El acero en la construccion

El hierro y sus aleaciones fue el primer metal que se usó industrialmente en la práctica para las estructuras sustentantes. Su llegada al campo estructural es bastante reciente porque el fatigoso trabajo necesario para producir el hierro soldable por fusión limitó su uso durante siglos a los productos de mayor precio y necesidad: las armas y los aperos agrícolas.

Poco a poco se fue introduciendo como material de construcción, primero con elementos de fundición y finalmente con los redondos y elementos tubulares que facilitan la esbeltez de las modernas estructuras metálicas.

Ensayos de las propiedades mecanicas

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

Propiedades De Tensión

Existen protocolos de pruebas para establecer las propiedades mecánicas del material: límite de fluencia, resistencia a la tensión y resistencia última. Los detalles de estas pruebas están en la ASTM, principalmente.

La prueba más común para la fluencia, resistencia a la tensión y las propiedades de deformación del acero se conoce como tracción uniaxial. Se supone que las propiedades de tracción son las mismas que las de compresión. Anteriormente, la muestra para la tensión se tomaba del alma del perfil de ala ancha, orientado en la dirección longitudinal. Esto cambió en 1997, de manera que las muestras ahora se toman de los patines de los perfiles que tienen un ancho mayor a 6 pulgadas (152 mm).

La razón era que debido al espesor, el material del patín presenta un esfuerzo menor a la fluencia que el de la prueba tomada del alma. Además, los patines proporcionan un gran porcentaje de la carga axial y sobre todo la resistencia de los momentos de flexión de perfiles W. Las propiedades de los patines son por lo tanto más representativas en el acero para fines más estructurales. Las muestras para la prueba de tensión, obtenidas con orientación transversal del espesor del patín pueden dar determinadas propiedades del acero.

Estos resultados difieren de la fluencia y los valores de resistencia a la tracción obtenida con una muestra longitudinal. Estudios recientes han demostrado que el esfuerzo de fluencia es ligeramente inferior al mínimo especificado y significativamente menor que la tensión de fluencia uniaxial en la dirección longitudinal del patín. Sin embargo, el patín no falla en la dirección del espesor en las pruebas físicas. Esto se atribuye al aumento de la resistencia causada por las restricciones tridimensionales en las conexiones de la estructura.

Puesto que el acero no es homogéneo ni isótropo, las propiedades varían de una muestra a otra. Las

muestras tomadas de diferentes lugares de la sección transversal, a lo largo del perfil y con variaciones de

temperatura, darán como resultado valores diferentes. Esto es normal y esperado. La variabilidad

se ha tenido en cuenta en los criterios de diseño LRFD.

Las propiedades más importantes de la prueba de tensión son el esfuerzo de fluencia F

Y , la resistencia a la tracción última Fu, las tensiones en la ruptura y la deformación

unitaria y la deformación total,(eu reducción del área, y la relación Fy y e.

La reducción del área es una medida efectiva, tanto para la deformación total como para la

ruptura, y se considera real, porque refleja la deformabilidad volumétrica. Todas estas

propiedades se basan en la prueba común de tensión. Sin embargo, la reducción del área,

no se puede determinar adecuadamente sin muestras con sección circular, y por lo tanto,

no se informa en el Certificado de Resultado de Pruebas (CMTR). El CMTR tampoco

proporciona los datos de deformación unitaria, ya que generalmente no hay criterios

aceptables para la prueba. La curva de esfuerzo-deformación para el acero difiere significativamente entre aceros templados (carbono-manganeso) y los aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).

Ensayo de tensión en barras de acero para refuerzo

Según las normas, para este ensayo se sigue el siguiente procedimiento, donde se usa una barra corrugada de acero de un metro de longitud, por cada 10 toneladas métricas o fracción de la producción. Las barras de acero son empleadas como refuerzo en el hormigón armado clasificando las barras en grados estructurales de acuerdo al límite de fluencia, esfuerzo máximo y las especificaciones de dicha norma (Morales, 2006:23).

Para realizar el ensayo de tensión de barras de acero para refuerzo se necesita maquinaria, equipo y materiales específicos (Morales, 2006:23):

Cinta métrica graduada en milímetros

Vernier o calibrador digital

Balanza con capacidad de 20 kg y aproximación de ± 0,5 gr

Punzón de 2” (aproximadamente 5 cm)

Martillo

Pinzas para elongación de 5% y 20%

Máquina Universal con sistema para ensayo de tensión de barras de

Acero.

Maquina Universal del CII para ensayo de Tracción.

Propiedades De Dureza

Entre más dúctil es el acero, mayor es su tenacidad. La prueba más comúnmente utilizada para obtener la tenacidad o dureza es la prueba Charpy V o prueba de impacto CVN. Se utiliza una muestra de 10x10x55 mm con un corte mecanizado a la geometría de la muestra. La energía necesaria para romper la muestra se registra como el valor de CVN.

Esta es una medida de la durezadel acero, aunque no refleja las condiciones reales físicas. Sin embargo, se permite una comparación de diferentes aceros, y es una medida de la resistencia a la propagación de grietas.La temperatura de la prueba es importante para la resistencia.

Específicamente, la dureza disminuye a temperaturas más bajas, lo que significa que el acero tiende a ser frágil en esas condiciones. Una serie de pruebas se realizan para desarrollar la curva de la temperatura de transición de frágil a dúctil. Esto se utiliza para establecer los rangos de ductilidad (corte completo) y fragilidad (muesca) de la fractura. Los datos de transición son especialmente importantes si el acero se utiliza para las estructuras expuestas en climas de baja temperatura.

Generalidades de las propiedades del acero para refuerzo

En las construcciones, la ductilidad del acero (generada por medio de la formación de articulaciones plásticas) es necesaria para disipar la energía que se produce durante un sismo, por ello se requiere que dicho acero cumpla con los estándares de manufactura dados por los códigos de manufactura industrial de los mismos.

De acuerdo con Nawy (1988:62), el acero para refuerzo es el componente que en construcción trabaja a tensión en el concreto reforzado, esto se debe a que el concreto es fuerte en compresión, pero débil en tensión.

Algunas veces se utiliza refuerzo adicional de acero para fortalecer la zona de compresión de las secciones de las vigas de concreto. Este acero es indispensable para construcciones que soportarán cargas grandes, a fin de reducir las deformaciones a largo tiempo.

Propiedades físicas y químicas del acero para refuerzo

Según Nilson (2004:51), para lograr una acción efectiva del refuerzo es esencial que el acero y el concreto se deformen en forma conjunta, es decir, es necesario que haya una adherencia suficientemente fuerte entre los dos materiales para asegurar que no ocurrirán movimientos relativos entre las barras de acero para refuerzo y el concreto circundante. Esta unión se produce por la fuerte adhesión química que se desarrolla en la interfase acero–concreto, dada por la rugosidad natural de la superficie de las barras para refuerzo laminadas en caliente y por los resaltes superficiales que se forman en las barras para refuerzo (barras corrugadas) con el fin de proveer un alto grado de trenzado entre los materiales.

Los tipos más comunes de barras de acero para refuerzo están determinados por el diámetro de las mismas y normas de la ASTM y la COGUANOR.

En Guatemala, según estas normas, las barras deben cumplir con requisitos de corrugación y con sus diámetros en pulgadas (Figura 2), los cuales oscilan entre 3/8 de pulgada (denominadas barras No. 3) hasta 1 3/8 de pulgada (barras No. 11), 1 ¾ de pulgada (barras No. 14) y 2 1/8 de pulgada(barras No. 18).

Tipos de Acero

Las características de resistencia y demás propiedades del acero y de los elementos para aleación dan como resultado diferentes tipos de acero que son usados en la industria y en la construcción. En general, se puede decir que los aceros se pueden clasificar en aceros forjados, aceros estructurales que incluye tres grados, según el límite de fluencia mínimo), aceros al carbón ordinarios y otros productos ferrosos, así como semi-productos, hierros elaborados, perfiles laminados y cables (Hornbostel, 2002:68).

Identificación de las marcas en las barras para

Es importante que los trabajadores que manipulan las barras de acero para refuerzo (en fábrica, al transportar y en obra) puedan ser capaces de identificar de un vistazo las dimensiones y grados de las barras. En caso que no sean capaces de hacerlo, por equivocación pueden utilizar barras más pequeñas y/o de menor grado que aquéllas que el diseñador señaló originalmente.

Para prevenir tales errores, las barras tienen marcas de identificación impresas en su superficie. Según las normas de la ASTM y la COGUANOR, cada barra deberá ser marcada por el fabricante por lo

menos a cada metro de longitud de la misma en relieve o en otra forma clara e indeleble. Se puede utilizar una marca convencional común cuyo significado sea de conocimiento público y esté reconocida y autorizada por la entidad competente.

Las marcas describen la letra o símbolo del fabricante, el número con la designación o diámetro nominal de la barra y el grado y clase de barra.

Marcaje según aceros de Guatemala

Marcaje según aceros Suarez

Fuente ASSA

Normativas aplicadas a la fabricación de barras de acero para

refuerzo según CONGUANOR

Acero Corrugado

El acero corrugado o varilla corrugada es una clase de acero laminado diseñado especialmente para construir elementos estructurales de hormigón armado. Se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón, y poseen una gran ductilidad, la cual permite que las barras se puedan cortar y doblar con mayor facilidad.

Se llama armadura a un conjunto de barras de acero corrugado que forman un conjunto funcionalmente homogéneo, es decir, que trabajan conjuntamente para resistir cierto tipo de esfuerzo en combinación con el hormigón. Las armaduras también pueden cumplir una función de montaje o constructiva, y también se utilizan para evitar la fisuración del hormigón.

Para referirse al conjunto, no necesariamente formando armadura, se utiliza el término ferralla.

Varilla de Acero Corrugado AG

La Varilla de Acero Corrugado es fabricada en Grado 40 y Grado 60, bajo especificaciones de las normas de calidad internacional, ASTM A-615/A 615M – 08ª y COGUANOR NGO 36 011-2005.

Estas normas exigen características físicas especiales como: grado, peso, diámetro, área, espaciamiento de la corruga, ancho del ribete, altura de la corruga, entre otras. Se fabrica en longitudes de 6, 9 y 12 metros con corruga en forma de “X” o “V”.

Para la Corporación Aceros de Guatemala  la calidad es indispensable es por eso que cuenta con una máquina universal de fabricación americana marca SATEC, para el control de calidad de la varilla corrugada producida en las diferentes plantas de laminación, donde se emite por cada 25 TM producidas, los informes de calidad demuestran que cumplimos con las normas.

A continuación las especificaciones básicas de los diferentes tipos de varilla corrugada AG:

Diferencias entre acero Nacional e Importado

Nacional Importado Mayor contenido de

carbono. Mayor tensión. Menor elongación.

Menor contenido de carbono.

Menor tensión. Mayor Elongación.

TENSIÓN

El modelo atómico de las secciones transversales, resulta muy adecuado para entender en detalle el comportamiento de un sólido ideal. Pero los materiales reales distan mucho de esta definición, de hecho hay una gran asimetría entre lo ideal y la realidad .

A fin de salvar esta dificultad, podemos pensar en un modelo más “macro”.

Si dividimos a cada sección transversal en un número finito “N” de secciones unitarias elementales, podíamos decir que al aplicar la fuerza P, sobre cada sección unitaria elemental actúa una fuerza Fi .

Así entonces diremos que P= 

, donde Fi nos indica la fuerza en Kg que le toca soportar a cada elemento unitario de superficie.

El número de secciones elementales unitarias se puede calcular fácilmente dividiendo el área de la sección transversal por el área unitaria : 

(siendo : S = N . Si ) .

Dado de P= N. Fi y S=N . Si , si dividimos miembro a miembro ambas expresiones, obtendremos : P/S = Fi/Si , pero como Si= 1, entonces : P/S = Fi

En adelante a esta fuerza por unidad de longitud, se la designará con la letra sigma () y la llamaremos : TENSION.

De modo que podremos expresar que

Entonces llamaremos TENSION, al cociente entre la fuerza P aplicada al elemento y su sección transversal.

ANALISIS DIMENSIONAL

Siendo 

, si la fuerza P se mide en [Kg] y la sección en mm2, las unidades de tensión serán : [ Kg/mm2] .

En general, serán : Unidades de Fuerza [F] / Unidades de superficie [L2]

Si la fuerza se mide en N (Newton) y la superficie en m2, la tensión se medirá en [N/m2].

Si la fuerza se mide en Dinas, y la Superficie en cm2, la tensión se medirá en [Dinas/cm2].

Ejercicio

¿Qué tensión se desarrolla en el interior de una barra de sección cuadrada de 20 mm de lado cuando se la tracciona con una fuerza de 1000 Kg.? .

SOLUCION

El área de la sección transversal de la barra es: S= 20mm x 20 mm = 40 mm2

Al aplicarle la fuerza de 1000 Kg., la tensión que se produce será:

INTRODUCCION

En Guatemala se comercializan aceros nacionales e importados, de los cuales generalmente no se conocen su composición química y suscaracterísticas físico-mecánicas a excepción de la resistencia a la tensión que es el parámetro utilizado para su distribución. Actualmente se importan varillas de acero de varios países como Brasil, Rusia y Cuba entre otros. La industria del acero en Guatemala tiene más de 30 años de presencia, produciéndose inicialmente clavo y alambre en sus diversos tipos, luego se empezó el forjado de la varilla de construcción a partir del lingote importado, para posteriormente fabricar el lingote a base de chatarra.

El acero corrugado o varilla corrugada es una clase de acero laminado diseñado especialmente para construir elementos estructurales de hormigón armado. Se trata de barras de acero que presentan resaltos o corrugas que mejoran la adherencia con el hormigón, y poseen una gran ductilidad, la cual permite que las barras se puedan cortar y doblar con mayor facilidad.

CONCLUSIONES

El acero importado tiene un contenido de carbono más bajo que el nacional. El contenido de carbono en el acero, tiene relación con los resultados de resistencia a tensión (nacional

mayor) y elongación (importado mayor). Se observó que el diámetro de las barras mayormente utilizadas en las construcciones estudiadas es de 71

mm equivalente a 3/8 pulgadas. Esto muy posiblemente derivado de la tipología constructiva utilizada. La seguridad estructural de las edificaciones se debe de garantizar con el uso de acero que cumpla con lo

que establecen las especificaciones.