el acero estructural

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EL ACERO ESTRUCTURAL Es el materialestructural más usado para construcción de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es un materi para la construcción de estructuras, de gran resistencia, producidoa partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y costo razonable. A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material estructural abundancia, facilidad de ensamblaje y costo razonable; en Colombia su mayor uso como estructural ha correspondido a las varillas usadas en el concreto reforzado y a los perfiles livi en estructuras de techos. Solo a partir de 1991 con la Apertura Económica se han empezado a construir, de nuevo, edificios perfilería de acero de alto peso, los cuales se habían dejado de construir en el país en los años La industria de la construcción ha desarrollado diferentes formas de secciones y tipos de acero ( 2.8) que se adaptan más eficientemente a las necesidades de la construcción de edificios. Las aplicaciones comunes del acero estructural en la construcción incluyen perfiles es secciones: I, H, L, T, [, , 0, usadas en edificios e instalaciones para industrias; colgantes, atirantados y concreto preesforzado; varillas y mallas electrosoldadas para reforzado; láminas plegadas usadas para techos y pisos. Como el acero tiene propiedades prácticamente idénticas a tensión y compresión, por ello su resis se controla mediante el ensayo de probetas pequeñas a tensión. Los elementos de acero pueden unir fácilmente, mediante soldadura, pernos o remaches. Figura 3.2: secciones comerciales del acero estructural, tomado de White, ref. 18 La “fatiga” puede reducir la resistencia del acero a largo plazo, cuando se lo somete a gran número cambios de esfuerzos y aún fallarlo frágilmente, por lo que en estos casos deben limitarse los es

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EL ACERO ESTRUCTURAL Es el material estructural ms usado para construccin de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleacin de hierro (mnimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fsforo, azufre, slice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es un material usado para la construccin de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas est la gran resistencia a tensin y compresin y el costo razonable. A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la intemperie es el material estructural ms usado, por su abundancia, facilidad de ensamblaje y costo razonable; en Colombia su mayor uso como material estructural ha correspondido a las varillas usadas en el concreto reforzado y a los perfiles livianos usados en estructuras de techos. Solo a partir de 1991 con la Apertura Econmica se han empezado a construir, de nuevo, edificios con perfilera de acero de alto peso, los cuales se haban dejado de construir en el pas en los aos sesenta. La industria de la construccin ha desarrollado diferentes formas de secciones y tipos de acero (figura 2.8) 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; cables para puentes colgantes, atirantados y concreto preesforzado; varillas y mallas electrosoldadas para el concreto reforzado; lminas plegadas usadas para techos y pisos. 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. Figura 3.2: secciones comerciales del acero estructural, tomado de White, ref. 18 La fatiga puede reducir la resistencia del acero a largo plazo, cuando se lo somete a gran nmero de cambios de esfuerzos y an fallarlo frgilmente, por lo que en estos casos deben limitarse los esfuerzos

mximos. El acero ms comnmente usado es el denominado A-36, que tiene un un punto fluencia de 36000 psi (2530 kgf/cm2), aunque modernamente la tendencia es hacia un acero de resistencia superior, el A-572 de punto de fluencia de 50.000 psi. Las caractersticas estructurales del acero estrucutral tipo A-36 se pueden apreciar en las curvas esfuerzo-deformacin unitaria a tensin, mostradas. En ella se muestran, tambin, los aceros estructurales A572 y A-36 fabricados por Aceras de Caldas (ACASA) en la regin.

Figura 3.3: curvas esfuerzo-deformacin en aceros estructurales, adaptada de White, ref. 18 En la figura se pueden ver varias zonas: Un comportamiento elstico hasta un esfuerzo alto. Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformacin, definidas por la Teora de la Elasticidad. Los parmetros bsicos son el Esfuerzo de Fluencia (fy) y la deformacin unitaria de fluencia (Ey). Una zona de comportamiento plstico, en la cual el esfuerzo permanece prcticamente constante, pero aumenta continuamente la deformacin unitaria. Un punto de falla o de ruptura. La deformacin unitaria en la falla es de 0,20 (curva inferior de la figura) para el acero estructural usado corrientemente en la construccin de estructuras. Los aceros de "alta resistencia" como los usados para los cables de preesforzado (fig.2.9 parte alta) y aceros especiales, no presentan la fluencia definida que se muestra en la figura para los aceros tipo A-36 (curva inferior de la figura), ni tienen el grado de ductilidad del acero estructural. En ellos, el esfuerzo de fluencia no se presenta tan claro como en los tipo A-36 y debe definirse. El acero para preesforzado 2 tiene la resistencia ms alta de las mostradas: fpu = 240 ksi (240.000 psi = 17.500 kgf/cm ). Su comportamiento puede compararse con el de los plsticos reforzados con fibras (FRP) que se muestra en la figura 2.22 de este captulo. La deformacin del acero a partir de la fluencia es denominada ductilidad. Esta es una cualidad muy importante en el acero como material estructural y es la base de los mtodos de diseo plstico. Permite, que la estructura absorba grandes cantidades de energa por deformacin, circunstancia muy importante en zonas ssmicas, en las cuales es necesario que la estructura libere la energa introducida en su base por los terremotos. El Mdulo de Elasticidad es prcticamente independiente del tipo de acero est alrededor de 2000000 2 kgf/cm .

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIN Alta relacin resistencia/peso: Importante en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con malas condiciones de cimentacin Uniformidad: Sus propiedades no cambian apreciablemente. Alta ductilidad: El hecho de que el material sea dctil no implica que la estructura fabricada con l sea tambin dctil. Ciclos histerticos ms amplios y estables: Importante para un buen desempeo sismorresistente Facilidad en la construccin y para la modificacin de estructuras: Se adaptan bien a posibles ampliaciones Fcilmente reciclable

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIN Costo de mantenimiento: Susceptibles a la corrosin al estar expuestos al aire y al agua. Costo de la proteccin contra el fuego: El acero pierde apreciablemente su capacidad de resistencia con el aumento de la temperatura. Adems es un excelente conductor de calor. Susceptibilidad al pandeo: Su alta relacin resistencia/peso puede dar lugar a miembros esbeltos. Fatiga: Su resistencia se reduce ante un gran nmero de inversiones del signo de la tensin o a un gran nmero de cambios de la magnitud de la tensin. Fractura frgil DIAGRAMAS DE TENSIN-DEFORMACIN DEL ACERO Diagrama tensin-deformacin (sin escala) que ilustra los efectos del endurecimiento por deformacin en el acero

Curvas tpicas tensin-deformacin para aceros estructurales (se han modificado para reflejar las propiedades especficas mnimas)

FILOSOFA DE DISEO

Resistencia nominal o de agotamiento

Solicitaciones de servicio previstas

es un factor, normalmente menor que 1, que toma en cuenta la incertidumbre en la determinacin de la resistencia nominal, incluye la variabilidad en la calidad de los materiales y en las dimensiones previstas, errores de construccin, idealizaciones de los modelos matemticos, limitaciones en la teora de anlisis y diseo. es un factor, normalmente mayor que 1, que toma en cuenta la incertidumbre en la determinacin del sistema de cargas nominales Qi. Incluye la variabilidad del sistema de las cargas, modificaciones en el uso de la estructura, variacin en los pesos unitarios, etc. MTODOS DE DISEO EN ACERO Mtodo Allowable Stress Design, ASD Bajo este criterio se disea de manera tal que las tensiones calculadas por efectos de las cargas de servicio no superen los valores mximos en las especificaciones. Mtodo de diseo que trabaja en funcin de las Tensiones Admisibles. Las tensiones admisibles son una fraccin de las tensiones cedentes del material. Basado en el anlisis elstico de las estructuras: los miembros deben ser diseados para comportarse elsticamente.

Fi :son las tensiones elsticas calculadas para cada caso de carga. Fadmisible = Fy / FS : FS = Factor de seguridad y Fy es la tensin cedente del material.

Mtodo Load and Resistance Factor Design, LRFD Bajo este criterio los procedimientos de anlisis y diseo son los de la teora plstica o una combinacin de anlisis elstico con diseo plstico. Mtodo de diseo por Estados Lmites. Es consistente con el mtodo de diseo para concreto reforzado ACI-318. Considera un procedimiento probabilstico. Provee un nivel ms uniforme de confiabilidad.

= factor de carga que afecta a las cargas de servicio. Ventajas de Usar la Formulacin AISC-LRFD Formato similar al de la Norma COVENIN-MINDUR 1753 Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones, Anlisis y Diseo, basada en la Norma ACI-318. Facilita el uso de la norma sismo resistente COVENIN-MINDUR 1756-98, en la cual se establecen Niveles de Diseo en las diferentes zonas ssmicas del pas. Suministra una confiabilidad consistente para el sistema estructural y todos sus miembros y conexiones. Economa (menor peso). Congruente con el enfoque energtico en Ingeniera Ssmica. CAPACIDADES SUMINISTRADAS A LA ESTRUCTURA DE Rigidez Resistencia Estabilidad Capacidad de absorcin Disipacin de energa

DEMANDAS SOBRE LA ESTRUCTURA DE Rigidez Resistencia Estabilidad Capacidad de absorcin Disipacin de energa

Propiedades para el Diseo En el diseo se utilizarn las propiedades del acero dadas en la tabla. Los valores de la tensin de cedencia Fy y la resistencia de agotamiento en traccin FU a emplear en el diseo de acero sern los mnimos valores especificados en las correspondientes normas y especificaciones de los materiales y productos considerados. TABLA PROPIEDADES PARA EL DISEO

SECCIONES DE PERFILES DE ACERO PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE: Son piezas nicas, que se obtienen por la laminacin de tochos o palanquillas provenientes del proceso de colada contino. Las caractersticas tcnicas de los perfiles laminados facilitan la solucin de las conexiones y uniformidad estructural, por no presentar soldaduras o costuras e inclusive un bajo nivel de tensiones residuales localizadas, gracias a la ausencia de soldadura en su proceso de fabricacin. Estos tipos de perfiles pueden ser laminados con alas paralelas (series I, H), que siguen la norma ASTM A6/A6M, con nomenclatura de la serie americana WF (wide flange); o perfiles laminados normales de alas inclinadas, cuyas secciones pueden ser en I (doble te), U (en forma de U o canales) L (perfiles en forma de L o angulares), tal como se muestran en las figuras.

PERFILES SOLDADOS Son aquellos fabricados mediante el corte, la composicin y soldadura de chapas planas de acero. Son elementos ensamblados generalmente de forma rectangular, la ventaja que tiene este tipo de perfil es que se adecua perfectamente a los requerimientos de diseo de acuerdo al anlisis estructural que se realiza, lo que permite obtener una gran variedad de formas y dimensiones de secciones. Las relaciones de las dimensiones en perfiles tpicos H, I, son las siguientes: CS, tienen la forma de H y su altura es igual al ancho del ala, h=b. CVS, tienen forma de H y la proporcin entre la altura y el ancho es de 1.5:1. VS, son de seccin tipo I y la proporcin entre la altura y el ancho del ala es de 2:1 y 3:1.

PERFILES ELECTROSOLDADOS Los perfiles electrosoldados se fabrican a partir de bandas de acero estructural laminadas en caliente mediante el proceso continuo y automtico de alta productividad. La versatilidad de la lnea de electrosoldadura permite obtener perfiles de diferentes secciones y longitudes.

ALUZINC En CALAMINON la materia prima que utilizamos es de primera calidad, importada de Australia y Alemania. Son bobinas de Acero Aluminizado de diversos anchos y espesores, con acabado Aluzinc y prepintado de diferentes colores y tipos de pintura. ALUZINC=55% al, 43,4% zn y 1,6% si. El Aluzinc retiene una superficie atractiva que otorga un aspecto fino, liso, llano y con un brillo ligero, haciendo que el acabado sea ms atractivo que el del galvanizado sin necesidad de pintar. El Aluzinc tiene unas excelentes propiedades de reflexin, de hasta 315 grados centgrados, debido a su superficie brillante. La proteccin natural del Aluzinc es 7 veces mejor que la del galvanizado convencional. El Aluminio aporta una alta resistencia a la corrosin tanto atmosfrica como a la producida por las altas temperaturas y tambin otorga la reflectividad trmica. El Zinc protege mediante un fenmeno llamado "accin de sacrificio", oxidndose antes que el acero, tambin otorga formabilidad y proteccin galvnica al acero en caso de arafiazos, bordes de corte y otras reas expuestas. El silicio le da una adherencia especial a la mezcla. Nuestras planchas se producen con la ms alta tecnologa, mediante un de inmersin en caliente de acuerdo a norma ASTM-A-792-86 AZ 50. Todo el procesamiento y conformado del acero recubierto

utilizado para la fabricacin de nuestros paneles, se hace de acuerdo a estrictas normas internacionales de calidad, certificadas con el ISO 9002. La vida til Aluzinc supera hasta en 7 veces a la del galvanizado convencional, dependiendo de las condiciones ambientales, incluso en una atmsfera muy industrial o en condiciones marinas extremas. REVESTIMIENTO La superficie de ALUZINC que se aplica al alma de acero es una de sus caractersticas especiales, le da un aspecto fino, liso y llano con un brillo ligero el que hace que el material sea atractivo sin pintar. RESISTENCIA A LA CORROSION Tanto el aluminio como el Zinc protegen al acero formando una barrera que se separa su superficie de la atmosfera. La barrera es particularmente estable ya que el oide de aluminio superficial es insoluble y por lo tanto le da una buena resistencia a la corrosin a largo plazo. El zinc protege el acero oxidndose con preferencia antes que este, fenmeno llamado accin de sacrificio, de esta manera protege el acero en caso de arafiazos, bordes de corte y otras reas expuestas.

EXPERIENCIA PRACTICA: PRUEBAS DE EXPOSICION A LA INTEMPERIE Pruebas de exposicin a la intemperie Ha sido continuamente probado desde 1966 en ambientes industriales, marinos y rurales. Estas pruebas han demostrado la excelente resistencia a la corrosin de este producto. Las investigaciones han incluido pruebas con salitre, humedad cargada de dixido de azufre e inmersin en agua.

DURABILIDAD La vida til del ALUZINC vara con las condiciones ambientales con las que se utiliza. Al igual que en otros productos, su vida til es mxima en una atmsfera muy industrial o en condiciones marinas extremas. Para aplicaciones interiores la esperanza de vida del producto ser generalmente mucho ms larga que para utilizaciones para el exterior. Se debe evitar el contacto con hormign hmedo, cobre y plomo.