Facultad de Ingeniería Carrera Profesional de Ingeniería Civil
ANALISIS ESTRUCTURAL ESTRUCTURAL TEMA: COMPORTAMINETO MECANICO DEL ACERO ESTRUCTURAL
DOCENTE: Ing. MOSQUEIRA MORENO MIGUEL ALUMNO:
BOLAÑOS RODRÍGUES, Juan LINARES VIGO, Elmer MAMANI GUTIERREZ, César Da!" ORRILLO #ERRERA, Juan Carl$s
CICLO: 2013-2
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INTRODUCCIÓN El acero estructural es un material usado para la construcción de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión y el costo razonable. Hay dos modos en el comportamiento mecánico del acero estructural bajo esfuerzo que revisten particular importancia y que tienen considerable influencia en el diseño de los miembros de acero. Uno de estos modos es el comportamiento del acero en la región plástica de la curva de esfuerzodeformación. !ntes de la d"cada de los setenta, este comporta comportamien miento to particul particular ar por lo general general se conoc#a conoc#a como $comport $comportamie amiento nto plástico plástico$. $. !ctualmente, !ctualmente, se usa con bastante frecuencia frecuencia el t"rmino comportamiento comportamiento inelástico% inelástico% sin embarg embargo, o, el lector lector debe debe proced proceder er con cautel cautela a al usar usar el t"rmi t"rmino no $compo $comporta rtamie miento nto inelásti inelástico$, co$, ya que muc&as muc&as persona personas s todav#a todav#a restring restringen en el t"rmino t"rmino comporta comportamien miento to inel inelás ásti tico co a la regi región ón de defo deform rmac ació ión n post poster erio iorr al inic inicio io del del endu endure reci cimi mien ento to por por deformación. Este trabajo nos permitirá ampliar nuestros conocimientos sobre cómo influye el acero estructural de acuerdo a sus caracter#sticas.
Análisis Estructural
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1. OB!TI"O# $eneral Estudiar las características y propiedades del acero estructural de Sider Perú y
Aceros Arequipa
!s%ecíficos Conocer los factores que afectan el comportamiento mecánico del acero estructural.
&. FUND'(!NTO T!ÓRICO ACERO ESTRUCTURA El Acero estructural es uno de los materiales !ásicos utili"ados en la construcci#n de estructuras$ tales como edificios industriales y comerciales$ puentes y muelles. Se produce en una amplia %ama de formas y %rados$ lo que permite una %ran fle&i!ilidad en su uso. Es relati'amente !arato de fa!ricar y es el material más fuerte y más 'ersátil disponi!le para la industria de la construcci#n. Se define como acero estructural al producto de la aleaci#n de (ierro$ car!ono y peque)as cantidades de otros elementos tales como silicio$ f#sforo$ a"ufre y o&í%eno$ que le aportan características específicas. El acero laminado en caliente$ fa!ricado con fines estructurales$ se denomina como acero estructural al car!ono$ con límite de fluencia de *+, -pa.
ID!NTIFIC'CIÓN) POR EE-PO PARA ACEROS ARE/U0PA os canales son identificados con marcas estampadas que indican el fa!ricante$ las dimensiones nominales y las 1ormas$ se%ún el si%uiente esquema2
PROPI!D'D!# * CU'+ID'D!# D!+ 'C!RO !#TRUCTUR'+ Su alta resistencia$ (omo%eneidad en la calidad y fia!ilidad de la misma$ solda!ilidad$ ductilidad$ incom!usti!le$ pero a altas temperaturas sus propiedades mecánicas Análisis Estructural
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fundamentales se 'en %ra'emente afectadas$ !uena resistencia a la corrosi#n en condiciones normales. El
acero es más o menos un ,aterial el-stico$ responde te#ricamente i%ual a la
compresi#n y a la tensi#n$ sin em!ar%o con !astante fuer"a aplicada$ puede comen"ar a comportarse como un material plástico$ pero a diferencia de los materiales plásticos a má&imas solicitaciones romper3$ pero su comportamiento plástico en tales situaciones como un terremoto$ la fase plástica es útil$ ya que da un pla"o para escapar de la estructura.
&.1 C+'#IFIC'CIÓN D!+ 'C!RO !#TRUCTUR'+ O D! R!FU!RO) El a*er$ es+ru*+ural, según su forma, se clasica en: a. ER-ILES ESTRUCTURALES: Los perles estructurales son pieas !e a*er$ lam!na"$ cu"a secci#n trans$ersal pue!e ser en forma !e %, T, I,
canal o &ngulo. Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa &ga# T DENOMINACION: 'EE !(). DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente de sección en forma de '. NORMAS TECNICAS: *istema +ngl"s !*'- !() !()- /). *istema -"trico 0ropiedades -ecánicas !*'- !() !()- /). 'olerancias 1imensionales 1+2 3456 75.
PRESENTACION: *e produce en longitudes de ) metros. *e suministra en paquetones de 6 '-, los cuales están formados por 6 paquetes de 3 '- cu.
PROPIEDADES MEC'NICAS: 8#mite de fluencia m#nimo
9 5,:(4;g
9 6,474 = :)54 ;g
!largamiento en 544mm m#nimo
93:.4> m#nimo 93:.4> m#nimo 93?.:> m#nimo 9 buena
*oldabilidad
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USOS: En la fabricación de estructuras metálicas para construcción civil, torres de transmisión, tijerales, carpintería metálica , etc.
Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa &ga# ( DENOMINACION: H !(). DESCRIPCION: Perfil de acero laminado en caliente cuya sección tiene la forma de H. NORMAS TECNICAS: !*'- !()/).
PRESENTACION: *e comercializa en longitudes de 54, (4 y 64pies. *e suministra en unidades.
PROPIEDADES MEC'NICAS: 8#mite de fluencia m#nimo
9 5,:(4;g
9 6,474 = :)54 ;g
!largamiento en 544mm m#nimo 9 54>@AB *oldabilidad 9 buena @AB 37> para espesor de ala de 4.5)4mm.
USOS: En la fabricación de elementos estructurales como vigas, columnas, cimbras metálicas, etc. 'ambi"n utilizadas en la fabricación de estructuras metálicas para edificaciones, puentes, barcos, almacenes, etc.
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Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa 'NGULOS ESTRUCTURALES NORMAS T)CNICAS: *istema +ngl"s 0ropiedades -ecánicas !*'- !() !() 'olerancia 1imensionales !*'- !) !) *istema -"trico propiedades mecánicas !*'- !() !() 'olerancia 1imensionales +*C ):? D
PRESENTACION AA *e producen en longitudes de ) m. *e suministran en varillas y en paquetones de 5 '-, los cuales están formados por 5 paquetes de 3'- cu.
USOS: En la fabricación de estructuras de acero para plantas industriales, almacenes, tec&ados de grandes luces, industriales navales, carrocer#as, torres de transmisión. 'ambi"n se utiliza para la fabricación de puertas, ventanas, rejas, etc.
PROPIEDADES MECANICAS 8#mite de fluencia m#nimo 5:(4 ;gcm5
m#nimo 6.: mm 9 3: > m#nimo (3)$ 9 3: > m#nimo ).4 mm 9 3? > m#nimo 36$ 9 3?.: > m#nimo :3), (7$ y F 9 54.4 > m#nimo *oldabilidad 9 Guena
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@AB 0ara espesores de
5.4
resistencia
y
5.: a
la
tracción m#nima es de (:44 'g(cm)
*. BARRAS: Las *arras !e acero estructural son pieas !e acero lamina!o, cu"a secci#n trans$ersal pue!e ser circular, +eagonal o cua!ra!a en to!os los tama-os.
BARRAS CUADRADAS . REDONDAS N$rma +é*n!*a/ Composici#n u/mica " propie!a!es mec&nicas !e acuer!o a AST0 A12345 C$m0$s!*!1n 2u3m!*a 456 C Ma7
Ma7
S Ma7
S! Ma7
&8%9 &8&: &8&; &8:
6arras con la!o ma"or a )4mm el 7 0n es: 4.2434.84 r$0!e"a"es me*
Resistencia a la tracci#n: >4434 0;a <), 'gf( Alargamiento en )44mm, m/nimo: )47
= =
Barras *ua"ra"as = re"$n"as Análisis Estructural
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Cara*+er3s+!*as "!mens!$nales = "e >$rma L$n?!+u" "e la"$s
T$leran*!a
l$n?!+u"
T$leran*!a en la l$n?!+u"
es$ n$m!nal
4mm6
)
@
)&8:
9m
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&89:? m
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)&8;
9m
:&mm
;8&9? m
Barras re"$n"as l!sa Cara*+er3s+!*as "!mens!$nales = "e >$rma
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c. LANC#AS: Las planc+as !e acero estructural son pro!uctos planos !e acero lamina!o en caliente con anc+os !e )41 mm " )58 mm, " espesores ma"ores !e ,? mm " ma"ores !e >, mm, respecti$amente.
LANC#AS DELGADAS LAC
;lanc+as !e acero lamina!as en caliente con *or!es !e lamina!os, !e espesores menores a >.@ mm. NORMAS TECNICAS
Comercial Estructural
: AST0 A5455 T6 : AST0 A12
ROIEDADES MECANICAS/ omercial 8#mite de fluencia m#nimo !largamiento en :4 mm 1oblado
5334 = (:34 ;gcm5 @AB 5:.4 > m#nimo @AB a 374I
Es+ru*+ural L3m!+e "e Fuen*!a m3n!m$
/ %;;& 'g(cm) @AB
@AB
a 374I @opcionalB (e. *entido de laminación.
USOS onstrucción de silos, embarcaciones pesqueras, vagones, estructuras y usos en general.
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P!RFI+!# D! 'C!RO !#TRUCTUR'+ El Perfil de acero estructural$ tama)o$ composici#n$ fuer"a$ almacenamiento$ etc$ está re%ulada en los países más industriali"ados$ sus nom!res 'arían en am4rica y Europa. os ti%os de %erfil de acero estructural más comunes son2 5. Perfil ti%o U o Canal El perfil tipo U o canal como su nom!re lo indica es en forma de canal o C$ se utili"a para 'i%as y columnas que se unen y sueldan$ en usos de rendimiento medio.
Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa CANALES U DENOMINACION: @UB !(). DESCRIPCION: 0roducto de acero laminado en caliente cuya sección tiene la forma de U. NORMAS TECNICAS: !*'- !() !()- /). PRESENTACION: *e produce en longitudes de ) metros. *e suministra en paquetones de 6 '-, los cuales están formados por 6 paquetes de 3 '- cu.
USOS: En la fabricación de estructuras metálicas como vigas, viguetas, carrocer#as, etc. DIMENSIONES * PESOS NOMINALES:
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COMPOSICI+N QU,MICA EN LA CUC(ARA /:
PROPIEDADES MEC'NICAS:
L/mite !e luencia B 1,)4 'g(cm Resistencia a la Tracci#n B >,84 3 ,2)4 'g(cm Alargamiento en )44 mm B )4.47 m/nimo Sol!a*ili!a! B 6uena
*. Perfil angular o -ngulos Puede ser de lados i%uales o desi%uales$ se utili"a en dinteles$ columnas$ 'i%as de rendimiento$ estructuras secundarias.
ANGULOS DE ALAS IGUALES
Los &ngulos son pro!uctos cu"as alas son iguales " forman un &ngulo !e 84D entre s/, pro!uci!os con acero !e *aa tenor !e car*ono, !e acuer!o con la norma AST0 A12.principales usos: estructuras met&licas, torres !e transmisi#n
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!e energ/a elFctrica " !e telecomunicaciones, cerraer/a, mauinas e implementos agr/colas " en la in!ustria mec&nica en general.
6. Tu/o de acero cuadrado secci0n ueca Estas secciones cuadradas o rectan%ulares se utili"an con mayor frecuencia como columnas$ pero tam!i4n puede ser utili"ado como 'i%as$ a!ra"aderas y en otros usos.
Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa TUBO LAC ASTM A;&&
NORMAS TECNICAS DE -ABRICACION:
Las !imensiones, pesos " espesores se fa*rican según la Norma AST0 A44. Análisis Estructural
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DESCRICION/
Tu*o fa*rica!o con acero al car*ono lamina!o en caliente
Longitu! Re!on!os Cua!ra!os Rectangulares
: 2.>4 " 2 m. : 2 m. : 2 m.
Htras longitu!inales +a pe!i!o. Aca*a!o !e etremos Recu*rimientos
: Refren!a!o micras !e inc por la!o=
USOS/
Estructuras li$ianas " pesa!as !i$ersas, tierales, postes, cercos perimFtricos, carrocer/as, etc. ROIEDADES MECANICAS:
Re!on!o: Resistencia a la Tracci#n <0pa= >44 L/mite !e 9uencia <0pa= Cua!ra!o " rectangular: Resistencia a la Tracci#n min. <0pa= L/mite !e 9uencia min. <0pa=
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ra!o A
154
ra!o 6
))? ra!o A 154 )28
)84 ra!o 6
>44 15@
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7. Tu/o de 'cero circular a tu!ería (ueca circular de acero se utili"a preferi!lemente para columnas.
Corporac!n Ac"ro# Ar"$%pa TUOS ASTNM
NORMA TCNICA DE -ABRICACIHN
Según norma AST0 A1 RAJH A: Sc+e!ule >4 Des*r!0*!1n
Tu*os !e alta presi#n
Con!ucci#n para alta presi#n !e agua, gas, $apor, petr#leo, aire presuria!o " 9ui!os no corrosi$os.
RESENTACIHN L$n?!+u"!nal: 2.>4m <)5pulg= " otras longitu!es en pulga!as. A*aa"$s "e e7+rem$s.
Refrenta!o
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6isela!o. Rosca!o
Negro. ;inta!o. Aceita!o. Jesengrasa!o.
ROIEDADES MECNICAS Gra"$ A Resistencia a la tracci#n m/nima B 1140;a L/mite !e 9uencia m/nima B)40;a Gra"$ B Resistencia a la tracci#n m/nima B 1140;a L/mite !e 9uencia m/nima B)4 0;a TOLERANCIA DIMENCIONALES Es0es$r m3n!m$: 35).7 !el $alor nominal es$/ K(3547 !el $alor nominal D! )+asta 2: K ( 3 57 !el $alor nominal
&.& PROPI!D'D!# (!C2NIC'# D!+ 'C!RO !#TRUCTUR'+ Análisis Estructural
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5. Regi0n lineal 3 el-stica
Es una ona en la cual eiste proporcionali!a! entre esfueros " !eformaciones unitarias, se !ice ue el comportamiento !el material es lineal " el&stico, es !ecir es aplica*le la le" !e %oo'e:
). Regi0n anel-stica o de transici0n) en esta regi#n se pro!uce 9uo pl&stico restringi!o es !ecir el acero conser$a parte !e sus propie!a!es el&sticas, las !eformaciones aumentan m&s r&pi!amente para ca!a incremento !el esfuero.
1. Regi0n de flu4o %l-stico o de fluencia) La cur$a esfuero3!eformaci#n se $uel$e casi +oriontal, pro!uciFn!ose en el material una !eformaci#n consi!era*le sin ue se pro!ucan aumentos aprecia*les en el esfuero. El material se comporta !e manera pl&stica perfecta, lo ue signica ue se !eforma sin incremento !e la carga aplica!a.
>.
Regi0n de endureci,iento %or defor,aci0n) JespuFs !e sufrir !eformaciones pl&sticas ecesi$as comienan a pro!ucirse alteraciones en las propie!a!es !el acero, lo ue se tra!uce en un aumento !e resistencia !el material. Esto signica ue una !eformaci#n a!icional reuiere !e un incremento ma"or !e la carga aplica!a.
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. Regi0n de rotura o estricci0n) Al aumentar ecesi$amente la !eformaci#n
se mo!ica el &rea !e la secci#n trans$ersal !e la pro*eta, fen#meno ue se conoce como estricci#n. La re!ucci#n !el &rea $a acompa-a!a tam*iFn !e una !isminuci#n !e la resistencia +asta pro!ucir la rotura !el material. En tFrminos reales no eiste tal !isminuci#n !e la resistencia por cuanto no se +a consi!era!o la re!ucci#n !el &rea ocasiona!a por la estricci#n en la gr&ca esfuero3!eformaci#n. En el punto !e falla, los aceros !ulces tienen !eformaciones unitarias ue eui$alen a $alores ue oscilan entre 54 " )44 $eces los correspon!ientes a la !eformaci#n el&stica. La cur$a alcana su esfuero m&imo " luego !isminu"e poco a poco antes !e ue ocurra la falla. En esta regi#n !e la cur$a se presenta una marca!a re!ucci#n !e la secci#n trans$ersal, llama!a estricci#n !el elementoO
Los siguientes !atos, son $alores aproima!os para to!os los aceros estructurales: 0#!ulo !e Elastici!a! $eces la resistencia a la tracci#n Entre los aceros estructurales m&s importantes se tienen: AST0 A12 !on!e f" B 12 'si AST0 A4 !on!e f" B 4 'si
Factores 5ue afectan el co,%orta,iento del acero estructural 1. Co,%orta,iento a altas te,%eraturas En !ise-o !e estructuras !e acero el comportamiento a altas temperaturas es !e interFs cuan!o se especican proceso !e sol!a!ura " co*ran
ma"or rele$ancia en presencia !e fuego. Cuan!o la
temperatura ece!e a 81D C, la cur$a esfuero !eformaci#n empiea a Análisis Estructural
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$ol$erse no lineal eliminan!o gra!ualmente el punto !e 9uencia. El m#!ulo !e elastici!a!, el esfuero !e 9uencia " el esfuero !e la tensi#n son re!uci!os cuan!o se incrementa la temperatura. En un rango !e >14D C a >4D C es !on!e la $eloci!a! !e la tasa !e crecimiento es ma"or. Aunue ca!a acero !e*i!o a la $ariaci#n en la estructura u/mica " micro estructura se compone !iferente. Aceros con porcentaes !e car*ono relati$amente altos, como el acero AST0 A312, e+i*en ma!uraci#n por !eformaci#n en el rango !e 54D C a 1@4D C por lo ue presenta un relati$o aumento en el esfuero !e 9uencia " en el esfuero a tensi#n. La ma!uraci#n por !eformaci#n *ao temperaturas re!uce consi!era*lemente la capaci!a! !e !uctili!a! !el acero. El m#!ulo !e elastici!a! !ecrece mo!era!amente arri*a !e los >4D C. !e a+/ en a!elante !ecrece r&pi!amente. Lo m&s importante, a temperaturas altas !e )24D C a 1)4D C los aceros e+i*en !eformaciones las cuales aumentan *ao cargas en funci#n !el tiempo, este fen#meno es conoci!o como 9uo pl&stico, este es *ien conoci!o en estructuras !e concreto " en el acero no ocurre *ao temperatura am*iente. Htros efectos !e alta temperatura son: incremento !e la tenaci!a! !e 2 a 8D C, incremento en la fragili!a! por cam*ios metalúrgicos, resistencia a la corrosi#n !e los aceros estructurales se incrementa para temperaturas ma"ores !e >4 D C. Típicos efectos de altas temperaturas en el módulo de elasticidad
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&. Resistencia a la corrosi0n) Jes!e los primeros usos !el acero, una !es$entaa importante era ue reuer/a ser pinta!o para pre$enir el perio!o !el metal
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!e*i!o a la
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corrosi#n. Los aceros al car*ono !e *aa resistencia eran m&s *aratos pero mu" $ulnera*les a la corrosi#n, esta resistencia pue!e meorarse me!iante la a!ici#n !e co*re como un elemento !e aleaci#n, sin em*argo son mu" costosos para uso general, los aceros !e alta resistencia " *aa aleaci#n son $arias $eces m&s resistentes a la corrosi#n ue el acero estructural al car*ono con sin a!ici#n !e co*re.
6. +a,inado en frio 3 endureci,iento %or defor,aci0n) JespuFs !e ue la !eformaci#n en el inicio !e la 9uencia < = se +a ece!i!o aprecia*lemente, " el espFcimen es !escarga!o, la recarga pue!e generar una relaci#n !e esfuero !eformaci#n !iferente a lo o*ser$a!o !urante la carga inicial. La carga " !escarga el&stica no pro!uce !eformaci#n resi!ual sin em*argo, las cargas iniciales ma"ores al !el punto !e 9uencia tal como el punto A, !e la imagen, resultara al !escargarse una !eformaci#n in!ica!a en el punto 6. cuan!o se +a pro!uci!o una !eformaci#n permanente, la capaci!a! !e !uctili!a! se re!ucir& !es!e esa !eformaci#n H a una !eformaci#n 6. La acci#n !e recarga e+i*e un comportamiento como si el origen !e la cur$a esfuero !eformaci#n fuera el punto 6. la ona pl&stica antes !el en!urecimiento por !eformaci#n tam*iFn se +a*r& re!uci!o. Cuan!o la carga se +a ocurri!o +asta alcanar el punto C, la !escarga seguir& la l/nea puntea!a mostra!a +asta el punto J. el origen para una nue$a ser& el punto J. la ma"or longitu! !e la l/nea CJ in!ica ue el punto !e 9uencia se +a incrementa!o. El incremento al punto !e 9uencia es referi!o como un efecto !e en!urecimiento por !eformaci#n la !uctili!a! restante al aplicar carga cuan!o la !eformaci#n est& en el punto J, es menor !e su $alor original. El proceso !e carga m&s all& !el rango el&stico causara un cam*io !e !uctili!a! !isponi*le cuan!o esto es +ec+o a temperatura am*iente es conoci!o como tra*ao en frio. Análisis Estructural
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Los aceros al car*ono Se !i$i!en en > categor/as !e acuer!o al 7 !e car*ono ue contiene: *ao car*ono <57=, !ulce al car*ono <4.53 4.)87=, me!iano car*ono <4.1434.87=, " alto car*ono <4.2435.@7=. Los aceros estructurales al car*ono est&n en la categor/a !e acero !ulce !e car*ono.
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6. CONC+U#ION!# Análisis Estructural
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Se logr# i!enticar las propie!a!es " caracter/sticas !e ca!a tipo !e acero estructural !e Si!er ;erú " Aceros Areuipa. I!enticamos los factores ue afectan el acero estructural como son: Corrosi#n " la temperatura.imos ue ca!a tipo !e acero tiene su propia forma !e comportarse !e acuer!o a su uso " efectos mec&nicos a los ue estF sien!o someti!o.
7. R!F!R!NCI'# BIB+IO$R2FIC'#
JISEH JE ESTRUCTURAS JE ACERH , Ing. Ro!rigo Su&re ;. +ttp:((tesis.uson.m(!igital(tesis(!ocs(55??(Capitulo).p!f +ttp:((ingemecanica.com(tutorialsemanal(tutorialn544.+tmlVseccion) +ttp:((WWW.fomento.go*.es(NR(r!onl"res(@>55A13A>53>C)3AE)63 2?822121AE)(5414?(42.p!f +ttp:((WWW.si!er.com.pe(lineas!epro!uctos +ttp:((WWW.ramos.utfsm.cl(!oc(54?4(sc(CapituloX)XComportamientoX!elX 0aterial.p!f
+ttp:((es.scri*!.com(!oc(11)4)24(0aterial3acero3estructural
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