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UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS
DE HIDALGO
FACULTAD DE ARQUITECTURA
TEMA: MATERIALES ELABORADOS | ACEROS Y
PERFILES
ARISBETH PEREZ REYES
AZTLAN ZAMORA ARELLANO
NOVIEMBRE 2016
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ÍNDICE
Generalidades…………………………………………………………………………
Usos y características…………………………………………………………………
Sistemas constructivos…………………..……………………………………………
Aplicación ………………………………….………………………………………….
Normatividad…………………………………………………………………………..
Análisis ………………………………………………………………………………..
Conclusiones ………………………………………………………………………...
Bibliografía………………………………...………………………………………….
3
Generalidades
¿Qué es el acero y los perfiles?
El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono
(alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de
aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con
propósitos determinados. Ya que el acero es básicamente hierro altamente
refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro
(producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.
Un perfil de acero es una "barra", que se utiliza como elemento estructural, como
su nombre lo dice son de acero, puede ser con diferentes tipos de acero para
aumentar su resistencia o disminuir su precio.
¿Cómo se clasifican?
Los aceros se clasifican en: aceros al carbono, aceros de media aleación, aceros
de fácil maquinabilidad o aceros resulfurado, aceros aleados para aplicaciones en
construcciones comunes, aceros inoxidables, aceros de alta resistencia y baja
aleación, aceros para herramientas
Los perfiles se clasifican en:
Perfil HEB, perfil tipo U o Canal, perfil angular o ángulos, tubo de acero circular,
tubo de acero cuadrado sección hueca, placas de acero estructural, perfiles de
Corte
¿Dónde se utilizan y aplican?
Los aceros al carbono
Aceros de muy bajo % de carbono (desde SAE 1005 a 1015) son adecuados para
soldadura y para brazing.
Aceros de bajo % de carbono (desde SAE 1016 a 1030) Son los comúnmente
llamados aceros de cementación. Los calmados se utilizan para forjas.
Aceros de medio % de carbono (desde SAE 1035 a 1053) Son también
ampliamente usados para piezas maquinadas, partiendo de barras laminadas.
Aceros de alto % de carbono (desde SAE 1055 a 1095) Se usan en aplicaciones
en las que es necesario incrementar la resistencia al desgaste y altas durezas que
no pueden lograrse con aceros de menor contenido de C.
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Aceros de media aleación: es posible fabricar piezas de gran espesor, con
resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de
máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad.
Aceros de fácil maquinabilidad o aceros resulfurados: son aceros de alta
maquinabilidad; la presencia de gran cantidad de sulfuros genera viruta pequeña
y, al poseer los sulfuros alta plasticidad, actúan como lubricantes internos. No son
aptos para soldar, tratamientos térmicos, ni forja debido a su bajo punto de fusión.
Aceros aleados para aplicaciones en construcciones comunes: se considera que
un acero es aleado cuando el contenido de un elemento excede uno o más de los
siguientes límites: 1,65% de manganeso 0,60% de silicio 0,60% de cobre o
cuando hay un % especificado de cromo, níquel, molibdeno, aluminio, cobalto,
niobio, titanio, tungsteno, vanadio o zirconio
Aceros inoxidables: es primariamente empleado en partes críticas de maquinaria
sometida a altos - esfuerzos y donde se requiere, además buena resistencia al
calor, corrosión, desgaste abrasivo o erosión.
El Perfil de acero estructural: tamaño, composición, fuerza, almacenamiento,
etc, está regulada en los países más industrializados, sus nombres varían en
américa y europa.
Los tipos de perfiles
1. Perfil HEB:
Es un perfil muy usado en construcción, se utiliza para columnas, pilotes, vigas,
refuerzo y otros usos de gran resistencia.
2. Perfil tipo U o Canal
El perfil tipo U o canal como su nombre lo indica es en forma de canal o C, se
utiliza para vigas y columnas que se unen y sueldan, en usos de rendimiento
medio.
3. Perfil angular o ángulos
Puede ser de lados iguales o desiguales, se utiliza en dinteles, columnas, vigas
de rendimiento, estructuras secundarias.
4. Tubo de Acero circular
La tubería hueca circular de acero se utiliza preferiblemente para columnas.
5. Tubo de acero cuadrado sección hueca
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Estas secciones cuadradas o rectangulares se utilizan con mayor frecuencia
como columnas, pero también puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en
otros usos.
6. Placas de acero estructural
Se trata de piezas planas de acero estructural, cortadas a medida. En general
tienen entre 1/8 ” a 6″ de espesor. Se utiliza en bases de columnas, vigas y
columnas hechas a medida, piezas de conexión (es decir, las placas de
refuerzo, placas de soldadura, etc), así como cualquier otra aplicación donde
donde el tamaño no es estándar y son medidas muy específicas.
7. Perfiles de Corte
Normalmente son las secciones de ala ancha de un perfil HEB o IPE, que se
cortan por la mitad para formar una sección “T”. Se utiliza para dinteles, vigas,
tirantes y columnas.
¿Qué elementos pueden elaborarse con los aceros y los perfiles?
Serie Grupo Propiedades / Aplicaciones
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Aceros finos
de
construcción
general
1. (Finos al
carbono)
2 y 3. (Aleados de
gran resistencia)
4. (Aleados de gran
elasticidad)
5 y 6. (De
cementación)
7. (De nitruración)
Propiedades: Son no aleados. Cuanto
más carbono contienen son más duros
y menos soldables, pero también más
resistentes a los choques. Se incluyen
también aceros con tratamientos
térmicos y mecánicos específicos para
dar resisténcia, elasticidad,
ductabilidad, y dureza superficial.
Aplicaciones: Necesidades generales
de la ingeniería de construcción, tanto
industrial como civil y comunicaciones.
2 1. (De fácil Propiedades: Generalmente son aceros
6
Aceros para
usos
especiales
mecanización)
2. (De fácil
soldadura)
3. (De propiedades
magnéticas)
4. (De dilatación
térmica específica)
5. (Resistentes a la
fluencia)
aleados o tratados térmicamente.
Aplicaciones:
Grupos 1 y 2: Tornillería, tubos y
perfiles.
Grupo 3: Núcleos de transformadores,
motores de bobinado.
Grupo 4: Piezas de unión de materiales
férricos con no férricos sometidos a
temperatura.
Grupo 5: Instalaciones químicas,
refinerias y para altas temperaturas.
3
Aceros
resistentes a
la oxidación
y corrosión
1. (Inoxidables)
2 y 3. (Resistentes
al calor)
Propiedades: Basados en la adición de
cantidades considerables de cromo y
niquel, a los que se suman otros
elementos para otras propiedades más
específicas. Resistentes a ambientes
húmedos, a agentes químicos y a altas
temperaturas.
Aplicaciones:
Grupo 1: Cuchillería, elementos de
máquinas hidráulicas, instalaciones
sanitarias, piezas en contacto con
agentes corrosivos.
Grupos 2 y 3: Piezas de hornos
emparrilados, válculas y elementos de
motores de explosión y, en general,
piezas cometidas a corrosión y
temperatura.
5
Aceros para
1. (Al carbono para
herramientas)
2, 3 y 4. (Aleados
Propiedades: Son aceros aleados con
tratamientos térmicos que les dan
características muy particulares de
7
herramientas para herramientas)
5. (Rápidos)
dureza, tenacidad y resisténcia al
desgaste y a la deformación por calor.
Aplicaciones:
Grupo 1: maquinaria de trabajos ligeros
en general, desde la carpintería y
agrícola, hasta de máquinas
Grupos 2, 3 y 4: Para maquinaria con
trabajos más pesados.
Grupo 5: Para trabajos y operaciones
de debaste y de mecanicación rápida
que no requieran grran precisión.
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Aceros de
moldeo
1. (Al carbono de
moldeo de usos
generales)
3. (De baja
radiación)
4. (de moldeo
inoxidables)
Propiedades: Para verter en moldes de
arena, por lo que requieren cierto
contenido mínimo de carbono que les
dé maleabilidad.
Aplicaciones: Piezas de formas
geométricas complicadas, con
características muy variadas.
Estrictamente hablando no difieren de
los aceros de otras series y grupos
USOS Y CARACTERÍSTICAS:
¿De dónde y cómo se extraen los materiales con los cuales se elaboran los
elementos de acero en la construcción?
El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono (siempre
menor al 1,76%).
El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación que se
denomina afino, uno de los métodos más empleados para realizar el afino es el
sistema de inyección de oxígeno (LD).
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¿Qué metemos en el convertidor?:
a) Arrabio: Nada más sacarlo del alto horno (antes de que se enfríe) ya se mete en
el convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbón e impurezas.
b) Chatarra de hierro: Procedente de coches, electrodomésticos,...
c) Fundente: Recordamos que es carbonato cálcico y que lo empleamos como
detergente para eliminar las impurezas.
d) Oxigeno: Se inyecta a presión en el centro del convertidor a través de tubo con
forma de lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbón que no se había
quemado en el alto horno.
¿Que obtenemos del convertidor?:
a) Escorias: El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar formando la
escoria.
b) Acero: En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el carbón que no
se ha quemado.
Finalmente inicia el proceso de colada, para ello inclinamos parcialmente el
convertidor para que caiga solo la escoria (como cuando tratamos de eliminar solo
la nata que queda encima de un vaso de leche). Una vez eliminada la escoria se
vuelca totalmente el convertidor para que caiga el acero dentro de los moldes que
tendrán la forma de las piezas que queremos obtener
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¿Dónde están localizadas las tiendas más grandes de venta de acero en Morelia?
(incluir croquis de localización)
Periférico Paseo de la República 3025, Lago 1, Morelia
Av. Flor De Durazno 4297 Morelia
¿Cuáles son los tipos más comunes de aceros que encontramos en las tiendas de
materiales de Morelia?
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Ptr ¼ $191.50
Prt ½ $236
Prt 2 $ 314.5
Ptr 2 ½ $4.26
Tubo negro:
2/30 $432
1 ½ $305
1 ¼ $258
¿Cuál es la resistencia del acero estructural?
¿Qué importancia tienen en los aceros en la construcción?
Actualmente el uso del acero se asocia a edificios con características singulares
ya sea por su diseño como por la magnitud de luces a cubrir, de altura o en
construcciones deportivas (estadios) o plantas industriales además de las ventajas
que tiene como la resistencia, uniformidad, elasticidad, etc.
SISTEMAS CONSTRUCTIVOS
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¿En qué sistemas constructivos se utilizan aceros estructurales, perfiles de
acero y perfiles?
El uso del acero se multiplicó gracias al avance de la metalurgia y a la soldadura
eléctrica. 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, aunque el desarrollo de la técnica del hormigón
armado lo ha limitado.
EL ACERO ESTRUCTURAL.
El acero está compuesto por hierro puro + metaloides (C, S, P, Si) + metales
variables (Mn, Cr, Ni, ...). Éstos últimos son los que le dan sus grandes
propiedades. La cantidad de carbono debe ser superior al 0.03 %, pero menor de
2 %. Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono, en las que la proporción de
carbono es superior al 2 % 4
El acero más empleado en la construcción es el laminado.
Tipos de aceros para estructuras.
Aceros laminados en caliente.
Se entiende por tales los aceros no aleados, sin características especiales de
resistencia mecánica ni resistencia a la corrosión, y con una microestructura
normal.
Aceros con características especiales: aceros normalizados (N). Alta soldabilidad y
alta resiliencia. b. aceros de laminado termomecánico (M). Alta soldabilidad y alta
resiliencia. c. aceros con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (aceros
autopatinables) (W). Son aceros aleados con cobre que al ser expuestos a la
acción atmosférica forman en la superficie una película fina de óxido altamente
adherente que impide la penetración de la corrosión. d. aceros templados y
revenidos (Q). Elevado límite elástico. e. aceros con resistencia mejorada a la
deformación en la dirección perpendicular a la superficie del producto (Z). Mejora
el comportamiento frente al desgarro laminar. - Aceros conformados en frío (H). Se
entiende por tales los aceros cuyo proceso de fabricación consiste en un
conformado en frío, que les confiere unas características específicas desde los
puntos de vista de la sección y la resistencia mecánica. Necesariamente los
espesores serán reducidos. Los tipos de acero más comunes son: S235, S275,
S355 y S450, siendo sus posibles grados: JR, J0, J2 y K2, donde el número
significa el límite elástico en Mpa (N/mm2 ) y el grado indica la resiliencia exigida.
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Los perfiles presentan una gran variedad de geometrías y dimensiones según las
necesidades del diseño. Los espesores de estos perfiles varían entre 1.2 mm
hasta 3.0 mm, y las alturas entre 100 mm y 355 mm. Los perfiles formados en frío
son complemento ideal en edificaciones de gran altura como estructura secundaria
(viguetas), vinculándose a la estructura de concreto o acero y sirviendo de soporte
a las placas de entrepiso (Metaldeck u otros sistemas).
¿Cómo pueden anclarse los elementos de acero entre sí, (columnas, trabes,
armaduras)?
Procedimiento constructivo para unión de elementos de acero de refuerzo
cubiertos por concreto 1.- Hacer la armadura según detalle en los planos. 2.-
Colocar la armadura amarrándola a la parrilla de la zapata o de la cimentación. 3.-
Colocar los separadores de concreto de acuerdo al recubrimiento especificado. 4.-
Colocar la cimbra de la columna. 5.- Vaciar el concreto, vibrándolo. 6.-
Desenmoldado. Quitar cimbra.
Uniones en una estructura metálica.
Las uniones en una estructura metálica se hace mediante: a) pernos y remaches.
Se usan en uniones o conexiones para armados y estructuras, por lo general
combinados con elementos estructurales, placas y ángulos. Las secciones y los
perfiles se producen en forma comercial. b) remaches y ángulos. c) remaches
ángulos y placas d) soldadura. Es de dos tipos: a) de arco eléctrico b) autógena
(gas).
¿Qué maquinaria y herramienta se utiliza para armar las estructuras de
acero, y los refuerzos de acero en elementos de concreto
Cizalla para cortar las varillas, pinzas mecánicas, amarrador para amarrar las
varillas y el alambre, doblador de varillas que puede ser casero, arco segueta,
flexómetro, martillo, grifa para doblar la varilla.
APLICACIÓN
¿Qué elementos para las casas se pueden fabricar con aceros y perfiles?
Es fundamental para formar el armazón de los edificios, además es utilizado como
revestimiento en fachadas y techo para armar el hormigón, reforzar los cimientos.
Fabricación de herramientas, utensilios, equipos mecánicos, partes de
electrodomésticos y maquinas industriales.
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Chapas: producto laminado plano de ancho superior a 600 mm y espesor variable. Se usan
para construir elementos estructurales tales como vigas o soportes armados de grandes
dimensiones, puentes, depósitos o presillas, cartelas, rigidizadores.
- Perfiles huecos: sección circular, cuadrada, rectangular o elíptica.
Barras: pueden ser perfiles L, U, C, Z, Omega, tubos abiertos y tubos cerrados huecos
(circulares, cuadrados, rectangulares y elípticos). Los perfiles abiertos se suelen usar como
piezas flectadas y los cerrados como comprimidas.
Paneles: se usan en cubiertas, soportes de piso (junto a una base de hormigón, trabajando
como elemento resistente o sólo como encofrado perdido) y elementos de pared. Se
suelen fabricar con chapa galvanizada, pueden ir pintados y se recubren con aislamiento
térmico y acústico
Otros productos:
• Piezas moldeadas para apoyos.
• Raíles.
• Apoyos elastoméricos.
• Cables (puentes atirantados y colgantes, cubiertas de grandes luces, ...).
• Elementos de unión: en frío (tornillos y pernos) y en caliente (remaches y soldadura). Los
tornillos más comunes son los de las clases indicados en la Tabla 2. Tornillos especiales
son los de cabeza avellanada, los calibrados y los de inyección. El empleo de roblones
como medio de unión ha caído totalmente en desuso.
¿Qué función tienen los aceros y perfiles en la construcción?
Las estructuras metálicas poseen una gran capacidad resistente por el empleo de
acero. Esto le confiere la posibilidad de lograr soluciones de gran envergadura,
como cubrir grandes luces, cargas importantes.
Al ser sus piezas prefabricadas, y con medios de unión de gran flexibilidad, se
acortan los plazos de obras significativamente.
¿Qué requisitos deben cumplir para poder ser utilizados?
Análisis de producto.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura, en probetas.
Prueba de impacto tipo Charpy con ranura en "V".
Prueba de caída de masa.
Examen con ultrasonido.
Prueba de doblado.
Medición de la reducción de área.
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NORMATIVIDAD
¿Qué organismos se encargan de normalizar este producto en México?
Organismo Nacional de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación (ONNCCE)
¿Qué organismos se encargan de normalizar este producto en Eu?
El Instituto Nacional Americano de Estándares (ANSI, por sus siglas en
inglés: American National Standards Institute) es una organización sin fines de
lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios,
procesos y sistemas en los Estados Unidos.
¿Cuáles son las normas oficiales mexicanas que aplican para este material?
NORMA OFICIAL MEXICANA: NOM-B-282-1988
1.- OBJETIVO Y CAMPO DE APLICACIÓN.
1.1 Esta Norma Oficial Mexicana establece los requisitos que deben cumplir los perfiles, las planchas y las barras de acero estructural de baja aleación y alta resistencia, para usarse en construcciones soldadas, atornilladas o remachadas, como miembros estructurales en donde es importante el ahorro en masa y la durabilidad. Estos aceros tienen una resistencia a la corrosión atmosférica, aproximadamente, del doble de los aceros estructurales al carbono con cobre (ver nota 1). Esta norma cubre material con espesor hasta 100 mm.
NOTA 1.- Dos veces un acero estructural al carbono con cobre, es equivalente a cuatro veces el de un acero estructural al carbono sin cobre (cobre 0.02 máx.).
1.2 Cuando se va a soldar el acero, debe emplearse un procedimiento de soldadura adecuado para el grado de acero y el uso o servicio a que se destine.
¿Cuáles pruebas se deben realizar a los agregados, en los laboratorios de materiales en México?
4 REQUISITOS SUPLEMENTARIOS.
4.1 Los requisitos suplementarios que se consideran adecuados para usarse junto con esta norma, y que a opción del comprador pueden solicitarse, son:
4.1.1 Análisis de producto.
4.1.2 Tratamiento térmico posterior a la soldadura, en probetas.
4.1.3 Prueba de impacto tipo Charpy con ranura en "V".
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4.1.4 Prueba de caída de masa.
4.1.5 Examen con ultrasonido.
4.1.6 Prueba de doblado.
4.1.7 Medición de la reducción de área.
ANÁLISIS:
Realizar una comparativa entre los sistemas constructivos hechos con acero
y con respecto al de concreto (tiempos, costos, facilidad de construcción,
resistencia).
INCONVENIENTES DE LAS CONSTRUCCIONES METÁLICAS:
- Mayor coste que las de hormigón. El precio de un hormigón HA 25 de central
está en torno a 60 €/m3
, y el de un acero laminado (S 275) de un perfil
normalizado es de unos 0.60 €/kg.
- Sensibilidad ante la corrosión (galvanizado, autopatinado, ...).
- Sensibilidad frente al fuego. Las características mecánicas de un acero
disminuyen rápidamente con la temperatura, por lo que las estructuras metálicas
deben protegerse del fuego.
- Inestabilidad. Debido a su gran ligereza, un gran número de accidentes se han
producido por inestabilidad local, sin haberse agotado la capacidad resistente. Si
se coloca el arriostramiento debido (que suele ser bastante barato) son estables.
• VENTAJAS DEL HORMIGÓN:
- Menor coste.
- Posibilidad de adaptación a formas variadas.
- Excelente resistencia a compresión.
- Mayor peso propio, lo que es una ventaja cuando facilita la estabilidad
estructural (cimentaciones o muros).
- Su solidez, debido a las generosas dimensiones que exigen sus aplicaciones.
- Estabilidad frente a ataques químicos.
INCONVENIENTES DEL HORMIGÓN:
- Incapacidad de resistir tracciones.
- Peso y dimensiones.
- Mal acabado superficial.
- Dificultades y costo de demolición.
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¿Cuáles son los precios actuales de este material y los tipos más comunes
en Morelia? (investigación en tienda de venta de estos productos).
Ptr ¼ $191.50
Prt ½ $236
Prt 2 $ 314.5
Ptr 2 ½ $4.26
Tubo negro:
2/30 $432
1 ½ $305
1 ¼ $258
*Precios de “Grupo Aceros Monterrey
Investigar el costo de la mano de obra para colocación.
-Pendiente-
¿Qué impacto ecológico tiene la extracción del material en la región donde
se hace?
La extracción de minerales, requiere la deforestación de las áreas donde se encuentra el mineral, la necesidad creciente de energía ha hecho que se deforesten extensas zonas trayendo graves consecuencias al medio ambiente. Entre las consecuencias más graves tenemos: la contaminación del aire, aguas y el suelo por las máquinas y técnicas empleadas para la extracción. La minería contribuye a la contaminación del aire mediante los gases tóxicos generados por las máquinas excavadoras.
CONCLUSIÓN
VENTAJAS DEL ACERO
Alta resistencia mecánica y reducido peso propio: las secciones resistentes
Necesarias son reducidas, por lo que los elementos estructurales suelen ser
ligeros. Este hecho hace a las estructuras metálicas insustituibles en aquellos
Casos en que el peso de la estructura es una parte sustancial de la carga total,
Como naves industriales, puentes de grandes luces, voladizos de cubiertas...
- Facilidad de montaje y transporte debido a su ligereza.
- Rapidez de ejecución, se elimina el tiempo necesario para el fraguado,
Colocación de encofrados... que exigen las estructuras de hormigón.
- Facilidad de refuerzos y/o reformas sobre la estructura ya construida.
- Ausencia de deformaciones diferidas en el acero estructural.
- Valor residual alto como chatarra.
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- Ventajas de la prefabricación, los elementos se pueden fabricar en taller y unir
Posteriormente en obra de forma sencilla (tornillos o soldadura).
- Buena resistencia al choque y solicitaciones dinámicas como los seísmos.
- Las estructuras metálicas de edificios ocupan menos espacio en planta
(Estructuralmente) que las de hormigón, con lo que la superficie habitable es
Mayor.
- El material es homogéneo y de calidad controlada (alta fiabilidad).
Beneficio económico que representa la el acero:
Un ejemplo de esto se observa en los tiempos de ejecución, que se reducen en un 40 por ciento, algo que repercute en la ocupación inmóvil y el retorno de capital invertido. El menor peso de una estructura de acero comparada con una de hormigón también hace su aporte a la reducción de costos: en este caso es del 30 por ciento. Resistencia de los materiales En la industria química y petroquímica, los aceros inoxidables ofrecen elevada resistencia a la corrosión y excelentes propiedades mecánicas así como un bajo costo de mantenimiento. Los aceros inoxidables son más resistentes a la corrosión y a las manchas de los que son los aceros al carbono y de baja aleación. Este tipo de resistencia superior a la corrosión se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y carbono. Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.
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