Aceros Estructurales Modernos 54m1e

Aceros Estructurales modernos (tipos y ensayo) El acero posee propiedades que pueden ser cambiadas en gran medida variando las cantidades de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. Aunque estos elementos tienen un gran efecto en las propiedades del acero, las cantidades de carbono y otros elementos de aleación son muy pequeñas considerando por ejemplo que el contenido de carbono en el acero es casi siempre menor que el 0.5% en peso. Estas composiciones químicas del acero son de mucha importancia en sus propiedades como la soldabilidad, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fractura, etc. Existen porcentajes exactos máximos de carbono, manganeso, silicio permitidos en el acero estructural las cuales están especificadas en la ASTM. Sin embargo, algo que también influye en el acero es el proceso de laminado, la historia de sus esfuerzos y el tratamiento térmico aplicado. En décadas pasadas, el acero estructural comúnmente usado era un acero estructural al carbono designado como A36 y con esfuerzo mínimo de fluencia Fy = 36 ksi. Pero, en la actualidad, la mayoría del acero estructural usado en los estados unidos se fabrica fundiendo acero chatarra en hornos eléctrico. Utilizando este proceso puede producirse un acero de 50ksi y venderse a casi el mismo precio del acero a36. Debido a que, en décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han requerido aceros más fuertes, con mayor resistencia a la corrosión, con mejores propiedades de soldabilidad, las investigaciones realizadas por la industria acerera han proporcionado varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchas de las demandas, de manera que actualmente existe una gran cantidad de aceros clasificados por la ASTM e incluidos en la especificaciones LRFD. Según la ASTM existen varias clasificaciones para los aceros estructurales: los aceros de propósitos generales (A36), los aceros estructurales de carbono (A529), los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (A572), los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica (A242 y A588) y la placa de acero templada y revenida (A514 y A852). A continuación se hablará más detalladamente sobre la característica de los tipos de acero ya mencionados anteriormente:

Aceros de Carbono -Tienen como principales elementos de resistencia al carbono y al manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas.

-contiene 1.7% de carbono, 1.65% de manganeso, 0.60% de silicio y 0.60% de cobre. - Estas, a su vez se dividen en cuatro categorías dependiendo del porcentaje de carbono: 1-Acero de bajo contenido de carbono<0.15% 2- Acero dulce al carbono 0.15 a 0.29%. (El acero estructural al carbono queda dentro de esta categoría) 3-Acero medio al carbono 0.60 a 1.70%

Aceros de alta resistencia y baja aleación -Obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y manganeso, de uno a más agentes aleantes como el columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros. -Poseen mayor resistencia a la corrosión atmosférica que los aceros al carbono. -El término baja aleación se usa para describir arbitrariamente aceros en los que el total de elementos aleantes no excede el 5% de la composición total. -Constituyen un grupo de aceros de marca registrada, con propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión mejoradas. -Se fabrican fácilmente por cortado a gas, moldeado en frío y caliente, perforado, remachado y soldado. -Se obtiene en formas de lámina y solera, placas, barras, formas estructurales, tubería, tubos y alambre.

Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica -Resistentes a la corrosión. - Baja oxidación, debido a que al exponerse a la atmósfera, se les forma una película adhesiva muy comprimida conocida como “pátina”. -El primer acero de este tipo se desarrolló en la U.S.Steel corporation (ahora la USX Corporation) en 1933 para darle resistencia a los carros de ferrocarril. - Son muy utilizados en estructuras con expuestos y difíciles de pintar como puentes o torres de transmisión. - No pueden ser usados en lugares expuestos a brisas marinas, niebla o a humos industriales corrosivos. -No pueden ser usados en condición sumergida o en aéreas muy secas como en algunas partes del oeste de Estados Unidos. -Para que se les forme la película adhesiva comprimida (pátina) deben estar sujetos a ciclos de humedad y resequedad para que no siga teniendo la apariencia de acero sin pintar.

Aceros templados y revenidos -Poseen mayor cantidad de agentes aleantes. -Son tratados térmicamente para darles dureza y resistencia con fluencias comprendidas entre 70ksi y 110 ksi. -El revenido consiste en un enfriamiento rápido del acero con agua o aceite, cambiando la temperatura de por lo menos 1650F a 300 o 400F. -Estos aceros no muestran puntos bien definidos de fluencia como lo hacen los demás tipos de aceros ENSAYO DE TRACCIÓN SOBRE VARILLAS DE ACERO Debido a que muchos materiales estructurales se encuentran bajo cargas, ya sean de tracción o compresión, es suma importancia conocer las características mecánicas del material para diseñar correctamente dónde y cómo va a utilizarse, de tal forma que los esfuerzos a los que vaya a estar sometido no sean excesivos y el material no falle. El comportamiento mecánico de un material es el reflejo de la relación entre su respuesta o deformación ante una fuerza o carga aplicada. Por lo expuesto anteriormente, y debido a que el acero es uno de los materiales de mayor uso en la construcción es de vital importancia hacer ensayos para conocer algunas de sus propiedades, el ensayo que se le realiza al acero se le denomina “Ensayo de tracción axial” del cual podemos obtener la siguiente información que nos servirá para determinar ciertos parámetros que influyen en el comportamiento del acero:  Deformación al máximo de carga (milímetro/minuto)  Esfuerzo de tracción al máximo de carga, zona plástica. (kgf)  Extensión en la muestra hasta su rotura, alargamiento. (milímetros)  Fluencia. (%)  Máxima carga en la zona elástica. (kgf)  Máxima carga en la zona plástica. (kgf)  Modulo de elasticidad. (kgf/cm2)  Tiempo de rotura. (segundos) El ensayo de tracción axial del acero consiste en someter a una probeta de acero a un esfuerzo de tracción creciente, generalmente hasta la rotura, con el fin de determinar una o más de las propiedades mecánicas de dicho material. Es importante resaltar también que este tipo de ensayo también puede hacerse para otros tipos de materiales como por ejemplo, la madera. Antes de continuar con la explicación del ensayo de tracción axial, es importante tener en cuenta las etapas que se presentan en el acero mediante

aumenta el esfuerzo de tracción en su eje axial donde las 3 primeras etapas ya fueron explicadas. Dichas etapas son:  Elástica  Fluencia  Endurecimiento por deformación  Formación de la estricción: En el esfuerzo último, el área de la sección transversal comienza a disminuir en una zona localizada en la muestra, en lugar de hacerlo en toda su longitud. Este fenómeno es causado por los planos de deslizamiento que se forman dentro del material. Como resultado, tiende a desarrollarse una estricción o “cuello” en esta zona a medida que el espécimen se alarga cada vez más. Puesto que el área de la sección transversal en esta zona está decreciendo continuamente, el área más pequeña puede soportar solo una carga siempre decreciente. De aquí que el diagrama esfuerzo vs.- deformación tienda a curvarse hacia abajo hasta que la muestra se rompe en el punto del esfuerzo de fractura o rotura.1

Figura A: Formación de la estricción y ruptura. APARATOS A USARSE EN EL ENSAYO DE TRACCIÓN AXIAL:  Máquina para ensayos de tracción: Tiene que cumplir las siguientes condiciones, estar provista de dispositivos apropiados que aseguren la aplicación axial de carga a la probeta. Permitir la aplicación progresiva de la carga, sin choque ni vibraciones. Permitir cumplir las condiciones relativas a la velocidad del ensayo. La precisión de la máquina universal, utilizada para este ensayo, fue de 0,25 KN.

 Extensómetro: Deberá tener la precisión necesaria a los resultados que deseen obtener; el extensómetro utilizado tiene una precisión de 0.01mm.  Medidor de alargamiento: Para medir el alargamiento se utiliza normalmente una cinta métrica con una precisión de 1mm.  Mordazas, apropiadas para cada producto y tipo de probeta, con sujeción por cuñas, tornillos, rebordes, etc. CÁLCULOS PREVIOS AL ENSAYO:  Es imprescindible medir el diámetro de nuestra probeta de acero. En el presente trabajo se usó el vernier para dicho fin.  La longitud de la probeta de acero fue medida con una cinta métrica. PROCEDIMIENTO:  Fijar el extensómetro sobre la probeta.  Seleccionar la mordaza según la norma o la norma particular del producto, si corresponde.  Preparar la máquina de ensayo.  Aplicar la carga a la velocidad que se indica en la norma dependiendo del material, en nuestro caso se tomará en cuenta lo siguiente:  Periodo o intervalo elástico: usar una velocidad igual o inferior al 5% de la longitud entre marcas por minuto (0.05% Lo/min) o un aumento de tensión de 10 N/mm^2.min.  Periodo o intervalo plástico: usar una velocidad igual o inferior al 40% de la longitud entre marcas por minuto (0.40 Lo/min). Mantener constante la velocidad en ambas zonas y pasar de una velocidad a la otra en forma progresiva, evitando cambios bruscos.  Cuando se usa extensómetro, observarlo continuamente y retirarlo una vez alcanzado el valor mínimo especificado para el alargamiento.

 Tener en cuenta la calibración de los materiales debido a que es un aspecto importante dentro de cualquier tipo de ensayo. Programa BlueHill 2 El programa BlueHill 2 es un software dirigido a ensayos de laboratorio que es compatible con la maquina universal y es utilizado para obtener datos mecánicos del material que se está ensayando en la máquina universal. Gracias a este software se pudo obtener de manera digital los datos correspondientes al ensayo de tracción axial del acero mediante su grafica esfuerzo-deformación, la cual se presenta a continuación: Aceros Arequipa Método de ensayo utilizado para determinar la calidad del acero como parte de la estructura en una construcción. Dimensión: 9.82000 mm Diámetro Dimensión: 6.08000 mm Diámetro final Dimensión: 140.62000 mm Longitud Dimensión: 135.35000 mm Longitud final Ensayo: 9.00000 mm/min Velocidad 1

Máxim Área Esfuerzo de o cm^ tracción al Carga 2 Máximo (kgf) Carga (kgf/cm^2) 1 4970.3 0.75 6562.54 3 7 Extensiónal Rotura (Estándar) (mm) 1 35.80

Carga de Esfuerzo de CargaalRot Fluencia Fluencia ura (kgf) (kgf/cm^2) (Estándar) (kgf) 3071.67

4055.66

3788.34

Discusión de resultados: Según los resultados obtenidos: Esfuerzo de tracción= 6562.54 Transformado a lb/pulg2: Esfuerzo de tracción= 93339.01 Es decir: Esfuerzo de tracción= 93ksi Según lo estudiado, se puede afirmar que el acero puede ser usado para la construcción de estructuras, por cumplir con la resistencia requerida. Además se aprecia que este acero soporta un máximo de carga de 4970.33 kgf.

Conclusiones: - El acero es producto de aleaciones de diferentes elementos tales como carbón, magnesio, silicio. Además, según el grado de resistencia que se desee, se le puede agregar otros elementos que aumentan las propiedades mecánicas y físicas del acero. -Existen diferentes tipos de aceros con su respectiva característica como los aceros templados, los aceros estructurales de alta resistencia y los de baja aleación. - El acero ensayado puede ser usado en construcción debido a sobrepasa el mínimo de resistencia que es grado 60.