EL ACERO

1. CONCEPTOValencia, Asdrbal [footnoteRef:1] (1979), menciona que el acero es una aleacin de hierro y carbono (mximo 2.11% de carbono), al cual se le adicionan variados elementos de aleacin, los cuales le confieren propiedades mecnicas especficas para su diferente utilizacin en la industria. Asimismo el acero es la base de construcciones livianas, grandes o pequeas, bellas y esculturales, que permite un trabajo limpio, planificado y de una rapidez sorprendente y mejora la destreza del operario y ayuda a la imaginacin de los promotores de las construcciones a presentar interesantes propuestas. [1: Valencia, Asdrbal, Tecnologa del tratamiento trmico de los metales, Universidad de Antioquia 1992]

[footnoteRef:2]El acero es normalmente conocido como un metal pero en realidad el mismo es una aleacin de un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono) que puede aparecer en diferentes proporciones pero nunca superiores al dos por ciento del total del peso del producto final. El acero, debido a sus propiedades, es una de las alineaciones ms utilizadas por el hombre en diferentes circunstancias, tanto en laconstruccincomo en la industria automotriz y en muchas otras. Al mismo tiempo, los materiales que lo componen son muy abundantes en el planeta a diferencia de otros metales que son mucho ms escasos y difciles de conseguir. Por lo tanto, la generacin de acero es mucho ms accesible en trminos de costos que otros metales o aleaciones. [2: http://www.definicionabc.com/tecnologia/acero, Fecha de actualizacin: 20/02/15, Fecha de visita: 26/03/15, Pg. 12]

Eduardo Echeverra[footnoteRef:3] 2012, indica que el acero de refuerzo es el que se coloca para absorber y resistir esfuerzos provocados por cargas y cambios volumtricos por temperatura y que queda ahogado dentro de la masa del concreto, ya sea colado en obra o precolado. [3: Eduardo Echeverra Flores, Caractersticas del Acero de Refuerzo para Uso en Elementos de Concreto Reforzado, Mexico 2012. ]

El acero de refuerzo es la varilla corrugada o lisa; adems de los torones y cables utilizados para pretensados y postensados. Es posible, tambin, reforzar el concreto ahogando perfiles rolados tales como vigas I, H, etc.Otros elementos fabricados de acero se utilizan como refuerzo del concreto: mallas, castillos y Cadenas electrosoldadas. Todos estos elementos son prefabricados.McCormac [footnoteRef:4] (2002), menciona que el acero se define como una combinacin de hierro y pequeas cantidades de carbono, generalmente menos del 1%. Tambin contiene pequeos porcentajes de algunos otros elementos. Aunque se ha fabricado desde hace 2000 o 3000 aos, no existi un mtodo de produccin econmico sino hasta la mitad del siglo XIX. [4: McCormac, diseo de estructuras de acero, 2Da Edicin, 2002]

Joseph e. Bowles[footnoteRef:5] (1996), indica que el acero es uno de los ms importantes materiales estructurales. Entre sus propiedades de particular importancia en los usos estructurales, estn la alta resistencia, comparada con cualquier otro material disponible, y la ductilidad. (La ductilidad es la capacidad que tiene el material de deformarse sustancialmente ya sea a tensin o compresin antes de fallar), Otras ventajas importantes en el uso del acero son su amplia disponibilidad y durabilidad, particularmente con una modesta cantidad de proteccin contra el intemperismo. [5: JOSEPH E. BOWLES, diseo de acero estructural, EE.UU, 1996, Pag 19]

2. PROPIEDADES DEL ACEROSe presentan aqu las principales propiedades mecnicas del acero, ya que estas son de gran importancia en el comportamiento de un miembro estructural. Estas, a su vez dependen principalmente, de la composicin qumica de los mismos, los procesos de laminado y el tratamiento trmico a que estn sometidos. Si se considera que las propiedades mecnicas se obtienen como resultados de pruebas de laboratorio en los diferentes aceros, se debern tomar en cuenta otros factores que afectan esas propiedades, tales como la rapidez de carga de la muestra, las condiciones y la geometra de las mismas, el trabajo en frio y la temperatura existente al llevarse a cabo de la prueba.2.1 ElasticidadRicardo Herrera[footnoteRef:6] (2006), indica que es la propiedad que tiene los cuerpos de recuperar tamao y forma despus de la deformacin. Si el material se somete a la accin de una carga, sufrir una deformacin. [6: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 38]

Si al eliminar la carga, el material vuelve a su forma y tamao original, se habr producido en una deformacin elstica. Al esfuerzo de le llama elstico, cuando se produce dentro del intervalo elstico. Asimismo es una propiedad de los cuerpos de volver a su forma original al cesar una fuerza deformante. Se consideraran perfectamente elsticos si no han rebasado su lmite de elasticidad.McCormac [footnoteRef:7] (2002), indica que el acero se acerca ms en su comportamiento a la hiptesis de diseo que la mayora de los materiales. Gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son relativamente imprecisos. [7: McCormac, diseo de estructuras de acero, 2Da Edicin, 2002, Pg. 2]

Jorge Vinicio Arresis[footnoteRef:8] (2011), menciona que el mdulo de elasticidad es el mismo para todos los aceros para refuerzo y se toma como Es = 29000,000 lb/pulg. Adicionalmente, la forma de la curva tpica de esfuerzodeformacin unitaria de los aceros para refuerzo, y en particular la curvatura del tramo inicial, tiene una influencia significativa en el comportamiento de elementos de concreto reforzado. Asimismo los cinco puntos crticos en la curva tpica de esfuerzo-deformacin unitaria describen el comportamiento de los aceros para refuerzo en ensayos experimentales: [8: Jorge Vinicio Arresis Lpez tesis verificacin de las caractersticas fsicas y propiedades mecnicas de barras de acero para refuerzo, utilizadas en las construcciones de uso comercial y vivienda unifamiliar en el municipio de Mixco, Guatemala, Enero 2011, Pag 9.]

Figura 01: Curva tpica de esfuerzodeformacin unitaria de los aceros para refuerzo.

Jorge Vinicio Arresis[footnoteRef:9] (2011), menciona los Puntos crticos: (1) Lmite de proporcionalidad, (2) Lmite elstico, (3) Lmite de fluencia o cedencia, (4) Punto de mxima tensin o carga mxima y (5) Tensin de rotura. [9: Jorge Vinicio Arresis Lpez tesis verificacin de las caractersticas fsicas y propiedades mecnicas de barras de acero para refuerzo, utilizadas en las construcciones de uso comercial y vivienda unifamiliar en el municipio de Mixco, Guatemala, Enero 2011, Pag 11.]

Puntos de la tpica curva de esfuerzo-deformacin unitaria de los aceros

Punto crticoDescripcin

(1) Lmite De proporcionalidadEn el primer tramo del ensayo existe una relacin lineal entre la tensin aplicada y la deformacin producida. Este coeficiente de proporcionalidad entre la tensin y la deformacin se denomina mdulo de elasticidad o de Young y es caracterstico del material, as, todos los aceros tienen el mismo mdulo de elasticidad aunque sus resistencias puedan ser muy diferentes. En esta zona se cumple la Ley de Hooke, donde la tensin es el resultado de multiplicar la elasticidad por la deformacin unitaria, segn la frmula: Tensin (s) = Mdulo de Young (E) * Deformacin unitaria (e).

(2) LmiteelsticoHasta antes de este punto, las deformaciones se reparten a lo largo de la probeta y son de pequea magnitud. En el caso que se retirara la carga aplicada, la probeta recuperara su forma inicial. Pero a partir del punto 2, el material entra en la zona de deformacin plstica, de forma que si se retira la carga aplicada en dicha zona la probeta recupera slo parcialmente su forma, quedando deformada permanentemente. Las deformaciones en esta regin son ms usuales que en la zona elstica.

(3) Lmite de fluencia o cedenciaA partir de este punto se produce una deformacin brusca de la probeta sin incremento de la carga aplicada. El fenmeno de fluencia se da cuando las impurezas o los elementos de aleacin bloquean las dislocaciones de la red cristalina formada, impidiendo su deslizamiento, mecanismo mediante el cual el material se deforma plsticamente. Alcanzado el lmite de fluencia se logra liberar las dislocaciones, producindose la deformacin bruscamente. No todos los materiales presentan este fenmeno, en cuyo caso la transicin entre la deformacin elstica y plstica del material no se aprecia de forma clara.

(4) Punto de mxima tensin o carga mximaEs el mximo de la grfica de tensindeformacin, es decir, la mxima tensin que es capaz de soportar el material. A partir de este punto, las deformaciones se concentran en la parte central de la probeta aprecindose una evidente reduccin de la seccin de la probeta, denominada zona de estriccin. Es en este punto a donde el material empieza lo que se denomina falla del mismo.

(5) Tensin de rotura:En la zona de estriccin, las deformaciones continuarn acumulndose hasta la rotura de la probeta por esa zona. La estriccin es la responsable del descenso de la curva tensin-deformacin; realmente las tensiones no disminuyen hasta la rotura, sucede que lo que se representa es el cociente de la fuerza aplicada (creciente) entre la seccin inicial y cuando se produce la estriccin la seccin disminuye, efecto que no se tiene en cuenta en la representacin grfica. Los materiales frgiles no sufren estriccin ni deformaciones plsticas significativas rompindose la probeta de forma brusca.

2.2 Lmite de elasticidad Ricardo Herrera[footnoteRef:10] (2006), indica que es el esfuerzo mximo uniaxial que se puede aplicar a un material sin causarle ninguna deformacin permanente. El intervalo elstico es aquel donde los esfuerzos son menores que el limite elstico. [10: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 40]

En un cuerpo elstico, no se requiere que la carga y la deformacin sean linealmente proporcionales dentro del intervalo de la elasticidad. Por lo general, esto si ocurre dentro de la mayor parte de las grficas de esfuerzo deformacin, pero la linealidad no es una condicin necesaria para que este material sea elstico. Muchos materiales de ingeniera se comportan como lo indica en la figura 1 y 2. Aun as muchos lo hacen como se muestra en la figura 3, cuando trabajan en intervalos elsticos.Es frecuente que un diseador hable del lmite de elasticidad al referirse ms bien al lmite de proporcionalidad. Esto ocurre, porque en la mayor parte de los materiales empleados en ingeniera, los esfuerzos correspondientes a los lmites de elasticidad y de proporcionalidad son aproximadamente iguales. No debe de olvidarse, que el lmite de proporcionalidad, en virtud de su propia definicin, debe de obtenerse a partir de la grfica esfurezo-deformacion, pero el lmite de elasticidad, no puede ser obtenido con precisin de tal grafica solamente. Si se desea mayor precisin el lmite elstico se puede determinar a base de un ensayo de laboratorio.

2.3 Plasticidad Ricardo Herrera [footnoteRef:11] (2006), menciona que es una propiedad contraria a la elasticidad, ya que permite a los cuerpos conservar la deformacin despus de suprimir la carga. [11: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 41]

2.4 Lmite de fluenciaRicardo Herrera [footnoteRef:12] (2006), menciona que es el esfuerzo a partir del cual el material presenta un gran incremento en sus deformaciones, sin existir incrementos correspondientes en el esfuerzo. Este punto se localiza en un diagrama de esfuerzo-deformacin, en donde al trazar una tangente a dicha curva, esta quedara en posicin horizontal. [12: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 41]

La forma de definir el lmite de fluencia, es diferente segn la clase de acero. En la mayora de los aceros laminados en caliente, el lmite de fluencia est claramente definido, y en ellos se puede apreciar un lmite superior y un lmite inferior (Figura 4). Sin embargo existen aceros en los cuales solo hay un lmite de fluencia, y en los aceros forjados en frio, no existe un lmite de fluencia convencional, sino que se fija donde la curva esfuerzo-deformacin cambia de pendiente en forma considerable. El lmite inferior de fluencia, es el que aparece en las especificaciones de diseo de los aceros.

Figura 4: Diagrama esfuerzo-deformacin caracterstico de un acero con bajo contenido de carbono.

2.5 Mdulo de elasticidadRicardo Herrera[footnoteRef:13] (2006), menciona que se define el Modulo de Elasticidad, a las relacin del esfuerzo y la deformacin en la regin elstico inicial de la curva esfuerzo-deformacin. Se determina este valor por medio de la pendiente de dicha porcin elstica del diagrama. Por consiguiente, el mdulo de elasticidad puede calcularse mediante la siguiente expresin: [13: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 42]

2.6 Modulo CortanteRicardo Herrera [footnoteRef:14] (2006), indica que se representa por G y se le denomina tambin como mdulo de elasticidad al esfuerzo cortante o mdulo de rigidez; este valor lo obtenemos a partir de una de las constantes elsticas denominada relacin de Poisson () y est dado por la siguiente expresin: [14: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 42]

donde u= coeficiente de Poisson que se toma como 0.3 para el acero. Usandou= 0.3 se obtiene un valor de G = 11 000 k/pulg- 77000 MPa.2.7 Resistencia al impactoRicardo Herrera[footnoteRef:15] (2006), menciona que la resistencia al impacto es una medida para determinar la capacidad que tiene un acero de absorber una cantidad de energa, al hacerle aplicaciones de cargas rpidas. [15: Ricardo Herrera Mardones, propiedades del acero, Santiago-Chile, Octubre de 2006, Pg. 42]

Una medida confiable a la resistencia al impacto se puede obtener a travs de la tenacidad.La tenacidad es la habilidad de acero para soportar cargas que produzcan fractura. Un material tenaz es definido en funcin de la resistencia a la propagacin inestable de una fractura en presencia de una muesca.Jorge Vinicio[footnoteRef:16] (2011), indica que la resistencia a la tensin se determina dividiendo la mxima carga que soporta una barra durante una prueba a tensin, entre el rea nominal de la seccin transversal de la misma [16: Jorge Vinicio Arresis Lpez tesis verificacin de las caractersticas fsicas y propiedades mecnicas de barras de acero para refuerzo, utilizadas en las construcciones de uso comercial y vivienda unifamiliar en el municipio de Mixco, Guatemala, Enero 2011, Pag 25.]

3. CARACTERISTICAS DEL ACERONilson, Arthur[footnoteRef:17] (2004), mencionas que las caractersticas del acero son las siguientes: [17: Nilson, Arthur. Diseo de estructuras de acero. 12 ed. Colombia: Mc Graw-Hill, 2004, Pg. 10]

Los coeficientes de expansin trmica son muy similares, esto ayuda a que no se agrieten y a evitar otros defectos no deseables ocasionados por las deformaciones trmicas diferenciales. La resistencia a la corrosin del acero descubierto es pobre por lo que el concreto que rodea el acero para refuerzo provee una excelente proteccin, minimizando los problemas de corrosin y los correspondientes costos de mantenimiento. La resistencia al fuego del acero desprotegido se ve empeorada por su alta conductividad trmica y porque su resistencia disminuye considerablemente a altas temperaturas. Por el contrario la conductividad trmica del concreto es relativamente baja. De esta forma, los daos producidos por la exposicin prolongada al fuego son limitados a la superficie exterior del concreto, no as al acero.McCormac[footnoteRef:18] 2002, menciona que entre otras caractersticas del acero como material de construccin son: [18: McCormac, diseo de estructuras de acero, 2Da Edicin, 2002, Pg. 4]

La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin al estar expuestos al aire y al agua y, por consiguiente, debe pintarse peridicamente. El uso de aceros intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo. El acero es un excelente conductor de calor, de manera que los miembros de acero sin proteccin puede transmitir suficiente calor de una seccin o comportamiento incendiado de un edificio a secciones adyacentes del mismo edificio. Cuanto ms esbeltos y largos sean los miembros a compresin, tanto mayor es el peligro al pandeo. La resistencia del acero puede reducirse si se somete a un gran nmero de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien, a un gran nmero de cambios de la magnitud del esfuerzo de tensin. (Se tienen problemas de fatiga solo cuando se presentan tensiones).Asimismo se menciona entre otras caractersticas Material fcil de conformar en fro y en caliente. Material fcil de mecanizar, ensamblar y proteger contra la corrosin. Bajo costo unitario en comparacin con otros materiales. Alta disponibilidad, su produccin es 20 veces mayor al resto de materiales metlicos no frreos. Material altamente adaptable. Fcilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materia prima para la produccin de nuevo acero.