UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERIA CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL
ENSAYO DE MATERIALES
TEMA: ACERO ESTRUCTURAL
ALUMNO: MIRANDA GUANOTASIG STALIN JAVIER
DOCENTE: ING.Manuel Sigcho
PARALELO: SEGUNDO
SEMESTRE: TERCERO
FECHA: 22 DE ENERO DEL 2015
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I
INDICE DE FIGURAS Figura 1 “Soldadura de vigas” ..........................................................................................................................
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Figura 2: “Dirección típica del laminado en sección” ............................................................................. 4 Figura 3: “Perfil en T” ..........................................................................................................................................
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Figura 4: “Propiedades de los perfiles en T según la norma INNEN” ................... ..................... ...... 5 Figura 5: “Perfil doble T IPN” ...........................................................................................................................
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Figura 6: “Perfil doble T IPE” ...........................................................................................................................
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Figura 7: “Perfil doble T IPE” ...........................................................................................................................
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Figura 8: “Perfil doble T IPE” ...........................................................................................................................
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Figura 9: “Perfil L (angulares)” .......................................................................................................................
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Figura 10: “Columnas compues tas de acero-concreto, perfiles rellenos de concreto” ............ 7 Figura 11: “Secciones compuestas” ...............................................................................................................
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Figura 12: “ Curva caga -desplazamiento” ...................................................................................................
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Figura 13: “Uniones resistentes a la flexión” ............................................................................................. 9 Figura 14: “Secciones armadas” ......................................................................................................................
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Figura 15: “Tabla de clasificación de las barras según su fluencia” ....................................... ........ 12 Figura 16: “Características físicas de la varilla con resaltes para hormigo (INEN 2167)” ... 12 Figura 17 “Especificaciones mecánicas según la norma ecuatoriana” .................... ..................... 13 Figura 18:” Malla electrosoldada” ................................................................................................................ 13 Figura 19: “Malla electrosoldad” .................................................................................................................. 14 Figura 20 “Losa nervada” ................................................................................................................................
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Figura 21: “Partes de la losa nervada” ....................................................................................................... 15 Figura 22: “Perfil de las placas colaborantes” .................... ..................................................................... 15 Figura 24: “Configuración de momento”................... ................................................................................ 17 Figura 25: “conexiones en la viga -columna” ......................................... ................................................... 17 Figura 26: “Vigas de sección reducida” ...................................................................................................... 18
II
ALCANCE
Dar a conocer todo aquello relacionado con el acero utilizado en las construcciones, a los alumnos que se encuentren interesados en el tema y especialmente a los alumnos que sigan las especialidades de Arquitectura e ingeniería civil, puesto que en estas careras el uso del acero estructural es primordial ya que hoy en día se utiliza este acero en el hormigón armado, y otros fines constructivos. I NTRODUCCI ON
En el presente trabajo se dará a conocer todo aquello relacionado con el acero estructural es decir que se hablara de los perfiles estructurales, los mismo que son piezas acero laminadas que suelen tener formas en I,H,T y otras dependiendo del trabajo al que sean empleados, pero en este caso se enfocará en los perfiles que usualmente se utilizan en vigas principalmente. También se dará a conocer sus diferentes precios, su fabricación, y la norma que rigen en estos. Otro aspecto que se toma en cuenta son las barras de acero estructural las cuales son piezas de acero lamido que pueden tener forma circular cuadrada hexagonal con diferentes tamaños, en esta parte daremos a conocer los tipos de barras que tenemos, como se las usa principalmente, como es su realización, etc. Y por último se hablaremos de las planchas de acero estructural las mismas que son hechas como planos de acero laminados al caliente con anchos de 203mm y 219mm respectivamente. Pero previamente se dará un conocimiento de las propiedades que caracterizan al acero como por ejemplo su elasticidad que es las proporcionalidad que existe entre la deformación y el esfuerzo al que ha sido sometido la probeta, su fluencia que es el sitio en donde se determina la plasticidad del acero es decir las deformaciones que adquiere el material en cada esfuerzo cíclico que los afecta, su ductilidad que es la capacidad del acero en adquirir una gran cantidad de deformación, cualidad por la cual hace del acero un material ideal para caso de terremotos, desgarre laminar que son fracturas ligeras que ocurren en planos esencialmente paralelos a la superficie del laminado, su resistencia a la corrosión, etc. Además de esto se dará una clasificación de los aceros al carbono, acero inoxidables, y todo lo que respecta a sus aleaciones.
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CONTENIDO
EL ACERO ESTRUCUTRAL El acero una aleación de hierro con un contenido de carbono menor al 2% y otros elementos que lo ayudan a mejorar su resistencia como el fosforo, el sílice y vanadio que ayuda a mejorar su soldabilidad y resistencia al interperismo. Desde que se introdujo el acero estructural como material de construcción hasta aproximadamente 1960, el acero que se utilizaba era clasificado por la designación ASTM A7, este acero tenía una fluencia mínima de 2320,13 Kg/cm2. La mayoría de diseñadores no sabían mucho del acero por ende no podían saber de una descripción completa del mismo, y las especificaciones del AISC (American Instituto, of Steel construction) solo daban a conocer los esfuerzos permisibles y los procedimientos de diseño solo para el tipo de acero ASTM A7. Actualmente los aceros disponibles le permiten al diseñador trabajar con materiales de alta resistencia en zonas de altos esfuerzos envés de recurrir a piezas de gran tamaño. Los aceros de refuerzo se los conoce principalmente pos su designación en la ASTM o también por sus principales propiedades. En la actualidad los aceros estructurales cuentan con un esfuerzo de fluencia desde 1.687.37 hasta 7.030.70 Kg/cm2.
PROPIEDADES Elasticidad: es la propiedad que tiene los cuerpos para recuperar su forma y dimensiones iniciales luego de haber suprimido la fuerza previamente aplicada. En el acero existe un comportamiento similar en su zona elástica, en toda la zona se presenta una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, y es donde se aplica la ley de Hooke. La energía que pierde el material se denomina resiliencia =
El módulo de la resiliencia
=
2
.
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El módulo de elasticidad.- En los acero el módulo de elasticidad se lo determina como la variación de esfuerzo entre la variación de deformación. =
∆ ∆
, este módulo de
elasticidad nos ayuda a determinar el valor del esfuerzo de fluencia teórico. El módulo de elasticidad o módulo de Young, para el cálculo y diseño de estructuras de acero en el rango elástico toma convencionalmente el siguiente valor E= 210.000MPa
Zona de fluencia: es el esfuerzo sobre la cual el acero continúa deformándose sin necesidad que aumente las cargas a tracción. Para poder determinar el valor del esfuerzo de fluencia la ASTM recomienda trazar una línea paralela a la del comportamiento elástico que arranque con el eje de las deformaciones unitarias con un valor de 0,002
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El límite de fluencia se lo define según el tipo de acero, en la mayoría de aceros laminados al caliente el límite de fluencia está claramente definido y en ellos se puede apreciar un límite superior y uno inferior.
Resistencia a la rotura.- es mayor valor de esfuerzo que puede resistir un acero antes de llegar al colapso. Esta tención indica el final del comportamiento estable del material. El esfuerzo a la rotura es siempre superior al esfuerzo de fluencia para todo tipo de acero estructural.
Resiliencia hiperelastica.- es la energía perdida por el material que se ha dado desde la última carga que soporta el material hasta la plasticidad de deformación. =
2
La ductilidad.- existen dos maneras de determinar la ductilidad una es por deformación y la otra por energía de deformación. Esta ductilidad para aceros empleados en hormigón armado supera a 10, mientras que los aceros utilizados en hormigo presforzado tiene un ductilidad limitada del 3 a 5. Donde estos valores se los determina usando la ecuación: =
Donde: Dd: índice de ductilidad por deformación Ɛu : Deformación unitaria de rotura Ɛy: Deformación unitaria de inicio de fluencia
Tenacidad.- es la capacidad que tiene un material para absorber energía y deformarse plásticamente antes de deformarse.
Resistencia al impacto.- es una medida para poder determinar la capacidad que tiene el material de absorber energía al hacer aplicación de cargas rápidas.
Resistencia a la corrosión.- una desventaja del acero es que requería ser pintado debido al deterioro que sufría el acero y por ende su corrosión. Los aceros al carbono de baja resistencia era aquellos que más tendían a corroerse. La resistencia a la corrosión puede aumentar su en su aleación se aumenta cobre. Pero la desventaja aquí seria que los aceros con contenido de cobre son muy costosos para el uso general.
Resistencia a la fatiga .- La fatiga quiere decir una falla bajo la acción de cargas cíclicas osea patrones repetitivos de carga y descarga, aun cuando el esfuerzo de fluencia no ha sido excedido. La resistencia a la fatiga depende más del estado de esfuerzo que de la resistencia estática.
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Soldabilidad.- es esencial que el acero tenga una composición química que garantice la fusión entre el metal base y del electrodo sin que se produzcan imperfecciones o agujeros en el metal.
Fatiga en ensambles soldados.- un defecto puede ser la ranura o grieta entre dos elementos como un agujero previamente cortado en una viga, estos defectos pueden ser ocasionados por soldaduras probablemente hechas, bordes rugosos de cortadura, pequeños agujeros. Esto defecto parecen sin mucha importancia pero al momento en que la estructura es sometida a cargas y descargas puede ocasionar incrementos de longitud de una grieta en cada ciclo de carga y reducir la sección que soporta la carga.
Figura 1 “Soldadura de vigas”
Resistencia al desgarre laminar.- es una forma de fractura laminar que ocurre en planos paralelos a los de la superficie laminar de una placa de gran espesor. En un alto número de juntas la deformación es inducida por la contracción de la soldadura.
Figura 2: “Dirección típica del laminado en sección”
El comportamiento del acero a altas temperaturas.- . El acero a 93°C se comporta de manera no lineal y pierde su punto de fluencia, su resistencia a la tensión aumenta cerca del 10% con respecto a la temperatura ambiente, el módulo de elasticidad decrece considerablemente cuando aumenta de 540°C.
CLASIFICACION DEL ACERO ESTRUCUTRAL O DE REFUERZO PERFILES ESTRUCTURALES Realización de los perfiles estructurales con sección individual Los perfiles estructurales son hechos con aceros laminados los mismos que se los realiza en un “horno alto de colada de la siderurgia” para luego ser convertido en acero bruto fundido en lingotes de gran tamaño que luego serán laminados para poderlos convertir en perfiles comerciales dependiendo del uso que se los vaya a dar. El proceso de laminado se da al calentar el lingote fundido hasta una temperatura que permita
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deformar el lingote en un proceso de estiramiento y desbaste que se produce en una cadena de cilindros a presión llamado tren de laminado. Estos cilindros van haciendo al perfil hasta adquirir las medidas adecuadas del mismo.
CLASIFICACION DE LOS PERFILES PERFILES LAMINADOS DE SECCION INDIVIDUAL Los perfiles son realizados con el propósito de ser utilizados en estructuras de edificación, o en una obra civil, entre los perfiles se distinguen:
Perfil en T: El extremo del alma del perfil se encuentra redondeado un 2% respecto a su eje así como las uniones de las mismas en las caras interiores de las alas y las aristas de las mismas. Las caras interiores de las alas también están incluidas en un 2%. Según la norma INEN 2234 para perfiles estructurales T de acero laminados en caliente de Haltura=Base deben tener las siguientes propiedades
Alma
Alas
Figura 3: “Perfil en T”
Estos perfiles por lo general son utilizados en las losas que se cuelgan con las vigas.
Figura 4: “Propiedades de los perfiles en T según la norma INNEN 2234”
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Perfiles doble T Generalmente son usadas como vigas de flexión cuando los esfuerzos de torsión son pequeños.
Perfil IPN: Las uniones son redondas tienen una buena inercia respecto al eje x y muy pequeña respecto al y, su uso es muy recomendable en vigas.
Figura 5: “Perfil doble T IPN”
Perfiles IPE.- es un perfil laminado con una sección en forma de doble T también llamado I. Las caras exteriores e interiores de las alas son paralelas entre si y perpendiculares al alma, y así las alas tienen su espesor constante.
Figura 6: “Perfil doble T IPE”
Perfiles H.- según sea la sección normal, ligera o pesada se le denomina como HEB, HEA o HEM. Es parecida a la anterior pero en con su sección cuadrada.
Figura 7: “Perfil doble T IPE”
Perfiles no ramificados Se usan como soportes y pilares.
Perfiles UPN.- Es un perfil laminado cuya sección tuene forma de U, las características exteriores de las almas son perpendiculares a las almas. Son muy utilizados para formar perfiles compuestos.
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Figura 8: “Perfil doble T IPE”
Perfiles L (angulares).- Sirve como elemento de unión y sus dimensiones son iguales.
Figura 9: “Perfil L (angulares)”
Perfiles de tubulares de acero (tubos HSS) relleno de concreto: -Perfiles de acero enbebidos en concreto.- es un perfil de acero o lamina con un canal en donde se encuentra total o parcialmente rodeada de concreto. El concreto restringe el pandeo de la lámina de acero y también puede contrarrestar el fuego.
-Perfiles tubulares rellenos de concreto.- son perfiles rectangulares circulares cuadrados que se rellenan de concreto. Y aunque no se encuentre recubierto de concreto el relleno interno le ayuda a contrarrestar el fuego.
Figura 10: “Columnas compuestas de acero -concreto, perfiles rellenos de concreto”
Los perfiles de sección individual usados en vigas Para estos perfiles por lo general se utilizan perfiles laminados IPN por su economía en su mano de obra ya que si las medidas no cumplen con el diseño se lo puede cortar sin mucha dificultad. También la utilización de los perfiles depende el canto por lo tanto se puede utilizar perfiles IPN, IPE o HE. Los IPN son más utilizados por su economía
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como se dijo anteriormente, mayor rendimiento mecánico, y la resistencia a la flexion que proporciona sus propiedades mecánicas y físicas.
PERFILES DE SECCIONES COMPUESTAS Es tipo de perfiles se generan con la unión de dos o más perfiles individuales o laminados soldados entre sí con el fin de que satisfagan las necesidades que requiere el diseñador
Figura 11: “Secciones compuestas”
Utilizacion de los perfiles compuestos en vigas. Estas secciones o perfiles pueden ser utilizadas en vigas multiples las mismas que estan constituidas por dos o mas perfiles I adosados, unidos por cualquier tipo de elemento de union tales como presillas, tornillos, pasantes, etc. Los medios de union que se sule utilizar para unir dos o mas perfiles son:
Por soldadura.- Esta union es totalmente resistente ya que en el grafico carga desplazamiento se observa que la curva alcanza el maximo valor de deformacion coincidiendo con la plasticidad que tiene el material.
Figura 12: “ Curva caga-desplazamiento”
Por atornillada.- desarrollora en su totalidad la capacidad de carga de la barra pero al cortarse la barra por la seccion debilitada por los taladros es frágil. Por tanto con este metod no es posible aprobechar la plasticidad del material por la destribucion del esfuerzo. Las uniones de los perfiles UPN, IPN, HE para vigas se las suele realizar con sodadura o tornilleria al igual que para pletinas o presillas.
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Tipos de uniones resistentes al esfuerzo de flexion: -Uniones rígidas.- Son aquellas que mantiene el angulo que farman entre si las piesas que han sido unidas.
-Uniones semirrigidas.- Son las uniones flexibles en donde se produce un giro pequeño entre las dos barras enlazadas.
-Unión simple.- son enlases que se comportan como uniones articuladas, en donde la barra se unes a la union si que la otra pieza se flexione.
Figura 13: “Uniones resistentes a la flexión”
SECCIONES ARMADAS Estas secciones son construidas a base de perfiles W, S o canal C, de placas individuales o la combinación de placas con ángulos o canales para formar cajones.
Figura 14: “Secciones armadas”
Clasificación de las secciones armadas Según la especificación LRFD (Load and Resistance factor design) agrupa a los miembros a compresión en tres clasificaciones.
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Secciones compactas.- Es una sección con un perfil suficientemente fuerte capaz de distribuir eficazmente los esfuerzos plásticos antes de pandearse. Para que una pieza sea compacta sus patines deben estar conectados en forma continua al alma y alas.
Secciones no compactas.- Son aquellas en las que el esfuerzo de fluencia solo puede alcanzar en algunos de sus elementos a compresión antes de que se pandee.
Elementos esbeltos a compresión.- Son perfiles armados a base de angulares o canales, unidos a celosías (estructura reticular de barras rectas intercaladas en nodos)
INERCIA DE LOS PERFILES Para colocar correctamente un perfil es necesario conocer en que sentido tiene más inercia éste, con el fin de disminuir su pandeo. La inercia es el producto de la masa del acero multiplicado por la distancia de esta hasta el eje. De tal modo que para una estructura se considera que la máxima inercia coincide con la máxima dimensión del perfil a pesar de que el eje de la máxima inercia se encuentre en la otra dirección.
Por ejemplo.- un perfil IPN 300, cuyas dimensiones son 300mm, de alto (alma), y 125mm de ala, la máxima inercia (máxima dimensión, máxima resistencia a flexión y torsión), para efectos geométricos estructurales se encontrará en el sentido de los 300mm. .
COSTO DE PERFILES ESTRUCTURALES IPN200 Y TIPO G Novacero Valor de un perfil estructural IPN 200.
Aceroval Fecha
Descripción
2014
Perfil estructural tipo G 100x50x3 mm y 6MTS
Valor unitario 64,814 $
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BARRAS ESTRUCUTRALES Fabricación El proceso inicia con lingotes de metal cuyo peso es de 1600kilos los que posteriormente con la ayuda de una grúa de electro imán toma 4 lingotes y los coloca en una cama donde posteriormente pasa de uno en uno al horno aquí la temperatura se eleva a 1160º durante 2 horas. En cada minuto y medio sale un lingote al rojo vivo para luego pasar por una máquina que rocía agua quitando el óxido del acero, pero sin enfriarlo. Luego cada lingote pasa por unos rodillos los cuales lo moldea y los enfría con agua, después pasan por cajas que reducen su espesor, para la formación de una varilla más delgada, esta tiene que pasar por 18 cajas, con forme reducen su tamaño aumenta su velocidad. Cuando el lingote tiene el tamaño deseado pasa por una maquina que divide a los lingotes en tres y así se transforma en tres varillas. Después se depositan de tres en tres las varillas en la mesa de enfriamiento donde la temperatura es de 600ºC aquí la varilla ya va tomando su color gris para luego ser cortadas según el tamaño que se requiere. Las medidas suelen ser de 6, 12 m
Que son las barras de acero estructural Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. Por lo general las barras que son utilizadas para estructura de hormigón son las barras lisas y corrugadas, que tiene un diámetro que se encuentra en un rango de 6mm a 40mm, aunque en una armadura difícilmente supere los 32mm. Además este material se utiliza en mallas electro soldadas constituidas por alambre de diámetro 4m a 12mm. Cabe recalcar que las barras corrugadas mejoran la adherencia con el hormigón, y poseen una gran ductilidad, lo cual permite que la barra se pueda cortar y doblar con mayor facilidad. Estas barras forman una armadura que trabaja conjuntamente con el hormigón para resistir cierto tipo de esfuerzos a los que es sometido la estructura.
TIPOS DE BARRAS Barras laminadas en caliente Las barras laminadas en caliente que son redondas, de superficie lisa, y que se las hace por un método llamado laminación al caliente, que consisten en la transformación de una pieza de acero en una barra cilíndrica redando cuando todavía está caliente. Las barras laminadas en caliente también pueden tener superficies acanaladas, lo que aumenta la resistencia de la unión de las piezas.
Barras torcidas y deformadas al frio.- Estas barras se ruedan primero caliente con tres o más canales o hendiduras paralelas. Cuando se enfrían, las barras se tuercen, esforzando el límite elástico del acero. Sin embargo las barras corrugadas torcidas en frio se corroen mucho más rápido que otras barras.
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Barras de acero de alto rendimiento.- Están diseñadas para soportar altas muy altas tensiones, teniendo una resistencia a la tracción mínima de 1300 MPa. Por lo que las hace muy importantes en la construcción de grandes estructuras de acero. Estas varillas se clasifican según su límite de fluencia lo cual nos indica la siguiente tabla.
Figura 15: “Tabla de clasificación de las barras según su fluencia”
Varillas o barras corrugadas La superficie de una varilla corrugada esta provista de salientes llamadas corrugaciones las mismas que evitan el movimiento longitudinal entre la varilla y ayuda a una mejor adherencia con el concreto.
ESTANDARIZACIÓN DE LAS BARRAS ESTRUCTURALES EN ECUADOR La características y diámetro de las barras de acero están normalizadas según las normas de cada país como en Ecuador según la norma INEN 2167 las varillas con resalte de 41,2 daN/mm2 (42 kgf/mm2) .
Figura 16: “Características físicas de la varilla con resaltes para hormigo (INEN 2167)”
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Figura 17 “Especificaciones mecánicas según la norma ecuatoriana” Los valores de la resistencia a la tracción, límite de fluencia y el alargamiento porcentual de las varillas a las que se refiere esta norma deben cumplir con los requisitos establecidos en la tabla 2.
MALLAS ELECTROSOLDADAS Estas mallas se componen de barras de acero negro o inoxidable, lisas o corrugadas con un diámetro de 8, 10 y 12 mm soldadas entre ellas en forma de recuadros rectangulares de 15 a 50 cm, se las suelda en cada una de sus intersecciones. Gracias a su mayor resistencia permite utilizar una menor cantidad de acero. A diferencia de los otros sistemas tradicionales la malla electrosoldada llega lista para ser instalada.
Figura 18:” Malla electrosoldada”
Aplicaciones y usos Malla electrosoldada en rollos.- es utilizada en el refuerzo de túneles, como malla para shotcrete y malla de temperatura para la construcción.
Mallas electrosoldadas en planchas.- Remplaza a las mallas de fierro tradicional. Malla electrosoldada en acero trefilado.- se ha convertido en un producto indispensable para la construcción para el reforzamiento del concreto armado, teniendo una larga darabilidad. Esta nos ayuda a dar resistencia a la losa nervada con la ayuda del hormigo y la losa colaborante como veremos a continuación.
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Figura 19: “Malla electrosoldad”
COSTO DE VARILLAS DE 8 Descripción
Valor por unidad
Varillas de 8
4,17
Fecha 2008
PLACAS DE ACERO Steel deck o losa colaborante Este material ha sido muy utilizado en losas de entrepisos debido a las ventajas que nos brinda al momento de ser construido todo tipo de edificios. Este sistema corresponde una estructura mixta horizontal en donde interviene la colaboración del acero y el hormigón. Se los suele conocer también por el nombre de losa colaborante o encofrado colaborante. Este sistema se compone de una chapa de acero nervada inferior apoyada en una viga la cual permite recibir el hormigo que será vertido en la losa. Esta chapa nervada actuará como un encofrado perdido (modelo que da forma al hormigo y le da ciertas propiedades) y quedara adherida al conjunto. Este sistema se completa con una malla de refuerzo de acero, el cual permite repartir las cargas y absorber los esfuerzos de retracción. El resultado de esta configuración es una losa nervada unidireccional lo cual nos da una muy eficiente solución para la construcción de entrepisos.
Figura 20 “Losa nervada”
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Y por último para que se pueda tener una buena trabajabilidad del material, el Steel deck debe asegurar con una buena conexión y continuidad el plano de la losa y las vigas que la soportan. Para ello, se debe instalar conectores cortantes entre las vigas y el hormigón. Estos conectores por lo general son pernos de alta resistencia cuyas características se determinan en el cálculo estructural.
Figura 21: “Partes de la losa nervada”
Producción Existen algunos perfiles de las nervaduras de chapas de Steel deck, las mismas que dan diferentes soluciones y servicios según su diseño y espesor. En sgeneral se usan bobinas chapas de acero estructural galvanizado en caliente las cuales son sometidas a un proceso de conformado en frío que le da su forma según el diseño previsto.
Figura 22: “Perfil de las placas colaborantes”
Ventajas de su uso -
Menor peso El diseño nos da un ahorro de energía debido a su geometría Facilidad de transporte
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-
Rapidez de montaje Seguridad y facilidad de instalación Reduce la utilización de alzaprismas Reduce encofrados de losas Reducción de plazos de construcción
NORMATIVA ECUATORIANA Según la norma INEN 114 las planchas de acero podrán ser de calidad comercial, calidad estructural o calidad soldable, en este caso para las placas colaborantes de acero se tomara como referencia a las planchas de calidad estructural y soldable.
Físicos Las dimensiones de las planchas de acero a las que se refieren esta norma, estarán de acuerdo a lo especificado por el comprador.
Mecánicos Los valores de la resistencia a la tracción, límite de fluencia y alargamiento de las planchas delgadas de acero al carbono de calidad estructural, están indicados en la tabla
Figura 23: “Tabla de propiedades mecánicas”
INNOVACIONES EN EL DISEÑO SISMICO DE ESTRUCTURAS DE ACERO Innovaciones con marcos de momento 1) Marcos con conexiones postensadas (PT) Esta innovación consistente en la utilización de cables de acero para postensar la viga a la columna y de esa forma dar una conexión de momento.
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Figura 24: “Configuración de momento”
Este sistema tiene dos objetivos principales el primero es conseguir que la estructura después de haber sido sometido a un terremoto vuelva a su posición original osea que no presente deformaciones laterales permanentes. Y el segundo es enviar el daño que recibirá, a ángulos u otros elementos de sacrificio que provean la disipación de energía. Estas dos característica ayudan a mantener al edificio estable ante la presencia de sismos de mediana a alta escala, excepto las zonas de sacrificio las cuales solo serán remplazadas sin interrumpir el funcionamiento del edificio. El diseño de los cables se hace considerando los estados limite o de fallas posibles. Ya que los cables de acero no poseen gran ductilidad, la recomendación para este tipo conexiones es establecida por ciertas secuencias de estado las cuales son:
Descompresión: es el instante en el que se ejerce el momento que provoca el sismo supera el nivel de pretensión aplicado inicialmente a la conexión y esta empieza a abrirse.
Figura 25: “conexiones en la viga-columna”
Fluencia de elementos secundarios: es cuando los elementos encargados de disipar energía empiezan a fluir.
Fluencia de la viga: es cuando la viga empieza a desarrollar plastificación significativa. Fluencia de los cables: es cuando los cables alcanzan su tensión de fluencia. Inicialmente esta conexión se comporta como una unión rígida hasta que alcanza su punto de descompresión en donde esta conexión se abre y su rigidez se reduce a la rigidez proporcionada por los cables. Cuando el momento aumenta los cables llegan al
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punto en que los elementos secundarios alcanzan la fluencia con lo que las conexiones empiezan a disipar energía. Cuando la conexión entra en su estado de descarga es decir cuando su solicitación deja de actuar y como ésta es elástica, la tensión de los cables se encarga de cerrar la conexión nuevamente para que la estructura vuelva a su estado original. Uno de los problemas que presenta la utilización de este sistema tiene que ver con la necesidad de permitir la expansión a nivel de las vigas, que ocurre cuando las conexiones se abren luego de la descompresión. Esta expansión requiere de un diseño especial de la unión entre el diagrama de piso, las columnas y las vigas que resisten las cargas laterales por lo que toca utilizar elementos colectores especiales y retirar el diagrama de las vigas potenzadas. Otro problema tiene que ver con la corrosión de los cables y como protegerlos efectivamente de incendios.
2) Marcos con vigas de sección reducidas (RBS) Las características de este sistema es que porciones de las alas de la viga son removidas en la región adyacente a la conexión viga columna. La razón por la cual se reduce la sección es de tener una conexión viga-columna más resistente que la viga de manera que las deformaciones plásticas solo afecten a la sección reducida de la viga. Esta sección reducida limita las tensiones en la región menos dúctil osea en los cercano de la conexión viga columna. La reducción de la viga puede ser variable, en el caso de que sea variable, se desea tener deformaciones plásticas a lo largo de toda la sección reducida. El uso de vigas de sección reducida, resulta en una pequeña disminución de la rigidez lateral del marco, pero da un gran aumento de la ductilidad del sistema El uso de vigas de sección reducida es un método alternativo al de reforzar la conexión de momento, de manera de reducir los niveles de tensiones en la zona de la conexión e inducir deformaciones inelásticas en la viga. El reforzamiento de la conexión aumenta el costo de ésta dando además nuevos problemas
Figura 26: “Vigas de sección reducida”
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CONCLUSIONES 1.- El porcentaje de carbono que se encuentre en la aleación del acero también interviene en las propiedades mecánicas que adquiere este. 2.- El módulo de elasticidad o módulo de Young, para el cálculo y diseño de estructuras de acero en el rango elástico toma por convención el valor: E= 210.000MPa 3.- En el hormigo armado, la reserva entre el esfuerzo de fluencia y el de rotura no es utilizada directamente en el diseño, debido a las grandes deformaciones que se requiere para alcanzar ese esfuerzo mayor, por lo que se utiliza como elemento de diseño exclusivamente al esfuerzo de fluencia. 4.- Una medida confiable de la resistencia al impacto del acero se puede obtener a través de la tenacidad la misma que se la obtiene encontrado el valor del área bajo la curva o un valor aproximado con el número de mérito. 5.- En hormigones presforzados (creación intencional de esfuerzos permanentes en la estructura con el propósito de mejorar su resistencia en condiciones de servicio) se utilizan aceros de alta resistencia. 6.- Los aceros de alta resistencia y baja aleación no se deterioran tanto como los aceros al carbono y el óxido que forman se convierte en un recubrimiento protector para prevenir un mayor deterioro. 7.- En el acero, el módulo de elasticidad, el esfuerzo de fluencia y el esfuerzo de tensión son reducidos cuando se incrementa la temperatura 8.- Los aceros estructurales hoy en día cuentan con un esfuerzo de fluencia desde 1.687.37 hasta 7.030.70 Kg/cm2 9.- Las innovaciones hechas con el acero estructura son de mucho interés puesto que estas ayudaras a una estructura a tener más resistencia ante sismo y por lo tanto ayudara a prevenir la pérdida de vidas humanas.
BIBLIOGRAFIA R.C: Hibbeler. Mecanica de materiales. Sexta edición. Pearson Educación, Mexico. 2006. Universidad Nacionrl de Colombia. Jaramillo Jimenes, Jose Ortega. Teoria de estructuras. Colombia. 2004. Marcelo Romo Proaño. Acero estructural en el hormigo armado. Escuela Politécnica del Ejercito. Ecuador. Disponible en: http://www.cicp-ec.com/pdf/hormigon03.pdf. David Harmer E. Earl Troxell George, Wiskocil Clement W. (1967) . Ensaye e inspección de los materiales de ingeniería. Mexico. C.E.C.S.A
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Mecánica Estructural. Escuela de graduados PUCP. Disponible en: https://es.scribd.com/doc/73955248/Capitulo-1-Introduccion-1-Mecanica-Materiales Manuel Romero Garcia. Resistencia de Materiales. Publicacion de la universidad de James. 2002. FRdinan L Singer. Resistencia de materiales. Traducción Cuarta edición. Madrid España. Instituto Ecuatoriano de Normalización. Varillas con resaltes de acero de baja aleación, soldables, laminadas en caliente y/o termotratadas para hormigón armado requisitos. INEN 2167. Ecuador.
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