UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA

CIVIL

TECNOLOGIA DE MATERIALES

Ing. Elena Quevedo Haro

INTRODUCCION

El concreto es un material dbil en traccin, por lo tanto se le usa junto con acero de refuerzo capaz de resistir los esfuerzos de traccin. Por ejemplo, en una viga sometida a flexin, el concreto se encarga de resistir las compresiones y las barras de acero longitudinal, colocadas cerca de la superficie en traccin, se encargan de resistir las tracciones originadas por la flexin. Adicionalmente se suele colocar refuerzo transversal, en la forma de estribos, que ayudan a resistir los esfuerzos de traccin diagonal en el concreto causados por las fuerzas cortantes.

Para que el acero trabaje de manera efectiva es

necesario que exista una fuerte adherencia entre

el concreto y el acero, para asegurar que no

ocurran movimientos relativos (deslizamientos)

entre las barras de refuerzo y el concreto

circundante. Esta unin o adherencia, proviene

bsicamente de tres fuentes: de la adhesin

del tipo qumico que existe en la interfase entre el

acero y el concreto, de la rugosidad natural que

tienen las superficies del refuerzo de acero

laminado en caliente y de las corrugaciones

(resaltes) con las cuales se fabrican las barras de

refuerzo corrugadas.

Esta ltima fuente es la ms importante para la

adherencia, y solo est presente en las barras

corrugadas

DEFINICION

El acero de refuerzo estructural es un material

producto de la aleacin de hierro, carbono y

pequeas cantidades de silicio, fsforo, azufre y

oxgeno, cuya variacin en su contenido le aporta

caractersticas especficas al material. Las barras

de acero estructural son piezas de acero laminado,

de seccin transversal circular, hexagonal o

cuadrada. Se clasifican de acuerdo a su lmite de

fluencia (grado) y a su acabado (lisa o corrugada).

Este material es utilizado en la construccin para

agregar resistencia a otro material.

El Acero es aquel material maleable a determinada

temperatura y bsicamente es una aleacin o

combinacin de hierro y carbono (alrededor de

0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros

elementos de aleacin especficos tales como el Cr

(Cromo) o Ni (Nquel) se agregan con propsitos

determinados.

Ya que el acero es bsicamente hierro altamente

refinado (ms de un 98%), su fabricacin comienza

con la reduccin de hierro (produccin de arrabio) el

cual se convierte ms tarde en acero.

LINEAS DE PRODUCTOS EN

GENERAL (SIDERPERU)

Productos Planos

- Planchas y Bobinas Laminadas en Fro.

- Planchas y Bobinas Laminadas en Caliente.

- Planchas y Bobinas Galvanizadas.

- Planchas y Bobinas Estructurales.

- Planchas Navales

- Calaminas

Productos No Planos

- Barras Corrugadas de Construccin.

- Alambrn Liso y Corrugado de Construccin.

- Barras de Molienda.

- Barras Redondas Lisas.

- Barras Cuadradas Lisas.

- ngulos.

- Platinas

Productos Tubulares

- Tubos Electrosoldados Redondos, Cuadrados,

Rectangulares.

- Tubos Estructurales Redondos, Cuadrados,

Rectangulares.

- Tubos Redondos Galvanizados y Negros ISO I,

ISO II.

Productos Viales

- Alcantarillas

- Guardavas

- Tunel Liner

- Compuertas

Otros Productos

- Reservorios para Almacenamiento de Agua

- Silos para Almacenamiento de Granos.

CLASIFICACION DE ACEROS

Las armaduras para el concreto sern de acero y se

clasifican en:

a) Barras Lisas.- Son recomendables para aquellos

casos en los que se necesita realizar fcilmente

las operaciones de doblado y desdoblado, o en

los que se necesite barras cilndricas de superficie

lisa.

b) Barras Corrugadas.- Se entiende como barras

de acero corrugadas a las que presentan resaltes

o estras que por sus caractersticas mejoran su

adherencia al concreto.

El acero que se emplea en el pas para concreto

armado es el producido por SIDERPERU O

AREQUIPA, de seccin circular y corrugado de

grado 60, cuyo punto de fluencia es de 4200

kg/cm2 (fy). Su longitud es de 9.00 ml.

Barras de Refuerzo Laminadas en

Caliente

El refuerzo de acero se distribuye normalmente en barras o varillas de seccin bsicamente circular, con resaltes o corrugaciones en la superficie para mejorar la adherencia con el concreto. Los aceros lisos casi no se usan como refuerzo, salvo el de 1/4 que se utiliza en nuestro medio, para el refuerzo de retraccin y temperatura en los aligerados y para estribos de columnas y elementos secundarios. Los aceros lisos, que en los inicios del concreto armado eran los nicos disponibles, hoy en da han sido completamente remplazados por los corrugados, con lo cual se ha logrado una mejora sustancial en la adherencia acero concreto.

En la figura se muestran los principales tipos de

corrugaciones de los aceros de refuerzo. El acero

que se utiliza en nuestro medio tiene resaltes

similares a los de la tercera columna de la misma

figura. La Norma ASTM A615 especifica la altura

mnima que deben tener las corrugaciones o

resaltes, el espaciamiento entre los resaltes y la

inclinacin de los mismos.

Los productores de acero en los Estados Unidos

distinguen los distintos dimetros asignndoles un

nmero relacionado con el dimetro de la barra

expresado en octavos de pulgada (por ejemplo la

barra #5 es de 5/8, la #6 es de 3/4). El rea de las barras puede ser calculada directamente del dimetro

nominal.

Las barras de produccin nacional vienen en

longitudes de 9 m, bajo pedido Acero Arequipa puede

fabricar barras de 12 m de longitud.

SiderPer y Aceros Arequipa fabrican, adicionalmente

a las barras de 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 1 y 1-3/8, barras de 8 mm y de 12 mm. Aceros Arequipa fabrica

tambin barras de 6 mm corrugadas.

Caractersticas de las varillas corrugadas.

Designacin

Dimetro (in)

Dimetro (mm)

Area

(cm2)

Peso

(kg/m)

Observaciones

2

3

4

5

6

8

11

1/4

3/8

1/2

5/8

3/4

1

1 3/8

6.4

9.5

12.7

15.9

19.1

25.4

35.8

0.32

0.71

1.29

2.00

2.84

5.10

10.06

0.250

0.560

0.994

1.552

2.235

3.973

7.907

Liso

6 mm (*)

8 mm

12 mm

6

8

12

0.28

0.50

1.13

0.222

0.395

0.888

Ac. Arequipa

Ac. Arequipa Ac. Siderperu

Ac. Arequipa Ac. Siderperu 7

9

10

14

18

7/8

1 1/8

1 1/4

1 11/16

2 1/4

22.2

28.7

32.3

43.0

57.3

3.87

6.45

8.19

14.52

25.81

3.042

5.060

6.404

11.380

20.240

No disponible No disponible No disponible

No disponible No disponible

(*) Acero de 6 mm corrugado. Tambin se comercializa en rollos

PROCESO DE PRODUCCIN

Existen dos vas para la fabricacin de Acero Liquido y para la obtencin de las barras de Construccin:

Va Alto Horno Convertidor LD: Esta va emplea materias primas principales: Mineral de Hierro (Pellets), Coque (Carbn en bruto) y Calizas (Dolomtica y Clcica). Estas sufren una reduccin mediante la inyeccin de gases reductores y aire caliente, obtenindose como producto: el Arrabio Liquido, el cual en enviado a acera para ser afinado mediante la inyeccin de oxigeno en los convertidores LD (Hornos Bsicos al Oxigeno) y asi obtenerse el Acero Liquido.

Va Hornos Elctricos: Esta va emplea como

materia principal: Carga Frrica Fra (CHATARRA),

la cual se funde por medio de Arco elctrico; de

esta manera, se obtiene el Acero Liquido con un

alto contenido de residuales (Son elementos

qumicos indeseables en la composicin del

Acero).

El Acero de las Barras de Construccin fabricadas

por SIDERPERU es obtenido Va Alto Horno-

Convertidor LD (nico en el Pas), proceso que

permite obtener un acero liquido libre de residuales

(Impurezas). Por tanto, las barras de construccin

obtenidas por esta va gozan de mayor tenacidad y

ductilidad; sin embargo, el acero de las barras de

construccin obtenido va horno elctrico es un acero

con un alto contenido de residuales (no deseables:

cobre, nquel, molibdeno, cromo y estao)

VIDEOS DE FABRICACION DEL ACERO:

IDENTIFICACION DE LAS BARRAS

CALIDADES DEL ACERO DE REFUERZO

Las principales caractersticas que deben tener los aceros de refuerzo, estn descritas en la Norma Peruana en el artculo 3.4 y en ACI-02 artculo 3.5.

Los aceros de refuerzo que se producen en el Per (SiderPer, Aceros Arequipa) deben cumplir con alguna de las siguientes Normas:

Norma Peruana Itintec 341.031-A-42. Acero Grado 60.

Norma ASTM A615. Acero Grado 60.

Norma ASTM A706. Acero de baja aleacin, soldable. Grado 60.

La Norma ASTM 615 cubre los aceros de refuerzo que

se utilizan con mayor frecuencia, en nuestro medio

son prcticamente los nicos que utilizamos. La citada

Norma, no limita la composicin qumica de los

aceros, salvo el contenido de fsforo.

La Norma ASTM 706 cubre los aceros para

aplicaciones especiales en las cuales la soldabilidad,

la facilidad de doblado y la ductilidad, sean

consideraciones importantes para la eleccin del

acero. Limita la composicin qumica del acero de tal

modo que el carbono equivalente sea menor que el

0.55%. El carbono equivalente se calcula en funcin

del contenido de Carbono, Manganeso, Cobre, Nquel,

Cromo, Molibdeno y Vanadio.

Las calidades del acero que cubre la Norma ASTM y

que es posible emplear, como refuerzo para el

concreto, se resumen en la tabla 3-2. Se indica el

esfuerzo de fluencia (fy) mnimo y mximo, el

esfuerzo mximo o ltimo (fu) mnimo, a este ltimo

tambin se le denomina resistencia a la traccin

(tensile strenght).

(*) Sociedad Americana para Pruebas de Materiales (ASTM, por sus siglas en ingls).

Calidades del acero de refuerzo

Cabe resaltar que en el Per, tanto Acero Arequipa S.A. como

SiderPer, los nicos productores de acero corrugado, solo

fabrican acero de refuerzo Grado 60. La mayora del acero

disponible en nuestro medio, se ajusta a la Norma ASTM A615.

Aceros Arequipa, bajo pedido, fabrica acero A706 solo en los

dimetros de 5/8, 3/4 y 1. Este acero es soldable, desgraciadamente es ms caro que el A615 y su uso no se ha

difundido.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO como material de construccin:

Ventajas del acero como material estructural:

1. Alta resistencia: La alta resistencia del acero por

unidad de peso implica que ser poco el peso de las

estructuras, esto es de gran importancia en puentes

de grandes luces.

2. Uniformidad: Las propiedades del acero no cambian

apreciablemente con el tiempo como es el caso de las

estructuras de concreto reforzado.

3. Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de

acero es adecuado duraran indefinidamente.

4. Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un

material de soportar grandes deformaciones sin fallar

bajo altos esfuerzos de tensin. La naturaleza dctil de

los aceros estructurales comunes les permite fluir

localmente, evitando as fallas prematuras.

5. Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es

decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de

un material para absorber energa en grandes cantidades

se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

A) Gran facilidad para unir diversos miembros por

medio de varios tipos de conectores como son la

soldadura, los tornillos y los remaches.

B) Posibilidad de prefabricar los miembros de una

estructura.

C) Rapidez de montaje.

D) Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de

tamaos y formas.

E) Resistencia a la fatiga.

F) Posible reutilizacin despus de desmontar una

estructura.

Las principales ventajas del acero inoxidable son:

1. Alta resistencia a la corrosin.

2. Alta resistencia mecnica.

3. Apariencia y propiedades higinicas.

4. Resistencia a altas y bajas temperaturas.

5. Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado,

corte, doblado y plegado.

6. Bajo costo de mantenimiento.

7. Reciclable.

Desventajas del acero como material estructural:

1. Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los

aceros son susceptibles a la corrosin al estar

expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben

pintarse peridicamente.

2. Costo de la proteccin contra el fuego.- Aunque

algunos miembros estructurales son incombustibles,

sus resistencias se reducen considerablemente

durante los incendios.

3. Susceptibilidad al pandeo.- Entre ms largos y

esbeltos sean los miembros a compresin, 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

econmico ya que debe usarse bastante material, solo

para hacer ms rgidas las columnas contra el posible

pandeo.

PROPIEDADES MECNICAS DEL ACERO La descripcin ms completa de las propiedades

mecnicas de los aceros (propiedades utilizadas para

el diseo estructural) se realiza mediante sus curvas

esfuerzo deformacin bajo cargas de traccin, las mismas que varian dependiendo de la composicin

qumica del material y sus procesos de fabricacin.

Algunas de las propiedades presentes en la curva

esfuerzo deformacin son:

1. RANGO DE COMPORTAMIENTO ELSTICO:

2. ESFUERZO DE FLUENCIA:

Llamado tambien Limite de Fluencia (fy), es el nivel de

tension a partir del cual el material elastico lineal se

deforma plasticamente o el valor del esfuerzo al que un

material sufre gran aumento en deformacion sin aumento

en el esfuerzo.

Grado 60 = 60 ksi = 42.2 kg/mm2 = 4200 kg/cm2

1 ksi = 1000 lb/pulg2

3. ESFUERZO A LA ROTURA:

4. MDULO DE ELASTICIDAD:

5. DUCTILIDAD:

OTRAS PROPIEDADES DEL ACERO:

1. DENSIDAD: La densidad del acero slido es de 7850

Kg/m3. Los cables de acero utilizados en hormign

preesforzado tienen una densidad menor, por la

presencia de espacios vacos; dicha variacin de

densidad depende del dimetro exterior de los cables,

del nmero de hilos que forman parte del cable y del

proceso de fabricacin

2. RESISTENCIA A LA CORROSIN: Muchos aceros

utilizados en estructuras requieren de una resistencia

especifica a la corrosin, cuando van a estar expuestos

a ambientes agresivos, para lo que es necesario que en

el proceso de fundicin se incluyan componentes

adicionales, especialmente Niquel, con una proporcin

entre un 2 y 4% de la aleacin. Este tipo de acero no se

consigue en barras.

Existen aceros resistentes al desgaste, que suelen

utilizarse en estructuras con elementos mviles como

puentes gras metlicos, que utilizan manganeso entre

un 10% y un 18% de la aleacin.

La presencia de Niquel y Cromo en la aleacin permite

la obtencin de aceros con propiedades combinadas

como inoxidables y resistencia a ataques qumicos, o

de gran resistencia, dureza y elsticidad.

Propiedades de las Barras Grado 60

Caractersticas Mecnicas ASTM A615:

fy min = 4,200 kg/cm2 (fluencia nominal, valor mnimo).

fu min = 6,300 kg/cm2 (esfuerzo mximo o ltimo o

resistencia a la traccin).

Es 2000,000 kg/cm2 (mdulo de elasticidad).

Deformacin en el inicio de la fluencia y = (fy / Es). 0.0021

Longitud de la plataforma de fluencia = variable.

Deformacin de rotura >> Deformacin de fluencia (30 a 40

veces).

Elongacin a la rotura entre el 7% y 9% (Tabla 3-3).

Coeficiente de dilatacin 11x10-6 1/C. Valor muy parecido al del concreto el cual es 10x10-6 1/C. Ambos coeficientes de dilatacin dependen de la temperatura.

NORMATIVIDAD VIGENTE

Los aceros de refuerzo que se producen en el Per

(SiderPer, Aceros Arequipa) deben cumplir con

alguna de las siguientes Normas:

Norma Peruana Itintec 341.031-A-42. Acero Grado

60.

Norma ASTM A615. Acero Grado 60.

Norma ASTM A706. Acero de baja aleacin,

soldable. Grado 60.

Norma E-060. Concreto Armado del Reglamento

Nacional de Edificaciones

LIMPIEZA DEL ACERO

El Acero al momento de colocarse debe estar libre

de aceite, o cualquier otra capa que pueda afectar

adversamente al desarrollo de la adherencia.

La cantidad normal de oxido no es perjudicial. El

acero ligeramente oxidado no requiere limpiarse

antes de usarlo. Cuando la oxidacin es avanzada

el acero tiene unas escamas que deben ser

limpiadas con escobillas de acero.

Cuando haya demora en el vaciado del concreto la

armadura se inspeccionara nuevamente y se

volver a limpiar cuando sea necesario.

El acero expuesto al aire y a un ambiente hmedo

se oxidara gradual y progresivamente si es dejado

sin proteccin.

USO DEL ACERO

El acero se usa en la preparacin de armaduras del

concreto armado a fin de permitir que los

elementos estructurales (vigas, zapatas, columnas,

escaleras, losas, plateas de cimentacin, etc)

puedan soportar los esfuerzos de traccin a los que

estn sometidos.

ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE

El acero debe almacenarse en un sitio donde no

reciba agua de lluvia ni humedad, con el fin de

evitar deterioro por oxidacin.

Al almacenar aceros debe hacerse de acuerdo a su

dimetro o longitud, ya que no es recomendable

almacenar dos o mas dimetros diferentes en un

mismo tramo porque dificulta su seleccin.

Las piezas deben colocarse con los extremos

parejos, y los dimetros mayores deben ir en la

parte inferior.

Debido a que los aceros presentan

asperezas o deterioro, deben utilizarse

guantes para evitar posibles cortaduras.

Debe depositarse sobre cuartones o en

caballete (estante).