CLASIFICACION DEL ACERO DE REFUERZO El acero usado en las estructuras de concreto pueden ser en forma de varillas o de malla electrosoldada de alambre. Las varillas pueden ser lisas o corrugadas.
Las varillas corrugadas que tienen protuberancias en sus superficies ( patrones difieren según los fabricantes). Esta corrugación aumenta la adherencia entre el concreto y el acero. Las varillas de refuerzo se fabrican con acero de lingotes, de ejes o rieles, sin embargo solo ocasionalmente se laminan usando viejos rieles ferroviarios o ejes de locomotoras. Estos últimos aceros después de haber sido trabajados en frio durante muchos años, no son tan dúctiles como los aceros de lingotes
De acuerdo con su procedencia las varillas se clasifican en tres tipos: Tipo A, Tipo B y Tipo C. Las varillas tipo A se obtienen de trozos de lingotes y pueden ser: LISAS, CORRUGADAS O TORCIDAS EN FRIO Las varillas Tipo B procedentes de rieles, pueden ser: LISAS O CORRUGADAS Las Varillas Tipo C proceden de ejes de acero y ruedas de acero al carbón de locomotoras de FFCC, o de materiales de composición uniforme y de carácter sano y apropiado para refuerzo de concreto, tal como barras y perfiles estructurales. El acero es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables y puede llegar hasta un 2% de carbono.
Pero se le puede añadir otro material para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. La mayoria de los aceros son una mezcla de tres sustancias: Ferrita, que es blanda y dúctil, es un hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. Cementita, es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. Perlita, es una mezcla de ferrita y cementita con una composición especifica. El acero se puede clasificar según se obtenga en estado sólido: en soldado o forjado. En estado liquido, en hierro o acero de fusión y homogéneos. También se clasifican según su composición quimica.
Clasificación de Acero por su composición química: Acero al carbono Se trata del tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro ni carbono. Acero de alto carbono El Acero al carbono que contiene mas de 0.5% de carbono. Acero de bajo carbono Acero al carbono que contiene menos de 0.3% de carbono. Acero de mediano carbono Acero al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono. Acero de aleación Acero que contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar ciertas propiedades del metal. Acero inoxidable Tipo de acero que contiene mas del 15% de cromo y de muestra excelente resistencia a la corrosión.
Clasificación del acero por su contenido de Carbono: Aceros Extra suaves: el contenido de carbono varia entre el 0.1 y el 0.2 % Aceros suaves: El contenido de carbono esta entre el 0.2 y 0.3 % Aceros semisuaves: El contenido de carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 % Aceros semiduros: El carbono esta presente entre 0.4 y 0.5 % Aceros duros: la presencia de carbono varia entre 0.5 y 0.6 % Aceros extraduros: El contenido de carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %
Clasificación por función de uso Acero para la construcción el acero que se emplea en la industria de la construcción. Acero Estructural Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso: Barra de acero liso Barra de acero corrugado.
Barra de acero helicoidal. Se utiliza para la fortificación y el reforzar rocas, taludes y suelos a manera de perno de fijación. Malla de acero electro soldada Perfiles de Acero estructural laminado en caliente
Ángulos de acero estructural en L
Perfiles de acero estructural tubular: a su vez pueden ser en forma rectangular, cuadrados y redondos. Perfiles de acero Liviano Galvanizado: Estos a su vez se clasifican según su uso, para techos, para tabiques, etc.
Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado en una construcción son las siguientes: Ductilidad Maleabilidad Tenacidad Fusibilidad Forjabilidad Facilidad de corte Soldabilidad Oxidabilidad
Ductilidad: Propiedad para soportar grandes deformaciones sin fallar al someterse a grandes esfuerzos de tensión. Tenacidad: Posee resistencia y ductilidad. Es la propiedad que le permite absorber energía en grandes cantidades sin fracturarse. Durabilidad: Con un mantenimiento adecuado su vida útil puede prolongarse casi indefinidamente.
Soldabilidad: Esta propiedad le permite ser unido a otro elemento de su misma especie lo cual representa una gran ventaja como material de construcción. Maleabilidad: capacidad que presenta el material para soportar deformación sin rotura sometido a compresión, caso de forja o laminado.
Elasticidad: capacidad de un material que ha sido deformado para regresar a su estado y tamaño original, cuando cesa la acción que ha producido la deformación. Cuando el material se deforma permanentemente, de tal manera que no pueda regresar a su estado original, se dice que ha pasado su límite elástico.
Dureza: Mide la resistencia a la penetración sobre la superficie de un material, efectuada por otro material. Fragilidad: Lo opuesto a ductilidad. Un material frágil no tiene resistencia a cargas de impacto y se fractura aún en cargas estática sin previo aviso. Tanto la fragilidad como la ductilidad de un material son mediadas arbitrarias, pero puede decirse que un material con un alargamiento mayor de 5% es dúctil y menor de 5% es frágil. Se pueden clasificar los materiales en frágiles y dúctiles, existiendo diferentes grados.
Flexibilidad: Facilidad para ser doblado pero sin recuperar su forma original una vez que termine la carga. Plasticidad: Es la habilidad de un material para adoptar nuevas formas bajo la presión y retener esa nueva forma.
El rango de adaptación puede variar considerablemente de acuerdo con el material y sus condiciones.
Esfuerzo: Fuerza aplicada a un área conocida.
MODULO DE ELASTICIDAD: Representa el grado de rigidez de un material y es el resultado de dividir su esfuerzo unitario entre su deformación unitaria correspondiente.
ACERO DE REFUERZO El acero para refuerzo se utiliza en distintas formas; la mas común es la barra o varilla que se fabrica tanto de acero laminado en caliente como en acero trabajado en frio. En la figura 2.16 y 2.17 se muestran curvas de ambos tipos de acero típicas de barras europeas.
El tipo de acero se caracteriza por el límite o esfuerzo de fluencia. Este límite se aprecia claramente en las curvas esfuerzo – deformación de barras laminadas en caliente como se observa en la figura 2.16.
El acero trabajado en frio no tiene un límite de fluencia bien definido ( fig. 2.17). En este caso el limite de fluencia suele definirse trazando una paralela a la parte recta de la curva esfuerzo - deformación desde un valor de la deformación unitaria de 0.0002; la intersección de esta paralela con la curva define el limite de fluencia.
Las barras laminadas en caliente pueden obtenerse con límites de fluencia desde 2300 hasta 4200 kg/cm2.
El acero trabajado en frio alcanza límites de fluencia de 4000 a 6000 kg/cm2. En la figura 2.18 se representa la grafica esfuerzo - deformación de un acero trabajado en frio, fabricado en México. Los diámetros usuales de las barras producidas en México varían de 1/4” a 1 1/2” (algunos fabricantes han hecho barras corrugadas de 5/16” y 5/32”)
Todas las barras, con excepción del alambrón de ¼” tienen corrugaciones en la superficie para mejorar su adherencia al concreto. En México se cuenta con una variedad relativamente grande de acero de refuerzo. La tabla 2.1 muestra datos y características principales de barras de refuerzo, a sí como la nomenclatura para identificarlas.
La superficie de las varillas utilizadas en la construcción es corrugada (rebordes) que mejoran la adherencia a los materiales aglomerantes e inhiben el movimiento longitudinal entre la varilla y el concreto. Las corrugaciones deben estar espaciados a lo largo de la varilla a distancias uniformes. Las corrugaciones sobre los lados opuestos de las varillas deben ser similares en tamaño y forma. en la designación de las varillas se indican los siguientes datos para describirlas adecuadamente: Cantidad. Numero y nombre de la norma que se esta usando para
designarlas. Corrugada o lisa Grado Empaque Informe de resultados de prueba, si se requiere.
CORRUGACIÓN El espaciamiento promedio a la distancia entre corrugaciones sobre cada lado de la varilla no debe exceder de siete decimas de su diámetro nominal. El espaciamiento, altura y separación de las corrugaciones deben cumplir con los requisitos especificados en la Tabla No. 4
PRUEBA DE TENSION Para conocer las cargas que pueden soportar los materiales, se efectúan ensayos para medir su comportamiento en distintas situaciones. El ensayo destructivo mas importante es el ensayo de tensión, en donde se coloca una probeta en una maquina de ensayo consistente de dos mordazas, una fija y otra móvil. Se procede a medir la carga mientras se aplica el desplazamiento de la mordaza móvil. Un esquema de la máquina de ensayo de tensión se muestra en la figura 1. La maquina de ensayo impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega una señal que representa la carga aplicada.
La maquina pose un plotter que grafica en un eje el desplazamiento y en otro eje la carga leída.
La curva tiene una primera parte lineal llamada zona elástica, donde la probeta se comporta como un resorte; si se le quita la carga en esa zona, la probeta regresa a su longitud inicial. se tiene entonces que en la zona elástica se cumple: F= K(L - Lo) F= fuerza K= cte del resorte L= longitud bajo carga Lo = longitud inicial Cuando la curva se desvía de la recta inicial, el material alcanza el punto de fluencia; desde aquí el material comienza a adquirir una deformación permanente. A partir de este punto si se quila la carga la probeta quedaría más larga que al principio. Deja de ser valida nuestra formula F=K(L- Lo) Y se define que ha comenzado la zona elástica del ensayo de tensión El valor limite entre la zona elástica y la zona plástica es el punto de fluencia(yield point) y a la fuerza que lo produjo la designamos como:
𝐹 = 𝐹𝑦𝑝 (yield point)
Luego de la fluencia sigue una parte inestable que depende de cada acero, para llegar a un máximo en 𝐹 = 𝐹𝑚𝑎𝑥 ; entre 𝐹 = 𝐹𝑦𝑝 y 𝐹=𝐹𝑚𝑎𝑥 La probeta se alarga en forma permanente y repartida a lo largo de toda su longitud. En 𝐹=𝐹𝑚𝑎𝑥 la probeta muestra su punto débil, concentrando la deformación en una zona en la cual se forma un cuello. La deformación se concentra en la zona del cuello provocando que la carga deje de subir. Al adelgazarse la probeta la carga queda aplicada en menor área provocando la ruptura.
Para expresar la resistencia en términos independientes del tamaño de la probeta, se dividen las cargas entre la sección transversal inicial Ao, obteniéndose: 𝐹𝑦𝑝 Resistencia a la fluencia. 𝜎𝑦𝑝 = 𝐴0
Resistencia a la tensión
𝐹𝑚𝑎𝑥 𝜎𝑢𝑙𝑡 = 𝐴0 En unidades: kg/cm2 ó Mpa ó Ksi Considerando una probeta cilíndrica 𝜋𝑑0 2 𝐴0 = 4
Ambos parámetros son las medidas normalizadas que definen la ductilidad del material; que es la capacidad para fluir; es decir la capacidad para alcanzar grandes deformaciones sin romperse. La fragilidad se define como la negación de la ductilidad; un material poco dúctil es frágil. En la siguiente figura se observan los dos conceptos anteriores El área bajo la curva fuerza desplazamiento (F versus ∆L) representa la energía disipada durante el ensayo, es decir la cantidad de energía que la probeta alcanzo a resistir. A mayor energía, el material es mas tenaz( absorbe mas energía antes de romperse)
A partir de los valores obtenidos en el grafico Fuerza Desplazamiento, se puede obtener la curva Esfuerzo – Deformación (σ – ε). El esfuerzo σ que tiene unidad de fuerza por área, ha sido definido anteriormente, la deformación unidimensional: ε =( L - L0)/L0
