ACERO TRBAJO 2

UNEFAB ACERO ESTRUCTURAL

PROYECTOS DE ACERO VII SEMESTRE ING. CIVIL NOCTURNO UNEFAB

República Bolivariana De Venezuela Ministerio

Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica De Las Fuerzas Armadas Bolivarianas

(UNEFAB) Núcleo De Anzoátegui ² Ext. Puerto Píritu Ambiente Bicentenario 5 De Julio De 1811

ACERO ESTRUCTURAL

PROF.: ING. José González

Bachilleres: Villegas Ruíz Rosa V. C.I: V- 17.433.378 Urbaneja Velásquez Keilin C. C.I: V-18.511.300

VII Semestre Ing. Civil Nocturno

VII SEMESTRE ING. CIVIL NOCTURNO NOC TURNO | PROYECTO DE ACEROS / ACERO ESTRUCTURAL

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ÍNDICE PÁG.

ACERO ESTRUCTURAL: y

Definición ««««««««««««««««««««««««««««..« 7

y

T ipos

De Acero Estructural «««««««««««««««««««««. 7

PROPIEDADES MECANICAS Y QUIMICAS DEL ACERO ESTRUCTURAL: y

Propiedades Mecánicas ««««..«««««««««««««««««« 11

y

Propiedades Químicas «««««..«««««««««««««««««. 12

LA INDUSTRIA DEL ACERO Y SU APLICACIÓN EN LAS ESTRUCTURAS METALICAS: y

El acero en la construcción ««««««.««««««««««««««. 14

y

Ventajas del uso del acero «««««««««««««««..«««««.. 15

y

Desventajas del uso del acero «««««««««««««««««««.. 16

PROBLEMAS ESPECIALES DE LAS ESTRUCTURAS METALICAS: y

Miembros

y estructuras «««««««««««««««««««««.... 17

y

Conexiones y estabilidad ««««««««««««««««««««..«. 18

VII SEMESTRE ING. CIVIL NOCTURNO | PROYECTO DE ACEROS / ACERO ESTRUCTURAL

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CONCLUSIÓN ««««««««««««««««««««««««««. 20 BIBLIOGRAFÍA «««««««««««««««««««««««««« 21 ANEXOS.

y

y

T ablas

Según Normas ASTM 36/A ««««««««««««««««. 23

Primeras Grandes Obras Con Acero. ««««««««««..««««« 25


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INTRODUCCIÓN

El material recopilado en la siguiente investigación esta basado en el acero estructural, en sus propiedades como material constructivo y aspectos mas resaltantes sobre este material en el ámbito de la construcción civil.

El acero proviene de la aleación del hierro con otros materiales los cuales le dan sus cualidades físicas propias. Estas cualidades de los

aceros y su

comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, y sus propiedades físicas son 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 completo compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita. VII SEMESTRE ING. CIVIL NOCTURNO | PROYECTO DE ACEROS / ACERO ESTRUCTURAL

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Entre las ventajas del acero se encuentran ductibilidad, tenacidad alta resistencia, rapidez de montaje del material, facilidad para laminarse y entre sus principales desventajas se encuentra la corrosión y su suceptibilidad al pandeo.

El acero es empleado en todo tipo de construcción, desde clavos para obras de madera hasta barras de refuerzo para estructuras de concreto armado. Particularmente el acero estructural corresponde al empleo de perfiles laminados.

El diseño de estructuras de acero implica la selección de perfiles estándar laminados en caliente, esta es la forma mas empleada del acero estructural. Adicionalmente, cuando la disponibilidad del tamaño necesario para el diseño no es posible, se fabrican perfiles a partir de láminas de acero, soldadas o apernadas.


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ACERO

ESTRUCTURAL

El acero estructural se define como el producto resultante de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas.

La aleación se realiza con un porcentaje de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fósforo, azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie.



TIPOS DE ACERO ESTRUCTURAL:

Debido a que el acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio importante de sus propiedades físicas, La industria de la construcción ha desarrollado diferentes formas de secciones y tipos de acero que se adaptan más eficientemente a las necesidades de la construcción.


7

Las aplicaciones comunes del acero estructural en la construcción incluyen perfiles estructurales de secciones: I, H, L,

T ,

usadas en edificios e

instalaciones para industrias; cables para puentes colgantes, atirantados y concreto preesforzado; varillas y mallas electrosoldadas para el concreto reforzado; láminas plegadas usadas para techos y pisos.

(Secciones comerciales del acero estructural)


8

El acero estructural según su forma se clasifica en: y

Perfiles Estructurales: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T , canal o ángulo.

y

Barras: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños.

y

Planchas: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente

y

Aceros para Hormigón (Acero de refuerzo para armaduras): 

Barras corrugadas.



Alambrón



Alambres trefilados ( lisos y corrugados)

 Mallas

electro soldables de acero ² Mallazo.



Armaduras básicas en celosía.



Alambres, torzales y cordones para hormigón pretensado.



Armaduras pasivas de acero Redondo liso para Hormigón Armado.



Aceros para estructuras en zonas de alto riesgo sísmico.


9

Para estructuras de hormigón se utilizan barras lisas y corrugadas, con diámetros que oscilan entre los 6mm y los 40mm, aunque lo común en una armadura de hormigón es que difícilmente superen los 32mm. Además el acero de refuerzo se utiliza en las mallas electro soldadas o mallazo constituidos por alambres de diámetros entre 4mm a 12mm.

Según ASTM (sociedad americana para las pruebas de materiales) el acero estructural se clasifica:

y

Acero ASTM A - 36 (NTC 1920): Es un acero estructural al carbono, utilizado en construcción de estructuras metálicas, puentes, torres de energía,

torres

para

comunicación

y

edificaciones

remachadas,

atornilladas o soldadas, herrajes eléctricos y señalización.

y

Acero ASTM A - 572 (NTC 1985): Es un acero de calidad estructural de alta resistencia y baja aleación Es empleado en la construcción de estructuras

metálicas,

comunicación,

herrajes

puentes,

torres

eléctricos,

de

energía,

señalización

y

torres

para

edificaciones

remachadas, atornilladas o soldadas.

y

Acero ASTM A - 242 (NTC 1950): Es un acero de alta resistencia y baja aleación

(HSLA),

para

construcciones

soldadas,

remachadas

o

atornilladas, aplicado principalmente para estructuras.


10

PROPIED ADES

MECÁNICAS Y QUÍMICAS DEL ACERO ESTRUCTURAL



PROPIEDADES MECÁNICAS.

Las propiedades mecánicas de un material esta referido al reflejo de la relación entre la respuesta o deformación ante una fuerza aplicada, debido que en ámbito de la construcción, muchos materiales cuando están en servicio están sujetos a fuerzas o cargas.

La descripción mas completa de las propiedades mecánicas de los aceros (propiedades utilizadas en el diseño estructural) se la realiza mediante una curva de esfuerzo ² deformación, bajo cargas de tracción, las mismas que varían dependiendo de la composición química del material y su proceso de fabricación.

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.

y

Su densidad media es de 7.850 Kg m-3. .


11

y

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510 °C, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1375 °C (2500 °F).

y

Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 °C (5400 °F).

Es fundamental señalar que Las tolerancia, dimensiones de los aceros para la construcción se encuentran estandarizados en la norma AS TM A 36/ A 36 .94, en donde se encuentran las propiedades mecánicas y químicas según el tipo de acero.



PROPIEDADES QUIMICAS:

En la industria de la construcción podemos apreciar el acero no aleado y el acero aleado, el acero estructural es un acero aleado como se puede mencionar en su definición. Aunque cada compañía tiene su composición exacta para cada tipo de acero ofreciendo catálogos detallados que le ofrecen resistencias determinadas a los ingenieros en un ámbito general las propiedades químicas de estos son: y

Acero No Aleado: 

1.6% c.



baja cantidad de manganeso, silicio, azufre y fósforo



el azufre y fósforo son impurezas. su cantidad ha de ser < 0.05%



manganeso (mn), < 1.6%: le da resistencia y pasa a ser un material dúctil a temperaturas bajas.


12



silicio: mejora la resistencia, cantidad ha de ser < 0.6% porque puede ocurrir la fragilidad (fe3c).

y

Acero Aleado: Unión íntima entre dos o más metales en mezcla homogénea: 

1.6% C,



0.6 % silicio.



1.6 % manganeso, + algún otro elemento, entre los cuales está: EL cobre y el cromo mejoran la corrosión del acero. Un acero con >= 12% Cr, es un acero inoxidable.

Aceros con 12% Cr, y 7% Ni, forman el grupo de acero inoxidable.

LA INDUSTRIA DE ACERO Y APLICACIONES EN LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS VII SEMESTRE ING. CIVIL NOCTURNO | PROYECTO DE ACEROS / ACERO ESTRUCTURAL

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El uso del acero como material para la construcción, así como para la creación de herramientas data desde años muy remotos el hombre con el transcurso del tiempo fue adquiriendo conocimientos sobre las características de este material lo que lo llevo a una evolución constante y a su aplicación en diversos ámbitos, sin embargo en el mundo de la construcción no era muy usado, sus principales funciones eran decorativas y para herramientas.

El acero comienza como elemento estructural en el siglo XVIII; en 1706 se fabrican en Inglaterra las columnas de fundición de hierro para la construcción de la Cámara de los Comunes en Londres y así su aplicación en la construcciones se infunde y amplia cada vez mas, irrumpiendo en el siglo XIX dando nacimiento a una nueva arquitectura, que se rige en protagonista a partir de la Revolución Industrial, llegando a su auge con la producción estandarizada de piezas. Aparece el perfil "doble T " en 1836, reemplazando a la madera y revoluciona la industria de la construcción creando las bases de la fabricación de piezas en serie.

Hoy en día El acero es tal vez el material más ampliamente utilizado en las grandes edificaciones actuales, muy importante en las estructuras por las características antes mencionadas. En la construcción de puentes colgantes, los hilos, las cerchas y vigas que sostienen a estos son hechos de acero, la rapidez de las construcciones lo hace el favorito de la mayoría de las constructoras ya que en cuanto menor tiempo pase para la culminación de un edificio, más rápido se van a lograr ganancias, además en comparación con las construcciones de concreto las de acero son más livianas, ofrecen espacios


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mucho más amplios, es sencillo hacer ventanales panorámicos y edificaciones más altas.

Una de las pocas desventajas del acero en la construcción es que no es muy resistente a la corrosión y al fuego (aunque existen aditivos y recubrimientos especiales para casos de incendio) y requieren de mano de obra calificada. Junto con las estructuras de acero se han desarrollado cerramientos y muros divisorios al igual que entrepisos (la placa de piso de una construcción que separa uno de otro) más livianos y que no requieren de apoyo en grandes dimensiones, fabricados adicionalmente de manera industrializada.



VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:

y

Tiene una gran firmeza: La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las estructura se hallará al mínimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios claros.

y

Semejanza: Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo.

y

Durabilidad: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos indefinidos.


15

y

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.

y

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.



DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:

y

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.

y

Costo de la protección contra el fuego: Aunque algunos miembros estructurales

son

incombustibles,

sus

resistencias

se

reducen

considerablemente durante los incendios.

PATOLOGÍAS

DE LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS


16

El acero es usado desde épocas muy antiguas para la construcción, inicialmente solo decorativo y para herramientas pero con el transcurrir del tiempo el hombre fue trabajando este material y aleándolo con otros, lo fue adaptando según sus necesidades para usarlo cada vez mas hasta la época del desarrollo industrial y las siderúrgicas que este material obtuvo su mayor auge en el mercado y en la actualidad existe gran variedad y diversidad de materiales constructivos de acero.

Las estructuras de acero se caracterizan por su gran tenacidad, es decir, admite cualquier tipo de esfuerzo, y por su ductibilidad, sin embargo, presenta patologías las cuales el ingeniero o constructor debe de tomar en cuenta y tratar de contrarrestar, debido a que el acero presenta debilidad ante el ataque químico ambiental presentando corrosión y deformidad.



MIEMBROS Y ESTRUCTURA:

y

Deformabilidad y dilatación térmica:

Las estructuras metálicas presentan una mayor deformabilidad y dilatación térmica que las admisibles por estructuras de fábrica. Esto explica el hecho de que las primeras lesiones observables aparezcan primero en cerramientos y forjados, y no directamente en la estructura como cabría suponer. La deformabilidad y flexibilidad se expresan en: 

Exceso de flecha



Exceso de vibración



Pandeo de pilares o local de alas comprimidas


17

y

Corrosion:

La corrosión es un proceso que afecta al acero provocando una destrucción o deterioro de sus propiedades debido a una reacción

química o por

consecuencia de una corrosión electroquímica. Experimenta una aceleración en ambientes agresivos como los industriales o marinos. Provoca una disminución progresiva de la sección resistente de los elementos estructurales, llegando incluso a la perforación o rotura por abombamiento de los óxidos. Las zonas donde suele aparecer son: los apoyos, cerramientos exteriores y en forjados sanitarios.



CONEXIONES Y ESTABILIDAD:

y

Fallo de las uniones :

Las uniones constituyen uno de los puntos más delicados a tener en cuenta en la estructura, tanto en el proyecto como durante el proceso de ejecución. Su objetivo es dotar de continuidad a un elemento estructural que no puede construirse de una sola pieza. Son esenciales para dotar de estabilidad y seguridad a la estructura. Los defectos pueden ser según la tipología de la unión los siguientes: 

Roblonado y Atornillado: El problema más importante es la corrosión por aireación diferencial que puede surgir en los encuentros, causando una pérdida de sección útil en los roblones o tornillos. Hay que utilizar aceros de igual composición para evitar problemas de par galvánico. En las


18

articulaciones habrá que emplear aceros de alta resistencia. Y de modo general, los elementos deben someterse a un control exhaustivo de calidad y de su colocación.



Soldadura:

Los

procesos

patológicos

mecánicos

son

consecuencia de una sección de cálculo insuficiente o de una ejecución

no

uniforme.

Las

patologías

químicas

son

causadas por incompatibilidad de aceros o con el material de aportación.



Anclajes: Los procesos patológicos mecánicos conducen a aplastamiento

y

cizalladura

del

elemento

traccionado,

llegando a su rotura. Suele producirse un alargamiento diferido, que habrá que cuantificar en los primeros meses de puesta en funcionamiento. Los procesos de naturaleza química se deben a corrosión por aireación diferencial.

CONCLUSIÓN


19

El acero es un material que resulta de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 mega pascales.

El acero es más o menos un material elástico, responde teóricamente igual a la compresión y a la tensión, sin embargo con bastante fuerza aplicada. Este material se conoce desde hace mucho tiempo sin embargo sus utilidad para el mundo de la construcción era poco predominante, hasta la década del siglo XVIII donde se comenzaron a realizar algunas edificaciones que contenían pocos detalles estructurales con este material, con la revolución industrial el auge de este material fue mucho mayor, llevando el uso del acero a diversos ámbitos de la sociedad entre ellos para la construcción, una de las primeras obras que abrió camino al uso de este material fue la construcción de la torre Eiffel.

El acero posee diversas ventajas como material constructivo entre ella, su alta resistencia, homogeneidad en la calidad y fiabilidad de la misma, soldabilidad, ductilidad, y la rapidez al construir, lo cual deja sus desventajas como la corrosión totalmente a un lado para los ingenieros que hoy en día usan el acero en grandiosas construcciones en sus diversas presentaciones.

BIBLIOGRAFÍA

Ambrose, 1998; Galambos, Lin y Johnston, 1999;

McCormac,

1996


20



PAGINAS WEB CITADAS:

y

Articulo publicado por

ingeniero Andrés Pineda Villavizar pagina:

www.arqhys.com

y

Articulo construye y aprende publicado por el Profesor: Ingeniero Javier Espino

Rodríguez.

Dirección

de

la

pagina:

www.construaprende.com/Apuntes/01/A1pag03.php

y

www.construmatica.com/construpedia/El_Acero_en_Construcci%C3%B3 n_para_el_Desarrollo

y

www.herrera.unt.edu.ar/fauunt/publicaciones/estructuras2/acero/.htm

y

Articulo sobre Patología de la edificación y Estructuras metálicas. texto está disponible bajo la licencia de la pagina:


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ANEXOS



TABLAS SEGÚN NORMAS ASTM 36/A


22


23



PRIMRAS GRANDES OBRAS CON ACERO.


24

Estación Saint Pancras - Londres - Inglaterra W. H. Barlow (1864)


25

Edificio Wainright - St Louis - USA Estudio Sullivan & Adler (1894-96)

Torre Eiffel- parís


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ACERO TRBAJO 2

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