propiedades de aceros estructurales
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EL MATERIAL. PROPIEDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL
El Material. Propiedades del acero estructural 1
Propiedades mecánicas del acero (Interesantes bajo el punto de vista estructural)
Productos de acero disponibles en el mercado (Productos laminados en caliente, conformados en frío, productos auxiliares...)
Forma dúctil de rotura del acero. (La rotura deseable, la que avisa, la que mejor se conoce y controla)
Forma frágil de rotura del acero. (La rotura indeseable, menos conocida y menos previsible)
Otras propiedades del acero y sus productos que condicionan su comportamiento. (Soldabilidad, defectos de laminación, tensiones residuales, oxidación, corrosión...)
OBJETIVOS DEL TEMAOBJETIVOS DEL TEMA
NORMATIVA
El Material. Propiedades del acero estructural 2
• Código Técnico de la Edificación (Real Decreto 314/2006 de 17 de marzo).
•Documento Básico SE-A: “Seguridad estructural. Acero”.
• Entró en vigor el día 29 de marzo de 2006.
•Durante los doce meses posteriores a su entrada en vigor se permite la aplicación de la norma anterior de acero NBE EA-95, conjuntamente con la de acciones NBE AE-88
A partir del 29 de marzo de 2007
Nueva normativa sobre acero
NORMATIVA
El Material. Propiedades del acero estructural 3
Eurocódigos: Esfuerzo unificador en materia de normativa técnica
•EN 1990 EC-0 Bases de diseño estructural
•EN 1991 EC-1 Acciones en estructuras
•EN 1992 EC-2 Proyecto de estructuras de hormigón
••EN 1993 ECEN 1993 EC--3 Proyecto de estructuras de acero3 Proyecto de estructuras de acero
•EN 1994 EC-4 Proyecto de estructuras mixtas de hormigón y acero
•EN 1995 EC-5 Proyecto de estructuras de madera
•EN 1996 EC-6 Proyecto de estructuras de fábrica
•EN 1997 EC-7 Proyectos geotécnicos
•EN 1998 EC-8 Proyecto de estructuras resistentes al sismo.
•EN 1999 EC-9 Proyecto de estructuras de aluminio
•Parte 1: Reglas generales y reglas para edificación
•Parte 2: Puentes
•Parte 3: Torres, mástiles y chimeneas
•Parte 4: Silos, tanques y tuberías
•Parte 5: Pilotes
•Parte 6: Grúas
EurocEurocóódigo 3digo 3
El Material. Propiedades del acero estructural 4
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
Ao Area inicial
lo Base de medida
σ = F/Ao
ε = ∆l/lo
Ensayo de tracción
EN 10002-1:1990
(UNE 7474-92)
El ensayo de tracciEl ensayo de traccióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 5
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
fu
fy
fp
εu (12% - 17%) εy (0,11% - 0,17%)
≅ 0,2%
εmáx (18% - 25%)
E
σ
ε
Zona de estricción (no significativa)Rama plástica
Rama de descarga (siempre lineal y
paralela)E
Deformación remanente (no recuperable)
Rama lineal y reversible
Rama reversible no - lineal
Límite elástico convencional
Endurecimiento por deformación
1,5 - 2,0 %
Incremento en el límite elástico del
material
El ensayo de tracciEl ensayo de traccióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 6
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
• fp Límite de proporcionalidad
• fy Límite elástico
• E Módulo de elasticidad
• fu Tensión última de rotura (resistencia del material)
• εy Deformación elástica
• εu Deformación correspondiente a la tensión última
• εmax Deformación máxima....
•Linealidad
•Reversibilidad
•Plasticidad
•Endurecimiento por deformación
•Deformación remanente
•Ductilidad.....
Ideas !
Parámetros !
El ensayo de tracciEl ensayo de traccióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 7
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
LLíímite elmite eláástico stico ffyy
En Teoría: Punto a partir del cual la curva deja de ser reversible
En la Práctica: Deformación remanente del 2 por mil
El Material. Propiedades del acero estructural 8
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
Si esta zona (4000 mm) alarga hasta rotura, el alargamiento de la barra será:
mmll 110200000
275204000 =⋅⋅=⋅=∆ ε
mmll 55.0200000
2752020 =⋅⋅=⋅=∆ ε
Si esta zona (20 mm) alarga hasta rotura, el alargamiento de la barra será:
TensiTensióón de rotura fn de rotura fuu
Resistencia del material:Resistencia del material:- Designación de aceros.
- Algunas comprobaciones (Esfuerzo axil de tracción)
El Material. Propiedades del acero estructural 9
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
Distancia entre deformaciDistancia entre deformacióón a tensin a tensióón de rotura y deformacin de rotura y deformacióón eln eláástica:stica:- Importantísima propiedad. El acero la tiene, la fundición no.
- Condición necesaria para análisis plástico y mejor aprovechamiento del material.- Se va perdiendo a medida que aumenta la resistencia
σ
E ε
fy
fu
fp
εy εu
fu ≥ 1,20·fy
εu ≥ 20· εy
DuctilidadDuctilidad
El Material. Propiedades del acero estructural 10
ROTURA DÚCTIL DEL ACERO
DuctilidadDuctilidad
Pérdida de ductili
dad
al aumentar la
resistencia
Julio Martínez Calzón. Construcción mixta hormigón - acero
El Material. Propiedades del acero estructural 11
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Aceros para perfiles laminados y conformados (estructurales)
Aceros para tornillos
Aceros para electrodos
Aceros para conectadores
Aceros para barras de tesado
Aceros para armaduras- Activas
- Pasivas
...
El Material. Propiedades del acero estructural 12
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Clases de acero para perfiles laminados y conformadosClases de acero para perfiles laminados y conformados
f ydepende del e
spesor
de la pieza
El Material. Propiedades del acero estructural 13
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Clases de acero para tornillos, tuercas y arandelasClases de acero para tornillos, tuercas y arandelas
Designación: Clase A.B
fub = A·100 N/mm2
fyb = fub·B/10
El Material. Propiedades del acero estructural 14
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Aceros para conectadores- fy ~ 350 N/mm2
- fu ~ 500 N/mm2
¡Importancia de la ductilidad!
Clases de acero para barras roscadas y conectadoresClases de acero para barras roscadas y conectadores
Aceros para barras roscadas- Conjuntos patentados(barras,
manguitos. tuercas,...)
- fy ~ 800 N/mm2
El Material. Propiedades del acero estructural 15
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
E
σ
ε
fy
fu
fp
Otras propiedades del aceroOtras propiedades del acero
E = 210.000 N/mm2
ν = 0,30
G = E/2·(1+ ν)
α = 12·10-6 ºC-1
ρ= 7.850 kg/m3
Módulo de elasticidad
Coeficiente de Poisson
Módulo elasticidad transversal
Coeficiente de dilatación térmica lineal
Densidad
El Material. Propiedades del acero estructural 16
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en calienteProductos laminados en caliente
Los semiproductos obtenidos del proceso de fabricación del acero se calientan en hornos y se pasan por trenes de laminación(pares de rodillos opuestos girando en sentido contrario) que
conforman la sección transversal deseada
Series IPN-IPE
Series HEA-HEB-HEM
Series UPN
Serie L
Chapas....
El Material. Propiedades del acero estructural 17
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie IPNProductos laminados en caliente. Serie IPN
Perfil de ala estrecha
Cantos habituales de 80 a 600 mm (IPN-80 a IPN-
600) (21)
Caras interiores de las alas inclinadas un 14%
(facilidad de laminación)
Utilizado para piezas a flexión (vigas, viguetas,
correas....)
UNE 36.521 2R 72
El Material. Propiedades del acero estructural 18
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie IPEProductos laminados en caliente. Serie IPE
Perfil de ala estrecha
Cantos habituales de 80 a 600 mm (IPE-80 a IPE-600) (18)
Caras interiores de las alas rectas
A igualdad de peso con IPN: mayor inercia, radio de giro y
módulo resistente
A igualdad de canto con IPN: menor espesor de alma, mayor anchura de ala y menos peso
Para piezas a flexión
UNE 36.526 94
(UNE EN 10.034:1994)
El Material. Propiedades del acero estructural 19
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie HEBProductos laminados en caliente. Serie HEB
Perfil de ala ancha. Serie normal
Cantos habituales de 100 a 600 mm (HEB-100 a HEB-600)
(19)
El canto coincide con la anchura de ala hasta el HEB-
300. Después la anchura permanece constante
Fundamentalmente para elementos comprimidos
UNE 36.527 73
(UNE EN 10.034:1994)
El Material. Propiedades del acero estructural 20
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie HEAProductos laminados en caliente. Serie HEA
Perfil de ala ancha. Serie ligera
Cantos habituales de 96 a 590 mm (HEA-100 a HEA-600) (19)
El canto no coincide con la anchura de ala si bien son
sensiblemente iguales hasta HEA-300
A igualdad de designación con HEB: menores espesores de alas
y alma
Fundamentalmente para elementos comprimidos
UNE 36.528 75
(UNE EN 10.034:1994)
El Material. Propiedades del acero estructural 21
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie HEMProductos laminados en caliente. Serie HEM
Perfil de ala ancha. Serie pesada
Cantos habituales de 120 a 620 mm (HEM-100 a HEM-600) (20)
El canto no coincide con la anchura de ala, siendo las
diferencias mayores que para la serie ligera
A igualdad de designación con HEB: mayores espesores de alas
y alma
Fundamentalmente para elementos comprimidos
UNE 36.529 75
(UNE EN 10.034:1994)
El Material. Propiedades del acero estructural 22
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie UPNProductos laminados en caliente. Serie UPN
Perfil de ala ancha.
Cantos de 80 a 300 mm (UPN-80 a UPN-300) (12)
Caras interiores de las almas inclinadas un 8% (facilidad de laminación)
No coincide el c.d.g. con el c.e.c.
Piezas flectadas (poco) y elementos comprimidos (dos UPN empresillados)
UNE 36.522 2R 72
El Material. Propiedades del acero estructural 23
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie LProductos laminados en caliente. Serie L
Angulares lados iguales.
Lados de 40 a 200 mm con variación de espesor (42)
Designación del perfil: Longitud del lado y espesor en
mm (L40.5, L60.8,...)
Casi exclusivamente para piezas sometidas a esfuerzos
axiles. Elementos triangulados, arriostrados, torres de celosía...
Casquillos en uniones soldadas y atornilladas
UNE 36.531 1R 72
El Material. Propiedades del acero estructural 24
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie LDProductos laminados en caliente. Serie LD
Angulares de lados desiguales
Lados mayores de 40 a 200 mm con variación de espesor (54)
Designación del perfil: Longitud del lado mayor, del lado menor y
espesor en mm (L 75.60.5, L200.100.12,...)
Han caído prácticamente en desuso
UNE 36.532 2R 72
El Material. Propiedades del acero estructural 25
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. Serie TProductos laminados en caliente. Serie T
Sección laminada en forma de T.
Canto y anchura del ala iguales. Desde 40 a 100 mm
(6)
Designación del perfil: Dimensión y espesor en mm
(T 50.6, T80.9,...)
Utilización escasa. En su lugar se usan angulares
pareados o media IPN o IPEUNE 36.533 1R 73
El Material. Propiedades del acero estructural 26
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. RedondosProductos laminados en caliente. Redondos
Perfiles de sección transversal circular maciza laminados en
caliente
Diámetros de 6 a 20 mm (9)
Designación del perfil: Diámetro en mm (φ 6, φ 12, φ 20,...)
Utilización escasa
d
UNE 36.541 2R 76
El Material. Propiedades del acero estructural 27
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. CuadradosProductos laminados en caliente. Cuadrados
Perfiles de sección transversal rectangular
cuadrada laminados en caliente.
Lados de 6 a 20 mm (9)
Designación del perfil: Lado en mm (≠ 8, ≠ 12, ≠ 20,...)
Escasa utilización,...
UNE 36.542 2R 76
d/2
d
El Material. Propiedades del acero estructural 28
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. RectangularesProductos laminados en caliente. Rectangulares
Perfiles de sección transversal rectangular laminados en caliente.
Anchos de 20 a 400 mm y cantos de 4 a 40 mm
Designación del perfil: Ancho y canto en mm
(25.20, 120.10, 300.20,...)
Cartelas, rigidizadores,...
UNE 36.543 80
d
b
El Material. Propiedades del acero estructural 29
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos laminados en caliente. ChapasProductos laminados en caliente. Chapas
Suministrados en bobinas o flejes
Anchuras superiores a 500 mm, espesores entre 3 y 5 mm
Construcción de elementos estructurales de gran
importancia: Vigas o soportes armados para puentes,
depósitos...
Construcción de elementos secundarios: placas bases,
presillas, rigidizadores, cartelas,...
UNE 36.559 2R 92
EN 10.029:1991
EN 10.029/AC:1991
El Material. Propiedades del acero estructural 30
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos conformados en frProductos conformados en frííoo
Se obtienen a partir de chapa de pequeño espesor haciéndola pasar a temperatura ambiente a través de rodillos o plegadoras
que pliegan y conforman la chapa hasta obtener la sección transversal deseada, la cual puede obtenerse con o sin soldadura.
Perfiles huecos cerrados
Perfiles abiertos (L, LD, U, C, Ω, Z,...
Paneles o placas
El Material. Propiedades del acero estructural 31
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos conformados en frProductos conformados en fríío. Perfiles huecos cerradoso. Perfiles huecos cerrados
Redondos, cuadrados y rectangulares
Designados mediante dimensiones de lados y
espesores en mm. Redondos: (φ 40.4, φ 90.5,...), Cuadrados (#90.3, #100.5,...),
Rectangulares (#100.60.4, #120.100.6,...)
Elementos comprimidos fundamentalmente
(soportes)
El Material. Propiedades del acero estructural 32
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos conformados en frProductos conformados en fríío. Perfiles abiertoso. Perfiles abiertos
Perfiles conformados L, LD, U, C, Ω, Z,....
Designados mediante dimensiones de lados y
espesores en mm. (LF 40.3, LF 60.30.3, UF 80.4, CF 180.2.5, OF 60.3.0, ZF
225.2.5,...)
Elementos a flexión (correas, viguetas,...)
El Material. Propiedades del acero estructural 33
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Productos conformados en frProductos conformados en fríío. Paneles, placaso. Paneles, placas
Placas onduladas, grecadas, nervadas,...
Usados como elementos de cobertura, soportes de piso (sólo o con losa de
hormigón a modo de sección mixta o para encofrado perdido),...
Pueden ir recubiertos por aislamientos térmicos y
acústicos
El Material. Propiedades del acero estructural 34
ACERO PARA ESTRUCTURASPRODUCTOS COMERCIALES DE ACERO
Otros productos utilizados en la construcciOtros productos utilizados en la construccióón metn metáálicalica
Roblones (Rehabilitación de construcciones antiguas)
Tornillos, tuercas y arandelas (uniones atornilladas)
Piezas de acero moldeado (apoyos de grandes piezas, piezas
especiales,...)
Electrodos, metal de aportación (uniones soldadas)
Cables, tirantes,
Conectadores (secciones mixtas)
Pinturas (protección)
Raíles (puentes grúa)
Apoyos elastoméricos...
El Material. Propiedades del acero estructural 35
ACEROS ESPECIALES
Aceros resistentes a la corrosiAceros resistentes a la corrosióónn
OXIDACIÓN
Combinación directa del metal con el oxígeno atmosférico (sin agua)
La película de óxido formada se deposita en la superficie. Si se adhiere al metal y tiene continuidad lo protege
del avance de la corrosión.
La película puede crecer hacia el interior (difusión de oxígeno) o hacia el
exterior (difusión de los átomos del metal).
Lo normal es crecimiento en ambos sentidos hasta equilibrio (la difusión no
puede progresar más)
CORROSIÓN
Combinación directa del metal con electrólitos (medios ionizados como el
agua, soluciones salinas, ácidos, bases,...)
Pérdida de material. El metal se diluye en el electrólito. Pierde iones positivos. Se hace electronegativo
Pares galvánicos. Combinación de metales distintos y electrólitos. El ánodo se corroe. El cátodo no.
Impurezas, tensiones residuales, aireación diferencial, irregularidades,..
Favorecen la corrosión.
El Material. Propiedades del acero estructural 36
ACEROS ESPECIALES
Aceros resistentes a la corrosiAceros resistentes a la corrosióónn
ACEROS “COR-TEN”
Acero “autopatinables”. Aleantes en la composición (Cu) que producen una capa superficial (pátina) impermeable
impidiendo la profundización de la corrosión
No se pintan ni protegen. Conservación económica. Uniformidad
estética.
Pensar los detalles para evitar que escorrentías de agua arrastren material
protector y ensucien otras zonas.
El Material. Propiedades del acero estructural 37
ACEROS ESPECIALES
Aceros QSTAceros QST
Del tren de laminación
duchas
850ºC Temple Auto-revenido600ºC
ACEROS QST
“Quenched Self-Tempered” Templados y
autorevenidos
Se buscan propiedades mecánicas favorables actuando no sobre la
composición sino sobre la estructura metalográfica.
Control intenso del proceso (velocidades de
paso y enfriamiento, cortina de agua, temperaturas...)
Marca comercial HISTAR
El Material. Propiedades del acero estructural 38
ACEROS ESPECIALES
Aceros TermomecAceros Termomecáánicosnicos
ACEROS TERMOMECÁNICOS
La última pasada por el tren de laminación se produce cuando
el perfil ha disminuido su temperatura
El paso por los rodillos produce la deformación “en frío” de las
capas superficiales, orientando la estructura metalográfica
Al igual que en los QST un tratamiento térmico posterior
(calentamiento, soldadura,..) puede acabar con la estructura
metalográfica favorable.
El Material. Propiedades del acero estructural 39
ACEROS ESPECIALES
ACEROS DE ALTO LÍMITE ELÁSTICO
Perfiles y chapas de mayor límite elástico que los
convencionales
Fe E 460. fy = 460 N/mm2
fu = 600 N/mm2.
Para casos especiales donde la rigidez no sea
determinante.
Aceros de Alto LAceros de Alto Líímite Elmite EláásticosticoReducción de ductilidad
El Material. Propiedades del acero estructural 40
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
SoldabilidadSoldabilidad
“Facilidad que presenta un acero determinado para poder ejecutar en él una soldadura correcta”
PROBLEMAS
Algunos aceros exigen procesos más complejos para soldar bien
Soldaduras incorrectas → Defectos
Consecuencias de los defectos (Fatiga, Rotura Frágil....)
PARÁMETROS
Se investiga sobre los parámetros que influyen en la facilidad de soldadura
Carbono equivalente. Influencia de la composición química en la soldabilidad
1556CuNiVMoCrMn
CCEV
++
++++=
≤ 0,41 para S235 y S275
≤ 0,47 para S355
El Material. Propiedades del acero estructural 41
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
SoldabilidadSoldabilidad
PRECAUCIONES
Hacer las cosas bien. (10.3 “Soldeo” DB SE-A)
DETALLES
DIMENSIONES,TIPOS
SECUENCIA DESOLDEO
ESPECIFICACIONES,PRECAUCIONES
PLAN DE SOLDEO
ENSAYOS
PROCEDIMIENTO
CERTIFICADOS
EXPERIENCIA
SOLDADORES
CUALIFICACIÓN
SUPERFICIES YBORDES
FIJACIÓN DE COMPONENTESACCESIBILIDAD, TOLERANCIAS
PRECALENTAMIENTO
PREPARACIÓN TIPOS DE SOLDADURA
SOLDEO
El Material. Propiedades del acero estructural 42
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Desgarro laminarDesgarro laminar
Las burbujas en el interior del material se
aplastan al paso por los trenes de laminación.
Las burbujas toman forma laminar y tienden a
separar el material en hojas
El Material. Propiedades del acero estructural 43
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Desgarro laminarDesgarro laminar
Defecto peligroso en elementos sometidos a tracciones perpendiculares
al plano de laminación.
El Material. Propiedades del acero estructural 44
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Tensiones residualesTensiones residuales
En perfiles laminados en caliente...
300 mm
ealma = 10 mm
eala = 20 mm
Estos 10 cm2 tienen 120 mm en contacto con la
atmósfera
Estos 10 cm2 tienen 200 mm en contacto con la
atmósfera
Estos 10 cm2 tienen 106 mm en contacto con la
atmósfera
Enfriamiento diferencial tras la laminación. Centro
de alma y extremos de alas se enfrían antes que
el resto al tener más perímetro por el que
irradiar calor
El Material. Propiedades del acero estructural 45
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Tensiones residualesTensiones residuales
En perfiles laminados en caliente...
Los puntos que enfrían antes contraen sin dificultad (las otras zonas, aún calientes, no
oponen resistencia)
Cuando enfrían los puntos en zonas de intersección alas-alma, las otras zonas (ya frías)
coartan su contracción.
En las zonas de intersección alas-alma aparecen tracciones y en los extremos de alas y
centro de alma se comprimen
La distribución de tensiones es autoequilibrada(resultante nula) puesto que no hay esfuerzos
aplicados en la sección
Ala
Alma
El Material. Propiedades del acero estructural 46
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Tensiones residualesTensiones residuales
En perfiles laminados en caliente...
Las tensiones residuales pueden alcanzar valores muy elevados
Las tensiones residuales no influyen en la capacidad de la pieza, más que en
elementos comprimidos.
Aumentan las deformaciones de la sección cuando las solicitaciones se
aproximan a las que producen la plastificación de la sección.
Se pueden reducir mediante tratamientos térmicos de alivio (someter a la pieza a ciclos térmicos controlados
en grandes hornos)
El Material. Propiedades del acero estructural 47
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Tensiones residualesTensiones residuales
En perfiles conformados en frío...
Las fibras exteriores alcanzan la plastificación al pasar por los
rodillos de la plegadora. Al salir permanecen deformadas
Las fibras interiores permanecen con tensiones elásticas. Al salir del rodillo no pueden recuperar
su longitud inicial
El Material. Propiedades del acero estructural 48
PROPIEDADES Y DEFECTOS DE LOS PRODUCTOS
Tensiones residualesTensiones residuales
En uniones soldadas...
En las zonas próximas a los cordones de soldadura se originan tensiones residuales de tracción al enfriarse y no poder contraerse libremente. Las zonas más alejadas de los
cordones quedan comprimidas al oponerse a dicho acortamiento.
Ala
Alma
Viga armada
Cajón soldado
Cordones de soldadura
El Material. Propiedades del acero estructural 49
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Colapso de los puentes sobre el Canal Alberto en
Bélgica.
Rotura del casco de los buques tipo “Liberty” durante la
Segunda Guerra Mundial.
Roturas bruscas sin deformaciones plásticas de aviso
(sin estricción observable)
Se producen frecuentemente con temperaturas bajas.
Son más frecuentes en estructuras soldadas.
Fallos repentinos en puntos que sin embargo están sometidos a tensiones moderadas o bajasmoderadas o bajas.
DefiniciDefinicióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 50
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Propagación repentina de una fisura inicialmente mínima.
Se alcanzan importantes velocidades de propagación
La rotura comienza en zonas puntuales tales como
entallas, cruce de cordones de soldaduras, taladros, cambios
bruscos de sección...
DefiniciDefinicióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 51
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Al microscopio, las superficies de rotura tienen un aspecto granular
orientado en forma de espiga cuyos vértices apuntan hacia el comienzo
de la rotura.
A veces se manifiesta la rotura frágil tras cargas de impacto sobre la
estructura.
DefiniciDefinicióónn
El Material. Propiedades del acero estructural 52
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Resiliencia. Ensayo Resiliencia. Ensayo CharpyCharpy
Péndulo Charpy
Probeta normalizada
UNE 7.475-1 92
EN 10045-1:1990En el ensayo se mide la energía consumida en romper la probeta normalizada en julios (J).
La energía consumida se mide en función de la diferencia entre la altura a la que se suelta la maza
y la que alcanza tras romper la probeta
Resiliencia: Energía consumida
entre la sección útil de la probeta (J /cm2)
Depende de la temperatura.
Rotura dúctil a temperaturas altas
Rotura frágil a bajas temperaturas
El Material. Propiedades del acero estructural 53
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Temperatura de TransiciTemperatura de Transicióónn
Temperatura convencional a la cual se alcanza un nivel de energía preestablecido. UNE establece 27 Julios. (Temperatura a la cual el aspecto de la superficie
de rotura en el ensayo Charpy es 50% dúctil y 50% frágil)
Este acero consume los 27 Julios a partir de -50ºC. Es poco sensible a la
rotura frágil
Este acero consume los 27 Julios a partir de -20ºC.
Este acero consume los 27 Julios a partir de 0ºC. Es el más sensible a la
rotura frágil
DB SE-A T (ºC)
JR +20ºC
JO 0ºC
J2G3 -20ºC
El Material. Propiedades del acero estructural 54
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Factores que intervienen en la rotura frFactores que intervienen en la rotura fráágilgil
No nos interesa establecer la resistencia del material frente a la rotura frágil sino asegurar que dicha resistencia va a ser superior que la que el
material tiene frente a la rotura dúctil.
Temperatura
Velocidad de carga
Aceros de alto límite elástico
Estados tensionales complejos
Tipo de Acero
DIRECTOSAumentan la resistencia a rotura dúctil
Factores que producen estados tensionales complejos
Factores que modifican el tipo de acero
INDIRECTOSSon la causa de los directos
FACTORES ROTURA FRÁGIL
El Material. Propiedades del acero estructural 55
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Factores directosFactores directos
Alto límite elástico(resistencia a rotura dúctil > a rotura frágil)
Estados tensionales complejos:- estado tensional unidimensional :
rotura dúctil con estricción
- estado tensional bi o tridimensional: no hay posibilidades de estricción
El Material. Propiedades del acero estructural 56
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Factores directosFactores directos
Temperatura
Tipo de acero : (composición y estructura metalográfica)
Impactos
El Material. Propiedades del acero estructural 57
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Factores indirectosFactores indirectos
Factores que producen estados biaxiales:- Entallas geométricas
- Entallas metalúrgicas
- Cruce de cordones
- Cordones perpendiculares a los esfuerzos
- Espesor
Factores que modifican el tipo de acero :- Soldadura
- Oxicorte
El Material. Propiedades del acero estructural 58
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
200 250 300 350 400 450 500100
50
0
50
100
Grado JR (+20ºC)Grado JO ( +0ºC)Grado JRG2(-20ºC)
VARIACION DE LA TEMPERATURA DE SERVICIO
Tensión de Límite Elástico (N/mm2)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Tipo de acero- Límite
Elástico
- Grado
Temperatura
Factores NormativaFactores Normativa
El Material. Propiedades del acero estructural 59
ROTURA FRÁGIL DEL ACERO
Factores NormativaFactores Normativa
10 15 20 25 30 35 40 45 5050
0
50
100
Carga LentaImpactos
VARIACION DE LA TEMPERATURA DE SERVICIO
Espesor (mm)
Tem
pera
tura
(ºC
)
Ejecución
Espesor
Velocidad de carga
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