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1. IN INTR TROD ODUC UCCI CIÓN ÓN El acero de refuerzo es aquel que se coloca para absorber y resistir esfuerzos provocados por cargas y cambios volumétricos por temperatura y para quedar ahogado dentro de la masa del concreto. Para resistir los refuerzos de tracción los elementos de concreto, se colocan barras de acero, denominadas denominadas generalmente generalmente acero de refuerzo, refuerzo, las barras poseen corrugaciones corrugaciones en su superficie superficie para aumentar la adherencia entre ambos materiales. El uso del acero se multiplicó gracias al avance de la metalurgia y a la soldadura eléctrica. La característica fundamental de las modernas estructuras de acero es la simplificación estructural y la esbeltez. esde sus primeras aplicaciones en puentes y después en rascacielos, el acero ha ido ganando uso sobre todo en edificios, puentes, etc. En la construcción actual el acero es el material de mayor importancia! sin su presencia no se concibe ning"n edificio moderno. Por otro lado, el acero es un material mucho m#s costoso que el concreto. e esto resulta que los dos materiales se emplean me$or en combinación si el concreto se utiliza para resistir los esfuerzos de compresión y el acero los esfuerzos de tensión. Para lograr una acción efectiva del refuerzo, es esencial que el acero y el concreto se deformen en forma con$unta, es decir, es necesario que haya una adherencia suficientemente fuerte entre los dos materiales para asegurar que no ocurrir#n movimientos relativos entre las barras de y el concreto circundante.
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2. HIST HISTO ORI RIA A %unque no se tienen datos d atos precisos de la fecha en la que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado, los primeros utensilios de este metal descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del a&o '((( a). *ambién se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. El acero era conocido en la antig+edad, y quiz# pudo haber sido producido por el método de boomery fundición de hierro y sus ó-idos en una chimenea de piedra u otros materiales naturales resistentes al calor, y en el cual se sopla aire para que su producto, una masa porosa de hierro bloom/ contuviese carbón. %lgunos de los primeros aceros provienen del Este de 0frica, fechados cerca de 12(( ad). El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el a&o 13(( ad), en 4edzamor, cerca de Erevan, capital de %rmenia y del monte %rarat. La tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose e-tensamente hacia el a&o 15(( ad). Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro for$ado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico. Los métodos antiguos para la fabricación del acero consistían en obtener hierro dulce en el horno, con con carbó carbón n veget vegetal al y tiro tiro de aire. aire. 6na 6na post posteri erior or e-pu e-puls lsió ión n de las las escor escoria iass por por mart martilille leo o y carburación del hierro dulce para cementarlo. Luego se perfeccionó la cementación fundiendo el acero cementado en crisoles de arcilla y en 7heffield 8nglaterra/ se obtuvieron, a partir de 192(, aceros de crisol. :ue ;en$amin
, 7ir
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En 1@3( se inventa el proceso de colada continua que se usa cuando se requiere producir perfiles laminados de acero de sección constante y en grandes cantidades. El proceso consiste en colocar un molde con la forma que se requiere deba$o de un crisol, el que con una v#lvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que est# enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos rodillos que al mismo tiempo lo arrastran arrastran hacia la parte e-terior e-terior del sistema. sistema. 6na vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena.
3. EL ACERO Para que el concreto armado pueda ser utilizado eficientemente en la construcción de obras de inge ingeni nierí ería a se requ requie iere re de elem elemen ento toss que que le perm permititan an salv salvar ar esta esta limi limita taci ción, ón, el acero acero es el encargado de esta función.
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Para lograr una acción efectiva del refuerzo, es esencial que el acero y el concreto se deformen en forma con$unta, es decir, es necesario que haya una adherencia suficientemente fuerte entre los dos materiales para asegurar que no ocurrir#n movimientos relativos entre las barras de y el concreto circundante.
El acero es una aleación de diversos elementos entre ellosA carbono, manganeso, silicio, cromo, níquel y vanadio.
El carbonoA Es el m#s importante importante y el que determina determina sus propiedades propiedades mec#nicas. mec#nicas. % mayor contenido de carbono, la dureza, la resistencia a la tracción y el límite el#stico aumentan. Por el contrario, disminuye la ductilidad.
El manganesoA es adicionado en forma de ferroBmanganeso. %umenta la for$abilidad del acero, su templabilidad y resistencia r esistencia al impacto. %sí mismo, diminuye su ductilidad.
El silicioA se adiciona en proporciones que varían de (.(3C a (.3(C. 7e le incluye en la aleación para propósitos de deso-idación pues se combina con el o-ígeno disuelto en la mezcla.
El cromoA incrementa la resistencia a la abrasión y la templabilidad.
DíquelA me$ora la resistencia al impacto y la calidad superficial.
anadioA anadioA me$ora la temperabilidad. El acero para ser utilizado en concreto armado se fabrica ba$o las normas %7*4B%B>131>134B((, y %B9(>19(>4B((
3.1. 3. 1.
CARA CA RACT CTER ERÍS ÍSTI TICA CAS S DE DE ACE CERO RO
Ventajas Ventajas del acer a cer o o o
4aterial f#cil de conformar en frío y en caliente. 4aterial f#cil de mecanizar, ensamblar y proteger contra la corrosión. ;a$o coste unitario en comparación con otros materiales.
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%lta disponibilidad, su producción es 5( veces mayor al resto de materiales met#licos no férreos. 4aterial altamente adaptable. o :#cilmente reciclableA 7e puede usar chatarra como materia prima para la producción de o nuevo acero. o %lta resistencia mec#nica esfuerzos de tracción y compresión/. Des!entajas del acer" o
o
o
)orrosiónA El acero e-puesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre e-ceptuando a los aceros especiales como el ino-idable. )alor, )alor, fuegoA En el caso de incendios, el calor se propaga propaga r#pidamente por las estructuras estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se comporta pl#sticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor.
3.2. PRIN PRINCIP CIPALES ALES PRODUCT PRODUCTOS OS DEL ACERO #arras" o o o
;arras para hormigón ;arras para molienda %lambrón
$lans" o o o
Planchas gruesas Follos y planchas laminadas en caliente Follos y planchas laminadas en frío
T%&%lares o
*ubos soldados por arco sumergido
El re'%er( del cncret se )resenta en e n tres 'r*as" !ar+llas crr%,adas- ala*&re *allas electrsldadas.
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3.3. VARIL ARILLAS LAS CORRUGAD CORRUGADAS AS Y ALAMBRES ALAMBRES
Las Las vari varillllas as corrug corrugada adass son son de secci sección ón circu circula larr y, como como su nomb nombre re lo indi indica, ca, pres present entan an corrugaciones en su superficie para favorecer la adherencia con el concreto. Estas corrugaciones deben satisfacer requisitos mínimos para ser tomadas en cuenta en el dise&o. E-isten tres calidades distintas de acero corrugadoA grado 2(, grado >( y grado 93 aunque en nuestro medio sólo se usa el segundo. Las características de estos tres tipos de acero se muestran en la *abla 1.
Irado 2( Irado >( Irado 93
f yGgHcm5/ 5=(( 25(( 3'((
f sGgHcm5/ 2@(( >'(( 9(((
*abla *abla 1 )aracterísticas resistentes r esistentes de los aceros grado 2(, >( y 93. f y A Esfuerzo de fluencia del del acero f s A Fesistencia 4ínima a la tracción tracción a la rotura
Tabla 2.
J
dbpulg/ dbcm/
Pcm/
5 ' 2 3 > 9 = @ 1( 11 12 1=
1H2 'H= 1H5 3H= 'H2 9H= 1 1 1H= 1 1 'H= 1 11H1> 5 1H2
5 ' 2 3 > 9 = @ 1( 11 12 1=
(.'>3 (.@35 1.59( 1.3== 1.@(3 5.555 5.32( 5.=>3 '.55> '.3=( 2.'(( 3.9''
%scm5/ KGgHm / (.'5 (.53( (.91 (.3>( 1.5@ (.@@2 5.(( 1.335 5.=2 5.5'3 '.=9 '.(25 3.1( '.@9' >.23 3.(>( =.1@ >.2(' 1(.(> 9.@(> 12.35 11.'=2 53.=1 5(.5'=
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Varillas
corrugadas y sus características
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ondeA db P %s ? e < )
A i#metro nominal de la varilla. A Perímetro de la varilla. A 0rea de la sección transversal de la varilla. A Peso lilineal de la la varilla. A 4#-i 4#-imo mo espa espaci ciam amie ient nto o ent entre re corr corrug ugac acio ione ness de la vari varilllla. a. A %ltur ltura a míni mínima ma de las las cor corru ruga gaci cion ones es de la vari varilllla. a. A )uerd uerda a de las corru orruga gaci cion ones es de la vari varilllla. a.
En la figura '. se muestra claramente el significado de los términos e, h y c.
Figura 3. Características de las corrugaciones de las varillas de acero
NO/ENCLATURA Es necesario saber la nomenclatura de una varilla de acero para poder identificar el n"mero de varilla, marca, grado y correspondencia. )omo podemos observar en la :igura '.
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CORRU0ACIONES La superficie de la varilla esta provista de rebabas o salientes llamadas corrugaciones, las cuales evitan el movimiento relativo longitudinal entre la varilla y el concreto que la rodea. Las características y requisitos de las corrugaciones para varillas son las siguientesA M eben estar distribuidas de manera uniforme en la varilla. M eben estar colocadas con una inclinación de entre 23N y 9(N con respecto al e$e longitudinal de la varilla. M La distancia entre ellas no debe e-ceder del 9(C del di#metro nominal.
3.4. MALLA MALLAS S ELEC ELECTROS TROSOLDAD OLDADAS AS Es un elemento fabricado con acero de grado >( >((( GgHcm5/, corrugado o liso, laminado en frio y electrosoldado. 7u presentación comercial es en ho$as de 5.3 - > m o en rollos de 5.3 - 2( m.
Las mallas electrosoldadas se usan en elementos como losas, pavimentos. Estructuras laminares y muros en los cuales se tiene un patrón regular de distribució distribución n del refuerzo. refuerzo. Est#n constituidas constituidas INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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por alambres lisos o corrugados corrugados dispuestos en mallas mallas cuadradas cuadradas o rectangulares rectangulares y soldados soldados en los puntos de unión del refuerzo. )onsiste en varillas trefiladas que se pueden ser lisas o corrugadas, las que se colocan en forma longitudinal y transversal, y que son soldadas en sus intersecciones. Estas varillas, mediante el proceso de trefilado al que son sometidas durante su fabricación, obtienen mayor resistencia. Esto permite utilizar utilizar menos cantidad cantidad de acero que con barras corrugadas corrugadas %7*4 %B>13 IF%O >(.
A)l+cac+nes Uss 4alla Electrosoldada en FollosA En el refu refuer erzo zo de t"ne t"nele les, s, como como mall malla a para para shot shotcr cret ete e y mall malla a de temp temper erat atur ura a para para la construcción. 4alla Electrosoldada en PlanchasA En el sector construcción, reemplazando
a
las
mallas
de
fierro
tradicional.
4alla ElectrosoldadaA En el sector minero, para canales hidraulicos, en acero ino-idable, para filtrado y multiusos. Losas de pisos, techos, muros armados, platea de cimentación, canales, cisternas, revestimiento de t"neles, piezas prefabricadas. 7u uso m#s frecuente es en el refuerzo de losas con sistema losacero y capas de compresión en losas aligeradas de concreto 7istema igueta y ;ovedilla/. *ambién se utiliza para reforzar firmes de concreto.
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$RO$IEDADES /ECNICAS Nr*a tcn+ca %7*4 %B1=3 %B1=3 Liso/ %7*4 %B2@9 %B2@9 )orrugado/ I% >'BF
gHmm5
R gHmm5
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3.5. DIME DIMENSIO NSIONES NES Y PESOS PESOS NOMINA NOMINALES LES
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Otras medidas consultar en nuestro epartamente *écnico Q R 4alla de cocada cuadrada F R 4alla de cocada rectangular
4U5 O#TIENE CON ESTE $RODUCTO Se,%r+dad Evite desplazamientos y obtenga precisión en su construcción. Las uniones soldadas impiden desplazamientos o movimientos durante las etapas de preparación y fundición del hormigón, garantizando la ubicación e-acta de los aceros y contribuyendo a la adherencia con el hormigón. $rd%ct+!+dad 8ncremente la velocidad, optimice mano de obra y desperdicios. Las mallas prefabricadas evitan el armado en obra facilitando la e$ecución y reduciendo el tiempo de instalación hasta en un =(C optimizando mano de obra y evitando pérdidas y faltantes.
A6rr de acer %l ser fabricadas con aceros de alta resistencia, las mallas electrosoldadas permiten reducir la cantidad de acero usado en su construcción. En términos porcentuales le ahorra un 1>C del peso frente al acero convencional.
Nta" Las 4allas tienen dos presentacionesA PL%D)<%7.B 6tilizadas en obras de construcción civil. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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FOLLO7.B Empleados principalmente en obras de minería. Las 4allas pueden ser fabricadas seg"n su requerimiento.
3.6. ACERO, VENT VENTAJAS AJAS Y DESVENT DESVENTAJAS AJAS El acero es una aleación de carbono y hierro que nos brinda características estructurales impresionantes. Iracias a sus propiedades físicas y mec#nicas es que podemos llevar a cabo hoy en día estructuras estructura s de una índole relevante. % continuación sus venta$as y desventa$as.
enta$asA alta resi resist sten enci cia a en rela relaci ción ón a su peso, peso, perm permitite e la elabo elaborac ració ión n de Alta res+stenc+a res+stenc+a"" 7u alta estructuras estructuras ligeras, las cuales sin acero aumentarían aumentarían dr#sticament dr#sticamente e sus dimensiones. dimensiones. Es esta alta resistencia tanto a compresión como a tracción lo que permite a las vigas obtener una notable resistencia a fle-ión. Elast+c+dad" 7u comportamiento es pr#cticamente linealmente el#stico, cumpliendo con la ley de
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esventa$asA inconveniente e del acero, y es que cuando se encuentra a la Crrs+7n" Este sería el principal inconvenient inte intemp mperi erie e este este se corro corroe e con faci facililida dad, d, por esto esto simp simple le se trat trata a de prove proveerl erle e con un recubrimiento, ya sea de un espesor de hormigón o de alg"n material dedicado para esto. Endtr*+c" Las estructuras en acero o con partes en acero, propagan f#cilmente el calor debido a las propiedades físicas de este material, y en caso de incendio las altas temperaturas se propagar#n f#cilmente por la estructura haciendo que falle m#s r#pido.
3.7.. COR 3.7 CORROS ROSIÓN IÓN DEL DEL ACERO ACERO La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico de su entorno. e manera m#s general, puede entenderse como la tendencia que tienen los materiales a buscar su forma m#s estable o de menor energía interna. El proceso de corrosión es natural y espont#neo.
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Para que el acero se corroa es decir, para para que se forme ó-ido/ ó-ido/ éste debe quedar e-puesto al o-ígeno o al aire. %dem#s, el acero se corroe mucho m#s de prisa en presencia de otros agentes atmosféricos como el agua lluvia o aire h"medo/ y la sal salpicaduras de agua salada/. %dem#s, cuando c uando queda que da inmerso en agua a gua del mar, el acero est# e-puesto e -puesto también a corrosión galv#nica, similar a la que tiene lugar entre el acero y los elementos de latón de una embarcación. En la :igura A La zona % queda e-puesta a aire h"medo y a salpicaduras de agua salada, por lo que es una zona generalmente corrosiva para productos de acero. La zona ; se encuentra constantemente h"meda con agua del mar, que también contiene mucho o-ígeno disuelto. Es la zona m#s agresiva para el acero. La zona ) es también muy agresiva para el acero debido a que est# presente la corrosión galv#nica también.
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Sonas de corrosión en un entorno marino. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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3.8.1.. Sl%c+ 3.8.1 Sl%c+nes nes Cntr Cntraa La Crr Crrs+7n s+7n
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imprimador basado en zinc. La segunda y tercera capas deber#n consistir en una pintura de epo-i sobre base de brea. %l pintar el acero, se deber#n tener en cuenta los siguientes puntosA Las pinturas caseras normales no son adecuadas para el entorno marino debido a que, al igual que algunos pl#sticos, enve$ecen con mucha rapidez cuando est#n e-puestas a los rayos del sol. El diesel, queroseno y la gasolina no son químicamente compatibles con las pinturas marinas! habr# de utilizarse el diluyente de pintura apropiado. 7e deber#n utilizar guantes siempre que se manipulen pinturas basadas en epo-i. Prote$a el acero con #nodos de zinc protección catódica/. Los #nodos de zinc se utilizan para prolongar m#s a"n la vida "til de estructuras de acero sumergidas en agua del mar como, por e$emplo, pilones de acero, pontones, flotadores met#licos, etc. Los elementos de aluminio, en contacto con acero h"medo, quedan e-puestos también a la corrosión galv#nica. •
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4. TIPOS ESPECIALES ESPECIALES DE ACERO DE REFUERZO REFUERZO E-isten aceros de refuerzo que presentan protección contra la corrosión. 7e trata de los aceros con recubrimiento epó-ico y aceros con cubierta de zinc o galvanizados, los cuales est#n su$etos a las normas %7*4B%B99319934B(( y %7*4B%B9>919>9B((b. Este tipo de refuerzo a"n no se utiliza en el Per". 7e emplea en puentes, estacionamientos, plantas de tratamiento de aguas servidas, pistas y estructuras e-puestas al agua, agua de mar, intemperie o ambientes corrosivoso corrosivoso sales para deshielo. El refuerzo refuerzo con recubrimiento recubrimiento epó-ico epó-ico debe manipularse manipularse con cuidado para no estropear la cobertura y, en el dise&o, debe tenerse en cuenta que no tiene buena adherencia con el concreto por lo que se deben tomar las previsiones del caso.
4... ACE 4. ACEROS ROS INO!ID INO!IDABL ABLES. ES. 7e denomina %cero 8no-idable a cualquier tipo de %cero aleado cuyo peso contenga como mínimo 1(,3( C de )romo, pero no m#s de 1,5( C de )arbono, con cualquier otro elemento de aleación o sin él. Los aceros ino-idables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y o-idación a pesar de la acción de la humedad o de #cidos y gases corrosivos.
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%lgunos aceros ino-idables son muy duros! otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas e-tremas. ebido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos.
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Acer 0al!an+(adA El %cero Ialvanizado por inmersión en caliente es un producto que combina las características de resistencia mec#nica del %cero y la resistencia a la corrosión generada por el )inc. Propiedades del Acer 0al!an+(adA Fesistencia a la abrasión Fesistencia a la corrosión
Acer D%lce Acer S%a!e" *ipo de acero cuyos niveles de carbono se sit"an entre el (,13C y el (,53C! es casi hierro puro, de gran ductilidad y resistencia a la corrosión.
5. PROPIEDADES M"CANICAS DEL ACERO ACERO 5.. R#$% R#$%&'() &'() E*+#- E*+#-/0D#+ /0D#+/-1%& /-1%&'() '() #$ A-/ A-/ Para el dise&o de estructuras de acero se debe conocer el comportamiento del acero y para ello deben conocerse sus propiedades. Los diagramas esfuerzoBdeformación ofrecen parte de la información necesaria para entender como se comporta el acero. Es imposible desarrollar métodos de dise&o sin conocer las relaciones esfuerzoBdeformación del material que se usa. )omo se observa, en la fase el#stica, los aceros de distintas calidades tienen un comportamiento idéntico y las curvas se confunden. El módulo de elasticidad es definido como la tangente del #ngulo T. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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% diferencia del comportamiento inicial, la amplitud del escalón de fluencia varía con la calidad del acero. El acero grado 2( presenta una fluencia m#s pronunciada que los aceros grado >( y 93.
Muctilidad, es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a la rotura. Las especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que cierto porcenta$e mínimo que varía con el tama&o y grado de la propia barra. La duct ductil ilid idad ad es la capa capaci cida dad d que que tien tienen en algu alguno nos s mate materi rial ales es de admi admiti tirr gran grande des s deormaciones sin perder su resistencia.
• •
*odo elemen ementto de hor hormigón gón arma armado do,, por e$empl mplo, una est# forma ormado do por dos dos materialesA 6r*+,7n ar*ad%ras de acer. 7i la viga la hacemos de hormigón y sin armaduras sin barras/, ponemos apoyos en los e-tremos y la parte central, y la cargamos sucesivamente mediante pesos en ambos lados, puede ocurrir queA %l colocar el primer peso, la viga se deforme un poco. %l colocar el segundo peso, la viga se rompe s"bitamente. INGENIERIA CIVIL
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Est se )rd%ce )r9%e el 6r*+,7n es %n *ater+al 'r:,+l- n t+ene d%ct+l+dad. R0IL ; NO D
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%l colocar el cuarto peso, la viga se deforma m#s y surgen grietas mayores.
VEn general, la viga ser# m#s d"ctil cuando m#s ductilidad tenga el aceroV. VLa ductilidad de un acero sometido a tracción es la capacidad para deformarse ba$o carga, sin romperse, una vez superado el límite el#sticoV Por tanto, el CONCRETO necesita la ayuda de las #ARRAS DE ACERO para tener DUCTILIDAD.
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=> )ara 9%e *e s+r!e la d%ct+l+dad? En el supuesto de que nos encontr#semos en cualquiera de las siguientes situaciones, con toda seguridad preferiríamos que el edificio se deformara aunque lo de$ara fuera de uso, a que se viniera aba$o repentinamente sin posibilidad de desalo$arlo a tiempo. B %cciones sísmicas. B %ctuación de cargas superiores a las previstas, como por e$emploA B Por colocar estanterías con grandes pesos en zonas de for$ados dise&adas para cargas de vivienda. Por la entrada de vehiculos pesados camiones/ en aparcamientos subterr#neos calculados para coches. B Por la inundación de un for$ado o de una azotea. B Por el fallo de la cimentación ocasionada por la e$ecución de obras pró-imas, por problemas de filtración de agua, etc... 7i la estructura es fr#gil el colapso se alcanza sin previo aviso, con peque&as deformaciones y figuración reducida.
Mureza se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro material. MFesistencia a la tensión, Es la m#-ima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el #rea de sección inicial de la barra. 7e denomina también, m#s precisamente, carga unitaria m#-ima a tracción. Limite de fluencia, fy. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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Es la tensión a partir de la cual el material pasa a sufrir deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de tensión, si interrumpimos el traccionamiento de la muestra, ella volver# a su tama&o inicial, sin presentar ning"n tipo de deformación permanente, esta se llama deformación elastica. El ingeniero utiliza el limite de fluencia de la barra para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación. Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida. En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia coincide con el valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de cedencia. En los casos en que no aparece este escalón o aparece poco definido, como suele ocurrir con los aceros estirados en frío, es necesario recurrir al valor convencional establecido en las prescripciones, como se e-plica mas aba$o, para aceros de resistencia mayor a 25(( gHcm5 Las barras con resistencias hasta 5=(( gHcm5 presentan una curva elastoBpl#stica, como se ve en la figura 3.1( a/, entonces fy se identifica con claridad. Para aceros de resistencias mayores, hasta 25(( gHcm5, la curva esfuerzoBdeformación unitaria puede ser elastoplastica o no, dependiendo de las propiedades del acero y del procesos de fabricación. Para aceros de resistencias mayores a 25(( gHcm5, donde el grado de fluencia no est# definido, el código %)8 especifica que el esfuerzo de fluencia, fy, debe determinarse como el esfuerzo que corresponde a una deformación de (.(('3 cmHcm.
$r&a&le*ente- la res+stenc+a en el )%nt de 'l%enc+a- es dec+r- el es'%er( el:st+c *:@+* 9%e )%ede s)rtar la &arra- es la )r)+edad *ec:n+ca *:s +*)rtante )ara el d+seadr. La resistencia a la tensión se controla por un limite sobre la resistencia en el punto de fluencia y esta no puede ser menor que 1.53 veces la resistencia real en el punto de fluencia. 7i bien la tendencia actual, en la construcción con hormigón reforzado, es hacia el uso de barras de refuerzo con grado de resistencia m#s elevado, dado que el uso de estas conduce a INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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una reducción significativa del tonela$e de acero y del tama&o de los miembros estructurales de hormigón, lo que da por resultado economía en la mano de obra y en otros materiales, se tiene un limite practico sobre cuan fuerte debe ser el acero de refuerzo utilizado en una construcción est#ndar de gHcm5/. 7i un acero tiene una resistencia en el punto de fluencia que es el doble de la de otro, puede aplicarse el doble de esfuerzo, pero se obtendr# el doble de elongación. )on cargas moderadas, el refuerzo de acero se estirar# casi lo mismo que lo que puede estirarse el hormigón que lo rodea sin agrietarse severamente! si se aplica m#s carga, el acero puede soportar la carga con seguridad, pero el hormigón que lo cubre se agrietar#. Esto no sólo da mal aspecto sino que, en general, permitir# la corrosión del refuerzo.
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I0URA B.1 a/ iagrama Esfuerzo eformación para %ceros de ureza Datural Laminados en )ali )alient ente! e! b/ curva curvass típi típica cass esfu esfuerz erzoBd oBdef efor orma maci ción ón unit unitari arias as para para barra barrass de refuer refuerzo zo.. DotaA Las curvas est#n indicadas seg"n su límite de fluencia.
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I0URA B.11 iagrama Esfuerzo eformación para %ceros de resistencia mayor a 25(( GgHcm5 En general, no se puede usar la mayor resistencia de los aceros con resistencias en el punto de fluencia de 25(( gHcm5, como refuerzo est#ndar a la tracción, sin causar el agrietamiento del hormigón, a menos que se tomen disposiciones especiales en el dise&o del miembro.
5.2. TRACCION DEL ACERO 1 /%estra En la figura se ilustra una muestra cilíndrica est#ndar que se usa para una prueba de tensión. Los e-tremos de esta muestra, que se su$eta con soportes aserrados, tienen un acabado liso! para otros tipos de soportes se usan muestras con borde o rosca en los e-tremos. La muestra debe labrarse simétricamente a m#quina a lo largo de su e$e longitudinal, para que la carga esté distribuida uniformemente en el corte transversal. 2 A)arats Las cargas se aplican ya sea mec#nica o bien hidr#ulicamente en los dos tipos de maquinaria de pruebas e-istentes. El método mec#nico de aplicar cargas tiene la venta$a de proporcionar un medio conveniente para controlar la velocidad de deformación, aunque por lo lo general se prefieren usar los sistemas hidr#ulicos, debido a sus capacidades mayores y a su costo m#s ba$o. E-isten muchas marcas distintas de maquinaria de pruebas! pero una una de las m#s conocidas es la universal ;aldKin X *ate *ate B Emery, Emery, que se describe a continuación y que se ilustra en la figura 5.>. 7e usa el término universal porque la m#quina se puede adaptar a pruebas de compresión, de curvatura y fle-ión, así como a las de tensión.
La carga se aplica mediante una bomba hidr#ulica que hace pasar el aceite a presión en un cilindro, la cual eleva el pistón! pistón! luego éste empu$a hacia hacia arriba la cabeza móvil del émbolo de tensión y la mesa. mesa. La muestra se su$eta por medio de soportes colocados en la cabeza del émbolo de tensión y en la del a$ustable. 7i se va a usar una muestra muestra de compresión, se la puede colocar entre la mesa y la cabeza del émbolo a$ustable./. La altura de la cabeza del émbolo móvil se a$usta antes de la prueba seg"n las dimensiones de la muestra, y no se modifica durante la prueba. El aceite INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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del cilindro no sólo e$erce una presión ascendente sobre el pistón, sino también una presión descendente e igual sobre una c#psula sensora. El fluido que contiene la c#psula se e-pele y desenrolla el tubo de un manómetro de ;ourdon :ig. 5.9/ , que est# calibrado para indicar la carga. La velocidad de aplicación o eliminación de la carga se controla mediante v#lvulas de apro-imación y precisión, tanto de carga, como de descarga. Los dispositivos de soporte est#n a$ustados esféricamente, o bien est#n provistos de plaquitas que permiten alinear la muestra con e-actitud. La alineación correcta elimina cargas de curvatura y asegura que la muestra esté sometida sólo a cargas a-iales. 7i hay cargas de curvatura, los esfuerzos no se e$ercer#n de modo uniforme sobre la pieza.
a. /ed+c+7n de la de'r*ac+7n Las deformaciones se pueden medir en forma mec#nica, eléctrica, electromec#nica u óptica. En este e-perimento se usa un método mec#nico basado en el e-tensómetro H.F. 4oore, cuyo diagrama se muestra en la figura 5.=. )uando se trata de una muestra est#ndar de dos pulgadas, los pares de puntos con los que se su$eta al e-tensómetro tienen una separación de 5,((( pulgadas, lo cual da una longitud de escala de dos pulgadas. Los puntos del medidor est#n a una pulgada del punto de apoyo, y éste, a su vez, se encuentra a cinco pulgadas de la car#tula del medidor. 7i la longitud de escala del e-tensómetro aumenta (.(((' plg, la agu$a indicadora de la car#tula se mueve (.((13 plg. La deformación, definida como un cambio en longitud por unidad de longitud, es decir, YLHL, YLHL, es (.((('H5.(((R (.(((13! En otras palabras, la deformación es igual a la lectura indicada en la car#tula, dividida entre 1(.
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Ensa ebe seleccionarse un equipo de operación compuesto de un lector del e-tensómetro, un operador para la carga, un lector para la carga, un registrador que debe medir también la muestra/ y un encargado de las gr#ficas. El primer paso de la prueba es anotar el di#metro de la muestra después de medirlo con un micrómetro. Luego, se arranca el motor de la m#quina de pruebas y se conecta el aire a presión :ig. 5.1(/. 7e abre la v#lvula de carga y se eleva el pistón una pulgada m#s o menos, después de lo cual se cierra dicha v#lvula. El siguiente paso de la prueba es su$etar el e-tensómetro, que se ilustra detalladamente en la figura 5.1(. Los cuatro tornillos de a$uste puntiagudos, A, E, G y D, se destornillan lo suficiente para que la muestra quepa entre ellos. La barra de espaciamiento, C, se aprieta mediante la perilla moleteada H, para marcar una distancia de dos pulgadas entre los pares de puntas del manómetro. 7e suelta el tornillo de a$uste del collar F y el resorte E se distiende a su m#-ima longitud, luego se aprieta el tornillo de a$uste F. Esto acomoda la bola en su recipiente, estableciendo un punto de apoyo en V. La muestra se coloca en un dispositivo que la su$eta en tal forma, que las puntas de los pares de tornillos de a$uste en A y G, así como en E y D, hagan contacto con los di#metros de la muestra. 7i los brazos del e-tensómetro se presionan suave pero firmemente contra la barra espaciadora, en la dirección marcada por las flechas 1 y J, la distancia entre los di#metros es decir, la longitud de la escala/ ser# de 5,((( pulgadas. Entonces, los tornillos de a$uste A, E, Gy D, se aprietan firmemente siguiendo el orden de los n"meros grabados en sus respectivas cabezas. La cabeza del émbolo se a$usta, ahora, hacia arriba o hacia aba$o, de acuerdo con el espaciamiento correcto correspondiente al tama&o de la muestra en cuestión. El e-tensómetro, INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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$unto con la muestra, se monta en los su$etadores, a fin fin de que tenga una holgura vertical de apro-imadamente 1H= de pulgada! deben su$etarse apro-imadamente Z de la rosca de la muestra. Es posible que se requiera un rea$uste preciso de la cabeza del émbolo móvil. Esto supone que se usa una muestra con e-tremos fileteados. / Luego, a) Ponga en cero la agu$a indicadora de la carga, utilizando la correspondiente perilla de a$uste a cero, como se ilustra en la figura 5.1(. ) %priete los su$etadores de la muestra hasta que en la car#tula del medidor de carga se observe una carga apenas perceptible menos de 53 libras/. c) 7uelte el tornillo de cierre del medidor de deformación !" de la :ig. 5.@/ y gire la car#tula graduada hasta que el cero coincida con la agu$a. %priete " y el e-tensómetro quedar# listo para usarlo. d) El operador de la carga abre cuidadosamente la v#lvula de carga la de a$uste preciso/ hasta que la agu$a se mueva con lentitud. )uando la agu$a del e-tensómetro se acerque al increB mento de deformación predeterminado, el lector del e-tensómetro debe advertirA V[Listo\V )uando la agu$a del e-tensómetro indique la lectura e-acta del incremento, el lector debe anunciarA VLecturaV. El operador de la carga cierra la v#lvula de carga en ese mismo instante, mientras que el lector de carga supervisado por el operador de carga/ dice en voz alta la lectura de carga! el registrador la anota en el pizarrón, y el encargado de las gr#ficas marca el punto. e) 7e sigue con cuidado este mismo procedimiento hasta que se alcanza el punto de cedencia o se esté a (.5C del esfuerzo de cedencia! en este punto debe cerrarse la v#lvula de carga. #) El e-tensómetro se saca cuidadosamente antes de que se rompa o se da&e. g) espués de quitar el e-tensómetro se abre de nuevo la v#lvula de carga y se aumenta lentamente la carga hasta que se produce una fractura, mientras que se toman varias medidas de longitud de la escala con un par de divisores. Observe el retroceso de la agu$a de carga a la ruptura, de$ando que la agu$a B guía indique la carga m#-ima carga de resistencia a la tensión/. Presione el botón de pare D"m. 3 de la :ig. 5.1(/ cuando la muestra se fractura. h/ espués de retirar la muestra, abra la v#lvula de descarga de a$uste apro-imado, m#s o menos a la mitad de su giro y de$e que salga el aceite del cilindro de operación. )uando esté hecho, la placa inferior la móvil/ debe ba$arse tanto como sea posible! luego se cierra la v#lvula de descarga. )ierre las v#lvulas con firmeza! pero sin forzarlas . 7e deben medir y registrar la longitud final de la escala y el di#metro final de la muestra. 7e observa y anota el tipo de fractura producida.
Inter)retac+7n de ls res%ltads Los datos consisten en las longitudes inicial y final, L y L' , los di#metros inicial y final, D y D' , y una serie de lecturas del e-tensómetro, en pulgadas y las lecturas de carga correspondientes, en libras. Las lecturas del e-tensómetro se convierten en lecturas de de$ INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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#or%aci&n, dividiéndolas entre 1(, y las de carga se reducen a es#uer'os, dividiéndolas entre el
#rea del corte transversal original! luego, se hace una gr#fica del esfuerzo, en función de la deformación. El límite proporcional es el esfuerzo m#-imo en que el esfuerzo y la deformación permanecen directamente proporcionales. El límite proporcional se determina mediante la curva de esfuerzo B deformación, trazando una línea recta tangente a la curva, en el origen, y anotando la primera desviación que tenga la curva de su linealidad. El valor obtenido para el límite proporcional, depende de la precisión de las mediciones de esfuerzo y linealidad y de la escala de la gr#fica. Este valor no tiene gran aplicación en los c#lculos de ingeniería. El límite el#stico es el esfuerzo m#-imo que puede soportar el material sin sufrir una deformación permanente. Para la determinación e-acta del límite el#stico se requiere que la carga aumente sucesivamente a esfuerzos mayores, seguidos de una descarga, y mediciones para detectar alguna deformación permanente. La determinación de su valor real, al igual que el límite proporcional, es una función que depende de la precisión de las mediciones. Este hecho y la dificultad de determinarlo con e-actitud, limitan mucho su utilidad en la ingeniería. Este valor no se puede determinar con los datos obtenidos en este e-perimento. La resistencia al punto cedente o el esfuerzo de cedencia es el esfuerzo que produce en un material, una deformación específica, permanente y limitadora. Por deba$o del límite el#stico, la relación entre el esfuerzo y la deformación, en la carga y la descarga, puede considerarse idéntica, desde un punto de vista pr#ctico. En consecuencia, no es necesario descargar una muestra para poder determinar la resistencia a punto cedente! m#s bien, se construye una línea paralela a la porción recta de la curva. La construcción se desplaza del origen de la curva en una cantidad igual a la deformación permanente especificada. figura 5.11/. El esfuerzo en la intersección de la línea paralela con la curva de esfuerzo B deformación, es la resistencia a punto cedente. El desplazamiento que se usa con mayor frecuencia es a (.5 por ciento de la resistencia a punto cedente, o sea, (.((5 plgHplg. El esfuerzo de cedencia es una medida pr#ctica del límite de la acción el#stica! siempre es mayor que el límite el#stico y no es tan sensible a errores en las mediciones de deformación, como lo es el límite el#stico. El punto de cedencia es una propiedad que tienen los aceros blandos no endurecidos y algunas otras aleaciones. %l igual que el esfuerzo de cedencia, es también una indicación del límite de la acción el#stica. El punto de cedencia es un esfuerzo en el que se produce primero un aumento notable de deformación, sin que haya un aumento de esfuerzo. En efecto, por lo general, hay dos puntos de cedenciaA uno superior y el otro inferior, como puede verse en la
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figura 5.11. El punto superior de cedencia es el que se usar# en este e-perimento, como el punto de cedencia. Este punto y el esfuerzo de cedencia son apro-imadamente iguales. La resistencia a la tensión o tracción/ es equivalente a la resistencia final, y se calcula dividiendo la carga m#-ima soportada por la muestra entre el #rea de la sección transversal original de la misma. La resistencia a la ruptura, o el esfuerzo de ruptura se determina dividiendo la carga soportada en el momento de la ruptura, entre el #rea de la sección transversal original de la muestra. Esta carga ser# inferior a la m#-ima, debido a que la sección transversal de la muestra se reduce en forma dr#stica después de que se alcanza la carga m#-ima. La reducción de la sección transversal produce en la muestra un cuello seme$ante al de los relo$es de arena y que se conoce como Vadelgazamiento o acogotamiento de la muestraV.
La elongación en la ruptura se determina mediante YLHLo, en donde YL es el cambio en longitud, es decir, Lf B Lo, longitud final menos longitud inicial. La elongación o alargamiento se e-presa casi siempre como porcenta$eA C de elongación R 1(( YLHLo La reducción del #rea se e-presa también como porcenta$e y se calcula mediante A C de reducción de #rea R 1(( Y%H %o, en donde Y% se encuentra por medio de %o B %f, siendo %o el #rea original y %f la final. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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El módulo de elasticidad recibe también el nombre de rigidez del material. Este módulo en tensión se conoce como módulo de ]oung, y es la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformación a esfuerzos inferiores al límite proporcionalA 7 R Ee en donde 7 es el esfuerzo, e la deformación y E el módulo de elasticidad. E se encuentra ver la :ig. 5.11/ midiendo la pendiente de la porción recta de la curva de esfuerzo B deformaciónA E R 7 1 B 75/ H e1 B e5/ 7i la curva del esfuerzo en función de la deformación pasa por (, ó, en el or$gen y si su porción inicial es una línea perfectamente recta, entonces se puede determinar el módulo de elasticidad a partir de cualquier esfuerzo inferior al límite proporcional, y la deformación correspondiente, dividiendo sencillamente el esfuerzo entre la deformación. La tenacidad de un material es su capacidad para absorber energía hasta el punto de ruptura, y se determina midiendo el #rea que queda ba$o la curva de esfuerzo y deformación. Esto no es, en realidad, una indicación e-acta de la tenacidad, porque la muestra no se deforma, uniformemente en toda su longitud y, por tanto, no absorbe energía de manera uniforme en todo su volumen. Las unidades de la tenacidad se encuentran multiplicando el esfuerzo por la deformación, es decir librasHpulgada cuadrada/ ^ pulgadasH pulgada/, lo cual da pulgada B librasHpulgada c"bica ó energía absorbida por unidad de volumen.
El as)ect de la 'ract%ra El aspecto de la fractura en barras para pruebas de tensión ver :ig. 5.15/, depende de la composición y el historial de la muestra. Los metales y la aleaciones d"ctiles sufren fractura de copa o fractura parcial de copa. En los aceros templados de poco contenido de carbono se producen fracturas de estos mismos tipos. 7i el acero tiene un alto contenido de carbono o si se ha endurecido mediante un tratamiento térmico, tiende a producir una fractura en estrella. El hierro fundido, que carece de ductilidad, no produce estrechamiento en forma de cuello de botella y tiene una superficie de fractura que tiende a formar un plano en #ngulos rectos a la dirección de la carga.
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5.3. TENACIDAD" iene siendo la con$ugación de dos propiedadesA ductilidad y resistencia. 6n material tenaz ser# aquel que posee una buena ductilidad y una buena resistencia al mismo tiempo.
B..
COEFICIENTE DE DILATACIÓN T"RMICA " presentan tensiones internas entre refuerzo y concreto por los cambios de temperatura del medio. %mbos tienden a dilatarse y contraerse de modo similar.
5.5. MALEABILIDAD Es otro tipo de plasticidad. 6n material es maleable cuando es f#cilmente deformable en forma de l#minas sin romperse. Es la capacidad que presenta el acero ac ero de soportar la deformación, de formación, sin romperse, al ser sometido a un esfuerzo de compresión. :avorece la obtención de delgadas l#minas el material.
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El %cero es maleable. maleable. 7e pueden obtener l#minas delgadas llamadas ho$alata. ho$alata. La ho$alata ho$alata es una l#mina de acero, de entre (,3 y (,15 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por esta&o, zin. La maleabilidad es una propiedad que similarmente como la ductilidad son propiedades que presentan los cuerpos físicos. % diferencia de la ductilidad, la maleabilidad se refiere a la formación de filamentos, la maleabilidad nos permite la conformación de finas l#minas que conse conserva rvan n su inte integri grida dad d ya que que no se romp rompen en y no e-is e-iste te ning ning"n "n méto método do que que perm permitita a cuantificar estas l#minas. 4aleabilidadA Es la propiedad que un material, por e$emplo el acero presenta, puede ser laminado, estampado, for$ado, torcido y alisado. Esta propiedad se garantiza a través de una prueba que consiste en doblar en frío una varilla de acero alrededor de un pin sin que ésta se astille en su parte e-terior. El doblez debe ser de 1=(V para las varillas de todas las denominaciones e-cepto para las J12 y J1= cuyo doblez es de @(V para %B> 13, %B> 1>, %B> 19 y 1=(V para %B9(>. El di#metro del pin varía de acuerdo a la varilla ser ensayada y se indica en la *abla. *abla. .. *ablaA *ablaA i#metros del pin para par a la prueba de maleabilidad del acero.
6.
O!IDACION DEL ACERO
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El acero debe estar libre de ó-ido durante su coloca colocació ción n pues pues este per$udica la adhe adheren renci cia a con el conc concre reto to.. 7i las varillas lo presentan, deben limpiarse con escobilla de acero o con chorro de arena. El ó-ido reduce la sección transversal transversal de las varillas afectando directamente directamente su capacidad capacidad resistente. resistente. urante el proceso constructivo debe verificarse que esta disminución no sea crítica. El volumen del ó-ido es igual a siete veces el volumen y el recubrimiento se desprender#. )on el ingreso de o-igeno la reacción se llevara a cabo m#s r#pidamente y la armadura terminara por corroerse totalmente. El hierro aparece en la naturaleza en forma de ó-ido, y por mucho que nos esforcemos en el proceso de deso-idación, el hierro siempre tiende a revertir el proceso. Es lo que denominamos corrosión o-idación del acero/, y se produce siempre que las condiciones e-ternas propician la formación de un par galv#nicoA una diferencia de potencial y electrólito agua/. La industria industria buscó una solución solución lo m#s inmediata inmediata posible para evitar evitar la corrosión en el acero consistente consistente en aislar el acero por medio de recubrimient recubrimientos os met#licos u org#nicos, org#nicos, por e$emplo e$emplo las pinturas, que adem#s aportan color y un cierto acabado. 7in embargo, la eficacia de esta protección est# limitada a la durabilidad del revestimiento. Es por ello que desde hace mucho tiempo se pretende una protección del hierro autom#tica, y esto es lo que aporta un proceso que hoy en día est# muy e-tendido en la fabricación de todo tipo de productos met#licos como los chasis o las carrocerías de los automóviles, se trata de la galvanización en caliente por inmersión o la electro galvanización en continuo. El proceso de galvanización aporta al acero un #nodo de sacrificio, es decir un metal con menor potencial electroquímico como el zinc, cuyo fin es que se o-ide de manera preferente al acero.
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7e trata de promover procesos que creen una capa protectora y por lo tanto un aislamiento del acero. El zincado o galvanizado es hoy en día un proceso incorporado en todo tipo de producción de elementos met#licos. 8ncluso como acabado final. El galvanizado es una protección auto regulable que aporta el ó-ido de zinc. Lo ideal es que fuese el propio acero el que realizar# el mismo ó-ido de acero, al igual que sucede con el aluminio anodizado, que forma una capa estable. 7in embargo el acero forma escamas que se desprenden lo que hace que sea muy molesto para distintas aplicaciones en los productos industriales. Las reacciones de o-idación y de reducción/ son sumamente interesantes, comple$as, "tiles a veces veces y per$u per$udi dici cial ales es otras otras tant tantas as.. % resum resumid idas as cuent cuentas, as, este este tipo tipo de reac reacci cion ones es son son e-tremadamente comunes, son héroes y villanos en muchas ocasiones. Por e$emplo, sin reacciones de o-idación no podríamos respirar, pero gracias a este fenómeno se pierden todos los a&os miles de millones de dólares en todas las industrias que utilizan acero. En una reacción de ó-idoBreducción, desde el punto de vista m#s simple, dos sustancias que se ponen en contacto y pueden reaccionar reaccionar entre sí intercambia intercambian n partículas entre sí. 6na gana electrones y la otra irremediablemente los pierde.
El acero es el metal m#s ampliamente utilizado para la fabricación de estructuras como por e$emplo, e$emplo, puentes, estanques, estanques, casco de buques, buques, etc. 7i nos referimos referimos al origen electroquími electroquímico co de la corrosión, veremos que en un mismo metal hay #reas que poseen un distinto potencial eléctrico. icha diferencia de potencial es atribuible, entre otros, a la capa de o-ido remanente propia del proceso de laminación laminación del acero en donde esta herrumbre herrumbre es catódica catódica respecto del acero o también a diferencias en el o-igeno disuelto en el agua u otro electrolito. La protección catódica de estructuras de acero se basa en la aplicación de un metal que sea anód anódic ico o resp respec ectto del del acero cero,, de tal mane manera ra que que prot prote$ e$a a a este este "lt "ltimo imo medi median ante te el establecimiento de una celda galv#nica intencional, en donde el acero se convierte en c#todo, INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de sacrificio que se corroer# preferencialmente. 7i se analiza la serie galv#nica de los metales, se puede ver que tanto el Sn como el %l y el 4g, son anódicos respecto del hierro y del acero. 7e distinguen 5 sistemas de protecciónA a/ %plicación de ' a 1( mils de Sn o %l sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comport#ndose como #nodo y degrad#ndose preferencialmente. b/ %plicación de ' a 1( mils de Sn o %l sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante. El propósito del sellante es impedir la penetración de líquidos yHo gases hacia el acero, imposibilit imposibilitando ando la formación formación de una celda galv#nica galv#nica lo que permite permite alargar alargar considerablem considerablemente ente la vida "til del revestimiento re vestimiento met#lico. Los sellantes empleados varían en función del ambiente corrosivo que se desea aislar. En general, se emplean pinturas del tipo vinílica, acrílicas, epó-ica, uretanos, siliconas, etc. )omo se ha demostrado fehacientemente a través de e-periencias pr#cticas y aplicaciones industriales, los sistemas de protección anticorrosivas por metalizado muestran duraciones de ' a 1( veces mayor que sistemas tradicionales de pintura. %un cuando el costo de aplicación inicial resulta en algunos casos superior al costo de aplicar un sistema tradicional, dada su larga duración sin necesidad de mantenimiento, los revestimientos met#licos por metalizado resultan a la larga e-tremadamente económicos. La e-traordinaria resistencia a la corrosión de estos revestimientos se debe a que el sistemaA a/ Provee protección galv#nica b/ %ct"a como pasivador del metal base acero/ c/ Provee un inhibidor contra la o-idación imprimante/ d/ Provee una barrera impermeable sellante/ %lgunos sistemas de revestimiento usualmente empleadosA
A$ORTE
A$LICACIONES
SELLANTE
%luminio
Estructuras sumergidas en agua de mar
imprimante U vinil claro
Sinc
Estructuras e-puestas a ambientes marinos cerca de la costa
imprimante U vinil aluminio
%luminio
%tmósferas industriales, rurales o marinas
7ilicona B %luminio alta temperatura/
%lHSn
Protección estructuras e-puestas a elevadas concentraciones de sales
Poliuretano
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%POF*E %PL8)%)8ODE7 7ELL%D*E %luminio Estructuras sumergidas en agua de mar imprimante U vinil claro Sinc Estructuras e-puestas a ambientes marinos cerca de la costa imprimante U vinil aluminio %luminio %tmósferas industriales, rurales o marinas 7ilicona B %luminio %luminio alta temperatura/ %lHSn Protección estructuras e-puestas a elevadas concentraciones de sales Poliuretano )OFFO78OD ED %4;8ED*E7 4%F8DO7 El progesivo deterioro de estructuras que se encuentran sumergidas yHo e-puestas a la acción de la atmósfera marina constituye constituye sin duda alguna alguna un oneroso problema problema industrial. industrial. En efecto, efecto, pilotes de muelles y otras estructuras portuarias como ser gr"as de cargaHdescarga, edificios en la cercanía cercanía del mar, etc, requieren un constante mantenimiento mantenimiento para conservarles conservarles en buen estado. % diferencia de los mecanismos de corrosión en agua dulce, desde un enfoque electroquímico debemos considerar la incidencia de las sales disueltas en el agua de mar y ambientes ambientes marinos. En forma predominante predominante encontramos encontramos en el agua de mar cloruros cloruros de sodio y de magnesio. El cloruro de sodio se encuentra en agua de mar en una solución de '3.((( mgHlt (.3 D/ que lo sit"a en su m#-imo nivel corrosivo. La solución de Da)l me$ora adem#s las propiedades conductoras del electrolito posibilitando una reacción electroquímica m#s intensa.
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O-idación y corrosión Los materiales est#n e-puestos continuamente a los m#s diversos ambientes de interacción materialBambiente provoca, en muchos casos, la pérdida o deterioro de las propiedades físicas del del mate materi rial al.. Los Los meca mecani nism smos os de dete deteri rioro oro son son dife diferen rente tess seg"n seg"n se trat trate e de mate materi rial ales es met#licos, cer#micos o polímeros pl#sticos/. %sí, en el hierro, en presencia de la humedad y del aire, se transforma en ó-ido, y si el ataque contin"a acaba destruyéndose del todo. esde el punto de vista económico, la corrosión ocasiona pérdidas muy elevadas. En los materiales met#licos, el proceso de deterioro se llama o-idación y corrosión. Por otro lado, en los cer#micos las condiciones para el deterioro han de ser e-tremas, y hablaremos también de corrosión. 7in embargo, la pérdida de las propiedades de los materiales polímeros se denomina degradación. En los deteriores de materiales podemos distinguir dos procesosA 1. O-idaci O-idación ón directaA directaA Fesulta Fesulta de la combin combinaci ación ón de los #tomos #tomos met#lic met#licos os con los de la sustancia agresiva. E$emplosA 5 :e U O5 _ 5 :eO herrumbreBó-ido/ o-idación por o-ígeno como causa/ :e U 7 _ :e7 sulfuro/ sulfuro/ o-idación por azufre como causa/ Esto lleva a que el metal, con el tiempo, pase de tener un estado libre puro/ a tener un estado combinado con otros elementos ó-idos, carbonatos, sulfatos,.../
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En este caso, los productos de la reacción quedan adheridos a la superficie del metal. En algunos casos, se forman películas protectoras que los aislan del agente corrosivo. El caso m#s corriente es el ataque por o-ígeno. En este caso, sobre el metal se forma una capa de ó-ido que, en algunos casos autoprotege al metal de una mayor o-idación. )u, Di, 7n, %l, )r,... Los ambientes son secos. Pero el o-ígeno no es el "nico agente, pues también puede intervenir el cloro )l5/, el azufre 7/, el hidrógeno <5/, el monó-ido de carbono )O/, el dió-ido de carbono )O5/,... En los procesos de o-idación, los metales pasan de su estado elemental a formar iones positivos cationes/ por pérdida de electrones. 4 _ 4nU U neB 7iendo n el n"mero de electrones que se pierden. % esta reacción se le llama reacción de o-idación o reacción anódica. El proceso de o-idación se acelera si la temperatura de eleva.
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5. )orrosión electroquímica o corrosión en líquidos. En este caso, el metal es atacado por un agente corrosivo en presencia de un un electrolito. 6n electrólito o electrolito es cualquier sustancia, normalmente líquida, que contiene iones libres, que se comportan como un medio conductor eléctrico. Dormalmente un electrolito es una disolución, en la que el disolvente suele ser agua y el soluto otra sustancia/. El e$emplo m#s conocido es el agua del mar el cloruro sódico es un agente corrosivo/, que act"a como electrolito. Los procesos de corrosión corrosión son procesos procesos electroquímicos, electroquímicos, ya que en la superficie superficie del metal se generan `micropilas `micropilas galv#nicas galv#nicas en las que la humedad humedad act"a como electrolito. electrolito. El metal act"a como #nodo polo positivo/ y, por lo tanto, se disuelve. %sí, el electrolito act"a como medio conductor a través del cual via$an las cargas que abandonan los electrones del #nodo que se corroe, el metal. E-iste un tipo de corrosión de tipo electroquímico que aparece cuando se $untan metales dife diferen rente tess o son son conec conecta tado doss eléct eléctri ricam camen ente te.. %l prod produci ucirs rse e el conta contact cto, o, el metal metal m#s m#s electronegativo desempe&a el papel de #nodo y, por tanto, sufre la corrosión. efiniciones que te aclaran las cosasA a/ 0nodoA 4etal que cede electrones y se corroe. b/ )#todoA Feceptor de electrones. c/ ElectrolitoA Líquido que est# en contacto con el #nodo y el c#todo. ebe ser condu conduct ctor or eléc eléctr tric ico. o. Este Este líqu líquid ido o propor proporci cion ona a el medi medio o a trav través és del del cual cual se aseg asegura ura el desplazamiento de cargas eléctricas desde el #nodo hasta el c#todo. 3. Protección contra la o-idación y la corrosión 8mpedir la corrosión implica impedir reacciones electroquímicas. Es decir, eliminar la posible presencia de un electrolito que act"e como medio conductor para facilitar una reacción de transferencia de electrones desde un metal anódico. %sí, las soluciones podrían serA a/ Protección por recubrimientoA Es decir, crear una capa o barrera que aisle el metal del entorno. entro de este tipo de protección podemos hallar a/ Fecubrimientos no met#licosA siendo los m#s comunes... Pinturas y barnicesA Es económico y e-ige que la superficie esté limpia de ó-idos y grasas Pl#sticosA Pl#sticosA 7on muy resistentes resistentes a la o-idación y son fle-ibles, fle-ibles, pero apenas resisten resisten el calor. calor. El m#s m#s empl emplea eado do es el P). P). Esma Esmaltltes es y cer# cer#mi mico cosA sA *iene iene la venta venta$a $a de resis resistitirr las las alta altass temperaturas y los desgastes. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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b/ Fecubrimientos met#licosA 8nmersiónA 7e recubre el metal a proteger en un ba&o de metal fundido. El metal al solidificar forma una fina capa protectora. Los metales m#s empleados son... a/ Esta&o la técnica técnica se llama esta&ado/A latas de conserva b/ %luminioA la técnica se llama aluminización/A Es econó mico y con calidad. c/ PlomoA la técnica se se llama plombeado/A Para recubrir recubrir cables y tuberías. d/ )incA la técnica se llama galvanizado/A Para vigas, vallas, tornillos,... y otros ob$etos de acero. ElectrodeposiciónA En este caso se hace pasar corriente eléctrica entre dos metales diferentes que est#n inmersos en un líquido conductor que hace de electrolito. 6no de los metales ser# aquel que har# de #nodo, el cual se o-idar# y sacrificar#. El otro metal, el que se desea proteger, har# de c#todo y ambos estar#n inmersos en el electrolito que estar#n en una cuba. )uando pasa la corriente eléc eléctr tric ica, a, sobre sobre el meta metall cató catódi dico co se crea crea una una fina fina capa capa prot protec ecto tora ra hech hecha a del del materi material al procedente del metal anódico, pues la pila obliga a ceder electrones al #nodo que alcanzar#n al c#todo. )uando el metal que hace de c#todo y se desea proteger es acero y el otro que va a protegerlo que hace de #nodo/ es cinc, el proceso se llama galvanizado.
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b/ Protección por capa químicaA 7e provoca la reacción de las piezas con un agente químico que forme compuestos en su superficie que dar#n lugar a una capa protectora. Por e$emploA )romatizadoA 7e aplica una solucion de #cido crómico sobre el metal a proteger. 7e forma una capa de ó-ido de cromo que impide su corrosión. :osfataciónA 7e aplica una solución de #cido fosfórico y fosfatos sobre el metal. 7e forma una capa de fosfatos met#licos que la protegen del entorno. c/ Protección catódicaA 7e fuerza al metal a comportarse como un c#todo, suministr#ndole electrones. 7e emplea otro metal que estar# en contacto con el metal que se desea proteger, llamado `#nodo de sacrificio, el cual se corroe y acaba destruyéndose aportando electrones al metal. En definitiva, el metal `#nodo de sacrificio se pone en contacto con el metal a proteger el cual recibe electrones del primero. 7e necesita la presencia de un electrolito. 7e emplea mucho en tuberías enterradas. d/ 8nhibidoresA 7e trata de a&adir productos químicos al electrolito para disminuir la velocidad de la corrosión. E$emploA 7ales de cromo. 7e echan a los radiadores de los coches. La corrosión es un proceso espont#neo y continuo que afecta a un material Xen este caso el aceroB como una serie de alteraciones físico químicas por la acción de agentes naturales. En general, los metales Xy el hierro en particularB se encuentran en la corteza terrestre en forma de minerales, de ó-idos yHo sales. Para transformar estos minerales en metales se requiere energía y mientras m#s energía demanda el proceso metal"rgico, mayor es la tendencia del metal a volver a su condición original O-ido o sal/. El acero, cuyo mineral de origen es el hierro en forma de ó-idos, no es a$eno a esta situación y est#, como se sabe, e-puesto a la corrosión u o-idación. O-idación galv#nica *odos los metales tienen su propio potencial de o-idación, que es la capacidad de entregar o liberar liberar electrones. electrones. 4ientras mayor sea este potencial de o-idación, o-idación, tanto m#s electronegat electronegativo ivo es un metal y, a la inversa, cuanto m#s electropositivo es un metal, menor es su potencial de
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o-idación son los que conocemos como metales nobles/. Estas propiedades de los metales est#n definidas en la 7erie Ialv#nica.
e dos elementos puestos en contacto, mientras mayor sea la distancia en la serie galv#nica, mayor ser# su diferencia diferencia de potencial de o-idación o-idación y m#s r#pidamente r#pidamente aparecer# la corrosión corrosión en el elemento de menor potencial se denomina c#todo al elemento m#s electropositivo y #nodo al m#s electronegativo/. En la superficie del acero se suelen presentar peque&as partes con potenciales eléctricos diferentes, resultado de impurezas y elementos de aleación o por tratamientos térmicos en el proceso de laminación. Estas partes son, en la pr#ctica, como peque&as pilas galv#nicas en potencia. En presencia de un electrolito por e$. %gua/ se cierra el circuito y comienza el movimiento de electrones. %sí, cuando la superficie de un elemento de acero es e-puesta a la humedad o a ambientes contaminantes neblina salina, gases/ se forma el electrolito y se da inicio al proceso de corrosión electroquímica, formando herrumbre. La condición inicial para que se produzca la o-idación del hierro es la presencia de agua y o-ígeno y la tasa de corrosión ser# proporcional al tiempo de e-posición a esta condición. e lo anterior, se colige que para evitar o reducir el riesgo de corrosión del acero se deber# evitar el contacto de o-ígeno y agua con el acero y evitar el contacto del acero con otros metales m#s electropositivos. Lo anterior significa, en términos simples, que se deber# aislar lo me$or posible
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la superficie superficie de acero de esta e-posición e-posición a estas condiciones condiciones de riesgo y se deber# reducir el tiempo de e-posición a ellas. En general, las estrategias para enfrentar el riesgo de corrosión de una estructura de acero se pueden clasificar como sigueA
6.. MEJORAR LA RESISTENCIA A LA CORROSION DEL ACERO En lo principal principal consiste en proteger el acero mediante mediante la aplicación aplicación de una capa protectora protectora de otro metal m#s resistente como zinc o zinc y aluminio/ mediante procesos por inmersión en caliente las piezas individuales o la l#mina continua pasan por cuba de zinc fundido, previo proceso de limpieza, limpieza, lavado, decapado y pasivado/, pasivado/, electrodeposición electrodeposición una corriente corriente eléctrica aport aporta a el zinc zinc desd desde e #nod #nodos os haci hacia a la planc plancha ha que que act" act"a a como como c#to c#todo do// o meta metaliliza zaci ción ón aplicación mediante pistolas de proyección de partículas fundidas de zinc/. )uando se trata de materiales gruesos o de piezas y estructuras, se debe aplicar la galvanización por inmersión en caliente en potes o tinas o a la metalización ver/ Las chapas galvanizadas protegidas con zinc/ o del tipo tipo galvalume también conocido como zincBalumini zincBaluminio/ o/ son de uso muy difundido difundido en ba$os espesores, especialment especialmente e en soluciones de revestimientos, cubiertas, placas colaborantes `decG/ en que el recubrimiento es aplicado sobre bobinas de acero al carbono laminadas en frío por ambas caras mediante el proceso de inmersión en caliente C, en que el el Sinc aporta aporta la protección galv#nica galv#nica y el %luminio %luminio aporta la resistencia a largo plazo, proporcion#ndole una alta resistencia a la corrosión. *ambién es utilizado para la conformación de perfiles de ba$o espesor, estructurales yHo auto soportantes para estructuras de entramados conocidos como `Light gage 7teel :raming ver artículo en sección estructuras/.
7.
USO DE ACEROS DE AL A LTA RESISTENCIA RESISTE NCIA 6n acero patinable )ortén o similares/ consiste en una aleación de ba$o contenido de carbono inferior al (,53C/ que, en adición de peque&as cantidades de metales como )obre )u, Díquel Di/ y )romo )r/ y e-puesto a ciclos alternados de humedad y sequedad, desarrolla una capa de ó-ido homogénea y de alta adherencia que funciona como barrera de protección contra el avance de la corrosión sin revestimientos o protecciones adicionales.
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6na mención mención especial especial se debe debe hacer de los los aceros ino-idab ino-idables, les, un producto producto típico típico del siglo siglo ^^ que apareció casi simult#neamente en varios países del mundo poco antes de la Primera Iuerra 4undial. 4uchos estudios permitieron comprender que el alto contenido de carbono en las aleaciones de acero, disminuye su resistencia a la corrosión, en tanto que un contenido de al menos 15C de cromo, otorga otorga una resistencia resistencia a la corrosión corrosión que permite permite hablar de aceros inoino-id idab able les. s. Las Las inno innova vaci cion ones es tecn tecnol ológ ógic icas as post poster erio iores res a la 7egund 7egunda a Iuerr Iuerra a 4und 4undia iall permitieron un desarrollo muy importante de la capacidad de producción y una consiguiente reducción de los costos de producción, por lo que estos aceros tuvieron una importante ba$a en el precio.
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B 8norg#nicosA idrio, cer#mica y hormigón B Pinturas FE6)8F L% %))8D )OFFO78% EL 4E8O %ctuar sobre el medio y no sobre el acero se logra mediante procesos de desaireación del agua eliminación de aire disuelto en el agua/ o la aplicación de inhibidores de corrosión en medios acuosos. 5. 7OL6)8ODE7 Las soluciones para prevenir la ocurrencia de la corrosión son variadas y dependen, en gran medi medida da,, del del ambi ambien ente te al que que estar# estar# e-pu e-puest esta a la estr estruct uctura ura a prote proteger ger.. Para Para enfren enfrenta tar r adecuadamente el problema es necesario ordenar el proceso de toma de decisiones a partir del siguiente esquema de secuenciaA B Evaluación de condiciones B Preparación de la superficie B %plicación de la protección B 4antenimiento 7in 7in emba embarg rgo o se pueden pueden tener tener en consi conside derac ración ión algu algunas nas preca precauci ucion ones es que, que, desde desde la perspect perspectiva iva del dise&o dise&o,, contri contribuy buyen en a preveni prevenirr la ocurren ocurrencia cia de la corrosi corrosión. ón. Entre Entre ellas, ellas, podemos mencionar las recomendaciones sugeridas en el Libro de Luis %ndrade de 4attos ías, como por e$emplo, no disponer los perfiles abiertos o de #ngulos de manera que acumulen agua o polvo, que son agentes que inducen la formación de corrosión o preocuparse de ocluir o completar los filetes de soldadura en elementos a soldar a fin de evitar que se produzcan l#minas de humedad o agua entre ellos.
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EVALUACION DE CONDICIONES Y RIESGO DE CORROSION Las condiciones de riesgo de corrosión se clasifican, en general en las siguientes categoríasA %mbiente Fural B ;%O F8E7IO El ambiente rural, le$ano a grandes ciudades y del borde de mar es considerado de ba$o riesgo de corrosión, siendo e-clusivamente un factor de riesgo la humedad presente en algunos sectores y el eventual uso de fertilizantes o insecticidas concentrados. %mbiente 6rbano X F8E7IO 4E8O
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En las grandes ciudades con gran concentración de tr#fico vehicular, la presencia de )O5, 7O5, y el hollín sumados a condiciones condiciones de humedad ambiental ambiental local, generan condiciones condiciones de mayor riesgo de corrosión. %mbiente 8ndustrial X %L* %L*O O F8E7IO La industria suele liberar gases, vapor y polvo, elementos que, seg"n su naturaleza química y concentraciones, generan condiciones de mayor riesgo de corrosión. %mbiente 4arino X %L* %L*O O F8E7IO En los ambientes del borde mar y dependiendo de la topografía y la rompiente de la ola, se forma niebla salina que impulsada por el viento, genera condiciones de alto riesgo de corrosión, especialmente en los primeros 1((m. %mbientes 4i-tos X %L* %L*O O F8E7IO La combinación de ambientes urbanos con zonas industriales yHo con bordes marinos, aumenta el riesgo de la corrosión. Por su parte, la Dorma 87OB@55' 87OB@55'A 1@@5 )orrosion of metals and alloys B )orrosivity of atmo atmosph spher eres es )las )lassi sififica catition on// que que es ampl amplia iame ment nte e acep acepta tada da,, clasi clasififica ca la corro corrosi sivi vidad dad atmosférica en 3 categorías en función de la pérdida anual de masa y de espesor tanto del acero como del zinc e-puesto, y sonA )1 B muy ba$aA ambientes interiores limpios y calefaccionados )5 B ba$aA ambientes rurales e interiores con alg"n riesgo de condensación )' B mediaA ambientes urbanos o industriales de moderada contaminación e interiores de naves industriales de alta humedad relativa y presencia de contaminantes procesadora de alimentos, lavanderías, plantas de cerveza y l#cteos. )2 B altaA #reas industriales y costeras de moderada salinidad e interiores de plantas químicas, piscinas temperadas, astilleros, barcos. )3 B 8 B 8ndustrial muy altaA #reas industriales de alta humedad y ambientes agresivos e interiores de condensación casi permanente y alta contaminación. )3 B 4 B 4arino, muy altoA #reas costeras de alta salinidad e interiores de condensación casi permanente y alta contaminación.
PFEP%F%)8OD E L% 76PEF:8)8EA )ualquiera sea la estrategia de protección a desarrollar, una de las acciones principales e irrenunciable irrenunciabless es el adecuado adecuado tratamient tratamiento o de la superficie superficie a proteger. proteger. Esto es particularme particularmente nte importante no sólo por el aspecto técnico sino porque el costo de la preparación de la superficie
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supera el 3(C del costo total de protección, en tanto el costo de la pintura, se sit"a alrededor del '(C del costo total. Es importante conocer el grado de corrosión de una superficie de acero, conocida como `intemperismo para determinar la correcta forma de prepararla para recibir el esquema de protección adecuado a las condiciones a las que estar# e-puesta. Estos sonA IF%O %A 7uperficie completamente cubierta por cascarilla de laminación intacta con poca o ninguna corrosión. IF%O ;A 7uperficie con incipiente corrosión atmosféricaA la cascarilla ha comenzado a agrietarse. IF%O )A La corrosión elimina la cascarilla cascarilla de laminación laminación agrietada agrietada de$ando de$ando sólo o-idación. o-idación. la eventual cascarilla a"n adherida a la superficie se remueve raspando f#cilmente/ IF%O A La cascarilla ha sido removida completamente completamente y aparece corrosión por picaduras La preparación de las superficies se clasifica seg"n el método de limpiezaA Q6848)O7 esengrase ecapado en caliente Femovedores de pinturas Lavados Químicos :878)O7 Escobillado 4anual Limpieza mec#nica Limpieza con llamas %FED%O7 ] IF%D%LL%O7 4etal ;lanco )asi 4etal ;lanco )omercial ;rush Off La inte intensi nsida dad d o profu profund ndid idad ad de su aplic aplicac ació ión n est# est# norm normada ada por por la norm norma a 77P) 77P) 7te 7teel el 7tructures Painting )ouncil/ 7P 1 X E7EDIF%7%O POF 87OLED*E7 7e debe hacer siempre antes de cualquier otro tratamientoA remover grasa, óleos, tierra, polvo. 7ecuenciaA a/ Femover con cepillos duros los restos de tierra, cemento, etc. b/ Femoción de aceites B :regado con pa&o, pinceles, cepillos embebidos en disolvente aguarr#s, -ilol, bencina, toluol/ B 8nmersión en disolvente. 7e debe cuidar la contaminación del disolvente B )horros de disolvente INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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B apor apor de disolv disolvent ente e para para piezas piezas peque& peque&asA asA deben deben ser no inflam inflamabl ables es percl percloroe oroetil tileno, eno, tricloroetileno, cloruro de metilo 7P 5 X L84P8ES% 4%D6%L 7t 5/ 4artillos, picadores, raspadores, esp#tulas, cepillos de acero, lana de acero virutilla/, li$a o esmeril. Eliminar cascarilla de laminación suelta, restos de pintura y ó-ido parcialmente suelto. 7ecuenciaA B Femoción de aceites B Femoción o-idación estratificada con martillos y picadores B Femoción cascarilla y o-idación suelta con cepillos B Femoción polvo y polvo de o-idación con cepillo, pa&o o aire 7P ' X L84P8ES% 4E)%D8)% 7t '/ )epillos rotatorios, discos abrasivos, esmeriles y li$adoras rotatorias u orbitales. Femov Femover er casc cascari arilllla a de lami laminac nació ión n parc parcia ialm lment ente e suel suelta ta,, resto restoss de pint pintura ura y o-id o-idac ació ión n parcialmente suelta. 7ecuenciaA B Femoción de aceites B Femoción o-idación estratificada o c#scaras con martillos y picadores B Femoción cascarilla y o-idación suelta con cepillos B Eliminar polvos y polvo de o-idación 7P 2 X L84P8ES% % :6EIO )on soplete se suelta la cascarilla de laminación por diferencial de dilatación térmica. 4#s efectiva que la limpieza manual pero m#s riesgosa incendio, e-plosión, deformación/ 7P 3 X ) X )3C de la superficie de color gris#cea, resto con leves muestras de sombras decoloración.
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7P 9 X )
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%PL8)%)8OD E PFO*E))8OD En general, hablamos de sistema de protección al referirnos al con$unto de acciones que involucran la protección de una estructura met#lica contra la corrosión, incluyendo el tipo de superficie, el an#lisis del ambiente a la que estar# e-puesta, las condiciones de servicio o de traba$o, las posibilidades de acceso a los lugares a proteger, la preparación de la superficie, el esquema de protección o pintura, y el método de aplicación. 7e debe mencionar, adem#s en todo sistema de protección, los controles de calidad y el mantenimiento que se deber# considerar en la vida "til de la estructura. La protección protección mediante mediante galvanoplast galvanoplastía ía metalizació metalización, n, electrodespo electrodespositac sitación ión o inmersión inmersión en caliente/ es generalmente considerada la solución m#s adecuada para condiciones de alto riesgo de corrosión por su durabilidad, sin embargo, e-isten diversas soluciones de protección que depender#n en gran medida de las condiciones de e-posición y de servicio a las que estar#n e-puestas las estructuras de acero. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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El cuadro siguiente presenta presenta algunas de las resinas o aglutinante aglutinantess de uso m#s frecuente y las propiedades que los caracterizan. )omo se puede observar, los distintos aglutinantes tienen propied propiedade adess especí específic ficas as que los pueden pueden hacer hacer m#s recome recomenda ndables bles que otros otros seg"n seg"n las condiciones a las que estar# e-puesta la estructura.
Pinturas
Las pinturas est#n conformadas b#sicamente por tres componentes que sonA el vehículo resinas B no vol#tiles! disolventes B vol#tiles/, los pigmentos y los aditivos. Las resinas son las formadoras de película y son el componente m#s importante y le dan el nombre a las pinturas pinturas de caucho clorado, epó-icas, poliuretano, etc./. %ct"an como aglome aglomerant rante e de los pigmen pigmentos tos,, y afecta afectan n sus propied propiedades ades imper impermea meabil bilida idad, d, fle-ib fle-ibili ilidad dad,, continuidad secado, etc./. El pigmento est# formado por partículas en suspensión y le dan el color a la pintura. Para la prot protec ecci ción ón de estr estruc uctu tura rass met# met#lilica cass son son impo import rtan ante tess los los pigm pigmen ento toss que que le otor otorga gan n características anticorrosivas a la pintura, como el azarcón o-ido de plomo B color naran$a/, cromato de zinc color amarillo de zinc/, cromato de plomo color naran$o pero menos efectivo que el ó-ido de plomo/, entre otros. Los aditivos se agregan en peque&as cantidades y le dan propiedades específicas a la pintura secantes, etc./ Los disolventes son líquidos vol#tiles que reducen la viscosidad de las resinas y permiten me$orar la uniformidad de la capa de pintura, controlar el secado, siendo adem#s, importante en la limpieza de los instrumentos de aplicación. Las pinturas act"an a través de diferentes mecanismos en la protección de la superficie del aceroA B Prot Protec ecci ción ón por por barr barrer eraA aA a"n a"n sin sin tene tenerr pigm pigmen ento toss inhi inhibi bido dore ress de corr corros osió ión n como como los los menc mencio iona nados dos arri arriba ba,, la pint pintur ura a act"a act"a como como una una barre barrera ra mec# mec#ni nica ca que que perm permitite e aisl aislar ar la superficie de acero del medio ambiente. La permeabilidad al vapor de agua es una variable importante, siendo las pinturas de caucho clorado las m#s impermeables y las alquídicas las de menor impermeabilidad. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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B Protección Protección anódicaA mediante pigmentos pigmentos anticorrosiv anticorrosivos os sumados a la protección por barrera ofrecen una solución eficiente. B Protección catódicaA utilizando un pigmento en base a zinc en polvo se fabrican pinturas ricas en zinc, también llamadas galvanización en frío, que con altos contenidos de zinc y logrando un contacto efectivo entre las partículas de zinc y el acero base, act"a como #nodo. Las principales resinas utilizadas en la protección de estructuras de acero sonA Fesinas de )aucho )loradoA es una resina monoBcomponente resistente a #cidos, #lcalis y sales, a agentes o-idantes, a la humedad y al desarrollo de hongos, aunque es termopl#stica, por lo que no debe aplicarse a elementos e-puestos a temperaturas superiores a los 9(). Fesinas inílicasA son resinas de secado r#pido que se conocen usualmente como l#te- y se fabrican en base a acetato de vinilo P%/ o cloruro de vinilo P)/ o ambos, logrando una e-celente resistencia química, especialmente a los #lcalis. Fesi Fesina nass %lquí lquídi dica casA sA conoc conocid idas as usua usualm lmen ente te como como esma esmaltlte e o prime primerr sint sintét étic ico, o, son son m#s m#s permeab permeables les y menos menos resiste resistente ntess que las anteri anteriores ores.. )uando )uando se modifi modifican can con aceites aceites y vegetales dan origen a nueva resina de mayor adherencia y fle-ibilidad. Fesinas %crílicasA son monoBcomponentes en base a disolventes org#nicos o agua, también conocidos como l#te-, tienen en el "ltimo tiempo, aplicación sobre aceros al carbono gracias al desa desarr rrol ollo lo de adit aditiv ivos os y pigm pigmen ento toss que que los los prot proteg egen en.. Fesi Fesist sten en bien bien la corr corros osió ión n y el intemperismo. 7on inodoras, por lo que se prestan para su aplicación en recintos como hospitales o industrias alimenticias. Fesinas Epó-icasA en su gran mayoría son biBcomponentes y presentan una alta resistencia química y física, y muy buena fle-ibilidad y dureza. %l sol pierden su brillo volviéndose opacas por pulverización o `chalGing/. 4uy usadas en mantenimiento industrial, equipos portuarios y marinos como `primers para recibir una terminación en poliuretano. E-isten también en base agua, apropiadas para la industria alimenticia. Fesinas de PoliuretanoA pinturas en base a resinas de poliuretano se usan en forma de esmaltes y barnices como una forma de terminación con una muy buena resistencia a la inte intemp mperi erie, e, y gran gran durez dureza, a, flefle-ib ibililid idad ad y bril brillo lo.. 4uy usad usadas as sobre sobre base basess epóepó-ic icas as en aeron#utica, marina, obras industriales y en grandes estructuras. Fesinas de EtilB7ilicatoA son biBcomponentes en base de aluminio o zinc, sirven como acabados resistentes a altas temperaturas hasta >(()/ pero no resisten #cidos o #lcalis. 7e usa en pintura de chimeneas, ductos calientes, hornos y calderas. *ambién como fondo en esquemas de pintura de plataformas marinas. 5.'.5. Ialvanización y 4etalización En términos generales consiste en el recubrimiento de las superficies de acero con zinc fundido. 7i la aplicación se hace mediante proyección de partículas fundidas hablamos de metalización, que es una e-celente forma de lograr recubrimientos de altos espesores entre 1(( y 53(m/. El proceso de galvanización por inmersión en caliente consiste en, previo trat tratam amie ient nto o de la super superfifici cie e de acer acero, o, sumer sumergi girr las las pieza piezass en tinas tinas de zinc zinc fund fundid ido o a INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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apro-imadamente 23(). El procedimiento logra una unión metal"rgica entre el hierro y el zinc, formando varias capas en que varía la proporción de la aleación de ambos metales. Es un revestimiento de gran resistencia a la corrosión, tanto por la protección catódica que otorga como por la protección protección de barrera. Los espesores espesores dependen del tiempo de inmersión inmersión y varían entre 53m para chapas planas y entre 93 y 153m para piezas no planas de acero. En el dise&o de una solución que ha de recibir una protección por galvanización en caliente se deben observar algunos aspectos importantesA Es conveniente conocer las limitaciones de tama&o de las cubas de galvanizado disponibles en las las plan planta tass de galv galvani anizad zado o por por inme inmers rsió ión n en cali calient ente e en la regi región ón del del proy proyect ecto, o, ya que que determinan determinan las dimensiones dimensiones m#-imas de las piezas a galvanizar galvanizar para me$orar me$orar esta limitación limitación e-iste la posibilidad de hacer galvanizados por doble inmersión, ba&ando primero un e-tremo y luego el opuesto de la pieza/. %simi simism smo, o, es conve conveni nien ente te consi consider derar ar que las las cone cone-i -ion ones es de piez piezas as galv galvan aniza izada dass por inmersión en caliente se e$ecuten mediante pernos a fin de evitar soldaduras que, por la temperatura de fusión relativamente menor del zinc, da&en esta protección. En todo caso, e-iste la posibilidad de aplicar protecciones en frío pinturas ricas en zinc/ en las zonas afectadas. 7e deben evitar cantos y #ngulos muertos. 7e debe asegurar el escurrimiento del zinc fundido, mediante perforaciones y desta$es en las zonas m#s críticas. En el caso de tubos o elementos cerrados, se debe perforar el e-tremo opuesto a la zona de inmersión inicial, a fin de permitir la liberación de los gases que se acumulan en el proceso.
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FATIGA DEL ACERO efiniciónA La fatiga es el proceso de cambio estructural permanente, progresivo y localizado que ocurre en un material su$eto a tensiones y deformaciones %F8%;LE7 en alg"n punto o puntos y que produce grietas o la fractura completa tras un n"mero suficiente de fluctuaciones %7*4/ El @(C de las piezas que se rompen en servicio fallan debido a este fenómeno. La fatiga es un importante modo de fallo a considerar en el dimensionamiento de estructuras, presentando a menudo, un car#cter catastrófico sin previo aviso, causando gran cantidad de pérdidas humanas y materiales. El fallo de los materiales met#licos por fatiga tiene lugar con cargas que son considerablemente menores que la carga de rotura est#tica.
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Estructuras que, tras una prolongada vida de servicio, pueden haber llegado al final de su vida de proyecto por lo que la eventual prolongación prolongación de su vida "til pasa por una comprobación comprobación de seguridad por fatiga. Estructuras en las que se ha detectado da&o a fatiga y se requiere saber si pueden repararse y, por tanto, seguir en servicio o, si por lo contrario, deben derruirse. Estructuras en las que se van a modificar las condiciones de carga y es preciso predecir la vida a fatiga ba$o la nueva solicitación. Por otro lado la fatiga en el acero se presenta si el material es sometido a ciclos de carga y descarga siempre que por lo menos uno de los límites de carga corresponda a una solicitación de tracc tracció ión. n. E-is E-iste te un rango rango de varia variaci ción ón de esfue esfuerz rzos os ba$o ba$o el cual cual se puede puede somet someter er indefinidamente al acero sin que pierda resistencia. Este es independiente de su esfuerzo de fluencia. Para barras rectas ba$o la especificación %7*4 %B>13, es del orden de 1>=( GgHcm5. 7i se presentan dobleces o soldaduras en los puntos de m#-imo esfuerzo este valor se reduce en un 3(C. L% E)6%)8D E P%F87 (, las caracterizaciones de los elementos sometidos a fatiga se realizaba intentando relacionar velocidades de crecimiento de grieta con valores de tensiones aplicadas sobre el elemento en cuestión y su longitud de grieta, dando lugar a e-presiones del tipo 3jA La llegada de los nuevos conceptos de la mec#nica de la fractura supuso un nuevo enfoque en el estudio del fenómeno de la fatiga. En 1@>1, Paris et al. >j sugieren la utilización del factor de intensidad de tensiones como par#metro caracterizador de la velocidad de crecimiento estable de grietas por fatiga. icho factor representa la severidad de la distribución de tensiones alrededor del frente de grieta. La utilización de dicho par#metro representa un avance considerable en el estudio del fenómeno, debido a que combina información sobre la geometría del elemento, tensión nominal y longitud de grieta, describiendo el proceso desde un punto de vista m#s global y unificando criterios anteriores que describían el fenómeno de una forma parcial. La ecuación de Paris >j se formula de la siguiente formaA 7iendo `) y `m constantes características de cada material. icha ecuación representa representa las velocidades velocidades de avance de grieta e-clusivamente e-clusivamente en la llamada región 88 o región de Paris, donde dichas velocidades velocidades aumentan de manera apro-imadamen apro-imadamente te lineal 9, =j. INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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En la figura 1 se pueden ver representadas las ' regiones consideradas al representar la velocidad de crecimiento de grieta respecto al incremento del factor de intensidad de tensiones. La zona zona 8 est# est# relaci relacion onad ada a con con velo veloci cidad dades es de crec crecim imie ient nto o de grie grieta ta muy ba$as ba$as,, que que pr#cticament pr#cticamente e se anulan cuando el incremento incremento del factor de tensiones tensiones llega a su valor umbral Yth/. Por el contrario, en la zona 888 el factor de intensidad de tensiones se apro-ima a un valor crítico y las velocidades de crecimiento de grieta crecen considerablemente del orden de (.(1 mmHciclo/, al apro-imarse a la fractura total del elemento.
:igura 1. Feprese ntación de la velocidad de avance de grieta en las diferentes regiones 8, 88 y 888. 6n material queda caracterizado a fatiga si se hallan la constante `) y el e-ponente `m, cuya determinación es el ob$etivo del presente traba$o.
. SOLDADURA DEL ACERO En general, todos los aceros son soldables si se emplea el electrodo y la soldadura adecuada, que no recalienten recalienten el acero y lo hagan perder sus propiedades. propiedades. Pero en el caso de los aceros que se van usar en una estructura o que va formar parte del concreto armado debemos tener presente las características que deben tener los aceros de refuerzo, estas est#n descritas en la Dorma Peruana en el artículo '.2 y en %)8 X (5 %F*8)6LO '.3. Los aceros de refuerzo que se producen en el Per" 7iderPer", %ceros %requipa/ deben cumplir con algunas de las siguientes DormasA M Dorma Dorma Perua Peruana na D*P D*P '21.( '21.('1 '1 y ''@. ''@.1=> 1=>.. %cero %cero Irado Irado >(. M Dorm Dorma a %7* %7*4 4 %>1 %>13. 3. %cero cero Irad Irado o >(. >(. M Dorma Dorma %7*4 %7*4 %9(>. %9(>. %cero %cero de de ba$a ba$a aleaci aleación, ón, soldab soldable. le. Irado Irado >( >( El acero %7*4 % >13 >13 por su composición composición química carbono equivalente equivalente mayor a (.3 C/ no es soldable en esencia. El alto contenido de carbono equivalente lo hace un acero difícil de soldar, con una alta posibilidad que se originen uniones fr#giles de ba$a resistencia. Es necesario utilizar procedimientos muy cuidadosos para lograr una soldadura `decente como por e$emplo INGENIERIA CIVIL ARMADO I
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precalentar las barras y luego de soldar controlar el enfriamiento y usar electrodos de ba$o contenido de hidrogeno EB 9(1= ó EB =(1=. En general no es recomendable soldar este acero, salvo ba$o procedimiento supervisado y con mano de obra especializada. El acero fabricado ba$o la norma %7*4 %9(> si es soldable. 7u uso es recomendable en zonas de alto riesgo sísmico ya que facilita las reparaciones y el refuerzo de estructuras da&adas luego de sismos intensos, o cuando se requiere reforzar o aplicar una estructura. *ambién su uso facilita los empalmes de barras por soldadura, la facilidad de doblado y la ductilidad. Los puntos de soldadura deben indicarse en los planos, con sus detalles y debe especificarse el procedimiento de soldado, el cual ser# compatible con las características del acero por soldar. Es conveniente realizar an#lisis de la composición química del refuerzo para determinar la sold soldadu adura ra adecu adecuad ada. a. Esta Estass previ previsi sion ones es no son son neces necesari arias as si se util utiliz iza a acero acero de la espe especi cififica caci ción ón %7*4B 7*4B%B %B9( 9(>H >H9( 9(>4 >4B( B(( ( pues pues su comp compos osic ició ión n quím químic ica a est# est# dise dise&a &ada da especialmente para hacerlo soldable. Do se deben soldar estribos a la armadura principal.
CONCLUSIÓNES •
El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es el que proporciona a las
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estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras. La propiedad ductibilidad del acero es primordial para el concreto. Estas características componen las venta$as y desventa$as primarias del acero, el cual es un
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material de construcción digno de uso y respeto ya que debido a este este podemos traer a la realidad •
grandes ideas de dise&o que desafían los límites de ciertos materiales de construcción. El acero no es un material material nuevo, se ha visto visto través de la historia historia como como se logro realizar realizar esta
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aleación en el siglo ^8^. La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los e-perto en la materia intentaron fabricar hierro.
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El proceso que se necesita para lograr conseguir el cero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy comple$o adem#s las dificultades para lograr los diferente tipos de acabados
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que se le puede dar ala acero. La industria industria sobre el acero es muy e-tensa y ala vez es de mucha calidad, calidad, por eso es uno de los
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sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo. El acero es una aleación de diversos elementos entre ellos el carbono es el mas importante y el
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que determina sus propiedades mec#nicas. Es bueno hacer una evaluaci evaluación ón al concret concreto, o, cuando cuando recubrim recubrimos os al acero acero contra contra efecto efectoss de corrosión
BIBLIOGRAFIA
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