EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

1. HISTORIA

   • 3000 a. C. En el antiguo egípto se encuentran dagas y brazaletes de hierro con mas de 5000 años de antigüedad
   • 1000 a. C. Inicio de la edad del hierro, primeros indicios en su fabricación se cree que un incendio forestal en el monte de la antigua Troya (actual Turquía) fundió depósitos ferrosos produciendo hierro. Otros creen que se comenzó a emplear a partir de fragmentos de meteoritos donde el hierro aparece en aleación con Níquel.
   • 100 a. C. Se cree que el primer acero se fabricó por accidente al calentar hierro con carbón vegetal siendo este último absorbido por la capa exterior de hierro que al ser martillado produjo una capa endurecida de acero.
   • 1779 d. C. Se construye el puente Coalbrokedale de 30 m de claro, sobre el río sueon en Shropshire. Se dice que este puente cambia la historia de la revolución industrial, al introducir el hierro como material estructural
   • 1819 Se fabrican los primeros ángulos laminados de hierro en E.U.A.
   • 1840. El hierro dulce más maleable, comienza a desplazar al hierro fundido en el laminado de perfiles.
   • 1848. Willian Kelly fabrica acero con el proceso Bessenor en E.U.A.
   • 1855. Henry Bessenor consigue una patente inglesa para la fabricación de acero en grandes cantidades Kelly
   • 1870. Con el proceso Bessenor se fabrican grandes cantidades de acero al bajo carbono.
   • 1884. Se terminan las primeras vigas IE (I estándar) de acero en E.U.A. La primera estructura reticular el edificio de la Home Insurance Company de Chicago, Ill. Es montada.
   • 1889. Se construye la torre Eiffel de París, con 300 m de altura, en hierro forjado, comienza el uso de elevadora para pasajeros

2. FABRICACIÓN

   • materia prima
     • Mineral de hierro
       • Elemento químico natural y metálico de gran resistencia mecánica (Fe), tiene un color rojizo debido al óxido de fierro.
     • Coque
       • Es el producto de la combustión del carbón mineral (grafito) es ligero, gris y lustroso.
     • Piedra caliza
       • Es carbonato de calcio de gran pureza que se emplea en la fundición de acero para eliminar sus impurezas.
   • procedimiento de fabricación
     • Una vez en el alto horno, los tres componentes se funden a los 1650 ºC, que aviva el fuego y quema el coque, produciendo monóxido de carbono el cual produce más calor y extrae el oxígeno, del mineral de hierro dejándolo puro. La alta temperatura funde también la caliza, que siendo menos densa flota en el crisol combinándose con las impurezas sólidas del mineral formando la escoria, misma que se extrae diez minutos antes de cada colada.
     • LAMINACIÓN
       • Laminación La laminación del lingote inicia con un molino desbastador, el lingote de acero calentado a 1330 0 C se hace pasar entre dos enormes rodillos arrancados por motores de 3500 H.P. convirtiéndolo en lupias de sección cuadrada o en planchones de sección rectangular. Ambos son la materia prima para obtener placa laminada, perfiles laminados, rieles, varilla corrugada, alambrón, etc.
     • LAMINACIÓN EN CALIENTE
       • Es el proceso más común de laminado y consiste en calentar la lupia (o planchón) a una temperatura que permita el comportamiento plástico del material para así extruirlo en los "castillos" de laminado y obtener las secciones laminadas deseadas.
     • LAMINACIÓN EN FRÍO
       • Es un proceso que permite obtener secciones con un punto de fluencia más elevado, al extruir el material a temperatura completamente más baja que la del laminado en caliente.

3. Ventajas

   • Homogeneidad:
     • Las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, ni varían con la localización en los elementos estructurales.
   • Rapidez de montaje:
     • La velocidad de construcción en acero es muy superior al resto de los materiales.
   • Precisión dimensional:
     • Los perfiles laminados están fabricados bajo estándares que permiten establecer de manera muy precisa las propiedades geométricas de la sección.
   • Se pueden prefabrícar estructuras:
     • El acero permite realizar la mayor parte posible de una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayor exactitud.
   • Disponibilidad de secciones y tamaños:
     • El acero se encuentra disponible en perfiles para optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas
   • . Costo de recuperación
     • Las estructuras de acero de desecho, tienen un costo de recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero
   • Reciclable:
     • El acero es un material 100 % reciclable además de ser degradable por lo que no contamina.
   • Permite ampliaciones fácilmente:
     • El acero permite modificaciones y/o ampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla.

4. Desventajas

   • corrosión
     • El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos) exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable
   • calor, fuego
     • En el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente por las estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor y del fuego (retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc.
   • pandeo elástico
     • Debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por lo que en ocasiones no son económicos las columnas de acero.
   • fatiga
     • La resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes)

5. Principales propiedades mecánicas de los materiales

   • El Módulo de Elasticidad (Módulo de Young).
     • corresponde a la porción recta de las curvas esfuerzo – deformación varía según el tipo de acero (2 – 2.1) x 106 kg/cm2.
   • Límite de proporcionalidad y elástico
     • Difieren muy poco entre sí, de tal manera que, para propósitos prácticos se acostumbra considerar que son iguales.
   • Variabilidad e índice de resistencia
     • El índice de resistencia más utilizado para identificar un acero es el esfuerzo de fluencia ( ). Es la propiedad más importante que diferencia a los aceros estructurales.
   • Módulo de Poisson
     • Varía entre 0.25 y 0.33
   • Ductilidad
     • la ductilidad del acero disminuye al aumentar su resistencia y el contenido de carbono. Los tratamientos en frío también suelen disminuir la ductilidad. El proyectista debe recordar que al usar aceros de muy alta resistencia está sacrificando ductilidad.
   • Coeficiente de dilatación térmica
     • Facilidad de unión con otros miembros
       • El acero en perfiles se puede conectar fácilmente a través de remaches, tornillos o soldadura con otros perfiles
     • Tenacidad
       • La tenacidad puede definirse como una combinación de resistencia y ductilidad
     • Resistencia última a la tensión ( )
       • La capacidad del acero de resistir deformación inelástica sin fracturarse le permite también resistir fluencia local durante la fabricación y construcción, por lo que puede ser cortado, punzonado, doblado y martillado sin daño visible.
   • se indican los valores de los esfuerzos Fy yFu de los aceros listados arriba.

6. Tipos de acero

   • Acero estructural

7. Comportamiento elástico y plástico

   • elástico
     • Se aplican las relaciones lineales entre el esfuerzo y la deformación, definidas por la Teoría de la Elasticidad, los parámetro básicos son el Esfuerzo de Fluencia ( ) y la deformación unitaria ( )
   • plástico
     • es en la cual el esfuerzo permanece prácticamente constante, pera aumenta continuamente la deformación unitaria

8. ECONOMÍA EN EL DISEÑO ESTRUCTURAL

   • En la construcción con costos crecientes en los materiales y de la mano de obra, la búsqueda de la máxima economía en el diseño, consistente con la seguridad y la vida deseada de la estructura, es de mayor importancia. Los miembros deben formarse disponerse conectarse en modos que proporcionen una solución suficiente y económica al problema de diseño, teniendo en mente no sólo el costo del material, sino también los costos de mano de obra por fabricación en taller y por montaje

9. Métodos de diseño

10. Factores de carga y resistencia usados en las especificaciones AISC

Images and files in the map