ACERO ESTRUCTURAL

Se define como acero estructural a lo que se obtiene al combinar el hierro, carbono y pequeas proporciones de otros elementos tales como silicio, fsforo, azufre y oxgeno, que le contribuyen un conjunto de propiedades determinadas.

Elacero estructural es uno de los materiales bsicos utilizados en laconstruccin de estructuras, tales como edificios industriales y comerciales, puentes y muelles. Se produce en una amplia gama de formas y grados, lo que permite una gran flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de fabricar y es elmaterial ms fuertey ms verstil disponible para laindustria de la construccin.

1. CLASIFICACIN DEL ACERO ESTRUCTURAL

- Elacero estructural, segn su forma, se clasifica en:a.PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas deacero laminadocuya seccin transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ngulo.b.BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya seccin transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaos.c.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.

2. COMPOSICIN DEL ACERO

Las aleaciones de acero estn compuestas en su mayor parte de hierro. Sin embargo, cada aleacin tiene cantidades diferentes de otros materiales, como carbono, manganeso, tungsteno y molibdeno. Las diferentes composiciones crean diferentes propiedades entre las aleaciones. Todas tienen un mdulo de elasticidad, o una medida de rigidez, de 29 millones de psi. El mdulo de elasticidad se usa para calcular cundo se deformar una pieza de acero demasiado para llevar unacargade forma segura. Otras propiedades del acero incluyen la fuerza para ceder, o la tensin mxima antes de que se deforme permanentemente; la capacidad de tensin de doblaje, o la tensin que puede llevar de forma segura el acero antes de contorsionarse fuera de plano; y el lmite final, o la tensin a la que fallar por completo.

3. VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURALTiene una gran firmeza.- La gran firmeza del acero por la unidad de peso significa que el peso de las estructura se hallar al mnimo, esto es de mucha eficacia en puentes de amplios claros. Semejanza.- Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo. Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran unos tiempos indefinidos. Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensin. La naturaleza dctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando as fallas prematuras. Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energa en grandes cantidades se denomina tenacidad.

4. DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL. Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse peridicamente. Costo de la proteccin contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

5. PROPIEDADES DE LOS ACEROS ESTRUCTURALESLas propiedades fsicas de varios tipos de acero y de cualquier aleacin de acero dada a temperaturas variantes dependen principalmente de la cantidad del carbono presente y en como es distribuido en el hierro. Antes del tratamiento de calor la mayora de los aceros tienen una mezcla de 3 sustancias, ferrita, pearlite, cementite. La ferrita es cantidades pequeas que contienen ferricas de carbono y otros elementos de solucin, es suave y dctil. La cementite es un compuesto de hierro que contiene aproximadamente 7% del carbono, es sumamente quebradiso y duro. La pearlite es una mezcla ntima de ferrita y cementite que tienen una composicin especfica, y una estructura caracterstica, y las caractersticas fsicas se interponen entre los dos electores. La dureza depende de las variaciones de calor, y de las proporciones de los 3 ingredientes.Para el tratamiento calorfico del acero se hace un proceso bsico, que es el de endurecer el acero que consiste en la calefaccin del metal a una temperatura a la que el austenite se forma, normalmente aproximadamente de 760 a 870 C, y entonces se refresca bruscamente en agua o aceite.Para comprender el comportamiento de las estructuras de acero, es absolutamente esencial que el diseador est familiarizado con las propiedades del acero. Los diagramas esfuerzo-deformacin presentan una parte valiosa de la informacin necesaria para entender cmo ser el comportamiento del acero en una situacin dada. No pueden ser desarrollados mtodos de diseo satisfactorios a menos que se cuente con informacin disponible correspondiente a las relaciones esfuerzo-deformacin del material a utilizarse.Si una pieza laminada de acero estructural se somete a una fuerza de tensin, comenzar a alargarse. Si la fuerza de tensin se incrementa en forma constante, el alargamiento aumentar constantemente, dentro de ciertos lmites. En otras palabras, el alargamiento se duplicar si, por ejemplo, el esfuerzo aumenta de 6,000 a 12,000 psi (libras por pulgada cuadrada) (de 420 a 840 kg/cm2). Cuando el esfuerzo de tensin alcanza un valor aproximadamente igual a la mitad del esfuerzo en la ruptura, el alargamiento empezar a incrementarse en una proporcin mayor que el correspondiente incremento de esfuerzo.Al esfuerzo que corresponde un decisivo incremento en el alargamiento o deformacin, sin el Podra suponerse que la fluencia del acero, sin incremento de esfuerzo, es una seria desventaja, pero actualmente es considerada como una caracterstica muy til. A menudo ha desempeado el admirable servicio de prevenir fallas debidas a omisiones o errores de diseo. Pudiera ser que un punto de la estructura de acero dctil alcanzara el punto de fluencia, con lo que dicha parte de la estructura cedera localmente, sin incremento del esfuerzo, previniendo as una falla prematura. Esta ductilidad permite que los esfuerzos de la estructura de acero puedan reajustarse. Otro modo de describir este fenmeno es diciendo que los muy altos esfuerzos causados durante la fabricacin, montaje o carga, tendern a uniformarse y compensarse por s mismos. Tambin debe decirse que una estructura de acero tiene una reserva de deformacin plstica que le permite resistir sobrecargas y choques sbitos.Si no tuviera esa capacidad, podra romperse bruscamente, como sucede con el vidrio y otras sustancias semejantes.Una propiedad muy importante de una estructura que no haya sido cargada ms all de su punto de fluencia, es que recuperar su longitud original cuando se le retire la carga. Si se hubiere llevado ms all de este punto, slo alcanzara a recuperar parte de su dimensin original. Este conocimiento conduce a la posibilidad de probar una estructura existente mediante carga, descarga y medicin de deflexiones. S despus de que las cargas se han retirado, la estructura no recobra sus dimensiones originales, es porque se ha visto sometida a esfuerzos mayores que su punto de fluencia.El acero es un compuesto que consiste casi totalmente de hierro (normalmente ms de 98%). Contiene tambin pequeas cantidades de carbono, slice, manganeso, azufre, fsforo y otros elementos. El carbono es el material que tiene mayor efecto en las propiedades del acero. La dureza y resistencia aumentan a medida que el porcentaje de carbono se eleva, pero desgraciadamente el acero resultante es ms quebradizo y su soldabilidad disminuye considerablemente. Una menor cantidad de carbono hace al acero ms suave y ms dctil pero tambin menos resistente. La adicin de elementos tales como cromo, slice y nquel produce aceros considerablemente ms resistentes. Estos aceros, por lo tanto, son apreciablemente ms costosos y a menudo no son fciles de elaborar.En las estructuras de acero diseadas en el pasado, y en la mayora de las que actualmente se disean, se han usado y usan los llamados mtodos de diseo elstico. El diseador estima la carga de trabajo, o cargas que la estructura posiblemente deba soportar, y dimensiona los miembros, sobre la base de ciertos esfuerzos permisibles. Estos esfuerzos permisibles son usualmente una fraccin del esfuerzo en el lmite de fluencia del acero. Aunque el trmino diseo elstico es utilizado comnmente para describir este procedimiento, los trminos diseo por esfuerzo permisible o diseo por esfuerzo de trabajo son en definitiva ms apropiados. Muchas de las estipulaciones de las especificaciones para este mtodo se basan realmente en el comportamiento plstico o en la capacidad ltima, ms que en el comportamiento elstico.La ductibilidad del acero ha sido usada como una reserva de resistencia, y la utilizacin de este hecho constituye la base de la teora conocida como el diseo plstico. En este mtodo las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores y los miembros se disean basndose en las resistencias a la falla o al colapso. Se usan tambin otros nombres para este mtodo como son: diseo al lmite o diseo a la falta o a la ruptura. Aunque slo unos cuantos centenares de estructuras se han diseado en el mundo por los mtodos del diseo plstico, los profesionales se estn moviendo decididamente en ese sentido. Esta tendencia se refleja particularmente en las ltimas especificaciones de la AISC.El acero estructural puede laminarse econmicamente en una variedad de formas y tamaos sin un cambio apreciable de sus propiedades fsicas. Normalmente los miembros mas ventajosos son aquellos que tienen grandes mdulos de seccin en proporcin con sus reas de sus secciones transversales. Las formas I, T, y canal, tan comnmente usadas pertenecen a esta clase.

6. DESIGNACIONES ASTM (E.090)Bajo esta Norma se aprobar el uso del material que cumpla algunas de las siguientes especificaciones:- Acero estructural, ASTM A36 ( AASHTO M270 Grado 36)- Tubos redondos de acero negro y galvanizado, soldados y sin costura, ASTM A53, Gr. B.- Acero de alta resistencia y baja aleacin, ASTM A242- Tubos estructurales de acero al carbono, doblados en fro, soldados y sin costura, ASTM A500.- Tubos estructurales de acero al carbono, doblados en caliente, solados y sin costura, ASTM A501.- Planchas de acero aleado, templado y revenido, de alta resistencia, adecuadas para soldadura, ASTM A514 (AASHTO M270 Grado 100 y 100W)- Acero al Carbono Manganeso, de alta resistencia, de calidad estructural, ASTM A529.- Planchas y flejes de acero al carbono, laminadas en caliente, de calidad estructural, ASTM A570, Gr. 275, 310 y 345- Acero de alta resistencia y baja aleacin al niobio - vanadio, de calidad estructural, ASTM A572 (AASHTO M270 Grado 50)- Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin, con un lmite de fluencia mnimo de 345 MPa, de hasta 100 mm de espesor, ASTM A588 (AASHTO M270 Grado 50W)- Planchas y flejes de acero de alta resistencia y baja aleacin, laminadas en caliente y laminadas en fro, con resistencia mejorada a la corrosin atmosfrica, ASTM A606.- Planchas y flejes de acero de alta resistencia y baja aleacin, con Niobio o Vanadio o ambos, laminadas en caliente y laminadas en fro, ASTM A607.- Tubos estructurales de alta resistencia y baja aleacin, soldados y sin costura, formados en caliente, ASTM A618.- Planchas de acero estructural de baja aleacin, templado y revenido, con lmite de fluencia mnimo de 485 MPa, de hasta 100 mm de espesor, ASTM A852 (AASHTO M270 Grado 70W)- Acero estructural para puentes, ASTM A709 Grado 36, 50, 50W, 70W, 100 y 100WReportes de ensayos certificados de planta o reportes de ensayos certificados realizados por el fabricante o por un laboratorio de ensayos de acuerdo con la Norma ASTM A6 o A568, la que sea aplicable, constituirn suficiente evidencia de conformidad con uno de los estndares indicados anteriormente. Si es requerido, el fabricante proveer una declaracin jurada declarando que el acero estructural suministrado cumple los requerimientos de los grados especificados.

ACERO ASTM A36PROPIEDADES DEL ACERO ASTM A36El ASTM A36 tiene una fuerza para ceder de 36.000 psi, y una capacidad de tensin de doblaje de 22.000 psi. Las propiedades del acero ASTM A36 permiten que se deforme rpidamente mientras se incrementa la tensin ms all de su fuerza para ceder. Esta conductividad permite que los edificios aguanten mucho ms de los lmites de una estructura en caso de emergencia, permitiendo que los habitantes salgan de forma segura antes de que se colapse. Otros aceros de alto rendimiento, como la cuerda de puente, son extremadamente fuertes pero se resquebrajan, y hay una deformacin mnima antes de que se rompa violentamente.USOSComo se ha mencionado, el ASTM A36 es el tipo ms comn de aleacin de acero. Se usa para la mayora de componentes de la construccin, incluyendo columnas, vigas, plataformas y elementos de acabado. La conductividad del ASTM A36 no permite que la aleacin se use como cable, y no debera usarse como barra de refuerzo (barras). Sin embargo, la mayora de otros usos son perfectos para el ASTM A36.FORMAS DE ACEROEl ASTM A36 y otras aleaciones se pueden hacer en varias formas para la construccin de edificios. stas incluyen tubos de acero; flancos anchos, o formas en W; vigas estndar estadounidenses con forma de I, o con forma en S; formas en T estructurales; canales, o formas en C; ngulos, o formas en L; placas de acero; y barras de acero. Los tubos de acero se suelen usar como columnas. Los flancos anchos tienen un perfil que parece una "I" o una "H", y se usan para columnas o vigas. Las vigas en forma de I slo deberan usarse como vigas, y las formas en T y en C se pueden usar como vigas o como abrazaderas. Los ngulos se suelen usar nicamente para abrazaderas o como elementos de acabado, mientras que las placas de acero y las barras tienen muchos usos en la construccin.OTRAS ALEACIONESHay muchas aleaciones diferentes con varias designaciones de ASTM. Otras aleaciones de acero incluyen: ASTM A242, usado en entornos marinos y hmedos, es una aleacin muy fuerte, resistente a la corrosin y con una fuerza para ceder de 42.000 a 50.000 psi, y una capacidad de tensin de doblaje de 25.200 a 30.000 psi; ASTM A441, usado en estructuras artsticas de baja tolerancia, como torres y grandes telescopios, tiene un grado estructural muy fuerte, con una fuerza para ceder de 40.000 a 50.000 psi, y una capacidad de tensin de doblaje de 24.000 a 30.000 psi; y ASTM A572 Grado 50, usado en construccin a gran escala, que es una aleacin extremadamente fuerte, con una fuerza para ceder de 65.000 psi, y una capacidad de tensin de doblaje de 39.000 psi, adems de un futuro como el repuesto de alto rendimiento del acero ASTM A36.