UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN MARCOS
1 PRÁCTICA DOMICILIARIA Diseño en acero y madera
VALENZUELA LÓPEZ EVELYN
¿Qué es el Acero?, diferencia entre Hierro (Fierro) y Acero. Cuáles son sus ingredientes o materia prima para producir el acero. Como influye en las propiedades del acero los metales de aleación (Mn, Si, Mo, Cr, Cu, P, S, etc.)
El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados. Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero. El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales: • el arrabio,
obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno (proceso integral); • las chatarras tanto férricas como inoxidables. La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje de carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%. Podemos resumir los efectos de los principales elementos como sigue: • Cromo (Cr). Mejora la resistencia, dureza, resistencia al desgaste y dureza en caliente. Es
uno de los más efectivos elementos de aleación para incrementar la templabilidad. El cromo mejora significativamente las propiedades de resistencia a la corrosión. • Manganeso (Mn). Mejora la resistencia y dureza del acero. Cuando el acero se trata
térmicamente, el incremento de manganeso mejora la templabilidad. Debido a esto, el manganeso se usa ampliamente como elemento de aleación en el acero. • Molibdeno (Mo). Aumenta la tenacidad, la dureza en caliente y la resistencia a la
termoinfluencia. También mejora la templabilidad y forma carburos para resistencia al desgaste. • Níquel (Ni) . Mejora la resistencia y tenacidad. Incrementa la templabilidad, pero no tanto
como los otros elementos de aleación en el acero. En cantidades significativas mejora la resistencia a la corrosión y es otro de los elementos mayoritarios (además del cromo) en ciertos tipos de acero inoxidable. • Vanadio (V). Inhibe el crecimiento de los granos durante el procesamiento a temperaturas
elevadas y durante el tratamiento térmico, lo cual mejora la resistencia y tenacidad del acero. También forma carburos que incrementan la resistencia al desgaste.
Fósforo (P). Fósforo se considera un elemento perjudicial en los aceros, casi una impureza, al igual que el Azufre, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto.
Sin embargo, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad. Azufre (S). El Azufre se considera como un elemento perjudicial en las aleaciones de
acero, una impureza. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar pueden causar porosidad en las sodaduras.
Describa, en forma resumida, el proceso de fabricación del acero por los dos métodos o procesos siderúrgicos (El alto horno y la Reducción Directa con hornos eléctricos)
El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro.
Alto horno: En el alto horno el óxido de hierro es reducido por el carbono, en forma de coque, con una inyección de aire caliente. Se agrega piedra caliza para fundir las impurezas en la escoria. El arrabio líquido resultante, conocido como “metal caliente”,
tiene una concentración de carbono muy alta para ser útil y se requiere un mayor procesamiento para producir acero partir de este metal caliente.
Metalurgia en el convertidor LD: En el Convertidor LD (BOF) la concentración de carbono en el metal caliente es reducida al nivel requerido mediante la inyección de oxígeno a alta presión. También se agrega algo de chatarra de acero reciclada. Otras adiciones también son necesarias. Su rol es controlar la operación del horno, especialmente el soplado de oxígeno y realizar adiciones apropiadas, antes de colar el acero en una cuchara lista para los procesos de metalurgia secundaria.
Horno de arco eléctrico: En el horno de arco eléctrico (EAF), la chatarra de acero reciclada es fundida por el calor generado a través de potentes arcos eléctricos para producir acero de alta calidad. Su rol es decidir el tipo de chatarra a agregar, cargarla en el horno, fundirla y refinarla, haciendo adiciones apropiadas, antes de colarla en una cuchara lista para los procesos de metalurgia secundaria.
Metalurgia secundaria: En la metalurgia secundaria el acero producido en el BOF ó EAF es refinado para lograr la composición química exacta necesaria para su aplicación. Su rol es decidir cuál de los diversos tipos de equipamiento utilizar, que adiciones realizar y cuando y como hacerlas, como eliminar algunos elementos y enviar el acero a la máquina de colada continua en el tiempo y temperatura requeridos.
Colada continua: La colada continua actualmente ha reemplazado ampliamente a la colada en lingotes y es una manera muy eficiente de solidificar acero líquido en la forma
requerida, listo para el procesamiento primario. Ahora es posible colar chapas y flejes de sólo unos mm de espesor. Su rol es controlar el flujo de acero líquido a través de una de las tres máquinas de colada (planchón, tocho o palanquillas) para una secuencia de tres coladas y lograr una calidad superior.
Laminación en caliente: La laminación en caliente deforma el producto fundido en la forma requerida – fleje, chapa, varilla, barra, sección. En muchos casos el control de temperatura es también sumamente importante a fin de lograr el tamaño de grano y las propiedades requeridas.
Tratamiento térmico del acero.
Reducción Directa con hornos eléctricos
En siderurgia, la reducción directa es el proceso mediante el que se emplean agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito, obtenidos de la reformación catalítica del CH4. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral
de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de acero con características controladas. El hierro esponja pasa luego a través del Proceso de Acería, donde se realiza la fusión de éstos a grandes temperaturas en el horno eléctrico. Luego de 35 minutos de fusión se obtiene el acero líquido, el cual pasa luego por una etapa de "afino", en el horno cuchara, que permite que el acero alcance un mayor grado de homogeneidad y mayor calidad al momento de ajustar su composición química.
Posteriormente, mediante la buza u orificio ubicado en la base de la cuchara, el acero pasa a la colada continua, en los que se le brinda al acero refrigeración para solidificarlo superficialmente. Estas barras solidificadas son cortadas obteniéndose así las palanquillas, el producto final de la acería y la materia prima para la laminación.
Comparación entre el método de Altos hornos y el método de Reducción directa
¿Qué es Ductilidad, cómo se mide la ductilidad del acero estructural, cuales son los Parámetros?
La ductilidad se podría definir de una manera sencilla como la capacidad del acero para admitir deformaciones importantes una vez superado el límite elástico, manteniendo al mismo tiempo su capacidad mecánica. Parámetros
El
comportamiento
de
los
aceros
está
caracterizado
por
su
diagrama
de
tensión/deformación correspondiente al ensayo de tracción, en el cual se manifiestan las variaciones de deformación en función de los incrementos de carga. Si se analiza una curva típica tensión/deformación de un acero se pueden observar dos comportamientos: Fase elástica . Las deformaciones son proporcionales a las cargas aplicadas (rama recta)
hasta alcanzar el límite elástico (fy). Las deformaciones son recuperables si se descarga.
Fase plástica. Una vez superado el límite elástico, las deformaciones no son
proporcionales a las cargas y van aumentando con la carga unitaria hasta alcanzar el valor de la carga máxima (rama curva). A partir de este momento, la deformación continúa con incrementos de carga muy pequeños, hasta que se produce la rotura de la probeta. Las deformaciones son remanentes, es decir, no son recuperables. Durante el transcurso del ensayo, la sección inicial de la probeta disminuye hasta alcanzar el mínimo, cuando se rompe (estricción)
Habitualmente, la ductilidad del acero se ha definido mediante dos parámetros obtenidos de la citada curva σ−ε
Relación tensión de rotura-límite elástico (fs / fy). Es un parámetro que relaciona la
tensión de colapso del acero, que suele ser la tensión de rotura o máxima (fs), con la tensión
correspondiente al límite del comportamiento elástico real, siendo la más empleada el límite elástico del acero (fy). Este parámetro nos indica la reserva de resistencia que tiene el acero una vez iniciada su plastificación, y es llamado en ocasiones, endurecimiento. Alargamiento de rotura sobre la base de 5 diámetros (A5). Este es el parámetro que
indica la capacidad de deformación del acero y que, hasta ahora, se adoptaba como el alargamiento después de la rotura, medido sobre una longitud inicial de probeta igual a 5 Ø. En otras normas la base de referencia es de 10 Ø. El modo de determinar el valor del parámetro A5 es:
Una vez realizado el ensayo de tracción del acero y después de alcanzar la rotura, se juntan los dos trozos de la probeta para medir el alargamiento experimentado por el acero, considerando la zona de rotura dentro de la medición.
Indique las ventajas y desventajas del acero estructural. Ventajas del acero como material estructural:
Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros.
Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.
Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.
Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.
Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.
Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
Rapidez de montaje.
Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
Resistencia a la fatiga.
Posible rehuso después de desmontar una estructura.
Desventajas del acero como material estructural:
Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.
Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.
Susceptibilidad al pandeo.- Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo.
Describa en forma resumida las siguientes organizaciones ANSI, AISC, ASCE, AISI ASTM ANSI: El acrónimo ANSI son las siglas en inglés de American National Standards Institute, cuyo significado en español se traduce como Instituto Americano de Normas .
ANSI es una organización que desarrolla y aprueba normas de los Estados Unidos. Participó en la creación de gran parte de las normas en uso actualmente en Internet. ANSI es una organización sin fines de lucro que fomenta el desarrollo de los estándares de tecnología en los Estados Unidos. Fundada en 1918, ANSI representa a más de 125.000 empresas y 3,5 millones de profesionales. ANSI supervisa la creación, expedición y utilización de miles de normas y directrices que utilizadas por empresas en casi todos los sectores. Estableciendo normas para una amplia gama de áreas desde construcción, producción, energía, tecnología, lenguajes de programación, especificaciones eléctricas, protocolos de comunicación y mucho más.
ANSI también participa activamente en los programas que evalúan la conformidad de los estándares ISO 9000 (calidad) e ISO 14000 (medio ambiente). ANSI promueve el uso de las normas de EE.UU. a nivel internacional, aboga por la política de EE.UU. y de cargos técnicos en las organizaciones de normalización internacionales y regionales y fomenta la adopción de normas internacionales como normas nacionales siempre que éstas satisfagan las necesidades de la comunidad de usuarios.
AISC: El Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC ), con sede en Chicago, es
un instituto técnico y comercial asociación sin fines de lucro establecida en 1921 para servir a la comunidad de diseño de estructuras de acero y la industria de la construcción en Estados Unidos La misión de AISC es hacer que el acero estructural del material elegido por ser el líder en las actividades estructurales-relacionados con el acero técnica y creación de mercado, entre ellos: especificación y desarrollo de código, la investigación, la educación, la asistencia técnica, certificación de calidad, la normalización y el desarrollo del mercado . AISC tiene una larga tradición de servicio a la industria de la construcción de acero que proporciona información oportuna y confiable.
ASCE: La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles (en inglés American Society of
Civil Engineers) es un colegio profesional fundado en 1852 que representa a ingenieros civiles de todo el mundo. Es la más antigua de las sociedades de ingeniería en los Estados Unidos. La visión de ASCE es tener ingenieros posicionados entre los líderes mundiales que luchen por conseguir una mejor calidad de vida
AISI: Es una asociación de empresas norteamericanas que se dedican a colectar el hierro
de minas y producir acero y todos sus derivados como láminas de acero, sistemas de unión, entre otros. Existen 31 empresas asociadas y cuenta con 118 miembros a la fecha, que incluye tanto a proveedores y clientes que se dedican a la distribución de acero, procesamiento de acero o simplemente consumen al acero en sus negocios. Entre los objetivos de esta asociación se encuentran: Proveer estricto control de la calidad en la producción de acero y proporcionar valores agregados a sus clientes. Ser líder en la en innovación y tecnología en la producción de acero. Hacer de la producción de acero una forma segura y respetuosa del medio ambiente
Aumentar el mercado del acero en América tanto en aplicaciones tradicionales como innovadoras. Esta asociación fue fundada desde 1855 a partir de la necesidad de adoptar todas las medidas apropiadas para promover los intereses del comercio del acero en todas sus ramas.
ASTM: la Sociedad Estadounidense para Pruebas y Materiales (por sus siglas en inglés),
es un grupo de miembros voluntarios que prueba y fija las normas de materiales y procedimientos. Es conocido en la actualidad como ASTM International y ahora es de alcance internacional. Muchas industrias alrededor del mundo eligen nuestros estándares por ser confiables. Los estándares de ASTM son utilizados y aceptados mundialmente y abarcan áreas como metales, pinturas, plásticos, textiles, petróleo, construcción, energía, medio ambiente, productos de consumo, servicios médicos, dispositivos y productos electrónicos, entre otros. El proceso público con el que se crean sus estándares es uno de los motivos por los cuales tantas y tan variadas industrias han realizado su trabajo de desarrollo de diversos estándares dentro de ASTM International.
RESPONDER VERDADERO O FALSO
a. El Acero laminado en frío (LAF) tiene diferentes propiedades mecánicas que el acero conformado en frío (COLD FORMED). VERDADERO. b. El acero laminado en frío se utiliza para elementos estructurales principales (Columnas y Vigas) que soportan cargas considerables. FALSO. c. Los perfiles en forma de H (o forma I) se fabrican por el proceso de laminado en frio. VERDADERO d. Los aceros conformados en frio se producen a través de trenes de laminación, en los cuales se reducen su espesor. VERDADERO e. Las secciones C, Z (utilizados principalmente en correas de techo y pared) son perfiles plegados o conformados en frío (COLD FORMED) VERDADERO