PROCESO CONSTRUCTIVO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

EL ACERO, SU OBTENCION Y MATERIA PRIMAEl acero : Metal que resulta de la mezcla de hierro y menos del 1.76% de carbonoEl hierro : Metal tenaz , dctil y maleable, que funde a 1535 C, es de color grisceo y negruzco. Metal ms importante del mundo ya que es la materia prima para la fabricacin del acero.

El descubrimiento del hierro es el acontecimiento que marc el punto de partida de la civilizacin actual.Obtencindel hierro

Etapa artesanalAplicacin de calor a altas temperaturasHornos primitivos (hierro dulce)

Etapa de fundicinAltos hornos (hierro impuro o arrabio)

Segundo procesoafinacinACERO

BREVE SEMBLANZA DE LA INDUSTRIA SIDERURGICAHenry Cort1747Pudelado: tcnica fatigosa y de bajo rendimientoHenry Bessemer segunda mitad XIXProduccin de acero a granescala a precios competitivosSiemens-Martin 1864Empleo de chatarra de aceroGillchrist Thomas 1876Revestimientos refractarios bsicosHorno de arco fines siglo XIXGran capacidad de produccinelctricoOxiconvertidores 1953Adelanto ms notable en latecnologa siderrgicaLa tendencia a nivel mundial busca mejorar los procesos tecnolgicos y eficientar los sistemas de recoleccin de chatarra con el fin de reciclarla

Tasa de reuso del acero (25 al 100% reciclado)EconmicoMenor contaminacinMenor utilizacin de recursos naturales

GENERALIDADES DE LOS PROCESOS DE ACERACIONEl acero, es una aleacin de hierro con un porcentaje de carbono inferior al 1.76%.

A partir de un arrabio cuya composicin media es:Se desea obtener

En general el conjunto de procesos para convertir el arrabio en acero se denomina AFINOAfinoFase de oxidacinFase de reduccinEliminar exceso de Ce impurezas Si, Mn y POxigeno del aire (convertidores Bessemer y Thomas)Oxigeno puro (oxiconvertidores)Oxido de hierro de la chatarra (hornos Martin-Siemens y elctricos)

Eliminar S y reducir el xido de hierro

El afino para los aceros especiales requiere de las siguientes fases adicionales:

Aceros especialesFase de dosificacinFase de superafinadoAaden elementos de aleacin y completa el desoxidado del hierroCompleta la eliminacin de impurezas

PROPIEDADES DEL ACEROEl diagrama esfuerzo-deformacin ofrece informacin necesaria para entender como se comporta el acero ante una condicin de carga determinada.Lmite de proporcionalidadEsfuerzo de fluenciaDiagrama esfuerzo-deformacin caracterstico de un acero estructural con bajo contenido de carbono

El diagrama esfuerzo-deformacin nos permite identificar el esfuerzo de fluencia, que es el para el proyectista la propiedad del acero ms importante en la etapa de diseo de estructuras.El anlisis que resulta de dicha grfica nos permite predecir el comportamiento del acero y por tanto, forma parte del conjunto de factores que nos conducen a la eleccin del material idneo para cada situacin.

ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOSPropiedadesdel aceroComposicin qumicaVariacin en el contenido de carbonoAdicin de otros elementos Si, Ni, Mn, Cu

Acero aleado

PropiedadesEstructuralesSoldabilidadResistenciaDurezaDuctilidad

Tratamientos trmicosTempladoRevenidoEndurecimiento del metal de manera profunda obtenido al calentarlo y enfriarlo rpidamente al sumergirlo en un lquido froCalentamiento del metal a temperaturas elevadas prolongando su enfriamiento para que al efectuarse lentamente no engendre tensiones internas.

Procesos mecnicosProceso de laminado

Estiramiento trmico

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Tabla II.1 PROPIEDADES DE LOS ACEROS ESTRUCTURALES

Designacin de la ASTMTipo de aceroElementos resistentesUsos recomendadosEsfuerzo mnimo de fluencia *, Fy en klb/pulg2Resistencia especificada mnima a la tensin **. Fu en klb/pulg2

A 36Al carbonoCarbono 1.70 Mn 1 .65Puentes, edificios y otras estructuras atornilladas, soldadas o remachadas36 pero 32 si el espesor es mayor a 8 plg50 - 80

A529Al carbonoCu 0.60Similar al A364260 - 85

A441De alta resistencia y baja aleacinCarbonoSimilar al A3640 - 5060 - 70

A572De alta resistencia y baja aleacinManganeso Columbio VanadioConstrucciones atornilladas, soldadas o remachadas. No para puentes soldados de acero con Fy= 55 o mayores42 - 6560 - 80

A242De alta resistencia, baja aleacin y resistente a la corrosin atmosfricaCromo . SilicioConstrucciones atornilladas, soldadas o remachadas, tcnica de soldado muy importante42 - 5063 - 70

A588De alta resistencia, baja aleacin y resistente a la corrosin atmosfricaCobre . NiquelConstrucciones atornilladas y remachadas.42 - 5063 - 70

A852De baja aleacin, templado y revenidoConstruccin soldada, remachada o atornillada; principalmente para puentes y edificios soldados. Tcnica de soldado de importancia fundamental.7090 - 110

A514Aleados templados y revenidosAgentes aleantes en excesoEstructuras soldadas con mucha atencin a la tcnica empleada; no se use si la ductilidad es importante.90 - 100100 - 130

* Los valores Fy varan con el espesor y el grupo

** Los valores Fu varan con el grado y el tipo

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Aceros de ultraresistenciaSon aquellos que tienen altos niveles de esfuerzo de fluencia, su uso se recomienda en elementos sujetos a tensin.

Cuanto mayor sea el lmite de fluencia mayor ser el precio del acero.

Con el objeto de obtener ahorros en la construccin se recomienda una construccin hbrida, que supone una combinacin de aceros de ultraresistencia y aceros de resistencia media.Factores que pueden conducir al uso de aceros de alta resistencia: Alta resistencia a la corrosin

Ahorros en los costos de montaje, transporte y cimentaciones

Reduccin de las alturas de entrepisos

Ahorro en la proteccin contra fuego

EL ACERO ESTRUCTURAL COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIONSi bien es cierto que en Mxico siempre se ha edificado ms con concreto reforzado que con acero estructural, hoy da este material tiene un lugar bien merecido en la industria de la construccin y resulta cada vez ms comn ver edificaciones de gran altura o de arquitecturas caprichosas, cuya realizacin ha sido posible mediante el uso del acero.S.XIX-1942Creacin de la fundidora MonterreyRemachadaAcero A71942-1957Segunda Guerra MundialSoldadaFundacin de Altos Hornos de MxicoAcero A36

1957-1976Temblor de 1957 Cd. de MxicoSoldadaModificacin del diseo ssmicoAtornilladaZonificacin de la Cd. de Mxico

1976-1985Nueva publicacin del Reglamento deSoldadaConstrucciones. Introduccin del factor de Atornilladaductilidad

1985-hoy diaTerremoto de 1985 Cd. de Mxico.Nueva Tendencia apublicacin del Reglamento de Construcciones.atornillada

VENTAJASEl acero estructural, a pesar de su elevado costo, es el material ideal para construccin, especialmente para estructuras ubicadas en zonas ssmicas, por las ventajas que a continuacin se indican: Material homogneoDuctilidad: Propiedad para soportar grandes deformaciones sin fallar al someterse a grandes esfuerzos de tensin. Sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminente falla.

Tenacidad: Posee resistencia y ductilidad. Es la propiedad que le permite absorber energa en grandes cantidades sin fracturarse.

Resistencia a la fatiga: Esta propiedad le permite soportar muchos ciclos de carga y descarga, o bien, de tensin o compresin.

Durabilidad: Con un mantenimiento adecuado su vida til puede prolongarse casi indefinidamente.

Soldabilidad: Esta propiedad le permite ser unido a otro elemento de su misma especie lo cual representa una gran ventaja como material de construccin.

Alta resistencia: Gran relacin de resistencia y rigidez por unidad de volumen.

PesoLa estructura metlica pesa considerablemente menos que una estructura de concreto para la misma geometra y cargas.Propiedad muy til en la construccin de edificios muy altos con malas condiciones para su cimentacin.

Fuerzas ssmicas proporcionalmente menoresLa fuerzas ssmicas que actan en la estructura de un edificio se determinan multiplicando la masa por su aceleracin de respuesta. Mientras ms pequea sea la masa del inmueble (carga muerta) menor ser la vulnerabilidad al dao por sismos.

Versatilidad arquitectnicaMayores espacios rentablesFlexibilidad en el diseoCaractersticas estticas especiales

Gran eficiencia constructivaGran parte del proceso se lleva a cabo en el taller de fabricacin y un porcentaje menor del trabajo directamente en campo.

Ampliacin de estructuras existentes Economa en los acabadosLos peraltes de vigas, trabes y armaduras de los marcos rgidos son menores que en una estructura de concreto, logrando con esto un ahorro en revestimiento de muros, fachadas y acabados en general.

Rapidez constructivaMientras en el lugar de la obra se est construyendo la cimentacin, al mismo tiempo en el taller se fabrica la estructura.Se minimiza la influencia de las condiciones metereolgicas en la calidad de la construccin debido al trabajo de prefabricado hecho en planta bajo un ambiente controlado.

Propiedades diversasFacilidad de ensamble a travs de varios tipos de conexiones.Capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaos y formas.

Una estructura de acero puede adaptarse con relativa facilidad a los cambios arquitectnicos, modificacin de pisos, ampliaciones, reforzamientos, etc.

DESVENTAJASCosto de la estructuraUna estructura metlica requiere adems del acero estructural otros materiales o insumos complementarios como soldadura, tornillera y pintura.En Mxico la mano de obra es barata y el material es caro.La diferencia de costo entre las diferentes calidades de acero estructural son significativas.

Costo de mantenimientoLa mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin por lo que deben pintarse periodicamente. Se requiere proteger la estructura durante el proceso de construccin.

Costo de la proteccin contra fuegoLa proteccin de estructuras de acero contra fuego es cara y en ocasiones puede representar hasta un 5% del costo de la fabricacin de la estructura.

VibracinEste aspecto es parte de un buen diseo sin embargo, adems de satisfacer las condiciones de seguridad se necesita cumplir con requisitos de servicio, funcionamiento y confort.

PERFILES DE ACERO USADOS EN LA CONSTRUCCIONEl acero estructural puede laminarse de manera econmica en una gran variedad de formas y tamaos sin cambios apreciables en sus propiedades fsicas. Los perfiles se denominan en forma abreviada para su uso en planos, especificaciones y diseos.

EL PROCESO QUE SIGUEN LAS ESTRUCTURAS METALICAS EN LA CONSTRUCCIONUn proyecto resuelto a travs del empleo de estructuras metlicas tiene de manera general las siguientes etapas:

1. Proyecto estructural (Diseo estructural)

2. Ingeniera de proyecto

3. Abastecimiento de materiales

4. Fabricacin

5. Embarque

6. Montaje

7. Supervisin

ABASTECIMIENTO DE MATERIALEs una de las etapas cuyo impacto se ve reflejado en tiempo y costo durante la ejecucin del proyecto, de ah la importancia de la comunicacin entre los diseadores, fabricantes y constructores de estructuras de acero.Los factores determinantes son:Existencia del material seleccionadoDisponibilidad del mismoTiempos de entregaRutas de suministroMedios de transporte

Lista de avanzada de materiales

Son utilizadas para efectuar las compras de materiales

Se indican con el mayor detalle posible cantidades, dimensiones y tipos de los materiales que conformarn los diversos elementos de la estructura.

FABRICACIONA realizar en talleres especializados que cuenten con instalaciones y equipos adecuados y una cuidadosa seleccin de personal.Caractersticas:Procesos industrializados modernosControl de calidad en cada operacinEstructuras absolutamente terminadas y prefabricadasEtapas: Trazo Se indican sobre el material los cortes que constituyen la forma o contorno del mismo

Enderezado De preferencia en fro por medios mecnicos Aplicacin de calor en zonas locales

Corte Mediante taladro, cizalla, sierra o soplete Con equipos guiados mecnicamente Con procesos automatizados (control numrico computarizado)

Habilitado Se refiere a la preparacin del material antes de ser sometido al siguiente proceso, garantizando que est libre de impurezas,que puedan disminuir la eficiencia de la junta.

Armado Es el proceso que junta entre s los varios elementos de que se compone una pieza Requiere de habilidades y conocimientos por parte del armador: Tcnicas de armado Sujecin temporal de elementos Especificaciones de separacin entre ellos Alineamiento y soldadura, entre otras.

Pintura

El objetivo de la pintura de taller es proteger el acero durante un periodo de tiempo corto y puede servir como base para la pintura final.

Soldadura

Es el proceso que consiste en unir dos piezas de metal mediante la aplicacin de calor intenso, presin o ambas, fundiendo los bordes del metal permanentemente.

EMBARQUEEs el proceso que consiste en seleccionar las piezas previamente designadas por el orden marcado en el programa de embarque, cargando con ellas los transportes que llevarn esta carga a la obra.Caractersticas:Seguimiento de una secuencia lgica para entrega de materialConocimiento de las dimensiones y geometra de las piezas por enviarProgramacin de los transportes necesariosConocimiento de las vias de comunicacin entre la planta y la obraConocimiento de los horarios en que es posible entregar el materialConocimiento de las restricciones viales para transportes de cargaManejo cuidadoso y con dispositivos apropiados para la carga del material

MONTAJEEs la unin o ensamble ordenado en el sitio de la obra de los elementos estructurales prefabricados para formar una estructura completa.Etapas: 1 Recopilacin de informacin y antecedentes:Datos del clienteContrato celebrado (alcances y sanciones)Localizacin de la obraPrograma de obraTonelaje de la obraDatos de la supervisinPlanos de montaje

MONTAJE2 Conocimiento y evaluacin de la obra: Identificacin de accesos Areas de desembarco de estructura Areas de almacenamiento de estructura Areas disponibles para zona de oficinas y almacn Tomas de corriente elctrica Determinacin de horarios de desembarco Eliminacin de obstrucciones para maniobras de montaje y desembarco Orden y avance de los trabajos de cimentacin

8.bin

9.bin

1 Reconocimiento topogrfico del lugar

Verificacin del banco de nivel Verificacin de distancia entre ejes Ratificacin y en su caso rectificacin la distribucin de anclas y dados de cimentacin

2 Seleccin del mtodo de montaje

Los mtodos usados en el montaje de estructuras de acero varan segn: Tipo y tamao de estructura Condiciones del lugar Disponibilidad del equipo Preferencia del montador Tiempo para la ejecucin de la obra Dificultades de montaje

Planeacin del montaje

3 Seleccin del equipo de montaje

El equipo empleado para el montaje de una obra requiere del anlisis de los siguientes puntos: Mtodo de montaje empleado Versatilidad, maniobrabilidad, capacidad de carga Velocidad de operacin Seguridad para la realizacin de maniobras de montaje Economa

4 Elaboracin del programa de embarque

Parte medular para el proceso de construccin de cualquier estructura metlica Sentido comn, la experiencia del montador y la visualizacin de los posibles problemas para su montaje. Elaboracin de una lista que involucra el orden y los tiempos en que deben de ser recibidas las piezas en campo. Montar con agilidad y seguridad, de manera que se pueda garantizar la ejecucin ordenada e integral de la obra, entregando reas terminadas.

10.bin

5 Recepcin y almacenamiento de estructura

Debe de contar con un mtodo que le permita registrar y organizar el material recibido. Debe de permitirle observar la desviacin del programa original, as como la identificacin de defectos en los elementos recibidos. Debe hacerse adecuadamente para evitar obstruir vias de trnsito y acceso, as como dobles maniobras. Debe hacerse con cuidado y limpieza

6 Verificacin del programa de avance de obra

Este es un mtodo de control que nos permite identificar el cumplimiento de las expectativas planteadas o su desviacin, para la toma oportuna de acciones preventivas o correctivas.

11.bin

Es un proceso cuya finalidad es mantener el control de calidad, la seguridad y el correcto desarrollo de los trabajos para la ejecucin de la obra.SUPERVISIONCaractersticas:Debe ser oportuna, ordenada, controlada y programadaRequiere especial vigilancia en la geometra de la estructuraRequiere del estricto cumplimiento de las normas que rigen cada procesoSe debe tener plena consciencia de la participacin humana como constante de dicho procesoEs de vital importancia contar con un laboratorio externo adems de la divisin interna dedicada a esta funcin

12.bin

ConexionesEl diseo y la fabricacin de las conexiones tiene por objeto la transmisin de cargas, fuerzas y momentos de manera eficiente y segura.Soldadas Sencillas y econmicas Requieren menos trabajo en taller Mayor supervisin en obra Mano de obra calificada Dificultad en la inspeccin visual Aplicacin de calor durante el proceso

Atornilladas Proceso en fro Rpida instalacin Menor mano de obra especializada Facilidad en la inspeccin visual Reposicin de piezas daadas Requiere de precisin en la fabricacin de las conexiones Manejo de piezas pequeas Vigilancia y organizacin en almacn tanto de obra como de planta