Imprimir Concreto i Acero

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    15-Jan-2016
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UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIONINGENIERIA CiviL

INTRODUCCINEl concreto es un material dbil en traccin, por lo tanto se le usa junto con acero de refuerzo capaz de resistir los esfuerzos de traccin. Por ejemplo, en una viga sometida a flexin, el concreto se encarga de resistir las compresiones y las barras de acero longitudinal, colocadas cerca de la superficie en traccin, se encargan de resistir las tracciones originadas por la flexin. Adicionalmente se suele colocar refuerzo transversal, en la forma de estribos, que ayudan a resistir los esfuerzos de traccin diagonal en el concreto causados por las fuerzas cortantes.El acero tambin se utiliza para ayudar al concreto a soportar los esfuerzos de compresin, por ejemplo en el caso de las columnas o elementos que trabajan en compresin o flexocompresin. Esto ayuda a reducir las secciones transversales de las columnas y se puede entender si se compara la resistencia en compresin de un concreto normal, digamos de 210 kg/cm2, con la resistencia del acero de refuerzo que utilizamos en nuestro medio que es de 4,200 kg/cm2, es decir cada centmetro cuadrado de acero equivale a 20 cm2 de concreto trabajando en compresin.Para que el acero trabaje de manera efectiva es necesario que exista una fuerte adherencia entre el concreto y el acero, para asegurar que no ocurran movimientos relativos (deslizamientos) entre las barras de refuerzo y el concreto circundante. Esta unin o adherencia, proviene bsicamente de tres fuentes: de la adhesin del tipo qumico que existe en la interface entre el acero y el concreto, de la rugosidad natural que tienen las superficies del refuerzo de acero laminado en caliente y de las corrugaciones (resaltes) con las cuales se fabrican las barras de refuerzo corrugadas. Esta ltima fuente es la ms importante para la adherencia, y solo est presente en las barras corrugadas, en las barras lisas solamente existen las dos primeras fuentes.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO

a)Los coeficientes de dilatacin trmica del acero y del concreto son similares. Esto permite que no se forme agrietamiento en el concreto debido a las deformaciones trmicas.b)El concreto que rodea a las barras de refuerzo provee una buena proteccin contra la corrosin del acero.c)La resistencia al fuego del acero desprotegido no es buena, por su alta conductividad trmica y por el hecho de que sus propiedades mecnicas se reducen notablemente cuando es expuesto a temperaturas elevadas. El concreto protege al acero de la exposicin a temperaturas elevadas, como las que se producen en un incendio, permitiendo aumentar el tiempo de exposicin a las temperaturas altas que es capaz de resistir una estructura.

MEMORIA DESCRIPTIVA EL ACEROEn las secciones precedentes se han mostrado algunas de las caractersticas del concreto entre ellas su limitada resistencia a la traccin. Para que este material pueda ser utilizado eficientemente en la construccin de obras de ingeniera se requiere de elementos que le permitan salvar esta limitacin. En el caso del concreto armado, el acero es el encargado de esta funcin.El acero es una aleacin de diversos elementos entre ellos: carbono, manganeso, silicio, cromo, nquel y vanadio. El carbono es el ms importante y el que determina sus propiedades mecnicas. A mayor contenido de carbono, la dureza, la resistencia a la traccin y el lmite elstico aumentan. Por el contrario, disminuye la ductilidad y la tenacidad. El manganeso es adicionado en forma de ferro-manganeso. Aumenta la forjabilidad del acero, su templabilidad y resistencia al impacto. As mismo, disminuye su ductilidad. El silicio se adiciona en proporciones que varan de G. GS lo a 0.507o. Se le incluye en la aleacin para propsitos de desoxidacin pues se combina con el oxgeno disuelto en la mezcla. El cmo incrementa la resistencia a la abrasin y la templabilidad; el nquel, por su parte, mejora la resistencia al impacto y la calidad superficial. Finalmente, el vanadio mejora la temperabilidad.El acero para ser utilizado en concreto armado se fabrica bajo las normas ASTM A-615/615M 0G, y A 7O/7G6MGB. En el Per es producido a partir de la palanquilla pero en el extranjero tambin se suele conseguir el reciclaje de rieles de tren y ejes usados. Estos ltimos son menos maleables, duros y quebradizos.El refuerzo del concreto se presenta en tres formas: varillas corrugadas, alambre y mallas electrosoldadas.

Barras de Refuerzo Laminadas en CalienteEl refuerzo de acero se distribuye normalmente en barras o varillas de seccin bsicamente circular, con resaltes o corrugaciones en la superficie para mejorar la adherencia con el concreto. Los aceros lisos casi no se usan como refuerzo, salvo el de 1/4 que se utiliza en nuestro medio, para el refuerzo de retraccin y temperatura en los aligerados y para estribos de columnas y elementos secundarios. Los aceros lisos, que en los inicios del concreto armado eran los nicos disponibles, hoy en da han sido completamente remplazados por los corrugados, con lo cual se ha logrado una mejora sustancial en la adherencia acero concreto.En la figura siguiente se muestran los principales tipos de corrugaciones de los aceros de refuerzo. El acero que se utiliza en nuestro medio tiene resaltes similares a los de la tercera columna de la misma figura. La Norma ASTM A615 especifica la altura mnima que deben tener las corrugaciones o resaltes, el espaciamiento entre los resaltes y la inclinacin de los mismos.

Tipos de corrugaciones en las barras de refuerzo.Las varillas corrugadas son de seccin circular y, como su nombre lo indica, presentan corrugaciones en su superficie para favorecer la adherencia con el concreto. Estas corrugaciones deben satisfacer requisitos mnimos para ser tomadas en cuenta en el diseo. Existen tres calidades distintas de acero corrugado: grado 40, grado 60 y grado 75 aunque en nuestro medio slo se usa el segundo. adaptada de la ASTM, se resumen las principales caractersticas de las varillas de refuerzo. Las barras de produccin nacional se ajustan a estas caractersticas.Los productores de acero en los Estados Unidos distinguen los distintos dimetros asignndoles un nmero relacionado con el dimetro de la barra expresado en octavos de pulgada (por ejemplo la barra #5 es de 5/8, la #6 es de 3/4). El rea de las barras puede ser calculada directamente del dimetro nominal.Las barras de produccin nacional vienen en longitudes de 9 m, bajo pedido Aceros Arequipa puede fabricar barras de 12 m de longitud.SiderPer y Aceros Arequipa fabrican, adicionalmente a las barras de 3/8, 1/2, 5/8, 3/4, 1 y 1-3/8, barras de 8 mm y de 12 mm. Aceros Arequipa fabrica tambin barras de 6 mm corrugadas.

Caractersticas de las varillas corrugadas.

Varillas corrugadas y sus caractersticas

Donde:db: Dimetro nominal de la varilla.P:Permetro de la varilla.A s:rea de la seccin transversal de la varilla.W:Peso lineal de la varilla.e:Mximo espaciamiento entre corrugaciones de la varilla.h: Altura mnima de las corrugaciones de la varilla. Cuerda de las corrugaciones de la varilla.C: Cuerda de las corrugaciones de la varillaNEMP: No existe en el mercado peruano.

Calidades del Acero de RefuerzoLas principales caractersticas que deben tener los aceros de refuerzo, estn descritas en la Norma Peruana en el artculo 3.4 y en ACI-02 artculo 3.5.Los aceros de refuerzo que se producen en el Per (SiderPer, Aceros Arequipa) deben cumplir con alguna de las siguientes Normas:Norma Peruana Itintec 341.031-A-42. Acero Grado 60.Norma ASTM A615. Acero Grado 60.Norma ASTM A706. Acero de baja aleacin, soldable. Grado 60.La Norma A615 cubre los aceros de refuerzo que se utilizan con mayor frecuencia, en nuestro medio son prcticamente los nicos que utilizamos. La citada Norma, no limita la composicin qumica de los aceros, salvo el contenido de fsforo.La Norma A706 cubre los aceros para aplicaciones especiales en las cuales la soldabilidad, la facilidad de doblado y la ductilidad, sean consideraciones importantes para la eleccin del acero. Limita la composicin qumica del acero de tal modo que el carbono equivalente sea menor que el 0.55%. El carbono equivalente se calcula en funcin del contenido de Carbono, Manganeso, Cobre, Nquel, Cromo, Molibdeno y Vanadio.Las calidades del acero que cubre la Norma ASTM y que es posible emplear, como refuerzo para el concreto, se resumen en la tabla 3-2. Se indica el esfuerzo de fluencia (fy) mnimo y mximo, el esfuerzo mximo o ltimo (fu) mnimo, a este ltimo tambin se le denomina resistencia a la traccin (tensile strenght).

Cabe resaltar que en el Per, tanto Acero Arequipa S.A. como SiderPer, los nicos productores de acero corrugado, solo fabrican acero de refuerzo Grado 60. La mayora del acero disponible en nuestro medio, se ajusta a la Norma ASTM A615. Aceros Arequipa, bajo pedido, fabrica acero A706 solo en los dimetros de 5/8, 3/4 y 1. Este acero es soldable, desgraciadamente es ms caro que el A615 y su uso no se ha difundido.Ntese en la tabla 3-2, que la ASTM A615 fija nicamente los valores mnimos de fy y de fu, no especifica un valor mximo para fy. En contraste la Norma A706 s especifica un valor mximo para fy de 5,500 kg/cm2.En general los fabricantes de acero se preocupan por cumplir con el valor mnimo de fy. Los ensayos de laboratorio indican que el valor de fy real puede ser mayor que el nominal, no es de extraar valores de fy un 10% a 30% por encima del nominal, tal como se aprecia en la figura 3-2 (MacGregor) correspondiente a muestras de la produccin de acero Grado 60 en los Estados Unidos. En esta muestra el 10% de los ensayos mostraron un fy 33% mayor que el valor nominal, con un coeficiente de variacin cercano al 9% y muy pocos resultados por debajo del fy nominal.Un valor de fy real muy por encima del nominal no es conveniente, ya que el elemento tendr una marcada sobreresistencia en flexin la que puede ocasionar una falla frgil