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Acero Estructural Tecnologa de los materiales Uap Pgina 1

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS

ESCUELA PROFESIONAL DE

INGENIERIA CIVIL

ACERO ESTRUCTURAL

CURSO : TECNOLOGIA DE MATERIALES

LICENCIADO: ING. CARLOS VEGA.

ALUMNO:

LARCO AMASIFEN CARLOS RUDY

DE LA CRUZ QUIROZ CESAR VICENTE

LIMA - BARRANCO

2010




1- Introduccin

A travs de la historia el hombre a tratado de mejorar las materias primas, aadiendo materiales tanto orgnicos como inorgnicos, para obtener los resultados ideales para las diversas construcciones.

Dado el caso de que los materiales mas usados en la construccin no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompaen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones optimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleacin que rena una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.

El acero como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleacin de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener tambin otros elementos. Una de sus caractersticas es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

En las dcadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez mas resientes, con propiedades de resistencia a la correccin; aceros ms soldables y otros requisitos. La investigacin llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtencin de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.

El acero es una aleacin de hierro con carbono en una proporcin que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden aadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades.

Las propiedades fsicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribucin. Antes del tratamiento trmico, la mayora de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dctil, es hierro con pequeas cantidades de carbono y otros elementos en disolucin. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composicin especfica y una estructura caractersticas, sus propiedades fsicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado trmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, est por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono an mayores es una mezcla de perlita y cementita.




2- Historia

El acero como esqueleto estructural. Aceleracin en los tiempos de la

construccin y ductilidad de formas. El perfeccionamiento de los mtodos de

produccin industrial de los materiales ferrosos fue, quiz, el acontecimiento ms

importante de todos los producidos en la gran revolucin industrial del siglo XIX.

Una manifestacin memorable de ese acontecimiento fue la Exposicin Universal de

Pars de 1889, que marc el triunfo de las construcciones metlicas. La construccin

que deslumbr al mundo y marc el verdadero punto de partida en la historia de las

construcciones fue la Torre Eiffel. Despus de ella se han construido muchos edificios

de gran tamao y notable alarde tcnico, pero ninguno la super en su atrevimiento

innovador. Lo que le sucedi a esta torre, fue el proyecto realizado tambin por Eiffel,

la Torre de Pars, en el Campo de Marte, integrando la Exposicin Universal destinada

a festejar el primer centenario de la revolucin.

Despus de construido esta torre se consider que todos los dems prodigios eran

realizables y se proyectaron obras metlicas de todos los gneros. Se construyeron

edificios de varios pisos para depsitos, oficinas y casas-habitacin, empleando

esqueletos completamente de acero. En Norteamrica las construcciones con

esqueletos metlicos tuvieron y siguen teniendo gran difusin. Nacieron as numerosos

edificios de gran altura llamados rascacielos. Los ms clebres son el Woolworth

Building, el rascacielos Chrysler y el Empire State Building, todos ellos construidos en

Nueva York.

La difusin de dichas construcciones ha obligado a los estudiosos a elaborar mtodos de clculo adaptados a las estructuras de muchos pisos, como as tambin al uso del ordenador o computadora para facilitar los mismos. A fines del siglo XIX, mientras con las grandiosas manifestaciones de Pars se celebraba la victoria del hierro, comenzaba ya a difundirse un nuevo sistema de construccin que permita asociar el hierro al cemento. En Francia, despus de las primeras y tmidas tentativas de Monnier, se pas bien pronto a las notables construcciones de Ennebique, y el sistema s difundi rpidamente. Estas estructuras no pueden considerarse como rivales de las de acero porque exigen un notable empleo de hierro para la armazn. Pero el sistema constructivo llamado de hormign armado obtuvo muy pronto el favor de los constructores, porque permite obtener casi las mismas cualidades de resistencia y audacia de las estructuras metlicas conservando, adems, la monumentalidad de las construcciones con muros. En Italia, al ser proclamada la autarqua, en 1935, el hierro qued prohibido y se construyeron en hormign armado hasta los rascacielos, contra toda conveniencia, como es fcil de constatar si se tiene en cuenta que en una construccin de ese tipo la seccin de las pilastras en la base se hace tan grande que absorbe una parte considerable de la superficie utilizable en los pisos bajos. En Bari, excluyendo las industrias para los cuales se han construido numerosos galpones metlicos, puede afirmarse que el empleo de los esqueletos de acero para las construcciones civiles se reduce a dos casos: el palacio del Renacimiento y la sede actual del U.P.I.M; y el de la casa del estudiante, de 10 pisos, con un ala enteramente construida en esqueleto metlico. En las ltimas dcadas, la situacin ha cambiado




mucho, y la eleccin entre ambos sistemas se inclin mucho hacia el hormign (en nuestro medio), debido al alto costo del acero en la construccin.

2- Historia

La fecha mas exacta en la humanidad descubri la tcnica de fundir material frrico para producir metal utilizable no es conocida. Los instrumentos frricos mas antiguos conocidos descubiertos por arquelogos en Egipto en el ao 3000AC y aun antes se usaron ornamentos frricos; se buscaba el endurecimiento de armas frricas por medio de variaciones de calor la cual era una tcnica avanzada en el ao 1000AC y fue dada a conocer por los Griegos.

Las primeras aleaciones frricas fueron producidas por obreros aproximadamente hasta el siglo 14 DC, y este seria clasificado hoy como hierro forjado. Estas aleaciones fueron hechas calentando una masa de material frrico y carbn de lea en un horno que tenia una cubierta rgida, bajo este tratamiento el material se redujo a la esponja de hierro metlico en forma de escoria, compuesta por impurezas metlicas y cenizas del carbn de lea. Esta esponja de hierro se alejada del horno incandescente, mientras la escoria se manejaba con trineos pesados, para as poder soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en estas condiciones contena 3% de partculas de escoria, y 0.1% de otras impurezas. De ves en cuando esta tcnica de fabricacin del hierro produjo, por accidente, un verdadero acero en lugar de hierro forjado. Los herreros aprendieron a hacer acero calentando hierro forjado y carbn de lea en arcilla embala para un periodo de varios das. Por este proceso el hierro absorbi bastante carbono para volverse un verdadero acero, el cual tnica mejores caractersticas que el hierro inicialmente.

Despus del siglo 14 se mejoraron los hornos de fundimiento, aumentando el tamao y el proyecto fue usado para forzar la combustin gasea a travs de la carga en la cual se hacia la mezcla de materiales crudos. En estos hornos mas grandes, el material frrico en la parte superior del horno se redujo primero a hierro metlico y entonces adquiri mas carbono como resultado de los gases forzados a travs de l por la combustin. El producto de estos hornos era un lingote de hierro, una aleacin que se funde a una temperatura mas baja que el acero o el hierro forjado, luego este se refinaba para hacer acero.

En la fabricacin moderna del acero se emplean hornos con combustin moderada que son una vil copia actualizada de los viejos hornos utilizados por los antiguos herreros. El proceso de refinamiento del hierro fundido con incorporadores de aire fue patentado por el Britnico Henry Bessemer que desarrollo el horno Bessemer o Comversor en 1855. Desde los aos sesenta se ha implementado el uso de hornos elctricos, con pequeos molinos, que proporcionan el metal en pequeos trozos, estos molinos son un componente importante en la produccin del acero americano.




3- Concepto Acero Estructural

El acero al carbono es el ms comn, 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 fro. El acero tambin se puede soldar con facilidad.

Los grados de acero que se emplean comnmente en las industrias de procesos qumicos tienen una resistencia a la traccin dentro de 50000 a 70000 lbf / in2 con buena ductibilidad. Es posible alcanzar niveles de resistencia todava mas altos con trabajo en fri, con aleaciones y con tratamiento trmico.

Los aceros de alta resistencia se utilizan mucho en proyectos de ingeniera civil. Los nuevos aceros, por lo general, los introducen sus fabricantes con marca registrada; pero un breve examen de sus composiciones, tratamiento trmico y propiedades suele permitir relacionarlos con otros materiales ya existentes.

Las clasificaciones generales permiten agrupar los aceros estructurales disponibles en la actualidad en cuatro categoras principales, algunas de las cuales tienen subdivisiones. Los aceros que utilizan el carbono como elemento principal en la aleacin se llaman aceros estructurales al carbono.

Dos subcategoras de pueden agruparse dentro de la clasificacin general de aceros. Los aceros con bajo contenido de aleacin. Los aceros con bajo contenido de aleacin tienen cantidades moderadas de uno o ms elementos de aleacin, aparte del carbono para desarrollar resistencias ms altas que las de los aceros comunes al carbono. Los aceros al columbio vanadio son metales de elevada resistencia al lmite de fluencia producidos con la adicin de pequeas cantidades de estos elementos a los aceros de bajo contenido de carbono.

En el mercado hay dos clases de aceros al carbono con tratamiento trmico para usos en la construccin. Los aceros al carbono con tratamiento trmico estn disponibles bien en su condicin estndar o enfriada y templada; su endurecimiento se logra a base del contenido de carbono. Los aceros de aleacin con tratamiento trmico para construccin son aceros enfriados y templados que contienen cantidades moderadas de elementos de aleacin adems del carbono.

Otra categora general, marenvejecido, son los aceros de bajo contenido de carbono en aleacin con alto contenido de nquel. Estas aleaciones se someten a tratamiento trmico para madurar la estructura de hierro-nquel. Los aceros marenvejecidos tienen una caracterstica particular debido a que son los primeros aceros de grado para construccin que en esencia, estn libres de carbono. Su alta resistencia depende de por completo de otros elementos de aleacin. Esta clase de acero posiblemente ha abierto la puerta al desarrollo de toda una nueva serie de aceros libres de carbono.

La comparacin de la composicin qumica en cuanto a carbono y otros elementos de aleacin, pueden utilizarse para distinguir entre s los aceros estructurales. La mayora de los aceros estructurales, excepto los aceros martensticos, contienen carbono en cantidades entre 0.10 y 0.28%. Los aceros ms antiguos tienen pocos elementos de aleacin y suelen clasificarse como aceros al carbono. Los aceros que contienen cantidades moderadas de elementos de aleacin como los aceros martensticos con 18% de nquel, se designan aceros con alto contenido de aleacin. Las composiciones




qumicas especficas de los aceros estructurales clasificados se indican en las especificaciones de la ASTM. Las composiciones qumicas tpicas de otros aceros estructurales pueden obtenerse con los fabricantes.

En ocasiones se utiliza un sistema de numeracin bsica para describir el contenido de carbono y de aleacin de los aceros. En el sistema de numeracin del American Iron and Steel lnstitute (AlSl) para aceros con bajo contenido de aleacin, los dos primeros indican el contenido de aleacin y los dos ltimos indican el contenido nominal de carbono en fracciones de 0.01%.

Tambin estn especificados: 0.40 a 0.60% Mn (manganeso), 0.040% P (fsforo) mximo. 0.040% S (azufre) mximo. 0.20 a 0.35% Si (silicio).

El tratamiento trmico puede utilizarse como otro medio de clasificacin. Los antiguos aceros estructurales al carbono y los aceros de alta resistencia y bajo contenido de aleacin no tienen tratamiento trmico especfico, pero sus propiedades se controlan por el proceso de laminacin en caliente. Los aceros para construccin y los aceros al carbono trmicamente tratados, recurren a un proceso de enfriamiento y templado para desarrollar sus propiedades de alta resistencia. Los aceros ASTM A514 se someten a tratamiento trmico con enfriamiento por inmersin en agua o aceite a no menos de 1650 F, y luego, templado a no menos de 1100 F. Los aceros al carbono trmicamente tratados se someten a una secuencia similar de enfriamiento y temple: austenizacin, enfriamiento con agua, y luego, temple a temperaturas entre 1000 y 1300 F.

l tratamiento trmico tpico para los aceros marenvejecidos comprende el recocido a 1500 F durante una hora, enfriamiento con aire a la temperatura ambiente y maduracin a 900 F durante tres horas. El tratamiento de maduracin para los aceros martensticos puede variarse para obtener diferentes grados de resistencia




4- Propiedades

Las propiedades fsicas de varios tipos de acero y de cualquier aleacin de acero dada a temperaturas variantes depende principalmente de la cantidad del carbono presente y en como es distribuido en el hierro. Antes del tratamiento de calor la mayora de los aceros tienen una mezcla de 3 sustancias, ferrita, pearlite, cementite. La ferrita es cantidades pequeas que contienen frricas de carbono y otros elementos de solucin, es suave y dctil. La cementite es un compuesto de hierro que contiene aproximadamente 7% del carbono, es sumamente quebradizo y duro. La pearlite es una mezcla ntima de ferrita y cementite que tienen una composicin especfica, y una estructura caracterstica, y las caractersticas fsicas se interponen entre los dos electores. La dureza depende de las variaciones de calor, y de las proporciones de los 3 ingredientes.

Para el tratamiento calorfico del acero se hace un proceso bsico, que es el de endurecer el acero que consiste en la calefaccin del metal a una temperatura a la que el austenite se forma, normalmente aproximadamente de 760 a 870 C, y entonces se refresca bruscamente en agua o aceite.

Para comprender el comportamiento de las estructuras de acero, es absolutamente esencial que el diseador est familiarizado con las propiedades del acero. Los diagramas esfuerzo-deformacin presentan una parte valiosa de la informacin necesaria para entender cmo ser el comportamiento del acero en una situacin dada. No pueden ser desarrollados mtodos de diseo satisfactorios a menos que se cuente con informacin disponible correspondiente a las relaciones esfuerzo-deformacin del material a utilizarse.

Si una pieza laminada de acero estructural se somete a una fuerza de tensin, comenzar a alargarse. Si la fuerza de tensin se incrementa en forma constante, el alargamiento aumentar constantemente, dentro de ciertos lmites. En otras palabras, el alargamiento se duplicar 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 tensin alcanza un valor aproximadamente igual a la mitad del esfuerzo en la ruptura, el alargamiento empezar a incrementarse en una proporcin mayor que el correspondiente incremento de esfuerzo.

El mayor esfuerzo para el cual tiene aplicacin la Ley de Hooke, o el punto ms alto sobre la porcin de lnea recta del diagrama esfuerzo-deformacin, es el llamado lmite de proporcionalidad. El mayor esfuerzo que puede soportar el material sin ser deformado permanentemente es llamado lmite elstico. En realidad, este valor es medido en muy pocas ocasiones y, para la mayor parte de los materiales de ingeniera, incluyendo el acero estructural, es sinnimo de lmite de proporcionalidad. Por tal motivo, algunas veces se usa el trmino lmite elstico de proporcionalidad.

Al esfuerzo que corresponde un decisivo incremento en el alargamiento o deformacin, sin el correspondiente incremento en esfuerzo, se conoce por lmite de fluencia. Este es tambin el primer punto, sobre el diagrama esfuerzo-deformacin, donde la tangente a la curva es horizontal. Probablemente el punto de fluencia es para el proyectista la propiedad ms importante del acero, ya que los procedimientos para disear elsticamente estn basados en dicho valor (con excepcin de miembros sujetos a compresin, donde el pandeo puede ser un factor). Los esfuerzos permisibles usados en estos mtodos son tomados usualmente como una fraccin (%)




del lmite de fluencia. Ms all de tal lmite, existe una zona en la cual ocurre un considerable incremento en la deformacin, sin incremento en el esfuerzo. La deformacin que ocurre antes del punto de fluencia, se conoce como deformacin elstica; la deformacin que ocurre despus del punto de fluencia, sin incremento en el esfuerzo, se conoce como deformacin plstica. El valor total de esta ltima, es usualmente de diez a quince veces el valor de la deformacin elstica total.

Podra suponerse que la fluencia del acero, sin incremento de esfuerzo, es una seria desventaja, pero actualmente es considerada como una caracterstica muy til. A menudo ha desempeado el admirable servicio de prevenir fallas debidas a omisiones o errores de diseo. Pudiera ser que un punto de la estructura de acero dctil alcanzara el punto de fluencia, con lo que dicha parte de la estructura cedera localmente, sin incremento del esfuerzo, previniendo as una falla prematura. Esta ductilidad permite que los esfuerzos de la estructura de acero puedan reajustarse. Otro modo de describir este fenmeno es diciendo que los muy altos esfuerzos causados durante la fabricacin, montaje o carga, tendern a uniformarse y compensarse por s mismos. Tambin debe decirse que una estructura de acero tiene una reserva de deformacin plstica que le permite resistir sobrecargas y choques sbitos.

Si no tuviera esa capacidad, podra romperse bruscamente, como sucede con el vidrio y otras sustancias semejantes.

Siguiendo a la deformacin plstica, existe una zona donde es necesario un esfuerzo adicional para producir deformacin adicional, que es llamada de endurecimiento por deformacin (acritud). Esta porcin del diagrama no es muy importante para el diseador actual. Un diagrama esfuerzo-deformacin para acero dulce estructural, que es bien conocido. Slo se muestra la parte inicial de la curva por la gran deformacin 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 elsticas. En realidad, la curva continuar hasta el esfuerzo correspondiente a la resistencia final y luego descender, le saldr cola, antes de la ruptura. Se presenta una aguda reduccin (llamada estrangulamiento, cuello o estriccin), en la seccin transversal del miembro, seguida de la ruptura.

La curva esfuerzo-deformacin es una curva tpica de un acero usual dctil de grado estructural y se supone que es la misma para miembros en tensin o en compresin. (Los miembros en compresin deben ser cortos, ya que si son largos la compresin tiende a pandearlos lateralmente, y sus propiedades se ven afectadas grandemente por los momentos flexionantes.) La forma del diagrama vara con la velocidad de car-ga, el tipo de acero y la temperatura. Se muestra, con lnea interrumpida, una variacin del tipo mencionado, indicndose el lmite superior de fluencia. Esta forma de la curva esfuerzo-deformacin, es el resultado de aplicar rpidamente la carga al acero estructural laminado, en tanto que el lmite inferior de fluencia corresponde a carga aplicada lentamente.

Una propiedad muy importante de una estructura que no haya sido cargada ms all de su punto de fluencia, es que recuperar su longitud original cuando se le retire la carga. Si se hubiere llevado ms all de este punto, slo alcanzara a recuperar parte de su dimensin original. Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una estructura existente mediante carga, descarga y medicin de deflexiones. S despus de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones originales, es porque se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia.




El acero es un compuesto que consiste casi totalmente de hierro (normalmente ms de 98%). Contiene tambin pequeas cantidades de carbono, slice, manganeso, azufre, fsforo 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 ms quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. Una menor cantidad de carbono hace al acero ms suave y ms dctil pero tambin menos resistente. La adicin de elementos tales como cromo, slice y nquel produce aceros considera-blemente ms resistentes. Estos aceros, por lo tanto, son apreciablemente ms costosos y a menudo no son fciles de elaborar.

Un diagrama tpico de esfuerzo-deformacin para un acero frgil; Tal material muestra muy poca deformacin permanente al fracturarse. Desgraciadamente, la baja ductibilidad o fragilidad es una propiedad asociada comnmente 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 diseador habr de decidir entre estos dos extremos o por un trmino medio conveniente. Un acero frgil puede fallar repentinamente por sobrecarga, o durante el montaje es posible la falla debido a impacto por golpes durante el proceso de ereccin o montaje.

En las estructuras de acero diseadas en el pasado, y en la mayora de las que actualmente se disean, se han usado y usan los llamados mtodos de diseo elstico. El diseador 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 fraccin del esfuerzo en el lmite de fluencia del acero. Aunque el trmino diseo elstico es utilizado comnmente para describir este procedimiento, los trminos diseo por esfuerzo permisible o diseo por esfuerzo de trabajo son en definitiva ms apropiados. Muchas de las estipulaciones de las especificaciones para este mtodo se basan realmente en el comportamiento plstico o en la capacidad ltima, ms que en el comportamiento elstico.

La ductibilidad del acero ha sido usada como una reserva de resistencia, y la utilizacin de este hecho constituye la base de la teora conocida como el diseo plstico. En este mtodo las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros se disean basndose en las resistencias a la falla o al colapso. Se usan tambin otros nombres para este mtodo como son: diseo al lmite o diseo a la falta o a la ruptura. Aunque slo unos cuantos centenares de estructuras se han diseado en el mundo por los mtodos del diseo plstico, los profesionales se estn moviendo decididamente en ese sentido. Esta tendencia se refleja particular-mente en las ltimas especificaciones de la AISC.

El ingeniero diseador est bien enterado de que la mayor porcin de la curva esfuerzo-deformacin queda ms all del lmite elstico del acero. Adems, las pruebas realizadas durante aos, han puesto en claro que los aceros dctiles pueden resistir esfuerzos apreciablemente mayores que los correspondientes a su lmite de fluencia, y que en casos de sobrecargas, las estructuras hiperestticas tienen la propiedad, feliz de redistribuir las cargas debido a la ductilidad del acero. Teniendo en cuenta esta informacin, se han hecho recientemente muchas proposiciones de diseo plstico. Es indudable que en algunos tipos de estructuras, el diseo por plasticidad conduce a la utilizacin ms econmica del acero, que la que se logra con el diseo por elasticidad.




El acero estructural puede laminarse econmicamente en una variedad de formas y tamaos sin un cambio apreciable de sus propiedades fsicas. Normalmente los miembros ms ventajosos son aquellos que tienen grandes mdulos de seccin en proporcin con sus reas de sus secciones transversales. Las formas I, T, y canal, tan comnmente usadas pertenecen a esta clase.

Los perfiles de acero se identifican por la forma de su seccin transversal, como ejemplos estn los ngulos, tes., zetas, y placas. Es necesario por tanto establecer una clara distincin entre las vigas estndar americanas (vigas I) y las vigas de patn ancho (vigas W), ya que ambas tienen seccin en I. El lado interno de los patines de una viga W, puede ser paralelo al lado externo, o casi paralelo, con una pendiente mxima de 1:20, en la superficie interior dependiendo del fabricante.

4.1- Propiedades:

Oxidacin: este se oxida por la accin de oxigeno del aire. Ductilidad: es la capacidad de convertirse en hilos, por esfuerzo de

traccin. Tenacidad: es la resistencia a la rotura por traccin. Elasticidad: es cuando el acero al dejar de aplicrsele alguna fuerza, se

recupera a su forma original. Flexibilidad: es la capacidad de doblarse y recuperarse al aplicarle un

momento flector. Plasticidad: es la propiedad que tiene los aceros de fluir, al dejar de

aplicrsele cargas no se recupera. Resistencia: capacidad de formular energa al deformarse. Fundibilidad: aqu llega a estado lquido. Resistencia: viene siendo el esfuerzo mximo que resiste un material

antes de romperse.




5- Clasificacin del Acero Estructural

5.1- Clasificacin de acuerdo a su composicin:

5.1.1- Acero Carbonizado: Es la aplicacin de un recubrimiento de zinc a una lmina, solera, alambre o productos metlicos prefabricados de hierro o acero, para protegerlo contra muchos tipos de corrosin.

Acero al carbono, tambin llamados de acero al carbono normal, es de acero donde el principal aleacin constituyente es de carbono . La American Iron and Steel Institute (AISI) define acero al carbono como: "El acero es considerado como de acero al carbono cuando no se especifica el contenido mnimo o necesario para el cromo , cobalto , columbio , molibdeno , nquel , titanio , tungsteno , vanadio o circonio , o cualquier otro elemento que se aade para obtener una aleacin efecto deseado, cuando el mnimo especificado para el cobre no sea superior a 0,40 por ciento, o cuando el contenido mximo especificado para cualquiera de los siguientes elementos no supere los porcentajes indicados: manganeso 1.65, silicio 0.60, cobre 0,60.

El trmino "acero al carbono" tambin puede ser usado en referencia al acero que no es de acero inoxidable , acero al carbono en este uso puede incluir aceros de aleacin.

Dado que el contenido de carbono aumenta, el acero tiene la capacidad de convertirse ms y ms fuerte a travs de tratamiento trmico , pero esto tambin hace que sea menos dctil . Independientemente del tratamiento trmico, un contenido de carbono superior reduce la soldabilidad . En aceros al carbono, el contenido de carbono superior baja el punto de fusin.

Ochenta y cinco por ciento de todo el acero usado en el Estados Unidos es de acero al carbono.

5.1.2- Acero Inoxidable: son acero de alta aleacin que contiene ms del 10% de cromo. Se caracteriza por su resistencia al calor, a la oxidacin y la corrosin. Resistencia a tensin, o lmite de fluencia de los aceros usados en nuestro pas.

En metalurgia, el acero inoxidable se define como una aleacin de hierro con un mnimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosin, dado que el wolframio, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxgeno y reacciona con l formando una capa pasivadora, evitando as la corrosin del hierro. Sin embargo, esta capa puede ser afectada por algunos cidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen adems otros elementos aleantes; los principales son el nquel y el molibdeno.




5.2- Clasificacin segn su forma:

5.2.1- Perfiles Estructurales: Cuando se requiere una cierta rigidez, o cuando las inversiones de carga pueden someter al miembro diseado para tensin a ciertas compresiones, los cables varillas y barras no cumplirn con las necesidades del caso; en tal situacin deben emplearse perfiles estructurales sencillos o armados. El perfil laminado ms sencillo y que se usa ms a menudo como miembro a tensin es el ngulo; una objecin seria al uso de un slo ngulo es la presencia de excentricidades en la conexin.

Los ngulos tienen una rigidez considerablemente mayor que los cables, las varillas o las barras planas, pero pueden ser todava muy flexibles si los miembros son de gran longitud; por lo tanto, los ngulos sencillos se usan principalmente para contraventeos, miembros a tensin en armaduras ligeras, y en casos donde la longitud de los miembros no es excesiva. Algunas veces las canales sencillas pueden tambin emplearse efectivamente como miembros en tensin. Para la misma rea de la seccin transversal que suministre un ngulo, la canal tiene menos excentricidad y puede remacharse, atornillarse o soldarse cmodamente. La rigidez de una canal en al direccin del alma es alta, pero es baja en al direccin de los patines, por lo que no puede utilizarse para miembros largos, a menos de que se le provea de arriostramientos intermedios en la direccin dbil. Ocasionalmente se usan las secciones I estndar (IE) e I rectangular (IR) como miembros a tensin. Aunque para una misma rea las secciones IR son ms rgidas que las secciones IE, tienen a menudo inconvenientes para conectarse, ya que cada variante del tamao nominal tiene un peralte distinto; los perfiles IE tienen varias secciones para un mismo peralte, por lo que pueden ajustarse mejor a una cierta estructura, pero no existe una variedad suficiente de secciones para realizar una eleccin econmica. Usualmente las secciones laminadas simples son ms econmicas que las secciones armadas y deben usarse, siempre y cuando pueda obtenerse la rigidez y la resistencia adecuadas, as como las conexiones convenientes Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya seccin transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ngulo.

Imagen de distintos perfiles estructurales.




5.2.2- Barras de Acero Estructural: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya seccin transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaos.

5.2.3- Planchas: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.




6- Ventajas del Acero como material estructural:

Tiene una gran firmeza: La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las estructura se hallar al mnimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios claros.

Semejanza: Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.

Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos indefinidos.

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.

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.

6- Desventajas del Acero como material estructural:

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.

Costo de la proteccin contra el fuego: Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.




7- Tipos de estructuras:

Estructuras para procesos industriales:

Estructuras para telecomunicaciones:




Estructuras para lneas de trasmisin:

Cubiertas:

Imagen de una cubierta de una piscina




Edificios:

Imagen Torre Eiffel

Puentes Peatonales:

El Puente Akashi Kaikyo, el puente en suspensin ms largo del mundo.




8.-USOS EN LA CONSTRUCCION

La industria de la construccin ha desarrollado diferentes formas de secciones

y tipos de acero que se adaptan ms eficientemente a las necesidades de la

construccin de edificios.

Las aplicaciones comunes del acero estructural en la construccin incluyen

perfiles estructurales de secciones: I, H, L, T, [, 0, usadas en edificios e

instalaciones para industrias; , las de minas, las de petrleo, las torres de

electricidad, de comunicaciones, hangares, coliseos, cables para puentes

colgantes, atirantados y concreto preesforzado; varillas y mallas

electrosoldadas para el concreto reforzado; lminas plegadas usadas para

techos y pisos etc .

Como el acero tiene propiedades prcticamente idnticas a tensin y

compresin, por ello su resistencia se controla mediante el ensayo de probetas

pequeas a tensin. Los elementos de acero pueden unirse fcilmente,

mediante soldadura, pernos o remaches.

Usos de los aceros estructurales ASTM

-A36 Para propsitos generales en estructuras, especialmente de edificaciones,

soldadas o empernadas.

-A242 Para puentes empernados o soldados, resistente a la oxidacin.

-A572 Para perfiles estructurales, planchas, y barras para edificaciones

empernadas o soldadas; puentes soldados slo en los Grados 42 y 50.




Curvas Esfuerzo-Deformacin Tpicas de aceros ASTM.

Las curvas mostradas en la Figura describen el comportamiento tpico de los diversos

aceros que son fabricados en la actualidad; lejos estn los das en que se produca un

slo tipo de acero A7 (Fy = 33 ksi). El diseador debe estar preparado para el buen uso

de tantas posibilidades. En este texto se mencionar con frecuencia el acero ASTM

A36.

MATERIAL PARA PERNOS

En el mercado nacional se cuenta, a la fecha, con pernos denominados Grados 2, 5 y 8

y que corresponden a las designaciones ASTM A307, A325 y A490, respectivamente.

Pernos ASTM A307: El material tiene una resistencia de fractura de 60ksi

(4200kg/cm2) y su uso est restringido a estructuras livianas donde no sea importante

el deslizamiento en las juntas, ni donde haya vibraciones, y para miembros secundarios

(correas, arriostres de elementos, etc.).




Pernos ASTM A325: El material es acero de contenido medio de carbono, templado y

recocido, con un contenido mximo de 0.30% C.

Es el tipo de pernos que ms se usa en estructuras de acero, en especial por su

versatilidad ya que son adecuados para juntas sin deslizamiento .Tambin se emplean

en las uniones denominadas contacto.

Pernos ASTM A490: El material es acero de 0.53% de contenido de carbono, templado

en aceite y recocido. Resistencia de fractura de 115 ksi a 130 ksi, de acuerdo al

dimetro.

MATERIAL PARA REMACHES

ASTM A502 Remaches de acero estructural; esta especificacin incluye tres grados:

Grado 1 Remaches de acero al carbn para uso general;

Grado 2 Remaches de acero al carbonomanganeso, para uso con aceros; y

Grado 3 Semejante al Grado 2, pero con resistencia a la corrosin mejorada.




La certificacin del fabricante constituye evidencia suficiente de conformidad con la

norma

MATERIAL PARA ELECTRODOS

los electrodos se emplean como material de relleno en las uniones soldadas en dos

tipos de procesos de soldaduras: Arco Protegido y Arco Sumergido. En Per se

producen la mayora de tipos de electrodos. A continuacin se presenta una Tabla

donde se indican la designacin y las caractersticas de resistencia de los electrodos

ms usados.

ksi : kip/in2




Proceso de Soldadura al Arco con Electrodo Protegido:

Es el proceso ms antiguo y el ms simple. El calor derrite la varilla protegida, que es

de acero con un recubrimiento que rodea al electrodo; esterecubrimiento origina al

quemarse alrededor del material recin depositado,una atmsfera de gas rico en CO

que impide el paso del oxgeno hacia la soldadura, formando CO2. El recubrimiento del

electrodo es una mezcla de celulosa, carbonatos y aleaciones que previamente se

muelen y luego se cocinan para secarlos y pegarlos al electrodo. Este recubrimiento

realiza las siguientes funciones: Evita al oxidacin del material con una atmsfera

adecuada, como se dijo anteriormente, y adems produce una costra que depositada

encima de la soldadura mantiene el cordn fuera del contacto deloxgeno del aire

mientras se va enfriando.

El material del electrodo se designa, en las Especificaciones ASTM, como EABXX, en

donde E significa electrodo protegido, AB corresponden a los nmeros de la resistencia

a la fractura del material depositado por el electrodo,

Fu, ( Ej.: E60XX, E70XX, etc. ) y XX es la denominacin que identifica el tipo de corriente

o la posicin para el soldador.

Proceso de Soldadura al Arco Sumergido:

En este caso el electrodo es una varilla desnuda continua de acero. El arco se efecta

dentro de una capa gruesa de fundente que es un polvo inerte que aisla la soldadura

de la atmsfera para que no se oxide. Este polvo se retira con una aspiradora y se

guarda para otra ocasin.Como se deduce, este proceso es adecuado para mquinas

automticas o semiautomticas, pero tiene el inconveniente que slo realiza

soldaduras "planas", si no el fundente se derrama.




Los electrodos son designados por el prefijo F seguido por dos dgitos que indican Fu

(esfuerzo de fractura del material depositado) y luego por EXXX que designa el tipo de

electrodo que se trata.

RESISTENCIA A LA CORROSION DEL ACERO

Una de las desventajas ms comnmente atribuidas al acero estructural es su

envejecimiento y corrosin, producindose un cambio en sus propiedades y una

prdida en los espesores originales. Para evitarlo se han desarrollado diversos

protectores como capas de pinturas, galvanizados, etc. que permiten un

mantenimiento y alargamiento en la vida til de las estructuras de acero.

En estos ltimos aos se han desarrollado aleaciones del acero que permiten asegurar

una proteccin bastante efectiva contra la oxidacin dando origen a un material

adecuado al intemperismo.

El acero al carbono es el ms vulnerable a la oxidacin. Se mejora su comportamiento

aadiendo cobre. Sin embargo con otras aleaciones se consigue lo mismo a menor

costo (Ni, Cr, etc). Con estas aleaciones, el acero expuesto a la intemperie desarrolla

una pelcula que lo protege de posteriores oxidaciones.

Grafico corporativo de

durabilidad de los aceros

contra la corrocion.

A: Acero Estructural al

carbono.




B: Acero Estructural al carbono mas cobre.

C: Acero aleado (Cr-Si-Cu-P).

Aceros Estructurales en Per

Son producidos por Sider-Per en su planta de Chimbote y por Aceros Arequipa S.A. en

su planta de Pisco. Uno de sus productos, la palanquilla, que se usa para el proceso de

laminacin de Angulos y varillas lisas, es de material bastante parecido al del Acero

ASTM A36.

Sider-Per fabrica, tambin, productos laminados planos, con la denominacin ITINTEC

P.341-083 y los suministra ya sea en forma de bobinas EG-24 o planchas PGE-24; su

Punto de Fluencia es Fy = 2400kg/cm2; su Esfuerzo de Fractura es Fu = 4200 kg/cm2 y

su ductilidad es 21% (en probetas de 200 mm); es similar al acero ASTM A36.

Con relacin a los productos no planos, en Per se laminan Angulos hasta de 4

pulgadas, de lados iguales, canales pequeos y varillas lisas; se manufacturan tubos

electrosoldados hasta de 4 pulgadas y se ha comenzado la fabricacin de Perfiles

Estructurales Soldados de acuerdo a las normas ITINTEC 341-154. La tecnologa del uso

de estos ltimos perfiles fue desarrollada en la UNI (3), (9).




9 -EJEMPLOS EN EL PERU

las estructuras de acero. Son elementos principales en puentes, en armaduras de

techados, en torres de antenas, en torres de lneas de trasmisin y en arriostramientos

de edificios. es donde se encuentran, con frecuencia, los miembros de traccin

ESTRUCTURA DE CUBIERTA ( TIJERAL)

Alicorp, Limaen construccin

Alicor p, Lima10000 m2




ESTRUCTURA DE CUBIERTA PARABOLICA CIELORRASO

Sandoval, Lima

14000 m2

ESTRUCTURAS PARA TELE-COMUNICACIONES

Tele2000, Lima

torre de antena




LOCALES COMERCIALES

Metro Colonial

PARADEROS PEATONALES

CONFECCION DE ESTRUCTURA




PUENTE PEATONAL PIURA

Puente peatonal, Piura

colocacin de plataforma


109 m, tendido de cables





ms detalles


plataforma, detalles




EDIFICIOS

PORTICOS ARRIOSTRADO PORTICOS TUBULARES




CINE PLANET OVALO GUTIERRES




10.-NORMATIVIDAD

Las Especificaciones ASTM reconocen 14 Grados de Acero en total. Entre de los aceros

al Carbono, el ms conocido es el A36, y entre los aceros de Alta Resistencia, los aceros

ASTM A242, A572 y A588.

A continuacin se da una Tabla con alguna de sus propiedades ms significativas.

ksi: kip/in2 t/cm2: toneladas/cm2

Los grupos indicados se refieren a ASTM A6, norma que controla el proceso para la

fabricacin de perfiles laminados (W,S,C,M,L).




Los perfiles estructurales son producidos conforme a las siguientes normas y

especificaciones:

-ASTM A-6 Especificacin general para dimensiones y tolerancias.

-AISC Especificaciones y propiedades de diseo.

-B-254 (ASTM A36) Acero estructural.

-B-282 (ASTM A242) Acero estructural de baja aleacin y alta resistencia.

-B-284 (ASTM A572) Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin al

manganeso-vanadio.

-B-99 (ASTM A529) Acero estructural con lmite de fluencia mnimo de 290 MPa (2

950 kg/cm).

-(ASTM A588) Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin de hasta 100 mm de

grueso, con lmite de fluencia mnimo de 345 MPa (3 515 kg/cm).

-(ASTM A913) Perfiles de acero de altaresistencia y baja aleacin, de calidad

estructural, producidos por un proceso de tratamiento trmico especial.

-(ASTM A992) Acero estructural para perfiles H laminados para uso en edificios.

-B-177 (ASTM A53, grado B) Tubos de acero, con o sin costura.

-B-199 (ASTM A500) Tubos de acero al carbono para usos estructurales, formados

enfro, con o sin costura, deseccin circular o de otras formas.

-B-200 (ASTM A501) Tubos de acero al carbono parausos estructurales, formados en

caliente, con o sin costura. En la tabla 1.1 se indican los valores de los esfuerzos Fy y Fu

de los aceros listados arriba.

Esfuerzos Fy y Fu de aceros estructurales




1 Norma Mexicana

2 American Society for Testing and

Materials.

3 Valor mnimo garantizado del esfuerzo

correspondiente al lmite inferior de

fluencia del

material.

4 Esfuerzo mnimo especificado de ruptura

en tensin. Cuando se indican dos valores,

el segundo es el mximo admisible.

5 ASTM especifica varios grados de acero

A500, para tubos circulares y rectangulares.

6 Para perfiles estructurales; para placas y barras, ASTM especifica varios valores, que

dependen del grueso del material.

7 Depende del grado; ASTM especifica grados 50




11.-CONCLUSION

El acero no es un material nuevo, se ha visto a travs de la historia como se

logro realizar esta aleacin en el siglo XIX .

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del mtodo de fabricacin

y la cantidad de carbono que contenga.

Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan

menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.

El uso del acero en la construccin es muy importante, ya que este es que le

proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el

esqueleto de las estructuras.

La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por

eso es uno de los sectores que predomina en nuestro pas desde hace mucho

tiempo.

12.-BIBLIOGRAFIA

-www.allstudies.com/acero-estructural.htm

-www.ordenjuridico.gob.mx/Estatal/ /Normas/DFNORM11.pdf

- El atlas de la construccin Metlica-casas de pisos ,- F.HART-W.HENN-H. SONTAG

(editorial Gustavo Gili s.a Barcelona 1976)

-www.cismid.uni.edu.pe/descargas/confinter/lzapata_doc.pdf - Diseo Estructural en

Acero Luis F. Zapata. Baglietto




INDICE

1.0 Introduccin Pag. 02 2.0 Historia Pag. 03-04 3.0 Concepto Pag. 05-06 4.0 Propiedades Pag. 07-10 5.0 Clasificacin del acero estructural Pag. 11-13 6.0 Ventajas del Acero Pag. 14 7.0 Tipos de estructuras Pag. 15-17 8.0 Usos en la construccin Pag. 18-24 9.0 Ejemplos en el Per Pag. 25-31 10.0 Normatividad Pag. 32-34 11.0 Conclusiones y Recomendaciones Pag. 35

texto acero estructural.pdf

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