propiedades del acero y del concreto

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Republica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Escuela: 42 – Sección: “I” Catedra: Concreto I Puerto Ordaz - Estado Bolívar Profesor: Alumno: Lisette García. Pérez Jhonniell PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS DEL ACERO Y DEL CONCRETO

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definicion de cada uno de sus componentes.caracteristicas del acero y concreto.ventajas y desventajas que presenta cada uno de ellos.propiedades fisicas y mecanicas.propiedades quimicas y termicas.tipos de concreto y acero

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Page 1: propiedades del acero y del concreto

Republica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Escuela: 42 – Sección: “I”

Catedra: Concreto I

Puerto Ordaz - Estado Bolívar

Profesor: Alumno:

Lisette García. Pérez Jhonniell

25.552.601

Cuidad Guayana, Mayo del 2016

PROPIEDADES FISICAS Y MECANICAS

DEL ACERO Y DEL CONCRETO

Page 2: propiedades del acero y del concreto

Un concreto puede ser cualquiera de varios materiales manufacturados, semejantes a la piedra, compuesto de partículas llamadas agregados que se seleccionan y clasifican en tamaños especificados para una construcción, generalmente con una parte importante retenida en un tamiz número 4(4.75mm), y que se pegan mediante una o mas materiales cementosos para forma una masa sólida.

El termino “concreto” cuando se usa sin adjetivo modificador, de ordinario indica el producto formado por una mezcla de cemento Pórtland, arena, grava o piedra triturada, y agua hay sin embargo hay muchos tipos diferentes de concreto. Algunos se distinguen por los tipos, tamaños y densidades de agregados; por ejemplo, concreto para fibra de madera, peso ligero, peso normal o de alto peso.

CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO:

El concreto hecho con cemento Pórtland tiene un uso extremo como material de construcción debido a sus muchas características favorables. Una de las mas importante es una alta relación resistencia-costo en muchas aplicaciones. Otra es que el concreto mientras esta plástico puede colocarse con facilidad dentro de formas o cimbras a temperatura normales para producir casi cualquier formas. La cara expuestas puede trabajarse a superficie dura, lisa o áspera, capaz de soportar el efecto del desgaste por el trafico de camiones o aviones o pueden tratarse para crear lo9s efectos arquitectónicos deseados, además el concreto tiene una alta resistencia al fuego y a la penetración del agua.

CONCRETO ARMADO O REFORZADO:

Es aquel que se refuerza con armadura metálica, sobre todo de acero. El acero proporciona la resistencia necesaria cuando la estructura tiene que soportar fuerzas longitudinales elevadas. El acero que se introduce en el hormigón suele ser una maya de alambre o barras si desbastar o trenzadas. El hormigón y el acero forman un conjunto que trasfiere las tensiones entre los dos elementos. El que contiene en su interior una armadura metálica y trabaja también la flexión.

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COMPONENTES DEL CONCRETO

Los componentes principales del concreto son pasta de cemento Pórtland, agua y aire, que pueden entrar de forma natural y dejar unas pequeñas cavidades o se puede introducir artificialmente en forma de burbujas. Los materiales inerte pueden dividirse en dos grupos: materiales finos, como pueden ser la arena, y materiales bastos, que pueden ser como grava, piedra o escoria. En general, se llama materiales finos si sus partículas son menores que 6,4mm y bastos si son mayores, pero según el grosor de la estructura que se va a construir el tamaño de los materiales con partículas pequeñas, de 6,4mm. En la construcción de presas se utiliza piedras de 15 cm. de diámetro o mas. el tamaño de los materiales bastos no deben exceder la quinta parte de la dimensión mas pequeña de la pieza de hormigón que se vaya a construir.

PROPIEDADES DEL CONCRETO

Trabajabilidad:

Es una propiedad importante para muchas aplicaciones del concreto. Aunque la Trabajabilidad resulta difícil de evaluar, en esencia, es la facilidad con la cual pueden mezclarse los ingredientes y la mezcla resultante se puede manejar, transportar y colocar con poca perdida de la homogeneidad.

Resistencia:

La resistencia es una propiedad del concreto que , casi siempre, es motivo de preocupación. Por lo general, se determina por la resistencia final de un espécimen en compresión; pero en ocasiones el criterio es la capacidad de flexión o de tensión. Como el concreto suele aumentar su resistencia en un periodo largo, la resistencia a la compresión a los 28 días es la medida mas común de esta propiedad.

La resistencia a la comprensión del concreto a los 28 días puede calcularse a partir de la resistencia a los 7 días con una formula propuesta por W.A. Slater:

S28 = S7 + 30

En donde S28 =resistencia a la comprensión a los 28 días

S7 =resistencia a los 7 días.

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El concreto puede incrementar en forma significativa su resistencia después de 28 días, particularmente cuando el cemento se mezclo con ceniza fina. Por esto son apropiadas para el diseño las especificaciones sobre resistencia a 56 o 90 días.

La propiedad agua-cemento es la que tiene mayor influencia en la resistencia del concreto; cuando mayor sea esta proporción, menor será la resistencia. En la practica, esa relación es, mas o menos, lineal cuando se expresa en términos de la variable C/W, que es la proporción entre el cemento y el agua por peso. Para una mezcla trabajable, sin el uso de agua reduciendo aditivos.

S28 =2700 C/W – 760

La resistencia puede aumentarse disminuyendo la proporción agua-cemento, utilizando agregados para mayor resistencia, graduando los agregados para producir menor porcentaje de huecos en el concreto, curando el concreto en húmedo después que ha fraguado, añadiendo una puzolana como ceniza ligera, vibrando el concreto en las forma o cimbras y succionando el exceso de agua, del concreto que esta en las formas, con una bomba de vació.

La resistencia a corto tiempo o rápida puede aumentarse con cemento Pórtland tipo III (alta resistencia) y de aditivos acelerados, como el cloruro de calcio y también con el aumento de la temperatura de curado; pero no se afectaran las resistencias a largo tiempo. Los aditivos para aumento de la resistencia, por lo general, producen su función porque reducen los requisitos de agua para la Trabajabilidad deseada.

La resistencia a la tensión:

Es mucho menor este tipo de resistencia a la de compresión, y cualquier que sea el tipo de prueba tiene una correlación definida con . la resistencia al pensión (modulo de ruptura y no resistencia real), determinada en las pruebas de flexión, es de alrededor de 7 para los concretos de alta resistencia y de 10 para los concretos de resistencia.

El modulo de elasticidad:

El modulo de elasticidad EC de uso general en los proyectos de concreto es un modulo secante. En la norma ACI 318 Builing code Requirements, se determina con:

EC = W1,53 En donde w= peso del concreto, en lb/ft3 F´c = resistencia especifica a la compresión a los 28 días, psi para el concreto normal, con w= 145 Ib/ft3 EC= 57000 √ F´c.

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Durabilidad:

La durabilidad es otra importante propiedad del concreto. El concreto debe ser capaz de resistir la intemperie, acción de productos químicos y desgastes, a los cuales estará sometido en el servicio. Gran parte de los daños por intemperie sufridos por el concreto puede atribuirse a los ciclos de congelación y descongelación.

La resistencia del concreto a esos daños puede mejorarse aumentando la impermeabilidad, al dejar pasar 2 a 6% de aire inclusos de aire, o aplicando un revestimiento protector a la superficie.

Los agentes químicos, como acido inorgánicos, ácidos acéticos y carbonilos y los sulfatos de calcio, sodio, magnesio, potasio, aluminio y hierro, desintegran el concreto. Cuando puede ocurrir contacto entre esos agentes y el concreto, se debe proteger el concreto con jun revestimiento resistente.

Para lograr resistencia a los sulfatos, se debe usar cemento Pórtland tipo V. la resistencia al desgaste, por lo general, se logra con un concreto denso, de alta densidad, hecho con agregados duros.

Impermeabilización:

Esta es una propiedad importante del concreto que puede mejorarse, con frecuencia, reduciendo la cantidad de agua en la mezcla. El exceso de agua deja vacíos y cavidades después de la evaporación y, si están interconectados, el agua puede penetrar o atravesar el concreto. La inclusión de aire (burbujas diminutas) así como el curado cuidadoso por tiempo prolongado, suelen aumentar la impermeabilidad.

Cambio en volumen:

Es otra característica del concreto que se debe tener en cuenta. La expansión debido a las reacciones químicas entre los ingredientes del concreto pueden ocasionar pandeo y la contracción al secarse puede ocasionar grietas.

El que un cambio en el volumen dañe el concreto con frecuencia depende en las restricciones presente. Por ejemplo, una loza de pavimento que no pueden deslizarse sobre la rasante mientras se contrae, puede agrietarse. Por tanto siempre se debe tener en cuenta la eliminación de las restricciones o la resistencia a los esfuerzos que pueden causar.

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Escurrimiento plástico:

Es una deformación que ocurre con carga constante durante largo tiempo. La deformación del concreto continuo, pero con una rapidez que disminuye con el tiempo. Es, más o menos proporcional al esfuerzo con cargas de trabajo y aumento cuando se incrementa la proporción agua-cemento; disminuya cuando aumenta la humedad relativa.

Densidad:

La densidad del concreto con arena y agregado normales es de una 145 lb/ft3. Puede ser un poco menor, si el tamaño máximo del agregado grueso es menor de 11/2 in. Puede aumentarse con un agregado más denso; puede disminuirse utilizando un agregado ligero, aumentando el contenido del aire o incorporando un aditivo espumante o de expansión.

VENTAJAS DEL CONCRETO

•Moldeabilidad

•Continuidad de los elementos estructurales

•Alta resistencia al fuego y al clima

•La mayor parte de los materiales constituyentes están disponibles a bajos costos

•Resistencia a la compresión similar a la piedra natural.

•Costo relativamente bajo.

•Alta resistencia frente a la tensión, ductilidad y dureza del acero.

DESVENTAJAS:

•El control de calidad no es tan bueno como para otros materiales de construcciones, porque con frecuencia el concreto se prepara en el sitio en condiciones en donde no hay un responsable absoluto de su producción.

•Otra es que el concreto es un material de relativa fragilidad; su resistencia a la tensión es pequeña comparada con su resistencia a la compresión. No obstante, esta desventaja puede contrarrestarse reforzando o preforjando el concreto con acero.

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DEFINICIÓN DEL ACERO:

El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 3.5% que le otorga mayor resistencia y pureza, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0.2% y el 0.3% para aceros de bajo carbono, que son los utilizados para las construcciones. Porcentajes mayores al 3.5% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser frágiles y no poderse forjar, se moldean. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

ACEROS AL CARBONO:

El acero al carbono, constituye el principal producto de los aceros que se producen, estimando que un 90% de la producción total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono. Estos aceros son también conocidos como aceros de construcción, La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otros elementos necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso.

El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.

ACEROS ALEADOS:

Estos aceros están compuestos por una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos; además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA RESISTENTES:

Es la familia de aceros más reciente de las cinco. Estos aceros son más baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de aleación. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas, con lo que la capacidad de carga es mayor.

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Además, al pesar menos, también se pueden cargar con un mayor peso. También se emplea para la fabricación de estructuras de edificios.

ACEROS INOXIDABLES:

Estos aceros contienen cromo, níquel, y otros elementos de aleación que los mantiene brillantes y resistentes a la oxidación. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas.

Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos o sustitución de huesos porque resiste a la acción de los fluidos corporales.

Además se usa para la fabricación de útiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece alimentos y es fácil de limpiar.

ACEROS DE HERRAMIENTAS:

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleación que le proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

PROPIEDADES DEL ACERO:

4450 kg/cm2 ≤ Límite de fluencia (fy)≤ 5100 kg/cm2

Resistencia a la tracción: σ t≥6450 kg/cm2

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO:

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero

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presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO

Tenacidad:

Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto). El acero es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

Ductilidad:

Es relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 · 10−5 (es decir α = 0,000012).

El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.

Maleable:

Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

Resistencia al desgaste:

Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Maquinabilidad:

Es la facilidad que posee un material que permitir el proceso de mecanizado. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

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Dureza:

La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros.

Conductividad eléctrica:

Posee una alta conductividad eléctrica en las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

PROPIEDADES TÉRMICAS:

Conductividad eléctrica: Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él la corriente eléctrica. Este fenómeno se produce por una diferencia de potencial entre los extremos del metal.

Conductividad térmica: Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica k nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección.

Dilatación: Es el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. No es uniforme ni sigue leyes determinadas.

PROPIEDADES QUÍMICAS.

La actividad química del metal depende de las impurezas que contenga y de la presencia de elementos que reaccionan con estas, dependiendo también en menor medida de la temperatura y zonas de contacto. Distinguimos fundamentalmente dos reacciones: oxidación y corrosión.

Oxidación:

La oxidación se produce cuando se combina el oxigeno del aire y el metal. La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y

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protegiendo a las capas interiores de la llamada oxidación total. El óxido no es destructivo.

Corrosión:

Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto. Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destrucción.

Corrosión general: Cuando es en toda la superficie, se protege con facilidad.

Corrosión intercristalina: Se debe a las impurezas y no se advierte a simple vista.

Corrosión localizada: Se localiza en sitios poco visibles y pasa desapercibida hasta que se rompe la pieza.

CARACTERÍSTICAS DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO

Trabajabilidad: Se pueden cortar y perforar a pesar de que es muy resistente y aun así siguen manteniendo su eficacia.

Soldabilidad: Es un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas

Forjabilidad: Significa que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar cualquier forma deseada

Alta resistencia mecánica: Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución química que tienen los aceros. Por medio de los ensayos de laboratorio se determina la resistencia a tracción y a compresión evaluando su límite elástico y el esfuerzo de rotura.

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

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La construcción en acero abarca un amplio campo de aplicación en puentes, edificios, galpones industriales, torres, grúas, tanques de almacenamiento, obras hidráulicas y portuarias, antenas, estructura de barcos, entre otras.

Comparación de Resistencia en kgf por cm2:

Desarrollo tecnológico

1. Avance del cálculo estructural: teoría de la elasticidad y técnica de las soldaduras

2. Investigación de la resistencia del material a la fatiga

3. Estudio de la dinámica de las construcciones

4. Estudio de las propiedades de los materiales. Desarrollo de aceros inoxidables y aceros a prueba de altas temperaturas

5. Desarrollo de las técnicas de construcción en serie, ingeniería de detalle, seguridad contra-incendio y cálculo de estructuras según los estados límites.

Aplicación

1. Construcción de puentes

2. Construcción de puentes ferrocarrileros y grúas

3. Chimeneas de acero, torres de alta tensión y antenas

4. Construcción de tanques de almacenamiento y reactores

5. Construcción de edificio

Concreto Armado: (sólo compresión)

1. 180 kgf/cm2 – 250 kgf/cm2 (normal)2. 350 kgf/cm2 (Alta Resistencia)3. 600 kgf/cm2 (Concreto especial)

Acero Estructural:

1. 2530 kgf/cm2 (perfiles laminados)2. 3515 kgf/cm2 (ángulos - perfiles CONDUVEN)3. 10.000 kgf/cm2 (Guayas – Cables (Tensores))

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Ventajas: Mayor resistencia unitaria

Miembros más esbeltos

Menor Peso Global

Fundaciones más pequeñas

Amplia gama de secciones disponibles en el mercado

Rapidez de montaje (menor costo por financiamiento – rapidez de entrega)

Puede llegar a tener menor precio total.

Desventajas: Mayor peso por m3 - mayor costo por m3

Sensible a la corrosión (costo de revestimiento y protección)

Alto nivel de detalles en proyecto

Mano de obra especializada

Perfiles en tamaños estándar (problemas con el transporte y los porcentajes de desperdicio)

Requiere mayor planificación de obra.

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ANEXOS