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INDICE        

CAPITULO I: Introducción Conceptos generales Origen e historia Proceso de Obtención del Acero Laminación Aleaciones del acero Propiedades mecánicas del acero Fabricación del acero - proceso - Colada del acero - Transformación en caliente del acero

CAPITULO II  Aceros estructurales - Definición - Tipos de elementos de acero estructural - Clasificación del acero estructural - Perfiles, barras y planchas  Ensayo del acero en el Perú

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CAPITULO III Estructuras del acero Procedimiento para el diseño de una estructura de acero Ventajas y desventajas Especificaciones del acero estructural Normatividad Conclusiones

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CAPÍTULO I Diseño en Acero y Madera

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 1.1.- INTRODUCCIÓN El acero ha jugado un papel relevante en el desarrollo tecnológico de la humanidad: desde los hititas que aprendieron a fundir el hierro para fabricar armas más duras y resistentes, hasta los modernos arquitectos e ingenieros que construyen edificios más esbeltos.

La obtención de los distintos tipos de acero constituye un ejemplo de la búsqueda incesante, por parte de los seres humanos, de materiales cada vez más adecuados para satisfacer sus necesidades.

El objetivo de esta actividad es conocer el proceso siderúrgico y las características que los productos que se obtienen.

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.

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.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA  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.

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 compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

1.2.- CONCEPTOS GENERALES (Definiciones) Se denomina acero a una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, que, a diferencia de los aceros, son quebradizas y no se pueden forjar, sino que se moldean. El Acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil y adaptable. Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el Acero combina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a fabricaciones diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones. El Acero funde entre 1400°C y 1500ºC pudiéndose moldear más fácilmente que el Hierro. Resulta más resistente que el Hierro pero es más propenso a la corrosión. Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el hierro es rígido.

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1.3.- ORIGEN HISTORIA Es imposible determinar a ciencia cierta dónde y cómo el hombre descubrió el hierro, pero es cierto que su historia está estrechamente ligada con el desarrollo de la cultura y la civilización.

Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atraído por su brillo y se da cuenta de que golpeándolos puede darles forma y fabricar así utensilios tan necesarios para su supervivencia. La humanidad se sucede en Edades, a las que se ha dado nombres de metales, y cuando se cierran las Edades del Cobre y Bronce, a las que se atribuye una duración de 500 a 2000 años, comienza la Edad del Hierro.

Con la excepción del aluminio, el hierro se encuentra en la naturaleza en cantidades mayores que cualquier otro metal; se explota con métodos relativamente sencillos, y se puede trabajar y transformar tanto como se quiera. La razón del retraso en la aparición del hierro respecto al bronce hay que buscarla en el elevado punto de fusión del hierro puro, lo que hacía prácticamente imposible que una vez tratados sus minerales se pudiese ofrecer en forma líquida, separado de la escoria.

Las primeras producciones se obtuvieron seguramente rodeando al mineral totalmente con carbón de leña con el que no era posible alcanzar la temperatura suficiente para fundir el metal, obteniéndose en su lugar una masa esponjosa y pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillear repetidamente al rojo vivo para eliminar la escoria y las impurezas. Este martilleo producía dos efectos, por un lado conseguía obtener un hierro puro al eliminar las escorias e impurezas, endureciéndolo por forja al mismo tiempo. Se obtenían así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo muy primitivo de acero.

Con el paso del tiempo, se fue comprobando que la obtención accidental del hierro colado no era una desgracia, sino que por el contrario se DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA trataba de una materia prima mejor para obtener posteriormente el acero, con todas las ventajas técnicas y económicas que implica el proceso.

En 1855 se produce un hecho trascendental en la producción y el futuro del acero: el invento del convertidor ideado por Henry Bessemer, que supuso el paso revolucionario de la obtención del acero a partir del hierro producido en el alto horno. Este invento trascendental se completa por Thomas en 1873, al conseguir convertir el hierro colado, de alto contenido en fósforo, en acero de alta calidad mediante un convertidor con recubrimiento básico.

A partir de entonces las innovaciones en la producción del acero se han ido sucediendo hasta nuestros días, gracias a la participación de figuras como las de Martín, Siemens, Héroult, los técnicos de Linz y Donawitz y tantos otros.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 1.4.- PROCESO DE PRODUCCIÓN Y OBTENCIÓN DEL ACERO El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado, éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones.

La fabricación verdadera del acero se inició hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios, a través de los cuales se hacía llegar una potente corriente de aire, que removía con violencia la masa de hierro colado fundido que llenaba el convertidor.

Más modernos aún son los aceros eléctricos, obtenidos en hornos eléctricos, en éstos se afina el acero obtenido en los hornos Martín Siemens, y se le recarbura con carbono puro o aglomerados de limaduras de hierro y carbón vegetal. Las propiedades del acero se modifican con relativa facilidad, calentándolo a temperatura próxima a 1.000 °C y sumergiéndolo con rapidez en agua, aceite o mercurio fríos (temple) se aumenta su elasticidad; si, por el contrario, se le calienta a elevada temperatura y se le deja enfriar lentamente (recocido) se obtiene acero menos elástico pero más tenaz y resistente al choque.

El acero es una aleación de hierro y carbono, esto, es, un carburo de hierro, por eso no existe de él un tipo único; sus propiedades (tenacidad, elasticidad, etc.) varían según el contenido de carbono y la clase empleada en su fabricación (martensita, perlita, ferrita o hierro puro), también influye en él, el método seguido en su fabricación. Existen aceros duros, rápidos (resistentes a la lima), etc. El acero es de gran importancia a causa de las múltiples aplicaciones que recibe. Se pueden modificar sus propiedades aleándolo con otros metales; de este modo se obtienen los aceros especiales.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA El acero líquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundición) o de chatarras (procedimiento eléctrico). A continuación, el acero líquido se solidifica por moldeo en una máquina de colada continua. A la salida, se obtienen los SEMI-PRODUCTOS: barras de sección rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales. Por último, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento térmico. Más de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en frío y eventualmente reciben un revestimiento de protección anticorrosión 1.5.- LAMINACIÓN Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminación o forja en caliente. De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la presión ejercida por éstos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250 ºC, al inicio del proceso, y 800 ºC al final del mismo. La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas. Acero laminado en frio Acero laminado en frío El acero laminado en frío se produce cuando el acero que se ha creado durante el laminado en caliente se deja enfriar antes de que se enrolle a su forma final. El acero laminado en frío está disponible en un menor número de formas y tamaños que los laminados de acero en caliente debido a que la durabilidad del acero se ve afectada cuando se manipula a temperatura ambiente. Cuando el acero se martilla o DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA moldeada a temperatura ambiente se puede endurecer en el lugar de impacto y empieza a agrietarse. A diferencia del acero laminado en caliente, los laminados de acero en frío no requieren de decapado para evitar la oxidación.

Los perfiles laminados en frio son elementos relativamente pequeños y delgados que se fabrican doblando laminas El proceso de laminado en frío se lleva en condiciones cercanas a la temperatura ambiente. Este proceso logra que el material sea más duro y resistente. Los procesos que se realizan en el área de laminación en frío persiguen principalmente los objetivos siguientes: 

Reducir el espesor de la chapa procesada entre un 40 a un 90 %.



Obtener el espesor de salida uniforme, y la planitud dentro de las tolerancias establecidas.



Obtener en la chapa propiedades mecánicas adecuadas a las aplicaciones de los productos.



Obtener terminados superficiales acordes a los usos finales.

La mayoría de perfiles en forma de C y Z son los elementos portantes de colocadas entre los 60 y 62 cm. Los de forma en U en su mayoría se utilizan para uniones rígidas y para cerramientos, en las cerchas se utilizan piezas atornilladas para que de resistencia a la estructura.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Algunos Perfiles C, Z y U Ejemplos de perfiles estándares Angular de lados desiguales

Angular de lados iguales

Perfiles especiales

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Acero laminado en caliente El acero laminado en caliente se produce cuando los fabricantes de acero calientan y presionan el metal a través de rodillos industriales que manipulan el metal de acuerdo con ciertas especificaciones. El metal caliente es más maleable, y por lo tanto más fácil de trabajar. Los fabricantes utilizan el laminado en caliente para lograr una superficie, espesor y propiedades mecánicas uniformes. El acero laminado en caliente se utiliza en la producción de los siguientes grados de acero: acero comercial, acero para moldear, acero de calidad estructural y acero de medio/alta resistencia y baja aleación.

1.6.- ALEACIONES DEL ACERO 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. Como ejemplo 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). Encontramos que más del 95% en peso de los metales de ingeniería, utilizados en los Estados Unidos cada año son aleaciones basadas en aluminio, magnesio, cobre hierro y níquel. De hecho, más del 85% es de la familia basada en el hierro y, a pesar de que los porcentajes para las DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA aleaciones de magnesio y níquel son pequeños, estas tienen gran importancia y sería conveniente conocer algunas de las características principales de algunos tipos de aleaciones. 

ALEACIONES MARTENSITICAS.

Contienen de 12 a 20% de cromo con cantidades controladas de carbono y otros aditivos. El tipo 410 es un miembro característico de este grupo. Esas aleaciones se pueden endurecer mediante el tratamiento térmico, con un aumento en la resistencia a la tracción de 550 a 1380 MPa (80000 a 200000 lbf / in2 ). La resistencia a la corrosión es inferior a la de los aceros inoxidables austeniticos y los aceros martensíticos se utilizan en general en ambientes ligeramente corrosivos (atmosférico, agua dulce y materiales orgánicos). 

ALEACIONES INOXIDABLES VACIADAS.

Se utilizan mucho en bombas, válvulas y accesorios. Esas aleaciones vaciadas se designan según el sistema de Alloy Casting lnstitute (ACI). Todas las aleaciones resistentes a la corrosión tienen la letra C más otra letra (A a N) que denota el contenido creciente de níquel. Los números indican el contenido máximo de carbono. Aunque se puede hacer una comparación aproximada entre los tipos ACl y Los AISI, las composiciones no son idénticas y los análisis no se pueden utilizar en forma intercambiable. Las técnicas de fundición requieren un rebalanceo de las composiciones químicas forjadas. Sin embargo, la resistencia a la corrosión no se ve afectada por esos cambios de composición. Los miembros característicos de este grupo son CF- similar al acero inoxidable tipo 304; CF-8M, similar al tipo 316 CD-4M Cu, que tiene una resistencia mecánica al ácido nítrico, al sulfúrico y al fosfórico. Un acero PH usual que contiene 17% Cr, 7% Ni 1.1% Al tiene una resistencia elevada, buenas propiedades ante la fatiga y buena resistencia al desgaste. Un número elevado de estos aceros, con composiciones variables, se encuentran disponibles comercialmente. En forma esencial contienen cromo y níquel con agentes agregados de aleación como cobre, aluminio, berilio, molibdeno, nitrógeno y fósforo. 

ALEACIONES MEDIAS

Un grupo de aleaciones en su mayor parte patentadas, con una resistencia ligeramente mejor a la corrosión que la de los aceros inoxidables se denominan aleaciones medias. Uno de los miembros más populares de este grupo es la aleación 20, producida por ciertas compañías con diversos nombres comerciales. La aleación 20 se desarrollo originalmente para

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA satisfacer la necesidad de un material con una resistencia al ácido sulfúrico superior a la de los aceros inoxidables. Estas aleaciones tienen una aplicación muy amplia en los sistemas de ácido sulfúrico. Debido a su alto contenido de níquel y molibdeno tienen mayor tolerancia a la contaminación por el ion cloruro que los aceros inoxidables estándares. El contenido de níquel disminuye el riesgo de fractura debido a la corrosión por esfuerzo. El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por grieta y a las picaduras. 

ALEACIONES ALTAS

El grupo de materiales que se denominan aleaciones altas contienen porcentajes relativamente grandes de níquel. El Hastelloy B-2 contiene 61% Ni, y 28% Mo. Existen en la forma forjada y vaciada. El endurecimiento por trabajo presenta ciertas dificultades de fabricación y el maquinado es un poco más difícil que para el acero inoxidable del tipo 316. Se pueden utilizar métodos tradicionales de soldadura. La aleación tiene una resistencia desacostumbrada alta a todas las concentraciones de ácido clorhídrico. El Coloriste 2 tiene 63% Ni y 32% Mol y se asemeja al Hastelloy B-2. Existe sólo en forma vaciada, principalmente en válvulas y bombas. Se trata de una aleación dura, muy resistente a los choques mecánicos y térmicos. Se puede labrar con herramientas de punta de carburo y soldar con técnicas de arco metálico. La Hastelloy 0-276 es una aleación basada en níquel que contiene cromo (15.5%), molibdeno (15.5%) y tungsteno (3%) como principales elementos de aleación. Solo se puede conseguir en la forma forjada. Esta aleación es una modificación baja en impurezas del Hastelloy C, que se puede conseguir en forma fundida. El bajo nivel de impurezas reduce substancialmente el riesgo de la corrosión en la precipitación de las superficies límites de los granos en las zonas afectadas por el calor de la soldadura. Esta aleación es resistente a las soluciones de cloruro fuertemente oxidaste, como el cloro húmedo y las soluciones de hipoclorito. Es una de las pocas aleaciones que son totalmente resistentes al agua de mar. Hastelloy C-4 es una variación reciente, que es casi totalmente inmune a la corrosión ínter granular en las zonas afectadas por el calor de la soldadura. Chlorimet 3 es una aleación que se consigue sólo en la forma fundida y es similar al Hastelloy C en su contenido de aleación y en resistencia a la corrosión.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA lnconel 600 basado en 80% Ni. 16% Cr, 7% Fe, se debe mencionar también como aleación alta. No contiene molibdeno. El grado resistente a la corrosión se recomienda cara ambientes reductores-oxidantes, sobre todo a temperaturas elevadas. Cuando se calienta en el aíre, la aleación resiste la oxidación hasta 1100°C. La aleación es sobresaliente en su resistencia a la corrosión por gases cuando estos últimos están esencialmente libres de azufre. Las aleaciones que se han citado son los ejemplos característicos de gran número de aleaciones altas patentadas de empleo en la industria química.

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ACEROS DE BAJA ALEACIÓN Y ALTA RESISTENCIA.

Existen un gran número de aceros de alta resistencia, y baja aleación cubiertos por las normas ASTM bajo varios números. Además de contener carbono y manganeso, la resistencia de estos aceros se debe a que se usan como elementos de aleación al columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros. Estos aceros tienen límites de fluencia tan bajos como 42,000 psi (2,940 kg/cm2) y tan altos como 65,000psi (4,550 kg/cm2). Estos aceros tienen mucha mayor resistencia a la corrosión que los aceros simples al carbón. En este grupo se incluyen el A529, A242, A440, A441, A572 y A588. 

ACEROS ALEADOS TÉRMICAMENTE TRATADOS PARA LA CONSTRUCCIÓN

Estos aceros contienen elementos de aleación en mayor cantidad que los de baja aleación y alta resistencia y además se tratan térmicamente (por revenido y templado), para obtener aceros tenaces y resistentes. Se enlistan en las normas ASTM con la designación A514 y tienen límites de fluencia de 90,000 a 100,000 psi (6,300 a 7,030 kg/cm2) dependiendo del espesor. Se dice que existen por ahora más de 200 tipos de acero en el mercado cuyo límite de fluencia está por encima de los 36,000 psi. La industria del acero experimenta con tipos cuyos esfuerzos de fluencia varían de 200,000 a 300,000 psi y esto es sólo el principio. Muchos investigadores de la industria piensan que al final de la década de los 70 se tengan en disponibilidad aceros de 500,000 psi de límite de fluencia. La fuerza teórica que liga o vincula átomos de hierro se ha estimado que está por encima de los 4000,000 psi.2 DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Aun cuando el precio del acero se incrementa con el aumento de su límite de fluencia, este incremento no es linealmente proporcional y puede resultar económica la utilización de estos aceros, a pesar de su costo, si el uso de ellos se realiza diseñándolos a sus máximos esfuerzos permisibles, a máxima eficiencia, sobre todo en piezas de tensión o tirantes, en vigas con patines impedidos de pandeo, columnas cortas (o de baja relación de esbeltez). Otra aplicación de estos aceros es frecuente en la llamada construcción híbrida, en donde se usan dos o más aceros de diferentes resistencias, los más débiles se colocan en donde los esfuerzos son bajos y los más resistentes en donde los esfuerzos son mayores. Otros factores que pueden conducir al uso de aceros de alta resistencia, son los siguientes:  Superior resistencia a la corrosión.  Posible ahorro en costo de flete, montaje y cimentación, por su menor peso.  Uso de vigas poco aperaltadas (poca altura) que permiten entrepisos menores.  Posible ahorro en materiales de recubrimiento incombustible, ya que pueden utilizarse miembros más pequeños. El primer pensamiento de la mayoría de los ingenieros al elegir el tipo de acero, es el costo directo de los elementos. Una comparación de costo puede hacerse fácilmente, pero la economía por el grado de acero a usar no se puede obtener a menos que se involucren: el peso, las dimensiones, deflexiones. Costos de mantenimiento, fabricación, etc; hacer una comparación general exacta de los aceros es probablemente imposible la menos que se tenga un tipo específico de obra a considerar. 

Aceros al cromo-níquel molibdeno: Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.

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Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Aceros anticorrosivos: Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 1.7.- PROPIEDADES MECANICAS DELACERO Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado indispensablemente en una construcción deben ser las siguientes.  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.  OXIDABILIDAD._ Al estar en presencia de oxigeno, se oxidan formando una capa de oxido.

1.8.- FABRICACIÓN DEL ACERO 1.8.1.- FABRICACIÓN DEL ACERO El acero se fabrica partiendo de la fundición o hierro colado; éste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fósforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA La fabricación verdadera del acero se inició hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios, a través de los cuales se hacía llegar una potente corriente de aire, que removía con violencia la masa de hierro colado fundido que llenaba el convertidor. La reacción entre el oxígeno del aire y los componentes de la fundición era violentísima y tal el calor desarrollado dentro del convertidor que la masa de la fundición se mantenía líquida por sí misma. En la reacción indicada se combinaba la mayor parte del carbono, fósforo y azufre con el oxígeno del aire insuflado, pero no se eliminaba el silicio, lo que constituía un grave inconveniente, razón por la cual no podían utilizarse los minerales de hierro ricos en aquél. Por otra parte, el primitivo convertidor Bessemer sólo podía utilizarse un reducido número de veces, pues la fundición líquida y a elevada temperatura atacaba las paredes de hierro del aparato, Estos inconvenientes fueron subsanados por el oficinista británico Thomas, quien logró afinar el hierro colado revistiendo las paredes internas del convertidor Bessemer con una mezcla de greda y dolomita pulverizada (carbonato de calcio y magnesio), y al mismo tiempo agregaba a la fundición un poco de cal viva, insuflando aire comprimido caliente por el fondo del aparato. El silicio y gran parte del manganeso contenidos en la fundición se queman con rapidez y el óxido de manganeso que se forma se combina con el silicio; el silicato manganoso funde con dificultad y flota sobre la masa incandescente líquida en forma de escoria, el carbonato arde a su vez y el fósforo se combina con la cal del revestimiento del convertidor y se forma fosfato cálcico básico, el cual flota también en forma de escoria (escories Thomas) sobre la masa líquida, y de la cual se separa con las escorias restantes. Posteriormente mejoraron el procedimiento de afinación del acero Martín, francés, y Siemens, alemán; que introdujeron en la siderurgia los hornos de sus respectivos nombres. En estos hornos, calentaba la fundición o hierro fundido en una atmósfera de gases de gasógeno y se le mezclan chatarra de acero viejo o de hierro dulce. Al alemán Krupp se le debe el método Industrial de obtención de aceros al crisol, que consiste en refundir el acero Martín-Siemens dentro de grandes crisoles fabricados con una mezcla de arcilla, grafito, coque y carbón vegetal en polvo, donde el acero se afina y purifica más aún. Así se obtiene el acero fundido, empleado en la fabricación de herramientas de corte. Más modernos aún son los aceros eléctricos, obtenidos en hornos eléctricos, en éstos se afina el acero obtenido en los hornos MartínDISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA SiemenS, y se le recarbura con carbono puro o aglomerados de limaduras de hierro y carbón vegetal. Las propiedades del acero se modifican con relativa facilidad, calentándolo a temperatura próxima a 1.000 °C y sumergiéndolo con rapidez en agua, aceite o mercurio fríos (temple) se aumenta su elasticidad; si, por el contrario, se le calienta a elevada temperatura y se le deja enfriar lentamente (recocido) se obtiene acero menos elástico pero más tenaz y resistente al choque. El acero es una aleación de hierro y carbono, esto, es, un carburo de hierro, por eso no existe de él un tipo único; sus propiedades (tenacidad, elasticidad, etc.) varían según el contenido de carbono y la clase empleada en su fabricación (martensita, perlita, ferrita o hierro puro; también influye en él, el método seguido en su fabricación. Existen aceros duros, rápidos (resistentes a la lima), etc. El acero es de gran importancia a causa de las múltiples aplicaciones que recibe. Se pueden modificar sus propiedades aleándolo con otros metales; de este modo se obtienen los aceros especiales. El acero líquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundición) o de chatarras (procedimiento eléctrico). A continuación, el acero líquido se solidifica por moldeo en una máquina de colada continua. A la salida, se obtienen los semi-productos: barras de sección rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales. Por último, las piezas en bruto se transforman en productos terminados mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento térmico. Más de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en frío y eventualmente reciben un revestimiento de protección anticorrosión.

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FÁBRICA DE AGLOMERACIÓN: Para preparar el mineral de hierro: Éste se tritura y calibra en granos que se aglomeran (se aglutinan) entre ellos. El aglomerado así obtenido se compacta, cargándolo después en el alto horno junto con el coque. El coque es un potente combustible, que se obtiene como residuo sólido de la destilación de la hulla (una clase de carbón muy rico en carbono). ACERO DE HORNO ELECTRICO En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la electricidad y no de la combustión de gas. Como las condiciones de refinado de estos hornos se pueden regular más estrictamente, los hornos eléctricos son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados según unas especificaciones DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA muy exigentes. El refinado se produce en una cámara hermética, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza para aumentar la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. En la mayoría de los casos, la carga está formada casi exclusivamente por material de chatarra. Antes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada y clasificada. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se vierte a la cuchara de acero.

ALTO HORNO: Se extrae el hierro de su mineral. El mineral y el coque sólidos se introducen por la parte superior del horno. El aire caliente (1200°C) inyectado en la base produce la combustión del coque (carbono casi puro). El óxido de carbono así formado reduce los óxidos de hierro, es decir, extrae su oxígeno, aislando el hierro de ese modo. El calor desprendido por la combustión funde el hierro y la ganga en una masa líquida en que la ganga, de menor densidad, flota sobre una mezcla a base de hierro, denominada "fundición". Los residuos formados por la ganga fundida (escorias) son aprovechados por otras industrias: construcción de carreteras, fabricación de cementos... CONVERTIDOR DE OXÍGENO:

Aquí se convierte la fundición en acero. La fundición en fusión se vierte sobre un lecho de chatarra. Se queman los elementos indeseables (carbono y DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA residuos) contenidos en la fundición, inyectando oxígeno puro. Se recuperan los residuos (escoria de acero). Se obtiene acero líquido "bruto", que se vierte en una cuchara. Se denomina acero bruto porque, en esa etapa, está todavía inacabado.

COQUERÍA: El coque es un combustible obtenido mediante destilación (gasificación de los componentes no deseados) de la hulla en el horno de la fábrica de coque. El coque es carbono casi en estado puro, dotada de una estructura porosa y resistente a la rotura. Al arder en el alto horno, el coque aporta el calor necesario para le fusión de mineral y los gases necesarios para su reducción. PROCEDIMIENTO ELÉCTRICO: La materia prima introducida en el horno puede incluir desde material en bruto (por ejemplo, piezas de maquinaria) debidamente seleccionado, hasta chatarra entregada en forma preparada, clasificada, triturada y calibrada con un contenido mínimo de hierro del 92%. La chatarra se funde en un horno eléctrico. El ACERO LÍQUIDO: Obtenido de esa manera, se somete a continuación a las mismas operaciones de afinado y de matización que en el procedimiento de fundición. La chatarra procede de envases desechados, edificaciones, maquinaria y vehículos desguazados o desechos de fundición o acero recuperados en la planta siderúrgica o de sus clientes transformadores. Cada matiz de acero requiere una elección rigurosa de la materia prima, especialmente en función de las "impurezas" que un metal determinado u otro mineral contenido en la chatarra pueda representar para un matiz. ESTACIÓN DE AFINO: Afino (descarburación) y adiciones químicas Las operaciones se producen en un recipiente al vacío, haciendo que gire el acero entre la cuchara y el recipiente con la ayuda de un gas inerte (argón). Se inyecta oxígeno a fin de activar la descarburación y calentar el metal. Este procedimiento permite una gran precisión en el ajuste de la composición química del acero ("matización").

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 1.8.2.- COLADA DEL ACERO COLADA CONTINÚA MOLDEO DE PIEZAS EN BRUTO: Aquí: moldeo de un desbaste. El acero fundido se vierte en continuo en un molde sin fondo. Al atravesar este molde, comienza a solidificarse en contacto con las paredes refrigeradas por agua. El metal moldeado baja, guiado por un conjunto de rodillos, y continúa enfriándose. Al llegar a la salida, está solidificado hasta el núcleo. En ese momento se corta inmediatamente en las longitudes deseadas. COLADA DE LINGOTES: El acero se vierte sobre unas lingoteras o moldes que tienen una forma determinada y que al enfriarse y solidificarse dan un producto deseado para su transformación. COLADA CONVENCIONAL: El acero se vierte sobre unos moldes que tienen la forma del producto final y que cuando se enfría tiene la forma del mismo de las tres coladas vistas es la única que no necesita una transformación posterior al proceso. Las dos primeras coladas necesitan procesos posteriores para lograr el producto final, por ejemplo el producto que sale de la colada de lingotes tiene que pasar por un horno de fosa en el cual se unifican las temperaturas de interior y del exterior del producto, o sea, del acero. De este proceso se pasa a otro que también se pasa directamente de la colada continua y que se llama tren desbastador en que los lingotes en caliente pasan por una serie de cilindros giratorios de gran potencia que los transforma en blooms y slab. El bloom es una especie de plancha cuadrada y el slab es una plancha fina de acero. Del proceso anterior se puede pasar a un tren estructural en el cual los bloons en caliente se deforman para obtener perfiles estructurales, carriles, barras, etc. También se pude pasar al tren de farmachine en el cual los bloons en caliente se transforman y son deformados para obtener barras, alambres, redondos calibrados, telas metálicas, etc. También se puede pasar a un tren de bandas en caliente donde los slab son transformados en rollos de chapa de distintas medidas y espesores llamados bobinas que son esos rollos de chapa que muchas veces hemos visto en los trenes de mercancías que pasan por la zona. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Desde este último proceso se puede pasar al tren de bandas en frío en el cual los bobinas obtenidas anteriormente se someten a deformaciones en frío mejorar sus propiedades mecánicas de este proceso se puede obtener multitud de aplicaciones como por ejemplo en la industria de la automoción. Ya por ultimo desde este proceso se puede pasar a otra máquina donde las bobinas son transformadas en hojalata y aceros galvanizados mediante diferentes procesos y diferentes aplicaciones. Como veis para obtener los aceros y productos de este hace falta una cantidad enorme de procesos pero pese a todo el cero es una aleación muy apreciada por sus características y se usa en multitud de aplicaciones pese a que en otras se está sustituyendo por nuevos materiales con mejores cualidades que el acero. También hay que decir que muchos de los productos que salen de los procesos anteriores luego pueden pasar a otros procesos como el mecanizado, laminación, acuñado, sintetizado, prensado... La laminación Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminación o forja en caliente. De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la presión ejercida por éstos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250 ºC, al inicio del proceso, y 800 ºC al final del mismo. La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas. PROCESOS DE ACABADO Existen distintos tipos de acabados para el acero, por lo tanto tiene una salida al mercado de gran variedad de formas y de tamaños, como varillas, tubos, raíles de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminado los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia. El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termo difusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de devaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles o ríeles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada. Los procesos de fabricación modernos requieren gran cantidad de chapa de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5m. Estos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabaja. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado o eliminación y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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El sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto. TUBOS Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. En los tubos más pequeños, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre un par de rodillos curvados según el diámetro externo del tubo. La presión de los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas pasar entre un par de rodillos inclinados entre los que está situada una barra metálica con punta que perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los rodillos forman el exterior.

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CAPÍTULO II Diseño en Acero y Madera

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 2.- ACEROS ESTRUCTURALES 2.1.1- DEFINICION El acero de refuerzo estructural es un material producto de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de silicio, fósforo, azufre y oxígeno, cuya variación en su contenido le aporta características específicas al material. Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, de sección transversal circular, hexagonal o cuadrada. Se clasifican de acuerdo a su límite de fluencia (grado) y a su acabado (lisa o corrugada). Este material es utilizado en la construcción para agregar resistencia a otro material. El Acero es aquel material maleable a determinada temperatura y básicamente es una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados. Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 2.1.2.- TIPO DE ELEMENTOS DE ACERO ESTRUCTURAL

ACERO LAMINADO El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso

Tren de acero laminado.

El acero que sale del horno alto de colada de la siderurgia es convertido en acero bruto fundido en lingotes de gran peso y tamaño que posteriormente hay

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA que laminar para poder convertir el acero en los múltiples tipos de perfiles comerciales que existen de acuerdo al uso que vaya a darse del mismo. El proceso de laminado consiste en calentar previamente los lingotes de acero fundido a una temperatura que permita la deformación del lingote por un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminación. Estos cilindros van conformando el perfil deseado hasta conseguir las medidas adecuadas. Las dimensiones del acero que se consigue no tienen tolerancias muy ajustadas y por eso muchas veces a los productos laminados hay que someterlos a fases de mecanizado para ajustar su tolerancia. El tipo de perfil de las vigas de acero, y las cualidades que estas tengan, son determinantes a la elección para su aplicación y uso en la ingeniería y arquitectura. Entre sus propiedades están su forma o perfil, su peso, particularidades y composición química del material con que fueron hechas, y su longitud. Entre las secciones más conocidas y más comerciales, que se brinda según el reglamento que lo ampara, se encuentran los siguientes tipos de laminados, se enfatiza que el área transversal del laminado de acero influye mucho en la resistencia que está sujeta por efecto de fuerzas. PERFILES DE ACERO PARA VIGAS VIGAS SIMPLES: En vigas, siempre que sea posible, se utilizaran perfiles laminados IPN, pues su costo de mano de obra es mínimo, ya que en numerosas ocasiones será suficiente con el corte del perfil a la medida deseada. Los rendimientos en flexión son muy buenos en los IPN, ya que conviene resistir las flexiones con el mayor canto posible. Es decir, que es más interesante económicamente para resistir las flexiones con el mayor canto posible. Es decir, que es más interesante económicamente para resistir un esfuerzo de flexión una sola viga que dos equivalentes. Los perfiles empleados son IPN, IPE o HE (cuando es preciso canto reducido). El empleo de los perfiles IPE resulta más económico en general, tanto por su mayor rendimiento mecánico como por la simplificación que, en empalmes y uniones, proporciona el espesor uniforme de las alas. Las principales diferencias en cuanto a forma de los perfiles IPE con relación a los IPN son: DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA - El paralelismo de sus caras. - La reduccion en el espesor del alma. - La mayor anchura de las alas. El paralelismo de las alas elimina todos los inconvenientes que en construcción y en montaje presentan los perfiles de alas ataluzadas, al tener que intercalar cuñas de ajuste para que la tornillería encaje correctamente

VIGAS MULTIPLES: Son las vigas constituidas por dos o más perfiles I adosados, unidos a través de elementos de unión tales como perfiles, presillas, tornillos, pasantes, etc., que solidaricen eficazmente los perfiles componentes, del modo en que se detalla a continuación. Los medios de unión habituales son: - Perfiles UPN, IPN, HE con soldaduras o con tornillería. - Pletinas o presillas soldadas o atornilladas.

VIGAS REFORZADAS (PERFILES CON REFUERZOS): La utilización de refuerzos, con chapa o pletina, en las estructuras metálicas es de gran eficacia para conseguir ahorro de material. Que un refuerzo sea económico o no, depende de los valores relativos de la chapa, el perfil y el cordón de soldadura. El elemento de refuerzo más utilizado es la chapa o platabanda. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Se utilizan estos refuerzos cuando queramos módulos resistentes (W) mayores que los existentes en el mercado, o cuando exista limitación de canto, porque la altura libre entre plantas sea reducida. Debe tenerse en cuenta, que los momentos resistentes no son magnitudes que puedan sumarse, es decir, que para calcular refuerzos hay que trabajara con momentos de inercia. Por lo general, el refuerzo más económico de las vigas se hace colocando dos pletinas simétricas en ambas alas. Si el refuerzo se hace en taller, puede indiferentemente adoptarse cualquiera de las formas que se indican en la figura siguiente, ya que las piezas se las dar fácilmente la vuelta y para soldar, ya que a las piezas se les puede dar fácilmente la vuelta para soldar.

Ahora bien, si el refuerzo ha de realizarse en obra debe evitarse en lo posible soldar en el techo, por lo que la disposición más conveniente es la que se indica a continuación.

En ocasiones hay que reforzar una viga por razón de la flecha y, entonces, puede ser más adecuado disponer el refuerzo sólo en el ala inferior, ya que el momento de inercia es casi el mismo que con dos chapas simétricas, y sin embargo la mano de obra es mucho menor. Además si se trata de estructuras en servicio, es mucho mayor la ventaja desde el punto de vista de facilidad de ejecución. Cuando en un edifico construido hay que reforzar una viga debido a que han aumentado las cargas previstas puede recurrirse a una de las soluciones que se indican en las siguientes figuras.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA Puede darse mayor resistencia a un perfil adaptando su forma a la distribución de momentos flectores. Para ello se dan al perfil I los cortes que se indican en la primera figura, recomponiéndolo como se representa en la figura insertada a continuación. Esta disposición es muy útil en vigas simplemente apoyadas que deban recibir una cubierta de pequeña pendiente, tal como se detalla a continuación.

Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. Se distinguen: Perfil T Perfiles doble T  Perfil IPN  Perfil IPE  Perfil HE Perfiles no ramificados:  Perfil UPN  Perfil L  Perfil LD PERFIL T El extremo del alma es redondeado, así como las uniones de la misma con las caras interiores de las alas y las aristas interiores de éstas. Las caras interiores de las alas están inclinadas un 2% respecto a las exteriores, y las del alma un 2% respecto a su eje. Pueden tener los lados iguales o no; L1 y L2 pueden ser iguales o no.

PERFILES DOBLE T DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA PERFIL IPN Las uniones son redondeadas; tiene muy buena inercia respecto x y muy pequeña respecto a y. Su uso es muy recomendable. Un perfil IPN es un tipo de producto laminado cuya sección tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado normal. Las caras exteriores de las alas son perpendiculares al alma, y las interiores presentan una inclinación del 14% respecto a las exteriores, por lo que las alas tienen un espesor decreciente hacia los bordes. Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Además, las alas tienen el borde con arista exterior viva e interior redondeada.

PERFILES IPE. El perfil IPE es un producto laminado cuya sección normalizada tiene forma de doble T también llamado I y con el espesor denominado Europeo. Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre sí y perpendiculares al alma, y así las alas tienen espesor constante (principal diferencia con respecto al perfil IPN). Las uniones entre las caras del alma y las caras interiores de las alas son redondeadas. Las alas tienen el borde con aristas exteriores e interiores vivas. La relación entre la anchura de las alas y la altura del perfil se mantiene menor que 0,66. Sus lados son rectos.

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PERFILES HE. Según sea la sección normal, ligera o pesada; se le denominará HEB, HEA o HEM. Es parecida a la anterior, pero de sección cuadrada.

PERFILES NO RAMIFICADOS PERFILES UPN. Son muy utilizados para formar perfiles compuestos.

PERFILES L (angulares) Sirven como elemento de unión; las dimensiones son iguales. Los LD tiene los lados desiguales.

OTROS PERFILES Además de estos tenemos las siguientes secciones. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA REDONDO Macizo circular el diámetro varía de 6 a 50 mm

CUADRADO Sección cuadrada maciza de lado a desde los 6 mm hasta los 50.

RECTANGULAR Cuando tenemos una sección rectangular a>500 mm, tendremos que la sección será fina, gruesa o media según el espesor e.

FINA....................e < 3 mm MEDIA................3 < e < 4.75 mm GRUESA..............e > 4.75 mm

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 2.1.3.- CLASIFICACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL Clasificación según UNE-EN 10020:2001  Por composición química Según la norma UNE EN 10020:2001, y atendiendo a la composición química, los aceros se clasifican en: • Aceros no aleados, o aceros al carbono: son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros elementos aleantes es inferior a la cantidad mostrada en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn), el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen los siguientes grupos: I) Aceros de bajo carbono (%C < 0.25) II) Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55) III) Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)

• Aceros aleados: aquellos en los que, además del carbono, al menos uno de sus otros elementos presentes en la aleación es igual o superior al valor límite dado en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. A su vez este grupo se puede dividir en: I) Aceros de baja aleación (elementos aleantes < 5%) II) Aceros de alta aleación (elementos aleantes > 5%)

• Aceros inoxidables: son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono.

 Según la calidad A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica según la calidad del acero de la manera siguiente: • Aceros no aleados Los aceros no aleados según su calidad se dividen en: - Aceros no aleados de calidad: son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc. DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA - Aceros no aleados especiales: son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad. Tablas de Perfiles Acceso a las tablas de perfiles normalizados

. Estructuras de Acero en Edificación

• Aceros aleados Los aceros aleados según su calidad se dividen en: - Aceros aleados de calidad: son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de aceros se encuentran los siguientes: I) Aceros destinados a la construcción metálica, aparatos a presión o tubos, de grano fino y soldables; II) Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibación de minas; III) Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o frío, destinados a operaciones severas de conformación en frío; IV) Aceros cuyo único elemento de aleación sea el cobre;

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA V) Aceros aleados para aplicaciones eléctricas, cuyos principales elementos de aleación son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de inducción magnética, polarización o permeabilidad necesarios. - Aceros aleados especiales: son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes: I) Aceros aleados destinados a la construcción mecánica y aparatos de presión; II) Aceros para rodamientos; III) Aceros para herramientas; IV) Aceros rápidos; V) Otros aceros con características físicas especiales, como aceros con coeficiente de dilatación controlado, con resistencias eléctricas, etc. • Aceros inoxidables Los aceros inoxidables según su calidad se dividen en: - Según su contenido en Níquel: I) Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%; II) Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%; - Según sus características físicas: I) Aceros inoxidables resistentes a la corrosión; II) Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente; III) Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

 Por su aplicación Según el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los siguientes: • Aceros de construcción: este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad; • Aceros de uso general: generalmente comercializado en estado bruto de laminación; DISEÑO EN ACERO Y MADERA

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA • Aceros cementados: son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoquímico que le proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros también frágiles (posibilidad de rotura por impacto). El proceso de cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico. • Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento térmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica y se somete a un enfriamiento más o menos rápido (según características de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima (unos 50° C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida; • Aceros inoxidables o para usos especiales: loa aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior pasivadora, evitando así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno; • Aceros para herramientas de corte y mecanizado: son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste; • Aceros rápidos: son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 2.1.4.- PERFILES, BARRAS Y PLANCHAS El acero estructural, según su forma, se clasifica en: a. PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo. b. BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. 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.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 2.2.- ENSAYOS DE ACERO EN EL PERÚ

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CAPÍTULO III Diseño en Acero y Madera

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 3.1.- ESTRUCTURAS DE ACERO

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 3.2.- PROCEDIMIENTOS PARA EL DISEÑO DE UNA ESTRUCTURA DE ACERO 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Selección de la estructura. Determinación de las cargas sobre la estructura (personas, autos, etc.) Momentos y fuerzas que intervienen. Dimensionamiento por sección. Funcionamiento bajo condiciones de servicio Revisión.

3.3.- VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS 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. 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. Fácilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materia prima para la producción de nuevo acero. Otras ventajas importantes del acero estructural son:  Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.  Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.  Rapidez de montaje.  Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.  Resistencia a la fatiga.  Posible rehuso después de desmontar una estructura.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA DESVENTAJAS 

Corrosión: El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre 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.



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.

3.4.- ESPECIFICACIONES DEL ACERO ESTRUCTURAL

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3.5.- NORMATIVIDAD 

NORMATIVIDAD VIGENTE



Los aceros de refuerzo que se producen en el Perú (SiderPerú, 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 aleación, soldable. Grado 60.



Norma E-060. Concreto Armado del Reglamento Nacional de Edificaciones

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA 3.6.- CONCLUSIONES 

El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logró realizar esta aleación en el siglo XIX.



La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.



El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo. Además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero.



Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.



La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga.



Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.



El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras.



La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo.



Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro.



El acero se puede obtener de las materias primas por desoxidación del hierro y la mezcla con otros minerales, o por tratamiento del acero de reciclaje.



El material puede tener muchas variedades y formas al

finalizar su

manufactura. 

Los ingenieros y arquitectos apreciamos su resistencia y su facilidad de trabajo para la construcción de nuestras obras

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BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFIA REGLAMENTOS, LIBROS, DIRECCION DE PAGINAS WEB

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS - MOQUEGUA BIBLIOGRAFÍA  destacados_apuntesbackgroundmage:url('http://img.rincondelvago.com/i conos/destacados_mid.jpg')  Diseño y Sistemas VRWEB ©2004 SONAMI - Avda. Apoquindo 3000, piso 5. Santiago Chile - Fono: (562) 3359300 - Fax: (562) 3349700 - Email: [email protected]  Nº1196 VISIONES Y PROPUESTAS PARA LA MINERIA

REUNION

DEL ICMM ANALIZO FUTURO DE LA MINERIA MUNDIAL  Nº1195 SONAMI ELABORARA DOCUMENTO PARA PRESENTAR A NUEVAS

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MEGAEXPOSICION DEL COBRE  [ OIT Página de entrada | Mapa Temático del sitio Web | Sobre la OIT ] 1996-2007 Organización Internacional del Trabajo (OIT) - Descargo de responsabilidad  destacados_apuntes{background-image: url('http://img.rincondelvago.com/iconos/destacados_mid.jpg');  Congressional Record, Proceedings and Debates of the 107th Congress, First session, Vol. 147, No. 101, Thursday, July 19, 2001.  Copyright 2003 ASTM Creada por RS. Aprobada por KMK. Ultima actualización: 9 de febrero 1998.  https://prezi.com/tlj8pxaserht/perfiles-estructurales/

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