informe acero
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UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLARREAL
FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO
“EL ACERO”
Arquitecta:
Arq. Melissa Rodriguez
Alumnos:
Basurto Arias, Christian Fernando
Medrano Ahón, Miriam Isabel
Portocarrero Serván, Gladis
Rodriguez Alvarado, Maricielo
Rosas Uchupe, Luis Eduardo
Trinidad Santos, Ludwig
2015
ÍNDICE
I. Introducción
II. Antecedentes-Historia
III. Descripción-definición
IV. Proceso de Fabricación
V. Propiedades del acero
VI. Clasificación
VII. Calidades y costos en el mercado
VIII. Acero en la arquitectura y construcción
IX. Ventajas e inconvenientes
X. Conclusiones
XI. Bibliografía
I. Introducción
Dado el crecimiento demográfico y los avances tecnológicos, la industria
constructiva busca cada día sistemas más eficientes de construcción con el
objetivo, quizás, de aumentar la productividad.
Desde la antigüedad el hombre ha sido el descubridor de nuevos materiales,
usos y estructuras para la construcción de su medio.
Es imposible saber el momento exacto en que el hombre descubrió el hierro, y
por consecuencia, un derivado de él, el acero. Pero se entiende que estuvo
estrechamente ligado al desarrollo de su cultura y civilización.
Los metales han estado siempre al alcance del hombre, el uso con ellos empieza
en el momento en que él se da cuenta que tras una serie de métodos, puede
aplicárseles forma y por consecuencia, podemos crear “cosas.”
En el siguiente trabajo se dará a conocer todo lo referente al material llamado
“acero” , desde su descubrimiento y el paso que ha tenido en la historia hasta su
uso en la arquitectura y actualidad.
II. ANTECEDENTES-HISTORIA
El hierro y sus aleaciones fue el primer metal que se usó industrialmente en
la práctica para las estructuras sustentantes. Su llegada al campo estructural
es bastante reciente porque el fatigoso trabajo necesario para producir el
hierro soldable por fusión limitó su uso durante siglos.
Poco a poco se fue introduciendo como material de construcción. Las
primeras estructuras metálicas fueron puentes (1800), posteriormente se
empezaron a construir edificios, en 1887 se construyó un edificio de 12
plantas en Chicago y en 1931 se inauguró en Nueva York el Empire State
Building de 85 plantas y 379 m de altura.
Antes de hablar sobre su aparición y evolución, se ha de saber que el acero
es el nombre que se le da al hierro que contiene una cantidad determinada
de carbono (3.5%) que le otorga mayor resistencia y dureza. La fecha exacta
en
Es sabido que el uso del hierro data desde hace cuatro milenios a.c por parte
de los sumerios y egipcios.
Entre los siglos XII a. C. y X a. C. se produce una rápida transición en Oriente
Medio desde las armas de bronce a las de hierro .Junto con esta transición
se descubrió el proceso de “carburización”, consistente en añadir carbono al
hierro. El hierro se obtenía como una mezcla de hierro y escoria, con algo de
carbono o carburos, y era forjado, quitando la escoria y oxidando el carbono,
creando así el producto ya con una forma. Este hierro forjado tenía un
contenido en carbono muy bajo y no se podía endurecer fácilmente al
enfriarlo en agua.
Se conoce después el trabajo de los griegos en el que a través de un
tratamiento térmico endurecían armas de hierro (1000 a.c) .
Los primero artesanos en trabajar con acero, puede que lo hayan hecho de
manera accidental, puesto que de su trabajo con hierro derivaba sin
problemas el llamado “Hierro Forjado” similares a las trabajadas en Oriente
Medio.
Eventualmente los artesanos que trabajaban el hierro aprendieron a
fabricaracero con hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla
durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para
convertirse en acero real.
Hacia el 200 A.C., los artesanos de la India dominaban ya un método mejor
para producir acero. Colocaban trozos de hierro carbonado o con "piel" de
acero en un recipiente de arcilla cerrado, o crisol, y lo calentaban
intensamente en un horno. El carbono se distribuía gradualmente a través del
hierro y producía una forma de acero mucho más uniforme.
A partir del siglo XIV el tamaño de los hornos para la fundición aumentó
considerablemente, al igual que el tiro para forzar el paso de los gases de
combustión para carga o mezcla de materias primas.En estos hornos de
mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía
a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de
los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado
arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el
hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.
"1740: redescubrimiento del acero al crisol".
En 1740, el inglés Benjamin Huntsman redescubrió el procedimiento indio por
casualidad, al calentar una mezcla de hierro y una cantidad cuidadosamente
medida de carbón vegetal en un crisol. Pese a la invención de otros
procedimientos, siguió prefiriéndose el método del crisol para obtener acero
de alta calidad.
"1856: convertidor Bessemer"
En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato
para fabricar acero en gran escala. Un chorro de aire atravesaba el hierro
fundido y quemaba todo el carbono necesario para obtener el acero.
Bessemer construyó un recipiente cónico de acero forrado de ladrillos
refractarios que se llamó convertidor y que se podía inclinar para vaciarlo. El
hierro fundido se vertía en el convertidor situado en posición vertical, y se
hacía pasar aire a través de orificios abiertos en la base. El "soplado", que
duraba unos veinte minutos.
El primer acero fabricado por este método era quebradizo por culpa del
oxígeno absorbido. Pero un amigo de Bessemer, el escocés Robert Mushet,
resolvió el problema al proponer que se añadiera magnesio después del
soplado para que combinara con el oxígeno excedente en el acero, con lo
que se evitaría su fragilidad y resultaría más fácil de trabajar. El producto se
denomina "acero suave": hierro con bajo contenido de carbono.
"1864: horno de solera abierta"
El mismo año en que Bessemer presentó su procedimiento, los hermanos de
origen alemán William y Friedrich Siemens estaban desarrollando un método
para precalentar el aire inyectado a los hornos. A cada extremo del horno
colocaron cámaras de ladrillos entrecruzados que se calentaban con los
gases de combustión y caldeaban después el aire que se inyectaba en el
horno.
Dos años más tarde, los hermanos Siemens patentaron un horno de solera
para acero que incorporaba sus precalentadores o "regeneradores". Pero no
tuvo éxito hasta que lo mejoraron dos hermanos franceses, Pierre y Emile
Martín, en 1864.
"1864: horno de solera abierta"
El mismo año en que Bessemer presentó su procedimiento, los hermanos de
origen alemán William y Friedrich Siemens estaban desarrollando un método
para precalentar el aire inyectado a los hornos. A cada extremo del horno
colocaron cámaras de ladrillos entrecruzados que se calentaban con los
gases de la combustión y caldeaban después el aire que se inyectaba en el
horno. Dos años más tarde, los hermanos Siemens patentaron un horno de
solera para acero que incorporaba sus precalentadores o "regeneradores".
Pero no tuvo éxito hasta que lo mejoraron dos hermanos franceses, Pierre y
Emile Martín, en 1864.
"1902: acero por arco eléctrico".
William Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para
calentar los hornos de acero. Pero fue el metalúrgico francés Paul Héroult
(coinventor del método moderno para fundir aluminio) quien inició en 1902 la
producción comercial del acero en horno eléctrico. Se introduce en el horno
chatarra de acero de composición conocida y se hace saltar un arco eléctrico
entre la chatarra y grandes electrodos de carbono situados en el techo del
horno.
El calor desarrollado por el arco funde la chatarra y produce un acero más
puro que el que ha estado en contacto con los gases de combustión. Se
puede añadir mineral de acero para alterar la composición del acero, y cal o
espato flúor para absorber cualquier impureza.
La actual producción de acero emplea altos hornos que son modelos
perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del
arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry
Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su
nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini hornos que emplean
electricidad para producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes
instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir
acero a partir de mineral de hierro.
III. DESCRIPCIÓN-DEFINICIÓN
Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono está
comprendido entre 0.05% y 1.7%, el acero endurece por el temple y una vez
templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfría
lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500°C, y
se puede moldear con más facilidad que el hierro.
Los Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido:
ensoldados, batidos o forjados, o en estado líquido, en hierros o aceros de
fusión y homogéneos. También se clasifican según su composición química,
en aceros originarios, al carbono y especiales.
La proporción de carbono influye sobre las características del metal. Se
distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no
aleados. Existe una aleación cuando los elementos químicos distintos al
carbono se adicionan al hierro según una dosificación mínima variable para
cada uno de ellos.
El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las
aplicaciones de uso común. Sin embargo, cuando se combina con pequeñas
cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero, cuyas
propiedades varían en función de su contenido en carbono y de otros
elementos en aleación, tales como el manganeso, el cromo, el silicio o
el aluminio, entre otros.
Además de los componentes principales indicados, los aceros incorporan
otros elementos químicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen
de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de
fabricación; es el caso del azufre y el fósforo. Otros se añaden
intencionalmente para la mejora de alguna de las características del acero
(Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la
dureza.. etc, o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el
mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el níquel, el cromo,
el molibdeno y otros. El acero es actualmente la aleación más importante,
empleándose de forma intensiva en numerosas aplicaciones, aunque su
utilización se ve condicionada en determinadas circunstancias por las
ventajas técnicas o económicas específicas que ofrecen otros materiales, el
aluminio cuando se requiere mayor ligereza y resistencia a la corrosión, el
hormigón armado por su mayor resistencia al fuego, los materiales cerámicos
en aplicaciones a altas temperaturas.
IV. PROCESO DE FABRICACIÓN
A partir del mineral de hierro (formado por óxidos de Fe y ganga) se obtiene
en los altos hornos el arrabio (hierro con un 4 % aproximadamente de
carbono).
El arrabio es duro pero muy frágil (interesa más un material dúctil, que “avisa”
de su estado tensional), para reducir el % de carbono sin perder resistencia
se afina el arrabio en convertidores (se quema el carbono sobrante),
obteniéndose el acero en bruto con un % de carbono en torno al 2 %.
Posteriormente se vierte en lingoteras para su enfriamiento y posterior
acabado. El proceso de acabado puede ser por: forja, moldeo, trefilado o
laminación; para ello se calienta previamente (o bien viene directamente del
convertidor mediante un proceso de colada continua, con lo que se evitan las
lingoteras, el desmoldeado y posterior calentamiento). Tras este proceso se
pueden aplicar tratamientos térmicos (templado, recocido, revenido...) para
alcanzar las propiedades mecánicas y químicas deseadas.
Figura 1. Producción de acero crudo en altos hornos
Figura 2. El proceso de transformación del mineral de hierro
El acero más empleado en la construcción es el laminado (fig. 3).
El laminado consiste en transformar el acero en bruto a alta temperatura en
elementos de formas dadas usados en la construcción, para ello se usan
laminadoras (máquinas herramienta de alta potencia) esencialmente
formadas por cilindros paralelos.
Las laminadoras se disponen en trenes de laminación, transformando el
acero en forma progresiva con un cierto número de pasadas.
Este proceso mejora sensiblemente las cualidades del acero (elimina
imperfecciones del lingote, oquedades...) alargando los cristales de acero en
la dirección de la laminación.
El acero resultante es bastante homogéneo, sin embargo tiene unas
propiedades mecánicas inferiores en la dirección transversal a la laminación.
Sus cualidades de resistencia a compresión, tracción y cizalladura son muy
altas, con buenas cualidades de elasticidad y dilatación.
Otros aceros:
- Moldeado: se solía usar para elementos de formas complejas, difíciles de
obtener con uniones remachadas o atornilladas. La aparición de la soldadura
ha reducido mucho su uso. Hoy se usa en piezas muy cargadas y con
posibilidad de giro o deslizamiento sobre otras (por ejemplo aparatos de
apoyo).
Presenta problemas de falta de homogeneidad, debiéndose radiografiar o
comprobar por ultrasonidos las piezas.
Tiene mayor resistencia a tracción y flexión que la fundición pero mucho
menos que el acero laminado.
- Forjado: se trabaja sobre el acero en caliente por aplastamiento con un
martillo pilón. Su uso se limita también a zonas especiales con esfuerzos altos
y complejos (apoyos). Presenta una buena homogeneidad y resistencia.
- Trefilado: tienen alta resistencia (σr=12000 a 18000 kg/cm2). Se usan en
cables de construcción y hormigón pretensado.
Figura 3. Fases principales de la fabricación de productos laminados en
caliente.
V. PROPIEDADES DEL ACERO
Estructura química cristalina compacta y homogénea: es el material
estructural más cercano a la isotropía
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS.
•Ductilidad, es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a
la rotura. Las especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la
falla, no sea menor que cierto porcentaje mínimo (tabla 5.3) que varía con el
tamaño y grado de la propia barra.
•Dureza se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración
de otro material .
•Resistencia a la tensión, Es la máxima fuerza de tracción que soporta la
barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de sección inicial de la
barra. Se denomina también, más precisamente, carga unitaria máxima a
tracción.
Límite de fluencia, fy.- Es la tensión a partir de la cual el material
pasa a sufrir deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de
tensión, si interrumpimos el traccionamiento de la muestra, ella volverá a su
tamaño inicial, sin presentar ningún tipo de deformación permanente, esta se
llama deformación elástica. El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra
para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y
sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación.
Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida.
En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia
coincide con el valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de
cedencia. En los casos en que no aparece este escalón o aparece poco
definido, como suele ocurrir con los aceros estirados en frío, es necesario
recurrir al valor convencional establecido en las prescripciones, como se
explica más abajo, para aceros de resistencia mayor a 4200 Kg/cm2.
Las barras con resistencias hasta 2800 Kg/cm2 presentan una curva elasto-
plástica, como se ve en la figura 5.10 a), entonces fy se identifica con claridad.
Para aceros de resistencias mayores, hasta 4200 Kg/cm2, la curva esfuerzo-
deformación unitaria puede ser elasto-plastica o no, dependiendo de las
propiedades del acero y del procesos de fabricación.
Para aceros de resistencias mayores a 4200 Kg/cm2, donde el grado de
fluencia no está definido, el código ACI especifica que el esfuerzo de fluencia,
fy, debe determinarse como el esfuerzo que corresponde a una deformación
de 0.0035 cm/cm, tal como se muestra en la
Probablemente, la resistencia en el punto de fluencia, es decir, el esfuerzo
elástico máximo que puede soportar la barra, es la propiedad mecánica más
importante para el diseñador.
La resistencia a la tensión se controla por un límite sobre la resistencia en el
punto de fluencia y esta no puede ser menor que 1.25 veces la resistencia
real en el punto de fluencia.
Si bien la tendencia actual, en la construcción con hormigón reforzado, es
hacia el uso de barras de refuerzo con grado de resistencia más elevado,
dado que el uso de estas conduce a una reducción significativa del tonelaje
de acero y del tamaño de los miembros estructurales de hormigón, lo que da
por resultado economía en la mano de obra y en otros materiales, se tiene un
límite practico sobre cuán fuerte debe ser el acero de refuerzo utilizado en
una construcción estándar de Hormigón armado: Todas las resistencias del
acero tienen aproximadamente la misma elongación para el mismo esfuerzo
de tensión aplicado (mismo módulo de elasticidad Es=2.1*106 Kg/cm2).
Si un acero tiene una resistencia en el punto de fluencia que es el doble de
la de otro, puede aplicarse el doble de deformación permanente, esta se
llama deformación elástica. El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra
para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y
sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación.
Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida.
En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia
coincide con el valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de
cedencia (figura 5.10 a). En los casos en que no aparece este escalón o
aparece poco definido, como suele ocurrir con los aceros estirados en frío,
es necesario recurrir al valor convencional establecido en las prescripciones,
como se explica más abajo, para aceros de resistencia mayor a 4200 Kg/cm2.
Las barras con resistencias hasta 2800 Kg/cm2 presentan una curva elasto-
plástica, como se ve en la figura 5.10 a), entonces fy se identifica con claridad.
Para aceros de resistencias mayores, hasta 4200 Kg/cm2, la curva esfuerzo-
deformación unitaria puede ser elasto-plastica o no, dependiendo de las
propiedades del acero y del procesos de fabricación.
Para aceros de resistencias mayores a 4200 Kg/cm2, donde el grado de
fluencia no está definido, el código ACI especifica que el esfuerzo de fluencia,
fy, debe determinarse como el esfuerzo que corresponde a una deformación
de 0.0035 cm/cm, tal como se muestra en la figura 5.11.
Probablemente, la resistencia en el punto de fluencia, es decir, el esfuerzo
elástico máximo que puede soportar la barra, es la propiedad mecánica más
importante para el diseñador.
La resistencia a la tensión se controla por un límite sobre la resistencia en el
punto de fluencia y esta no puede ser menor que 1.25 veces la resistencia
real en el punto de fluencia.
Si bien la tendencia actual, en la construcción con hormigón reforzado, es
hacia el uso de barras de refuerzo con grado de resistencia más elevado,
dado que el uso de estas conduce a una reducción significativa del tonelaje
de acero y del tamaño de los miembros estructurales de hormigón, lo que da
por resultado economía en la mano de obra y en otros materiales, se tiene un
límite practico sobre cuán fuerte debe ser el acero de refuerzo utilizado en
una construcción estándar de Hormigón armado: Todas las resistencias del
acero tienen aproximadamente la misma elongación para el mismo esfuerzo
de tensión aplicado (mismo módulo de elasticidad Es=2.1*106 Kg/cm2).
Si un acero tiene una resistencia en el punto de fluencia que es el doble de
la de otro, puede aplicarse el doble de esfuerzo, pero se obtendrá el doble de
elongación. Con cargas moderadas, el refuerzo de acero se estirará casi lo
mismo que lo que puede estirarse el hormigón que lo rodea sin agrietarse
severamente; si se aplica más carga, el acero puede soportar la carga con
seguridad, pero el hormigón que lo cubre se agrietará. Esto no sólo da mal
aspecto sino que, en general, permitirá la corrosión del refuerzo.
FIGURA 5.10 a) Diagrama Esfuerzo Deformación para Aceros de Dureza
Natural Laminados en Caliente; b) curvas típico esfuerzo-deformación
unitario para barras de refuerzo
Nota: Las curvas están indicadas según su límite de fluencia
FIGURA 5.11 Diagrama Esfuerzo Deformación para Aceros de
resistencia mayor a 4200 kg/cm2
En general, no se puede usar la mayor resistencia de los aceros con
resistencias en el punto de fluencia de 4200 Kg/cm2, como refuerzo
estándar a la tracción, sin causar el agrietamiento del hormigón, a menos que
se tomen disposiciones especiales en el diseño del miembro.
•Maleabilidad, es la capacidad que presenta el acero de soportar la
deformación, sin romperse, al ser sometido a un esfuerzo de compresión.
•Tenacidad, viene siendo la conjugación de dos propiedades: ductilidad y
resistencia. Un material tenaz será aquel que posee una buena ductilidad y
una buena resistencia al mismo tiempo.
•Fatiga, cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas, este
puede fallar debido a las grietas que se forman y propagan, en especial
cuando se presentan inversiones de esfuerzos, esto es conocido como falla
por fatiga, que puede ocurrir con esfuerzos menores a la carga de
deformación remanente.
Límite de fatiga. Se evalúa en un diagrama Esfuerzo máximo (resistencia
a la fatiga) vs. el número de ciclos hasta la falla, estos diagramas indican que
la resistencia a la fatiga, de un acero estructural, decrece con un aumento de
número de ciclos, hasta que se alcanza un valor mínimo que es el Límite
de Fatiga. Con la tracción considerada como positiva y la compresión
negativa, las pruebas también demuestran que a medida que disminuye la
relación entre el esfuerzo máximo y el mínimo, se reduce de modo
considerable la resistencia al a fatiga. Las pruebas indican además que los
aceros con resistencia a la tracción semejante tienen casi la misma
resistencia a la fatiga.
Estas propiedades se determinan mediante la realización de diferentes
pruebas o ensayos, para determinar qué material es el que emplearemos
para el fin que le queramos dar.
En la tabla 5.3 se dan algunas características mecánicas para diferentes
grados y clases de aceros.
(1). AH = Acero para Hormigón (DN = Dureza Natural; EF = Estirado en frío) (2). Para el cálculo de valores unitario se utilizará la sección nominal. (3). Relación mínima admisible entre los valores de la carga unitaria de rotura y del límite elástico, obtenidos en cada ensayo.
VI. CLASIFICACIÓN
Para clasificar el acero se pueden utilizar varios métodos:
Según el contenido de carbono
Según su utilización
Según el método de fabricación o manufactura
Según su composición química
Para lo cual, en esta parte solo tomaremos en cuenta la clasificación de
acuerdo al contenido de carbono y según la utilización.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO SEGÚN EL CONTENIDO DE CARBONO
Aceros de bajo carbono: contenidos en el rango desde 0 hasta 0.25%
de carbono, Este grupo tiene mayor resistencia y dureza, disminuyendo
su deformabilidad. Son los comúnmente llamados aceros de
cementación.
Aceros de medio carbono: de 0.25% a 0.55% de carbono, estos
aceros son seleccionados en usos donde se necesitan propiedades
mecánicas más elevadas y frecuentemente llevan tratamiento térmico de
endurecimiento. Se utilizan en amplia variedad de piezas sometidas a
cargas dinámicas.
Aceros de alto carbono: más de 0.55% de carbono, se usan en
aplicaciones en las que es necesario incrementar la resistencia al
desgaste y altas durezas, todas las piezas son tratadas térmicamente
antes de usar, debiéndose tener especial cuidado en estos procesos
para evitar distorsiones y fisuras.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO SEGÚN SU UTILIZACIÓN
Desde el punto de su utilización, los acero, tanto comunes como especiales,
pueden ser clasificados del modo siguiente:
Aceros de fácil deformación en frío
Aceros para tratamientos termoquímicos
Aceros estructurales de alta resistencia mecánica
Aceros para herramientas y matrices
Aceros inoxidables
Los aceros comunes son más versátiles que los especiales, en el sentido de
que un mismo acero puede servir para diversos tipos de aplicaciones.
Como los aceros comunes son más baratos que los especiales, el criterio que
debe seguirse para elegir el acero requerido para una aplicación determinada,
es la de analizar primeramente el comportamiento del acero que mejor
responda a las características impuestas. Solo si las propiedades de ese acero
resultan insuficientes para el fin que se persigue, se deberá pensar en la
utilización de un acero especial, que satisfaga mejor los requerimientos
exigidos.
1. Aceros de fácil deformación en frío
Los aceros que más se adaptan a estos procesos son los comunes de
bajo contenido de carbono. Ello se debe a que tanto el carbono como la
mayoría de los elementos de aleación, reducen la capacidad de
deformación plástica en frío.
Entre los aceros aleados que mejor se comportan en las operaciones de
deformación plásticas en frío, figuran los aceros inoxidables de
estructura austenítica o ferrítica.
2. Aceros para tratamientos termoquímicos
El contenido de carbono de los aceros especificados para procesos de
cementación y de cianuración debe ser bajo (inferior al 0.40%).
3. Aceros estructurales de alta resistencia mecánica
Los elementos fundamentales de las máquinas, motores y vehículos, se
construyen con aceros que deben poseer una elevada resistencia
mecánica y adecuada tenacidad. Estas características se consiguen con
aceros llamaos de medio carbono.
4. Aceros para herramientas
Estos aceros deben poseer fundamentalmente las siguientes
propiedades: alta resistencia al desgaste (tanto en frío como caliente);
elevada tenacidad y poca distorsión al ser sometidos a tratamientos
térmicos.
W: Templables al agua: no contienen elementos aleantes y son de alto
% de carbono (0,75 a 1.00%). Son los más económicos y se utilizan
Principalmente en mechas. En general tienen limitación en cuanto al
diámetro, debido a su especificación de templabilidad.
Para trabajo en frío:
0 Sólo son aptos para trabajo en frío pues al aumentar la temperatura
disminuye la dureza.
A templados al aire. No soportan temple en aceite pues se figurarían; se
usan para formas intrincadas (matrices) pues el alto contenido de cromo
otorga temple homogéneo.
D alta aleación. Contienen alto % de carbono para formar carburos de Cr
(1,10-1,80 %C). Gran resistencia al desgaste.
Para trabajo en caliente: H
Aceros rápidos: T en base a tungsteno
M en base a molibdeno
5. Aceros inoxidables
Esos aceros se caracterizan por su elevada resistencia a la corrosión.
Dicha resistencia se logra por la incorporación de cromo en porcentajes
superiores al 11% siempre que el carbono se mantenga bajo. La
presencia del níquel, en cantidades también elevadas, contribuye a
mejorar la resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables
VII. CALIDADES Y COSTOS EN EL MERCADO
CALIDAD DEL ACERO
La designación de los diferentes tipos de calidades del acero se realiza en
torno a las características mecánicas y composición química de los
aceros. Las normas que rigen sobre los diferentes tipos de calidades se
dividen en:
Aceros estructurales no aleados según EN 10025-2.
Aceros estructurales soldables de grano fino según EN 10025-4
Calidades de acero según normas americanas ASTM.
Calidades de acero según normas rusas GOST.
Calidades de acero según normas japonesas JIS.
Para presentar cada una de las cualidades de los aceros según cada
norma es necesario tener en cuenta el siguiente cuadro endonde se
obtendrá los símbolos de los aceros en la construcción:
A) Aceros estructurales no aleados según EN 10025-2.
El siguiente cuadro nos da a
conocer cada una de las
características que deben de tener el
acero para su clasificación en la
norma.
*Disponible previo acuerdo
B)Aceros estructurales saldables de
grano fino según EN 10025-4
El siguiente cuadro nos da a conocer cada
una de las características que deben de
tener el acero para su clasificación en la
norma.
*Disponible previo acuerdo
C)Calidades de acero según
normas americanas ASTM.
El siguiente cuadro nos da a
conocer cada una de las
características que deben de tener el
acero para su clasificación en la
norma.
*Disponible previo acuerdo
D) Calidades de acero según
normas rusas GOST.
El siguiente cuadro nos da a conocer
cada una de las características que
deben de tener el acero para su
clasificación en la norma.
*Disponible previo acuerdo
D)Calidades de acero según normas
japonesas JIS.
El siguiente cuadro nos da a conocer
cada una de las características que
deben de tener el acero para su
clasificación en la norma.
*Disponible previo acuerdo
CALIDADES MÁS USADAS
América latina
En América Latina las calidades más
usadas son las de tipo A-36 (de
240/250 MPa de fluencia) o A-572
Grado 50 (de 340 / 350 MPa de
fluencia) Otras calidades de mayores
resistencias no se utilizan
frecuentemente debido al reducido
tamaño del mercado y a la dificultad
consecuente de mantener existencias
muy diversificadas.
Los principales corresponden a las
Coberturas sean superiores (techados) o laterales (cierres)
Los materiales más usados son las chapas conformadas a partir de laminados
en frío galvanizadas (revestidas en zinc o zinc-aluminio).
Un material más sofisticado es el acero inoxidable (acero con aleaciones de
níquel, cromo, etc.) cuyo costo es de 3 a 5 veces mayor a los galvanizados y
que se utilizan en edificios iconos, de alto costo, o en áreas limitadas de los
mismos.
La Construcción en acero liviana cuyos elementos son perfiles conformados se
rigen por las normas AISI existiendo también para éstas un cierto atraso en la
adopción de las normas norteamericana por parte de los países
latinoamericanos.
TIPO A-36 (DE 240/250 MPA)
Es un acero estructural al carbono, utilizado en
construcción de estructuras metálicas como
puentes, torres de energía, torre para comunicación
y edificaciones remachadas, atornilladas o soldadas,
herrajes eléctricos y señalización.
Este tipo de acero tiene como propiedades en el
acero A-36 en barras, planchas con espesores
menores de 8 pulgadas tiene un límite de fluencia
mínimo de 250 MPA .Y un límite de rotura de 410
MPA. Las planchas con espesores mayores de 8
pulgadas tiene un límite de fluencia mínimo de 220 MPA y el mismo límite de
rotura.
El acero A36 se produce en una
amplia variedad de formas que
incluyen planchas , perfiles
estructurales , tubos , laminas , barras ,
platinas , ángulos , etc.
La placa de acero – calidad A36
estructural es ampliamente
recomendable para diseñar y construir
estructuras y equipos menos pesados.
TIPO ASTM A-572
Las placas de acero de alta
resistencia y baja aleación poseen
mayor resistencia que las placas
tradicionales de acero al carbón,
además de contar con gran ductilidad,
facilidad de rolado y soldado, dureza y
resistencia a la fatiga .Estas placas
de acero pueden reducir
sustancialmente los costos de
producción al dotar la resistencia
requerida con un peso mucho menor.
Las láminas A572 GR50 es una especificación
normalizada para acero estructural de alta
resistencia de baja aleación de Columbio –
Vanadio .Este acero es utilizado en aplicaciones ,
tales como construcción electro soldada de
estructuras en genera o puentes , donde la
tenacidad en las entalladuras es importante .
Las características de estas placas son su alta
resistencia, buen manejo y facilidad de soldado a
precios moderados .Este tipo de acero que
abarca esta especificación normalizada se
considera cinco grados de acero estructural de
alta resistencia y de baja aleación en perfiles ,
placas y barras . Los grados 42 , 50 , 55 están previstos para estructuras
remachadas , atornilladas o electro soldadas ; los grados 60 y 65 están
previstas para construcción remachadas o atornilladas de puentes , o para
construcción remachadas , atornilladas o electro soldadas.
APLICACIONES:
Principalmente estructuras soldadas , soportes , chasis , plataformas para la
industria petrolera , plataformas marinas , construcción de puentes cumpliendo
con los requerimientos exigente .No es recomendable en la construcción de
calderas o tanques de alta presión .La selección de los espesores debe ser
calculada y seleccionada por el autor del diseño .Especialmente para la
fabricación de vigas especialmente diseñadas .Apto para el uso a bajas
temperaturas 20 °C.
El ACERO EN EL MERCADO
Existen diferente tipos de acero como ya se ha visto por ello existe diferente
tipos de ventas de cada uno.
BARRAS DE CONSTRUCCION:
Barras de acero que permite una alta adherencia al concreto
VIGAS H
Canales U
Planchas y bobinas laminadas
Barras cuadradas Ornamentales
Barras cuadradas
VIII. ACERO EN LA ARQUITECTURA Y CONSTRUCCIÓN
Las estructuras metálicas de alguna significación se empezaron a desarrollar a
finales del siglo XVII, siendo la primera gran obra de importancia el puente
Severn en Coalbrookdale, Inglaterra, concluido en 1.779.
Ilustración 1: Puente sobre el rio Severn
De aquella época a nuestros días han pasado un poco mas de 200 años, en los
cuales las edificaciones metálicas se han desarrollado ampliamente, en obras
como puentes, casas, edificios comerciales, hospitales, fábricas y rascacielos,
contribuyendo todos ellos a cambios sustanciales en la Arquitectura y en los
métodos y técnicas de construcción.
Las primeras estructuras metálicas fueron puentes (en torno a 1800),
posteriormente se empezaron a construir edificios, en 1887 se construyó un
edificio de 12 plantas en Chicago y en 1931 se inauguró en Nueva York el Empire
State Building de 85 plantas y 379 m de altura.
Una manifestación memorable de ese acontecimiento fue la Exposición
Universal de París de 1889, que marcó el triunfo de las construcciones metálicas.
La construcción que deslumbró al mundo y marcó el verdadero punto de partida
en la historia de las construcciones fue la Torre Eiffel.
Ilustración 2: Inicios del uso de estructuras metálicas en la Arquitectura
Después de construido esta torre se consideró que todos los demás prodigios
eran realizables y se proyectaron obras metálicas de todos los géneros. Se
construyeron edificios de varios pisos para depósitos, oficinas y casas-
habitación, empleando esqueletos completamente de acero. En Norteamérica
las construcciones con esqueletos metálicos tuvieron y siguen teniendo gran
difusión. Nacieron así numerosos edificios de gran altura llamados rascacielos.
Los más célebres son el Woolworth Building, el rascacielos Chrysler y el Empire
State Building, todos ellos construidos en Nueva York.
El uso de acero para construir edificios se inició a comienzos del Siglo XX, pero
se generalizó después de la Segunda guerra mundial, cuando hubo mayor
disponibilidad de este material. Los edificios de acero han sido ampliamente
aceptados, en parte debido a la eficiencia de costes y además porque se pueden
desarrollar estructuras mucho más altas que con el hormigón, situación muy
valorada en las grandes ciudades del mundo donde los terrenos son escasos.
Gracias al avance de la metalurgia y a la soldadura eléctrica el uso del acero se
multiplicó gracias. La característica fundamental de las modernas estructuras de
acero es la simplificación estructural y la esbeltez. Desde sus primeras
aplicaciones en puentes y después en rascacielos, el acero ha ido ganando uso
sobre todo en edificios de viviendas y oficinas.
Ilustración 3: Construcción del 1 World Trade Center, edificio de acero.
La famosa Escuela de Chicago de finales del siglo XIX y principios del Siglo XX
y maestros de la Arquitectura de esa época como Sullivan y Le Corbusier,
diseñaron grandes obras en estructura metálica en un proceso de desarrollo de
una tecnología que tuvo su máxima expresión en los grandes rascacielos
metálicos de principios del siglo XX, tales como el Rockefeller Center (NY-1.931),
Chicago Tribune (1. 22), Empire State (NY-1.920), que culminaron en las
grandes estructuras metalicas de finales del siglo como las- Torres Gemelas y el
World Trade Center de Nueva York, el Chicago Sears Building y muchos más
construidos en Estados Unidos y en otros países.
Ilustración 4: Rockefeller Center – New York
El acero es usado de distintas maneras en una construcción, desde barras de
acero que reforzaras las fuerzas de compresión del concreto, hasta su uso en
vigas.
Como componente estructural del
concreto, el acero es llamado
también como fierro corrugado a una
estructura de concreto es necesario
incluirle barras de acero con el fin de
que la estructura tenga resistencia al
estiramiento debido a que el concreto
es un material que resiste muy bien
las fuerzas que lo comprimen. Sin
embargo, es muy débil ante las
fuerzas que lo estiran.
El acero o fierro de construcción se
vende en varillas que miden 9 m de
longitud. Estas varillas tienen
“corrugas” alrededor y a lo largo de
toda la barra que sirven para
garantizar su “agarre” al concreto.
- Cuando almacene el acero, debe evitar que tenga contacto con el suelo.
Se le debe proteger de la lluvia y de la humedad para evitar que se oxide,
cubriéndolo con bolsas de plástico.
- Las barras de acero corrugado una vez dobladas no deben enderezarse,
porque las barras solo se pueden doblar una vez.
- No se debe soldar las barras para unirlas. El soldado altera las
características del acero y lo debilita.
- Si una barra se encuentra poco oxidada, puede ser usada en la
construcción. Se ha demostrado que el óxido, en poca cantidad, no afecta
la adherencia al concreto.
Ilustración 6: Almacenamiento adecuado de las barras de acero que se usaran en una construcción.
Ilustración 5: Barras de acero usado en el refuerzo del concreto
El Reglamento Nacional de Edificaciones, en las normas E-070 de Albañilería y
E-060 de Concreto Armado, presenta una serie de requisitos mínimos que se
deben respetar cuando se trabaje con el acero, para formar las armaduras de los
diferentes elementos (columnas, vigas, etc.).
El acero en la arquitectura gracias a su manejabilidad tiene diversas aplicaciones
en la arquitectura, algunos de los ejemplos son los siguientes:
Ilustración 7: Puente fabricado en acero - Württemberg, Germany
Ilustración 8: Estación de ferrocarril de Wuhan
Ilustración 9: Techo de acero galvanizado
Ilustración 10: Edificio de la Bolsa de Comercio de Paris
Ilustración 11: Puente María Pía sobre el Río Duero (1875)
Ilustración 12: Viaducto de Garabit (1880-1884). Gentileza de Patrick Giraud`
El acero también es usado para la elaboración de diversos materiales que
serán usados durante la construcción de las diversas edificaciones como:
- TUBOS: Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de
acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el
tubo.
- HOJALATA: El producto del acero recubierto más importante es la
hojalata estañada que se emplea para la fabricación de latas y envases.
También es usado como recubrimiento de paredes con fines estéticos.
- HIERRO FORJADO
USOS ESTÉTICOS DEL ACERO INOXIDABLE
El acero inoxidable es muy apreciado en arquitectura porque además de dar ese
toque de elegancia, limpieza y durabilidad es un material resistente y fuerte.
Se utiliza el acero inoxidable para numerosos elementos y partes de una
construcción
Por ejemplo: barandas o barandillas de mano, mobiliario, mesadas, campanas
extractoras de humo, escaleras, molinetes, marcos para sostener vidrios
(exteriores) puertas para ascensores, tanques de agua y hasta mezcladoras de
polvo.
En los restaurantes más lujosos del mundo las mesadas de las cocinas están
hechas únicamente de acero inoxidable. Porque es fácil de limpiar y no se meten
restos de alimentos por las endijas como ocurre con las mesadas de madera.
Es necesario analizar la calidad del metal y el poder de corrosión, para eso se
prefieren las superficies pulidas a las rugosas que retienen mayores impurezas
del ambiente.
El uso para exteriores es muy recomendado. Pero hay que tener en cuenta la
calidad del mismo para evitar fisuras y corrosiones.
El uso del acero inoxidable en la construcción de los edificios ha sido más bien
poca si la comparamos con el uso de otros materiales, uno de los motivos es el
costo que supone este material, no debemos olvidar que es relativamente
novedoso. Sin embargo, si calculamos los costos de unos edificios hecho con
otro material en base a sus resistencias con el paso de los años, probablemente
sí que sea económico por su perdurabilidad. Ante todo debemos destacar al
archiconocido arquitecto Frank Gehry que ha hecho uso del acero inoxidable en
algunos de sus edificios más emblemáticos.
Clínica de Salud Mental Lou Ruvo - Las Vegas
Ilustración 13: Walt Disney Concert Hall - Los Ángeles
Algunas Características del uso del Acero Inoxidable en la Arquitectura:
- Resistencia a la corrosión, mantiene la apariencia original.
- Armonía arquitectónica con otros materiales de la construcción.
- Mantenimiento mínimo durante la vida del servicio. Solo requiere lavarse
periódicamente.
- Es el material más resistente utilizado en la construcción.
- Larga vida y bajo costo de mantenimiento.
IX. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL ACERO
El acero durante los últimos tiempos de desarrollo ha logrado hasta incrementar
su consumo y cantidad de usos, esto por sus características que le permiten ser
un material óptimo para campos como la construcción, industria de maquinaria
en general y la industria bélica entre otras.
Principalmente las características que lo han llevado a este éxito como material
de uso en la construcción son las relativamente altas capacidades de transmitir
calor, corriente, su bajo peso, y las capacidades ante la aplicación de esfuerzos
de tensión (tracción), compresión y cortante. Además de esto el acero acumula
dentro de sus ventajas que la mayoría de propiedades se mantienen constantes
con los años siempre y cuando se le brinde los cuidados adecuados.
Además el acero en la construcción generalmente se combina con otros
materiales para obtener los mejores resultados en cuanto a capacidad se refiere
tanto como a acabados arquitectónicos. En cuanto a su generalmente se da en
los elementos estructurales como columnas, vigas y otros.
VENTAJAS DELA ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Alta resistencia
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso
de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de
grandes claros.
El aspecto de la sostenibilidad cobra cada vez más importancia en el ámbito de
la construcción. Este concepto no sólo se limita a cuestiones ecológicas, sino
que también abarca aspectos económicos y socio-culturales. Sólo las
construcciones que consideren estos tres criterios tendrán éxito con el tiempo y
serán, por tanto, sostenibles.
La construcción en acero se encuentra en ventaja si se compara con otros
materiales de construcción ya que el acero de construcción se fabrica
respetando los recursos y su reutilización es ilimitada. Además, el creciente uso
de aceros de gran resistencia ofrece la posibilidad de seguir optimizando la
sostenibilidad de la construcción mixta y metálica
Los aceros de gran resistencia aportan otras grandes ventajas en su aplicación
para la construcción industrial y de varias plantas. Las dimensiones reducidas
de, por ejemplo, las vigas de techo y cubiertas producen una reducción en la
altura del edificio. Con esto se reduce la superficie total que envuelve el edificio.
Junto al ahorro en los gastos de construcción de las superficies de fachada y
pared se reducen también los gastos corrientes de calefacción y climatización.
Por último, se debe observar que por lo general se recomienda la aplicación de
aceros de gran resistencia en la construcción de obras donde el
aprovechamiento de luz es relevante para el cálculo estructural. Con el uso de
Histar 460 se puede ahorrar en las aplicaciones habituales un 25% del peso
constructivo y aprox. 15 - 20% de los gastos de construcción, comparado con
S235JR+M. En casos extremos el ahorro puede alcanzar hasta el 50%, como es
el ejemplo de construcciones de entramados con amplias distancias de luz. Junto
a las ventajas económicas, se contribuye a la sostenibilidad ecológica. Para
aprovechar completamente las ventajas presentadas es importante que se
integre la aplicación de aceros de gran resistencia en las fases tempranas de
diseño para la consideración de futuros elementos constructivos.
Uniformidad
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es
el caso de las estructuras de concreto reforzado.
Durabilidad
Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran
indefinidamente.
Los aceros inoxidables son, en general, muy resistentes a la corrosión y se
comportan satisfactoriamente en la mayoría de ambientes. El límite de la
resistencia a la corrosión de un determinado acero inoxidable depende de sus
elementos constituyentes, lo cual significa que cada grado de acero tiene una
respuesta ligeramente diferente cuando se expone a ambientes corrosivos. Así
pues, es necesario seleccionar cuidadosamente el grado de acero inoxidable
más apropiado para una determinada aplicación. Generalmente, cuanto mayor
sea el nivel de resistencia a la corrosión exigido, mayor es el coste del material.
Por ejemplo, el acero de grado 1.4401 es más caro que el de grado 1.4301,
debido a la adición de molibdeno. El material en la condición de trabajado en frío
tiene una resistencia a la corrosión similar a la del material recocido. Las razones
más habituales por las que un metal no cumple las expectativas previstas en lo
que a resistencia a la corrosión se refiere son:
a. una incorrecta valoración del ambiente en el que se ubica o unas
condiciones de exposición no previstas, por ejemplo contaminación
no prevista por iones cloruro.
b. la forma en que se ha trabajado o tratado el acero inoxidable puede
introducir un estado no previsto en la valoración inicial. Aunque el
acero inoxidable puede estar sujeto a decoloración y manchas (a
menudo debido a la contaminación por acero al carbono), presenta
excelentes características de durabilidad en edificios.
En ambientes agresivos industriales y marinos, los ensayos no han mostrado
ninguna reducción en la capacidad de su durabilidad, incluso cuando aparece
alguna pequeña pérdida de peso. Sin embargo, la aparición de manchas
antiestéticas de óxido en superficies externas puede ser considerada como un
fallo por parte del usuario. Del mismo modo, una cuidadosa selección del
material, buenos detalles constructivos y una correcta ejecución pueden reducir
de manera significativa la probabilidad de aparición de manchas y corrosión; en
la Sección 10 se presenta una guía práctica a tal fin. La experiencia señala que
cualquier problema serio de corrosión aparece con mayor probabilidad durante
los dos o tres primeros años de servicio.
En ciertos ambientes agresivos, algunos grados de acero inoxidable son
susceptibles a ataques de carácter localizado. A continuación se describen seis
posibles mecanismos de corrosión, aunque los tres últimos no suelen
encontrarse en edificación convencional. Debe enfatizarse que es necesaria la
presencia de humedad (incluida la debida a condensación) para que ocurra la
corrosión.
Ductilidad
La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes
deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de
los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas
prematuras.
El comportamiento tensión-deformación del acero inoxidable difiere del
comportamiento del acero al carbono en varios aspectos. La diferencia más
importante reside en la forma de la curva tensión-deformación. Mientras el acero
al carbono exhibe un comportamiento elástico lineal hasta su límite elástico y
una zona plana antes del endurecimiento por deformación, el acero inoxidable
presenta una curva tensión-deformación con forma más redondeada sin límite
elástico definido Por ello, el “límite elástico” del acero inoxidable se expresa, en
general, en términos de una resistencia de prueba definida para un determinado
valor de deformación remanente (convencionalmente la deformación del 0,2%),
tal y como se muestra en la figura.
En la Figura 3.1 se presentan otras curvas tensión-deformación experimentales
típicas, representativas de los materiales acero al carbono y acero inoxidable.
Dichas curvas no deben utilizarse en el dimensionamiento. En cualquier caso,
debe señalarse que el acero inoxidable puede absorber impactos considerables
sin que sobrevenga la fractura, gracias a su excelente ductilidad (especialmente
los grados austeníticos) y a sus características de endurecimiento por
deformación.
Figura 3.1 Curvas tensión-deformación típicas para el acero inoxidable y el
acero al carbono en la condición de recocido (para tensión longitudinal)
Tenacidad
Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad.
La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se
denomina tenacidad.
Bajo peso
El bajo peso propio de una estructura de acero frente a otros materiales le
permite tener mejores propiedades frente a las solicitaciones sísmicas. Pero en
el diseño de las mismas debe considerarse especificaciones especiales para
minimizar ese riesgo. En el último terremoto de Chile (2010), las estructuras
industriales de acero han tenido un comportamiento superior a otras soluciones
constructivas. En el caso de las construcciones livianas tipo Steel Framing
tampoco sufrieron daños, dado su muy bajo peso y relativa alta resistencia. Dos
terremotos que han determinado importantes cambios han sido los de Northridge
-California (1994) y Kobe-Japón (1995).que determinaron la corrección de
distintas vulnerabilidades que determinaron fallas. Asimismo en forma paralela
se comenzó a trabajar con los criterios de diseño por desempeño. Se
establecieron así distintos niveles de desempeño para las distintas intensidades
de sismos. Ejemplo: ausencia de daño para sismos frecuentes, preservación de
la vida para los sismos de nivel de diseño y ausencia de colapso para sismos
mayores.
Otras ventajas importantes del acero estructural son:
Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de
conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
Rapidez de montaje.
Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
Resistencia a la fatiga que el concreto.
Posible reutilización después de desmontar una estructura.
DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Corrosión
Este sería el principal inconveniente del acero, y es que cuando se encuentra a
la intemperie este se corroe con facilidad, por esto simple se trata de proveerle
con un recubrimiento, ya sea de un espesor de hormigón o de algún material
dedicado para esto.
La medida más importante a tomar para prevenir los problemas que puede
ocasionar la corrosión es seleccionar adecuadamente el grado de acero
inoxidable con los procedimientos de fabricación idóneos para el ambiente que
se prevea. En cualquier caso, tras la selección adecuada de un determinado
acero se conseguirá hacer uso de todo el potencial de resistencia a corrosión
que puede ofrecer dicho acero, si tal selección viene acompañada por buenos
detalles constructivos. Las medidas anticorrosivas a adoptar deberían estar
presentes en la fase de planteamiento del proyecto y obra y en el desarrollo y
diseño de todos los detalles constructivos.
Endotérmico
Las estructuras en acero o con partes en acero, propagan fácilmente el calor
debido a las propiedades físicas de este material, y en caso de incendio las altas
temperaturas se propagarán fácilmente por la estructura haciendo que falle más
rápido.
Costo de la protección contra el fuego
Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se
reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado
que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de
incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o
chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros
materiales usuales como madera, tela y otros.
Los aceros inoxidables austeníticos mantienen una mayor proporción de su
resistencia a temperatura en condiciones normales que los aceros al carbono
por encima de 550ºC, y mantienen también una mayor proporción de su rigidez.
EN 1991-1-2 define las acciones térmicas y mecánicas que actúan sobre una
estructura expuesta al fuego. El fuego se define como una situación accidental
de diseño en los Eurocódigos. En EN 1990 se presentan las combinaciones de
acciones para situaciones accidentales de diseño, y recomienda tomar un valor
para los coeficientes parciales de seguridad para las acciones de 1,0. Del mismo
modo,
EN 1993-1-2 recomienda tomar el valor de 1,0 para el coeficiente parcial de
seguridad del material γM,fi, en situación de incendio. Las prestaciones
requeridas a una estructura de acero inoxidable que pudiera estar sometida a la
acción accidental de fuego son exactamente las mismas que las requeridas a
una estructura de acero al carbono, y éstas son:
• En aquellos casos en los que se requiera capacidad portante en caso de
incendio, la estructura deberá proyectarse de modo que mantenga su capacidad
portante durante el tiempo característico de exposición al fuego.
• Se deberán considerar criterios de deformabilidad cuando los medios de
protección frente a fuego o bien cuando los criterios de diseño para elementos
separadores, requieran la consideración de la deformación de la estructura. De
todos modos, no es necesario considerar la deformación de la estructura si la
resistencia frente a fuego de los diferentes elementos separadores se basa en la
curva estándar de fuego.
Costo de mantenimiento
La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos
al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.
Susceptibilidad al pandeo.
El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en
elementos comprimidos esbeltos, y que se manifiesta por la aparición de
desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de
compresión.
En ingeniería estructural el fenómeno aparece principalmente
en pilares y columnas, y se traduce en la aparición de una flexión adicional en el
pilar cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta
importancia.
Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro
de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por
unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya
que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas
contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que
tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a
mitigar esta desventaja.
Una posible aproximación al dimensionamiento frente a pandeo de elementos
estructurales de acero inoxidable se basa en la utilización del módulo tangente
correspondiente a la tensión crítica en lugar del módulo de deformación inicial
que se utiliza en acero al carbono. Adoptando la hipótesis de que los niveles de
tensiones residuales e imperfecciones geométricas de los elementos de acero
inoxidable son similares a los de los elementos de acero al carbono, pueden
emplearse para el acero inoxidable las reglas ya validadas para el acero al
carbono; ello generalmente conduce a resultados satisfactorios. Por
consiguiente, puede ser un método aproximado de dimensionamiento útil para el
proyectista. Sin embargo, requiere el uso de técnicas de cálculo iterativo y es por
ello por lo que se ha omitido en este Manual de Diseño, excepto en los casos en
los que se ha utilizado para determinar curvas de dimensionamiento efectivas a
emplear con el módulo inicial. En su lugar, se hace énfasis en la calibración con
resultados experimentales disponibles.
FATIGA
La fatiga del metal deberá considerarse en aquellas estructuras o partes de
estructuras sometidas a ciclos tensionales de valor significativo. Normalmente
no es necesaria la consideración de la fatiga en el dimensionamiento de
estructuras de edificación, excepto en aquellos elementos estructurales que
soporten mecanismos de elevación, cargas móviles de rodadura o máquinas
vibratorias, y en elementos estructurales sometidos a oscilaciones producidas
por la acción del viento.
Al igual que sucede en las estructuras de acero al carbono, las zonas próximas
a las soldaduras, debido a la existencia combinada de concentraciones de
tensión y de defectos de ejecución, son las zonas más sensibles a los efectos de
la fatiga. Las recomendaciones para la determinación de la resistencia a la fatiga
de estructuras de acero al carbono son aplicables también al acero inoxidable
(ver EN 1993-1-9).
Adoptar buenos criterios prácticos de diseño y construcción reduce la
susceptibilidad de una estructura frente a fatiga. Ello implica una selección
juiciosa del esquema estructural global y una elección cuidadosa de los detalles
constructivos para que éstos presenten un buen comportamiento frente a la
fatiga.
La clave para obtener un diseño resistente a fatiga reside en la consideración de
los aspectos relacionados con este fenómeno desde el comienzo de la fase de
proyecto.
La valoración del comportamiento a fatiga llevada a cabo solamente después de
haber satisfecho otros criterios de proyecto conduce a un diseño estructural
inadecuado, o por lo menos, no económico. Las necesidades del fabricante y del
montador son también un aspecto importante a considerar. Es por ello que se
recomienda consultar con éstos desde el inicio para señalar las zonas de la
estructura que serán más sensibles a la fisuración por fatiga, establecer medidas
de precaución especiales y finalmente, estar atentos a posibles problemas de
fabricación y montaje. En particular, el empleo de agujeros o accesorios de
elevación para facilitar la fabricación o el montaje deberían considerarse en la
evaluación de la fatiga.
Es posible eliminar los potenciales problemas de fatiga prestando la debida
atención a los detalles constructivos y evitando:
Cambios bruscos de sección transversal y concentraciones de tensiones
en general
Desalineaciones y excentricidades
Pequeñas discontinuidades tales como rayas y marcas de lijado o
amolado
Soldaduras innecesarias de accesorios secundarios, p.e. orejetas para el
izado
Soldaduras de penetración parcial, soldaduras en ángulo, soldadura
discontinua y placas de respaldo.
Arco errático.
A pesar de que las técnicas de mejora de soldadura, tales como el control del
perfil de soldadura, el amolado del reborde de la soldadura y el chorreo con
granalla y martillado, pueden aumentar la resistencia a la fatiga de una unión, no
existen datos suficientes como para poder cuantificar los posibles beneficios
para el acero inoxidable estructural. Debe señalarse que estas técnicas
conllevan un trabajo laborioso y requieren de la habilidad y la experiencia del
operario para alcanzar el máximo beneficio. Excepto para casos especiales,
tales técnicas no deberían entenderse como medidas a considerar en el
dimensionamiento frente a fatiga.
X. CONCLUSIONES
El acero más empleado en la construcción es el laminado.
El laminado consiste en transformar el acero en bruto a alta
temperatura en elementos de formas dadas usados en la construcción.
El acero está constituido esencialmente por Fe y pequeño porcentaje
(0-2) % de carbono.
Para mejorar sus propiedades se agregan aleaciones metálicas
adecuadas para los diversos usos del acero.
Para la producción del acero se toma como materia prima el mineral
de hierro, chatarra ferrosa, arrabio o Fe esponja.
Los procesos para la producción del acero, son tres: la reducción, el
refino y la conformación mecánica.
El acero es el producto más reciclado del mundo, su producción va de
la mano con el cuidado del medio ambiente.
Las características que componen el acero, si bien tiene ventajas
también sus desventajas pero es un material de construcción digno de
uso y respeto ya que debido a este podemos traer a la realidad
grandes ideas de diseño que desafían los límites de ciertos materiales
de construcción.
Existen diversos materiales los cuales son usados para la construcción
de diversas edificaciones pero con el paso de los años han sido
sustituidos por otros mejores debido a sus costos, durabilidad,
resistencia, estética, y uno de ellos es el acero. El acero es un material
que es usado a finales del siglo XVII, inculcando nuevas técnicas y
diversas formas de su uso; generando así nuevos conocimientos y
manifestaciones arquitectónicas.
El acero es usado como elemento estético tanto en exteriores como
en interiores pero también lo podemos ver durante el proceso
constructivo como son las barras de acero que se unirán al concreto,
así como vigas y viguetas.
Una de las características principales del uso del acero es la esbeltez
y su simplicidad estructural que se puede apreciar desde puentes
hasta significativos rascacielos.
XI. BIBLIOGRAFÍA