procedimiento constructivo del acero

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO DEL ACERO

DEFINICIÓN DE ACERO:

Según la norma UNE 36-004 es la siguiente:

"Material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene otros elementos.

Aunque un limitado número de aceros puede tener contenidos en carbono superiores al 2% este es el límite habitual que separa el acero de la fundición".

ORÍGENES DEL ACERO:

Nuestros antepasados metalúrgicos se las ingeniaron para producir la "reducción directa" del mineral que contenía el hierro, rodeándolo totalmente de carbón de leña y provocando la combustión de este último.

Los métodos rudimentarios de que disponían para activar la combustión, no permitían lógicamente obtener una temperatura lo suficientemente elevada para fundir el metal.

En su lugar, obtenían una masa esponjosa, pastosa, mezcla de hierro y escoria que había que martillear repetidamente al rojo vivo, para eliminar la escoria e impurezas.

Estos martilleos, además, lo endurecían, consiguiendo así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo primitivo del acero.

Más tarde conseguirían pasar el mineral a la forma líquida ("hierro colado") con la combustión del carbono vegetal.

Para llegar al acero que ahora conocemos, hubo que sustituir el carbono vegetal por el coque, aumentar (progresivamente) las alturas de los hornos y aumentar la ventilación para avivar la combustión.

FABRICACIÓN DEL ACERO:

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra.

La fabricación del acero en síntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y

MARIO JOSUE LOPEZ BASAÑEZLicenciatura en Arquitectura

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añadiendo las cantidades convencionales de Mg, Si y de los distintos elementos de aleación.

El acero es uno de los más importantes materiales estructurales. Sus propiedades de mayor importancia para el uso estructural, comparado con cualquier otro material, son la resistencia y la ductilidad.

La ductilidad es la capacidad que tiene el material para deformarse sustancialmente ya sea en tracción o compresión antes de fallar.

Otras ventajas importantes en el uso de acero son su amplia disponibilidad, costo y durabilidad, con una adecuada protección anticorrosiva.

El acero se produce por la refinación del mineral de hierro y metales de desecho, junto con agentes fundentes apropiados, coke (para el carbono) y oxígeno en hornos a altas temperaturas.

Para producir grandes masas de hierro llamada arrabio de primera fusión.

El acero como producto, puede obtenerse en forma de barras, planchas o perfiles.

En acerías extranjeras existen rodillos laminadores que permiten obtener perfiles con forma de I, T, L, etc. En nuestro país, la Compañía de Acero del Pacífico, CAP, entrega el acero en forma de planchas y barras para hormigón armado.

El fabricante de estructuras de acero trabaja con los planos de ingeniería o arquitectura para producir dibujos detallados de taller, de los que se obtienen las dimensiones requeridas para cortar, aserrar o cortar con antorcha, los perfiles al tamaño pedido y localizar con exactitud los agujeros para barrenar o punzonar.

Los dibujos originales también indican el acabado necesario de la superficie de las piezas cortadas. Muchas veces se arman las piezas en taller para determinar si se tiene el ajuste apropiado.

Las piezas se marcan para facilitar su identificación en terreno y se embarcan las piezas sueltas o armadas parcialmente hasta el sitio de la obra para su montaje.

El montaje en terreno lo ejecuta a menudo el mismo fabricante, aunque lo puede hacer el contratista general.

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL


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Las principales propiedades del acero, en ámbito de las estructuras son:

Alta Resistencia: La alta resistencia del acero por unidad de longitud implica que será poco el peso de las estructuras; esto es de gran importancia en fuentes de grandes luces, en edificios altos, en galpones y en estructuras fundadas en suelo deficiente.

Uniformidad: Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Elasticidad: El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, gracias a que con la ley de Hooke, hasta esfuerzos bastantes altos.

Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzados son relativamente imprecisos.

Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duran indefinidamente.

En estos momentos existen dos alternativas para la protección del acero, la pintura anticorrosiva y el galvanizado en caliente, que se verán más adelante.

Ductilidad: La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.

Cuando se prueba a tracción un acero con bajo contenido de carbono ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes que se presente la ruptura.

Un material que no tenga esta propiedad probablemente será duro y frágil y se romperá al someterlo a un golpe repentino.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL


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Las principales desventajas del acero como material estructural, son las siguientes:

Corrosión: Se refiere a la reacción del material con el ambiente, formando una película de óxido en la superficie, que debilita el material al hacerlo perder parte de su sección transversal y disminuir su capacidad resistente.

Además, el oxido en contacto con agua genera manchas en las superficies, o que tiene un importante impacto visual.

Comportamiento al fuego: El acero pierde capacidad portante cuando es afectado por el fuego, pudiendo en casos extremos (incendios) llegar al colapso de la estructura, por lo que es necesario protegerla.

Transmitancia térmica: El acero, tiene una alta transmitancia térmica, por lo cual requiere protección, de forma de que la transferencia de calor o frío sea mínima.

PROPIEDADES DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Entre las más importantes propiedades estructurales del acero se tienen las siguientes:

Modulo de elasticidad, E. Esta propiedad se obtiene del análisis de las curvas de esfuerzo - deformación del acero.

Si una pieza de acero estructural se somete a una fuerza de tracción, ésta comenzará a alargarse. Si se incrementa la fuerza a razón constante, la magnitud del alargamiento aumentará constantemente dentro de ciertos límites.

Cuando el esfuerzo de tensión alcance un valor aproximadamente igual a un medio de la resistencia última del acero, el alargamiento comenzará a aumentar más rápido sin un incremento correspondiente del esfuerzo.

El mayor esfuerzo para el que aún es válida la ley de Hooke o punto más alto de la porción recta del diagrama esfuerzo deformación se denomina límite proporcional.

El mayor esfuerzo que un material puede resistir sin deformarse permanentemente se llama límite elástico. Este valor rara vez se mide y para la mayoría de los materiales incluido el acero es sinónimo del límite proporcional. Por esta razón se usa a veces el término límite proporcional elástico.

El esfuerzo en el que se presenta un incremento brusco en el alargamiento o deformación, sin un incremento correspondiente en el esfuerzo, se denomina


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tensión de fluencia; corresponde al primer punto del diagrama tensión-deformación para el cual la tangente a la curva es horizontal.

La tensión de fluencia es para el ingeniero la propiedad más importante del acero, ya que muchos procedimientos de diseño se basan en este valor. Más allá de la tensión de fluencia hay un intervalo en el que ocurre un incremento considerable de la deformación sin incremento de la tensión.

La deformación que se presenta antes de la tensión de fluencia se denomina deformación elástica; la deformación que ocurre después de la tensión de fluencia, sin incremento de tensión, se denomina deformación plástica.

Esta última deformación es generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformación elástica. La fluencia del acero puede parecer una serie desventaja, pero en realidad es una característica muy útil.

Con frecuencia ha prevenido la falla de una estructura, debido a omisiones o errores del ingeniero. Si el esfuerzo en un punto de una estructura de acero (dúctil) alcanza el esfuerzo de fluencia, esa parte de la estructura fluirá localmente sin incremento en aquel esfuerzo, impidiendo así una falla prematura.

Esta ductilidad permite que los esfuerzos en una estructura de acero se reajusten.

Si el acero no tuviese esta capacidad se podría fracturar como el vidrio u otro material frágil.

Después de la región plástica se tiene una zona llamada de endurecimiento por deformación en la que se requieren esfuerzos adicionales para producir deformaciones mayores.

Usos del acero El acero fundido, se un acero de baja calidad estructural y se utiliza principalmente en elementos en que no se generen esfuerzos de tracción, elementos arquitectónicos y otros elementos de uso común. Los aceros A 42-27 ES, A 37-34 ES, ASTM A 36 y ASTM A 50, se utilizan como elementos estructurales en perfiles y planchas. El acero A 52-34 ES, generalmente se utiliza para la fabricación de maquinarias.

El acero inoxidable, se encuentra en muchas calidades, dependiendo de la composición química con la cual se fabrique.

Tiene unos estructurales en lugares en que la corrosión es alta. Su principal utilización es en la industria de alimentos, química, ya que es inerte a los ataques


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de muchos elementos. También se utiliza masivamente en la elaboración de elementos quirúrgicos y de uso común en las casas.

El acero corten, es un acero cuya composición química permite la oxidación de la superficie, creando una capa de terminación.

Esta capa de óxido protege la pieza e impide la penetración del óxido al interior de la pieza. Esta característica del acero, no limita sus funciones estructurales, es decir, no se pierden las características por su contenido de cobre, cromo y níquel, tiene un característico color anaranjado.

Tipos de perfiles, características de cada uno de ellos.

Proceso de fabricación de cada uno de ellos, capacidad y uso, denominación, peso y costo asociado.

TRATAMIENTO ANTICORROSIVO Pintura anticorrosiva: pintura especial que inhibe la formación de óxido, esto al aislar la superficie de acero del ambiente.

Para la aplicación de la pintura se requiere un tratamiento de las superficies, que eliminen las impurezas, restos de acero, soldaduras, grasas, etc., que pueden afectar la adherencia entre la pintura y el acero.

Uno de estos procesos es el arenado, un proceso abrasivo (de desgaste) en que se proyecta granos de arena a presión, sobre la superficie a limpiar y que se realiza manualmente tal como se ve en la imagen.

También está el granallado, que es un proceso similar al arenado pero en el cual la arena, se reemplaza por pequeñas esferas de acero (del tamaño de un perdigón) y el decapado, que es un tratamiento superficial que se realiza con químicos en tinas especiales en que el elemento de acero se sumerge.

Una buena protección anticorrosiva con pintura debe ser adecuadamente especificada y de acuerdo a las exigencias del ambiente a que va a estar expuesta la estructura y su exposición al sol, que la debilita y quiebra.

De acuerdo a las características del sistema de protección, se debe dar mantención a la pintura, por lo que cada cierto tiempo, es necesario realizar el parcheo en las zonas desgastadas o bien repintar completamente la estructura.

Desde el punto de vista estético, la pintura con el sol pierde color, por lo que en muchos casos, este aspecto obliga a su reemplazo. Este costo, debe ser incluido durante el proceso de análisis para la definición del sistema de protección.


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Esta protección anticorrosiva es de uso masivo en la actualidad, su costo está a la par de un tratamiento de pintura y no necesita mantención.

Se debe mencionar la existencia de una pintura de secado al horno para perfiles de acero, en que la pintura se aplica con pistolas de aire comprimido y luego se seca en un horno, lográndose así, una alta adherencia y excelente calidad en la terminación.

Protección Anti fuego Dentro de este punto también se debe señalar lo referente a la protección anti fuego, para los elementos de acero, en que se tienen varios sistemas de protección de tipo pasiva, como la pintura intumescente, el schotcrete, la protección con láminas de fibrosilicatos o con planchas de volcánica (yeso cartón).

SISTEMAS CONSTRUCTIVOS.

Se denomina sistemas constructivos a los distintos tipos de estructuraciones y materiales que se puede lograr con elementos de acero.

De acuerdo al uso se puede hacer dos grandes divisiones, los sistemas constructivos industriales y los sistemas constructivos habitacionales e institucionales.

El acero como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos.

Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

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

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución.

Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución.


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La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza.

La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes.

La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes.

Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

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. Aceros se pueden clasificar según se obtengan en estado sólido: en soldados, 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.

De esta manera una aleación del 17% de cromo mas 8% níquel constituye un acero inoxidable.

Y por eso no hay un acero sino múltiples aceros.

El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado; éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que


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perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones.

La fabricación verdadera del acero se inició hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios.

A través de los cuales se hacía llegar una potente corriente de aire, que removía con violencia la masa de hierro colado fundido que llenaba el convertidor.

La reacción entre el oxígeno del aire y los componentes de la fundición era violentísima y tal el calor desarrollado dentro del convertidor que la masa de la fundición se mantenía líquida por sí misma.

En la reacción indicada se combinaba la mayor parte del carbono, fósforo y azufre con el oxígeno del aire insuflado, pero no se eliminaba el silicio, lo que constituía un grave inconveniente, razón por la cual no podían utilizarse los minerales de hierro ricos en aquél.

CONCLUSIONES

El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logro realizar esta aleación en el siglo XIX.


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La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.

El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo.

Además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero.

Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga. Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar. El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional.

Por ende es llamado el esqueleto de las estructuras.

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

Por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo.

Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media.

Todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro.


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