles a partir de las secciones o flejes que son empalmados mediante soldadura, normalmente de arco sumergido. Una de las características de los perfiles soldados es que permiten la producción de perfiles de sección variable.

El proceso de producción permite desarrollar esta actividad desde instalaciones semi-artesanales a complejas instalaciones industriales. La soldadura produce deformaciones térmicas en las alas, que deben ser compensadas previamente o corregidas luego de su producción.


d) Perfiles electrosoldados

La producción de perfiles soldados mediante electrosoldadura por resistencia eléctrica (o electrofusión) permite altas productividades de perfiles en secciones que

varían entre 100 y 500mm y espesores entre 3 y 12mm.

e) Perfiles tubulares con costura

La fabricación de perfiles tubulares de sección redonda, cuadrada o rectangular, tanto para transporte de fluidos, gases o para efectos estructurales se realiza a partir de procesos continuos o de cilindrado de planchas, según los requerimientos de dimensión y espesor del producto esperado. Estos perfiles, cuando tienen cierto


tamaño y resistencia (espesores superiores a 3mm) se denominan secciones huecas estructurales, siendo su denominación en inglés: HSS.

e.1. De producción continua con soldadura por resistencia eléctricaEl acero plano en bobinas es previamente seccionado en flejes de acuerdo al desarrollo del perfil tubular a producir, siendo cargado en una línea de conformado en frío que, en sus etapas previas a la conformación, tiene una etapa de preparación de los bordes para luego ser conformado hasta la formación del tubo. En el extremo final se sitúa la estación de soldadura en la que mediante una corriente eléctrica de alta frecuencia se produce la fusión de los cantos en contacto. Los excedentes de la soldadura son eliminados por raspadores antes de que se enfríen. La producción de secciones cuadradas o rectangulares se logra posteriormente por deformación por presión lateral del tubo circular.

e.2. Producción continua con soldadura helicoidal por arco sumergidoOtra forma de producir tubos soldados en forma continua es mediante soldadura helicoidal por arco sumergido, que permite la construcción de tubos de mayores diámetros (entre 406 y 2540mm) y mayores espesores (entre 4,4mm y 12,6mm) en largos de entre 6 y 12m.

e.3. Cilindrados de grandes dimensiones y espesoresLa producción de tubos es posible a partir del cilindrado de chapas en cilindradoras que varían en sus características, existiendo las que actúan tanto manualmente como en forma mecánica, neumática o hidráulica. La deformación de la plancha o chapa se produce en un equipo de tres o cuatro cilindros que ejercen presión entre sí conformando un aro llamado virola. Este proceso, que permite la obtención de variados espesores y diámetros, está limitado en la longitud de los cilindros deformadores de la cilindradora, por lo que se deben empalmar longitudinalmente los tramos de plancha cilindrada o virola. El diámetro mínimo de cilindrado depende del espesor de la plancha y del material. Hay procesos hidráulicos que permiten


cilindrar hasta planchas de 50mm de espesor y diámetros internos de hasta 840mm, mientras cilindradoras pequeñas están limitadas a espesores máximos de 6mm.

f) Perfiles tubulares sin costura

El proceso de producción de tubos sin costura se realiza por laminación en caliente de palanquillas redondas (esbozos) mediante un mandril de expansión en un proceso también conocido como extrusión. Y se producen en espesores variables entre 2,9 y 20,6mm y en secciones entre 26,7 y 355,6mm.

1 Grados de acero

La clasificación de varios grados de metal según su composición y sus propiedades ha sido desarrollada durante muchos años por una serie de organizaciones de desarrollo estándar (SDOs) tales como European EN, US ASTM and AISI steel grades, Japanese JIS, Chinese GB, International ISO etc.

En términos generales, los tipos de acero se pueden distinguir sobre la base de:

Composición química, así como carbono, baja aleación o grados de acero inoxidable

Métodos de fabricación, tales como horno de reverbero, el proceso básico de oxígeno, o los métodos de horno eléctrico

Proceso de acabado, tales como grados de acero para productos laminados en caliente o laminados en frío.

Forma del producto, por ejemplo placa de barra, lámina, tira, conducto o forma estructural.

La práctica de desoxidación, como muerto, semi-muerto, grados de acero bordeado o tapado.


Microestructura, tales como grados de acero ferrítico, perlítico y martensítico.

Nivel de fuerza requerido, por ejemplo el grado de acero A240 Grado C especificado en el estándar ASTM tiene un valor de resistencia a la tracción de entre 515 MPa y 655MPa.

Tratamientos térmicos realizados, tales como recocido, templado y revenido, y procesado termomecánico.

Basándose en el contenido de carbono, los grados de acero se suelen dividir en tres grupos principales:

Grados de acero de bajo carbono, tales como AISI1005 a AISI 1026, IF, HSLA, TRIP, y acero TWIP,

Grados de acero de medio carbono, por ejemplo AISI 1029 a AISI 1053, y hGrados de acero de alto carbono, tales como AISI1055 a AISI1095.

En la otra mano, de acuerdo con la clasificación europea, los grados de acero están divididos en los siguientes grupos:

grados de acero no aleados, tales como EN DC01-DC06; S235; S275, etc.,

grados de acero aleado, como 2CrMo4 y 25CrMo4,

grado de acero inoxidable,

grado de acero de herramientas, por ejemplo EN 1.1545; AISI/SAE W110; EN 1.2436, AISI/SAE D6,

grados de acero para láminas y tiras, y

grados de acero para láminas y tiras eléctricas, como EN 1.0890 y EN 1.0803.

IV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Reglamento Nacional de Edificaciones Perú- Revisado 2012

V. ZONAS VIRTUALES

http://www.buenastareas.com/ensayos/Tipos-De-Acero/132903.html

http://www.buenastareas.com/ensayos/Proceso-De-Fabricacion-Del-Acero/439300.html


Separata 12 acero curay (1)

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