EL ACERO

Durante la historia el hombre a tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras.

INTRODUCCION

Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen.

El acero, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

EL ACERO

En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros más soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, Ferrita, Perlita y Cementita.

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO

La Ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución

La Cementita, es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza.

La Perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes.

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 genéricas:

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.

Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado indispensablemente en una construcción deben ser las siguientes.

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METALICOS

FUSIBILIDAD._ Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundiéndolos y colocándolos en moldes.

FORJABILIDAD._ Es la capacidad para poder soportar las variaciones de formas, en estado sólido caliente, por la acción de martillos, laminadores o prensas.

MALEABILIDAD._ Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura ambiente en laminas, mediante la acción de martillado y estirado.

DUCTILIDAD._ Es la capacidad de poderse alargar longitudinalmente.

TENACIDAD._ Resistencia a la ruptura al estar sometido a esfuerzos de tensión.

FACILIDAD DE CORTE._ Capacidad de poder separarse en trozos regulares con herramientas cortantes.

SOLDABILIDAD._ Propiedad de poder unirse hasta formar un solo cuerpo.

La actividad química del metal depende de las impurezas que contenga y de la presencia de elementos que reaccionan con estas, dependiendo también en menor medida de la temperatura y zonas de contacto. Distinguimos fundamentalmente dos reacciones: oxidación y corrosión

PROPIEDADES QUÍMICAS DEL ACERO

OXIDABILIDAD._ Al estar en presencia de oxigeno, se oxidan formando una capa de oxido.

Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto. Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destrucción

Debido a que las aleaciones han venido ganando un gran campo de acción en la Ingeniería, podíamos conocer las propiedades que caracterizan a cada tipo de aleación. La resistencia no es la única característica que nos permite decidir si el elemento tendrá un desempeño óptimo. Un desempeño satisfactorio depende también de la densidad, la resistencia a la corrosión y los efectos de la temperatura, así como también de las propiedades eléctricas y magnéticas .

ALEACIONES

consideremos algunas partes para las cuales son especialmente apropiadas ciertas aleaciones.

Aleaciones de aluminio: partes de aviones (alta resistencia en la relación con su peso)

Aleaciones de magnesio: fundiciones para aviones (compite con el aluminio)

Aleaciones de cobre: alambres eléctricos (alta conductividad)

Aleaciones de níquel: partes para turbinas de gas (alta resistencia a temperaturas elevadas).

Las propiedades físicas 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

ESTRUCTURA DEL ACERO

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 .

Al elevarse la temperatura del acero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleación de hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si el enfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, una modificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono en solución sólida

Cuando un técnico proyecta una estructura metálica, diseña una herramienta o una máquina, define las calidades y prestaciones que tienen que tener los materiales constituyentes. Como hay muchos tipos de aceros diferentes y, además, se pueden variar sus prestaciones con tratamientos térmicos, se establecen una serie de ensayos mecánicos para verificar principalmente la dureza superficial, la resistencia a los diferentes esfuerzos que pueda estar sometido, el grado de acabado del mecanizado o la presencia de grietas internas en el material, lo cual afecta directamente al material pues se pueden producir fracturas o roturas.

ENSAYOS MECANICOS DEL ACERO

Hay dos tipos de ensayos, unos que pueden ser destructivos y otros no destructivos.

Todos los aceros tienen estandarizados los valores de referencia de cada tipo de ensayo al que se le somete.

Los ensayos no destructivos son los siguientes:

ensayo microscópico y rugosidad superficial: microscopios y rugosímetros

ensayos por ultrasonidosensayos por líquidos penetrantesensayos por partículas magnéticasensayo de dureza

(Brinell, Rockwell, Vickers); mediante durómetros.

ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Se denomina dureza Brinell a una escala de medición de la dureza de un material mediante el método de indentación, midiendo la penetración de un objeto en el material a estudiar. Fue propuesto por el ingeniero sueco Johan August Brinell en1900, siendo el método de dureza más antiguo.

ENSAYO DE DUREZA BRINELL

Este ensayo sólo es válido para valores menores de 600 HB en el caso de utilizar la bola de acero, pues para valores superiores la bola se deforma y el ensayo no es válido.

La bola penetra dejando una marca.

FORMULA APLICADA

donde:P: carga a utilizar medida en kp.D: diámetro de la bola (indentador) medida en [mm].d: diámetro de la huella en superficie en [mm] (se toma como la media de d1 y d2).

Metales (de dureza blanda a media) - EN ISO 6506-1 a EN ISO 6501-4: EN ISO 6506-1:2005: Metales - Prueba Brinell - Parte

1: Método de la prueba EN ISO 6506-2:2005: Metales - Prueba Brinell - Parte

2: Verificación y calibración de la máquina de pruebas EN ISO 6506-3:2005: Metales - Prueba Brinell - Parte

3: calibración de los bloques de referencia EN ISO 6506-4:2005: Metales - Prueba Brinell - Parte

4: Tablas de valores de durezaEn Estados Unidos, ASTMASTM E10-08: Método estándar para la prueba de

dureza Brinell para materiales metálicos.

NORMATIVA

 llamado el ensayo universal, es un método para medir la dureza de los materiales. Sus cargas van de 5 a 125 kilopondios (de cinco en cinco). Su penetrador es una pirámide de diamante con un ángulo base de 136°.

ENSAYO DE DUREZA VICKERS

Se emplea para láminas delgadas hasta 0,15 mm (0.006 milésimas de pulgada.) y no se lee directamente en la máquina. Para determinar el número de dureza se aplica la siguiente fórmula:

Este tipo de ensayo es recomendado para durezas superiores a 500 HB (en caso de ser inferior, se suele usar el ensayo de dureza Brinell). Este ensayo, además, puede usarse en superficies no planas. Sirve para medir todo tipo de dureza, y espesores pequeños.

Código:NTP 341.031 2008Título:HORMIGÓN (CONCRETO). Barras de acero al

carbono con resaltes y lisas para hormigón (concreto) armado. Especificaciones. 3a. ed.

Resumen:Establece los requisitos que deben cumplir y los

ensayos a los cuales deben someterse las barras de acero al carbono, con resaltes y lisas para ser usadas como refuerzo en el hormigón (concreto). Esta Norma Técnica Peruana se aplica a las barras de acero.

NORMA TECNICA PERUANA PARA ACEROS

Además de los aspectos funcionales y económicos especiales del concreto como material de construcción de puentes, ciertas propiedades mecánicas y físicas son importantes con respecto a la aplicación y el comportamiento del concreto.

APLICACIONES DEL ACERO EN CONCRETO

Las varillas para el refuerzo de estructuras de concreto reforzado, se fabrican en forma tal de cumplir con los requisitos de las siguientes especificaciones ASTM: A-615 "Varillas de Acero de Lingotes Corrugadas y Lisas Para Concreto Reforzado", A-616 "Varillas de Acero de Riel Relaminado Corrugadas y Lisas para Refuerzo de Concreto", o la A-617 "Varillas de Acero de Eje Corrugado y Lisas Para concreto Reforzado".

Alta resistencia._ La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros.

Uniformidad._ Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Durabilidad._ Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

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.

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.

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.

Costo de la protección contra el fuego._ Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Susceptibilidad al pandeo._ Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo