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TIPOS DE ACERO Y SU RESISTENCIA

El acero más utilizado en México B-254 ya que es el único con el que se fabrican todos los tipos
e perfiles, placas y barras. Cualquier otro tipo de acero tiene que ser bajo pedido especial, y se tiene
que utilizar una cantidad importante de éste, debido al tamaño de los hornos en los que es fundido el
acero, lo cual elevaría mucho su costo.

Debido a las características de alta resistencia, el acero se utiliza como estructura en edificacio-
nes con condiciones severas de carga y forma,  grandes alturas, grandes claros. Pocos puntos de
apoyo, voladizos y dificultades de ejecución.

Las estructuras de acero presentan las siguientes características o ventajas:

a)  Grandes alturas
b)  Grandes claros
c)  Máximo aprovechamiento del área
d)  Reducido peso de la estructura en relación con su capacidad de carga
e)  Tiempo reducido de ejecución al utilizar elementos prefabricados
f)  Facilidad de montaje
g)  Posibilidad de demostrar la estructura

TIPOS DE ACERO Y SU RESISTENCIA

ESTRUCTURAS DE ACERO

Acero: Aleación de hierro y carbono (éste último entre 0.5 y 1.5%). Lo que proporciona cualidades de maleabilidad, dureza y resistencia.

De los materiales comúnmente usados para fines estructurales, el acero es el que tiene mejores propiedades de resistencia, rigidez y ductilidad. Su eficiencia estructural es además alta debido a que puede fabricarse en secciones con la forma más adecuada para resistir la flexión, compresión u otro tipo de solicitación. Las resistencias en compresión y tensión son prácticamente idénticas y pueden hacerse variar dentro de un intervalo bastante amplio modificando la composición química o mediante trabajo en frío. Hay que tomar en cuenta que a medida que se incrementa la resistencia del acero se reduce su ductilidad y que al aumentar la resistencia no varía el módulo de elasticidad, por lo que se vuelven más críticos los problemas de pandeo local de las secciones y global de los elementos. Por ello, en las estructuras normales la resistencia de los aceros no excede de 2500 kg/cm2, mientras que para refuerzo de concreto, donde no existen problemas de pandeo, se emplean con frecuencia aceros de 6000 kg/cm2 y para presfuerzo hasta de 20000 kg/cm2. La continuidad entre los distintos componentes de la estructura no es tan fácil de lograr como en el concreto reforzado, y el diseño de las juntas, soldadas o atornilladas en la actualidad, requiere de especial cuidado para que sean capaces de transmitir las solicitaciones que implica su funcionamiento estructural.

Por ser un material de producción industrializada y controlada, las propiedades estructurales del acero tienen generalmente poca variabilidad. Coeficientes de variación del orden de 10 por ciento son típicos para la resistencia y las otras propiedades. Otra ventaja del acero es que su comportamiento es perfectamente lineal y elástico hasta la fluencia, lo que hace más fácilmente predecible la respuesta de las estructuras de este material. La alta ductilidad del material permite redistribuir concentraciones de esfuerzos. Las extraordinarias cualidades estructurales del acero, y especialmente su alta resistencia en tensión, han sido aprovechadas estructuralmente en una gran variedad de elementos y materiales compuestos, primero entre ellos el concreto reforzado y el presforzado; además en combinación con madera, plásticos, mampostería y otros.

La posibilidad de ser atacado por la corrosión hace que el acero requiera protección y cierto mantenimiento en condiciones ambientales. El costo y los problemas que se originan por este aspecto son suficientemente importantes para que inclinen la balanza hacia el uso de concreto reforzado en algunas estructuras que deben quedar expuestas a la intemperie, como puentes y ciertas obras marítimas, aunque en acero podría lograrse una estructura más ligera y de menor costo inicial.

ESTRUCTURAS DE ACERO

ACERO DE REFUERZO EN LA CONSTRUCCION

El acero para reforzar concreto se utiliza en distintas formas; la más común es la barra o varilla que se fabrica tanto de acero laminado en caliente, como de acero trabajado en frío. Los diámetros usuales de barras producidas en México varían de ¼ pulg. a 1 ½ pulg. (algunos productores han fabricado barras corrugadas de 5/16 pulg, 5/33 pulg y 3/16 pulg.) En otros países se usan diámetros aún mayores. Todas las barras, con excepción del alambrón de ¼ de pulg, que generalmente es liso, tienen corrugaciones en la superficie para mejorar su adherencia al concreto. Generalmente el tipo de acero se caracteriza por el límite de esfuerzo de fluencia. En México se cuenta con una variedad  relativamente grande de aceros de refuerzo. Las barras laminadas en caliente pueden obtenerse con límites de fluencia desde 2300 hasta 4200 kg/cm2. El acero trabajado en frío alcanza límites de fluencia de 4000 a 6000 kg/cm2. Una propiedad importante que debe tenerse en cuenta en refuerzos con detalles soldados es la soldabilidad. La soldadura de aceros trabajados en frío debe hacerse con cuidado. Otra propiedad importante es la facilidad de doblado, que es una medida indirecta de ductilidad y un índice de su trabajabilidad.

Se ha empezado a generalizar el uso de mallas como refuerzo de losas, muros y algunos elementos prefabricados. Estas mallas están formadas por alambres lisos unidos por puntos de soldadura en  las intersecciones. El acero es del tipo trabajado en frío, con refuerzos de fluencia del orden de 5000  kg/cm2. El espaciamiento de los alambres varía de 5 a 40 cm y los diámetros de 2 a 7 mm, aproxi- madamente. En algunos países, en lugar de alambres lisos, se usan alambres con algún tipo de irregularidad superficial, para mejorar la adherencia. El acero que se emplea en estructuras presforzadas es de resistencia francamente superior a la de los aceros descritos anteriormente. Su resistencia última varía entre 14000 y 22000 kg/cm2  y su límite de fluencia, definido por el esfuerzo correspondiente a una deformación permanente de 0.002, entre 12000 y 19000 kg/cm2.

Hormigón Armado: Control del acero.



Por tratarse de un material procedente de factoría, podría pensarse que su control en obra no es necesario. Esto no es así, porque el acero experimenta variaciones de unas coladas a otras, así como durante el proceso de elaboración; y aun cuando los fabricantes lleven su propio control de calidad, las comprobaciones en obra son siempre convenientes.

Aun en el caso de que el acero posea marca de calidad, es conveniente efectuar algún  ensayo en obra, dada la gran responsabilidad del acero en la seguridad estructural. En españa
existe como marca de calidad del acero el Sello CIETSID, que puede considerarse de absoluta garantía.

A continuación se definen los dos niveles de control que fija la instrucción Española cual prescribe también que no deben utilizarse partidas de acero que no vayan acompañadas un certificado de garantía del fabricante.

l.° CONTROL A NIVEL REDUCIDO

Este nivel es de aplicación en obras cuyo consumo de acero es muy reducido, o bien e aquellos casos en los que, por cualquier circunstancia., resulta difícil realizar ensayos completos. En estos casos, es obligado utilizar aceros certificados (es decir, en posesión del Sello CIETSID o análogo de otro país comunitario) y en el cálculo se utilizará un valor característico del límite elástico no mayor del 75% del valor nominal garantizado.

El control consiste en comprobar, sobre cada diámetro:

a) que la sección equivalente es igual o superior al 95,5 por 100 de la nominal. Se realizar dos comprobaciones por cada partida de acero que llegue a obra;
b) que no se forman grietas ni fisuras en las zonas de doblado y ganchos de anclaje, mediante inspección en obra.

Si las dos comprobaciones de sección equivalente resultan negativas, la partida debe rechazarse; si resulta una negativa y otra positiva, se efectuará un contraensayo sobre cuatro muestras, y si alguna de estas cuatro resulta negativa, la partida será rechazada. En cuanto al criterio b), la aparición de grietas o fisuras en zonas de doblado de cualquier barra obligará a rechazar toda la partida correspondiente. 

2.° CONTROL A NIVEL NORMAL

Si el acero está en posesión del Sello CJETSID o análogo de otro país comunitario, su control consiste en tomar dos probetas por cada diámetro y partida de 40 toneladas o fracción y, sobre ellas, comprobar:

a) que la sección equivalente es igual o superior al 95,5 por 100 de la nominal;
b) que las características geométricas de los resaltos están comprendidas entre los límites admisibles establecidos en el certificado de homologación de adherencia
c) que cumplen el ensayo de doblado-desdoblado.

Además de lo anterior y al menos en dos ocasiones durante la realización de la obra, se comprobarán el límite elástico, la carga de rotura y el alargamiento de rotura, como mínimo en una probeta por cada diámetro empleado.

Si el acero no posee el Sello CIETSID o análogo, se trata de un producto no certificado y su control se efectúa como en el caso anterior pero aumentando el número de ensayos a), b) y c), ya que en este caso deben tomarse dos probetas por cada diámetro y partida de 20 toneladas o fracción. Ademas, en este caso se utilizará en el cálculo un valor característico del límite elástico no mayor del 95% del valor nominal garantizado. 

En ambos casos se aplicarán los siguientes criterios de aceptación o rechazo:
Si las dos comprobaciones de sección equivalente resultan negativas, la partida debe rechazarse, si resulta una negativa y otra positiva, se efectuará un contraensayo sobre cuatro muestras, y i alguna de estas cuatro resulta negativa, la partida será rechazada. 

• Si se Incumple alguno de los limites admisibles establecidos en el certificado de homologación de adherencia, la partida será rechazada.

• Si alguno de los dos ensayos de doblado-desdoblado resulta negativo, se someterán a ensayo cuatro nuevas probetas de la misma partida; s 4iiguno de estos ensayos resulta negativ0 la partida será rechazada.

En cuanto a la decisión relativa a los ensayos de tracción (en los que se comprueba el límite elástico, la carga de rotura y el alargamiento de rotura), en ambos casos se aplicarán los siguientes criterios:

• Si se registra algún fallo, todas las armaduras de ese mismo diámetro se considerarán como sospechosas Y deberán clasificarse en lotes, uno (o más) por cada partida diferente de las ya suministradas (y también de las que posteriormente se reciban), sin que cada lote pueda
exceder de 20 toneladas.

• Cada uno de estos lotes será controlado ensayando dos probetas. Serán aceptados aquellos lotes en los que ambos ensayos resulten positivos, y rechazados aquellos en los que ambos resulten negativos.

• Cada uno de los lotes restantes se juzgará ensayando 16 probetas. Si alguno de los resultados obtenidos en los ensayos es inferior al 95% de su valor nominal, el lote será rechazado. En caso contrario, se determinará la media aritmética de los dos resultados más bajos. Si esta media iguala o supera el valor nominal, el lote será aceptado; y será rechazado en caso contrario.

3.º APTITUD AL SOLDEO

Cuando existan empalmes por soldadura será necesario comprobar que el acero es apto para soldeo, lo cual requiere que su composición química cumpla las condiciones exigidas en ¡a Norma UNE 36.068:94.

Además, deben realizarse ensayos de comprobación, los cuales dependen del método de soldeo en cuestión.

Hórmigon Armado: Factores influyentes corrosión del acero.



Todos los procesos descritos descansan en fenómenos de difusión. La carbonatación se produce por difusión del CO2 en los poros llenos de aire (como todo gas, el CO2 requiere un medio aéreo para poder progresar si el hormigón está completamente sumergido en agua, no se carbonata). La penetración de cloruros se produce por difusión de cloruros en los poros llenos Je agua (el cloruro requiere un medio húmedo para su transporte). En fin, la corrosión se produce mediante un proceso electrolítico de transporte de iones hierro con aportación de oxígenos es decir, por difusión deI O, en los poros llenos de aire (en forma análoga al CO2).

En definitiva: la corrosión no se produce en hormigón totalmente seco (por estar impedido el proceso electrolítico de transporte de iones) ni en hormigón totalmente saturado de agua (por falta de oxígeno), incluso habiendo quedado destruida la capa pasiva que protege a las armaduras. En condiciones medias de humedad la corrosión es posible/probable, especialmente en ormig0nes carbonatados. Y el caso más desfavorable corresponde a ciclos de sequedad— humedad (caso de canales, muelles marítimos, etc.) en combinación con altas temperaturas, ya que al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de todos los procesos implicados. 

La influencia de las fisuras de pequeña anchura que puedan presentar las piezas (por flexión u otras causas) no es tan grande como podría parecer, por tratarse de zonas muy localizadas cuyo efecto en los fenómenos de penetración, que acabamos de estudiar, es menos importante que el de la totalidad de la superficie expuesta al ambiente. Por otro lado, las fisuras menores de 0,4 mm de anchura suelen colmatarse (autocicatrización) con los depósitos cálcicos, suciedad, etc. Lo que tiene verdadera importancia es la compacidad del hormigón del recubrimiento y el espesor del mismo, pudiendo retenerse la idea de que la durabilidad de la pieza varía con el cuadrado del recubrimiento: a un recubrimiento doble, corresponde un tiempo cuatro veces mayor de aparición del riesgo de corrosión.

Como es natural, las condiciones ambientales de la estructura constituyen otro factor determinante de su durabilidad, razón por la que, tanto la relación AJC como el contenido de cemento, aparecen convenientemente limitados en todas las Instrucciones, en función de tales condiciones del ambiente. Véase al efecto la tabla 3.3.



En lo que respecta al curado, debe tenerse en cuenta la diferente influencia que ejerce sobre la permeabilidad del hormigón, en función del tipo de cemento. Como muestra la figura 9.26, en los cementos portland puros la diferencia entre curar bien y curar mal no es tan grande como en los cementos de adición. Ahora bien, si el curado se efectúa correctamente, los cementos de adición presentan ventajas sobre los portland puros. La idea que debe retenerse es la siguiente: on un buen curado, a mayor cantidad de adiciones en el cemento corresponde una mayor impermeabilidad del hormigón; y con un mal curado, a mayor cantidad de adiciones corresponde una mayor permeabilidad. 


De todo lo dicho se deduce la necesidad de emplear:
 
• Una relación agua/cemento lo más baja posible
• Una dosis de cemento lo más alta posible
• Un recubrimiento generoso, y
• Un curado prolongado e ininterrumpido.

Hormigón Armado: Causas que originan la corrosión del acero.



En condiciones normales, el agua contenida en los poros del hormigón está cargada de hidróxido cálcico, con valores de pH superiores a 12,5. Gracias a esta gran alcalinidad del hormigón, el acero se encuentra protegido contra la corrosión, al formarse en su superficie una capa microscópica de óxido, denominada capa pasiva, que impide la disolución del hierro. Se dice por ello que el acero recubierto de hormigón está protegido por pasivación.

Ahora bien, el CO2 del aire penetra desde la superficie de la pieza, a través de los poros, hacia el interior del hormigón (tanto más rápidamente cuanto mayores sean los poros) y se combina con el hidróxido cálcico, según la reacción: 
Esto significa que el hidróxido cálcico va desapareciendo paulatinamente de la red capilar para transformarse en carbonato cálcico, el cual forma una costra cuyo espesor aumenta con el tiempo y cuya dureza es superior a la del interior de la pieza (de ahí que no pueda utilizarse el esclerómetro en hormigones viejos, ya que la costra carbonatada arroja valores superiores a los del hormigón sin carbonatar, lo que falsea el resultado por el lado de la inseguridad). La disminución de hidróxido cálcico origina una disminución del pH del hormigón y, cuando el valor de éste queda por debajo de 9 en la zona de contacto con las armaduras, la capa pasiva se destruye y el acero pierde su protección frente a la corrosión.

El fenómeno descrito se clenomína carbonatación del hormigón. El proceso de carbonatación avanza lentamente de la superficie al interior de las piezas y, antes o después, alcanza el nivel de la armadura. El parámetro decisivo es la permeabilidad del hormigón, junto con el espesor del recubrimiento.

Otra causa por la que puede perderse la capa protectora del acero es la presencia de iones cloruro con una concentración mayor de un determinado valor. En este caso, un parámetro importante es la cantidad de cemento, porque este material es capaz de combinarse con los iones cloruro (sal de Frideli) y actúa así de freno en el proceso, ya que únicamente los iones cloruro libres en la fase acuosa de los poros son dañinos para el acero. Por esta razón, la Instruccion española limita el contenido en ión cloro en el hormigón a valores que son función del contenido en cemento.

El tercer elemento dañino para el acero es el oxígeno del aire, auténtico responsable de la oxidación del acero. Al oxidarse, las barras aumentan de volumen en más de seis veces, provocando la rotura del hormigón con aparición de fisuras longitudinales en la dirección de la barra; y van perdiendo sección útil, hasta absorber, si no se actúa a tiempo, todo el margen de seguridad de la pieza.

ESTRUCTURAS: Comportamiento a la fatiga de los aceros.



No se conoce a fondo el comportamiento de los aceros a la fatiga, es decir, a solicitaciones variables repetidas gran número de veces (del orden de un millón al menos) que provocan en el material variaciones de tensión entre dos valores extremos.

Las solicitaciones oscilantes (que hacen variar la tensión entre + σy- σ) tienen menos importancia práctica en hormigón armado (excepción hecha del caso de sismos) que las solicitaciones alternadas, que hacen variar la tensión entre σ y σ + Δσ En cualquier caso, se llama endurancia o límite de fatiga al valor máximo de la carrera de tensiones IU tal que se puede repetir infinitas veces sin que se alcance la rotura del material (fig. 8.9).

Normalmente y a efectos prácticos, se denomina resistencia a la fatiga de un acero a la mayor carrera de tensiones Au que es capaz de soportar en 2 millones de ciclos sin romperse. La resistencia a la fatiga es función de la tensión inferior σ, siendo tanto menor cuanto más próximo a cero es el valor de σ. 

Figura 8.9  Endurancia o limite de fatiga del acero.

Las estructuras que pueden verse sometidas a fatiga no son muy frecuentes: ciertos puentes de ferrocarril, cimentaciones de algunas máquinas oscilantes, ciertos puentes-grúa o estructuras afines, obras marítimas sujetas a la acción de las olas, algunos casos de estructuras expuestas a] viento, etc. En estos casos, las cargas variables pueden provocar fallos por fatiga, los cuales son siempre bruscos y sin posibilidad de detección previa.

De la literatura especializada se entresacan a continuación algunas ideas fundamentales que pueden ser útiles:
 
• Las variables que más influyen en el fenómeno son: la carrera de tensiones Δσ, el valor inferior de la tensión σ y las características geométricas de las barras (forma del corrugado)
• La presencia de entalladuras, resaltos discontinuos y puntos singulares en general, hace disminuir la resistencia a fatiga, especialmente cuando su posición coincide con la zona de barra sometida a tensión máxima.
• Las consideraciones de fatiga no son determinantes en el dimensionamiento de armaduras trabajando a tracción, cuando se emplean aceros de límite elástico inferior a 420 N/rnm2.
• Las consideraciones de fatiga no son determinantes en el dimensionamiento de armaduras trabajando a compresión, cuando se emplean aceros de límite elástico inferior a 500 N/mrn2.
• Según demuestra la experiencia, cuando la carrera de tensiones Δσ se mantiene por debajo de los 150— 180 N/mm2 no se presentan fallos por fatiga en aceros de hasta 500 N/mm2 de límite elástico. Por ello, la Instrucción española prescribe que la variación de tensión debido a las sobrecargas que producen fatiga no exceda de 150 N/mm2 para barras y 100 N/mm2 para mallas electrosoldadas.

Adherencia entre el hormigón y el acero.



La adherencia hormigón-acero es el fenómeno básico sobre el que descansa el funcionamiento del hormigón armado como material estructural. Si no existiese adherencia, las barras serian incapaces de tomar el menor esfuerzo de tracción, ya que el acero deslizaría sin encontrar resistencia en toda su longitud y no nacompañaría al hormigón en sus deformaciones, con lo que, al fisurarse éste, sobrevendría bruscamente la rotura. Por el contrario, radas a la adherencia son capaces las armaduras de trabajar, inicialmente, a la vez que el hormigón; después cuando éste se fisura, lo hace de forma más o menos regularmente distribuida a lo largo de la pieza, en virtud de la adherencia; Y la adherencia permite que el acero tome los esfuerzos de tracción, manteniendo la unión entre los dos materiales en las zonas entre fisuras.

La adherencia cumple fundamentalmente dos objetivos: asegurar el anclaje de las barras y transmitir las tensiones tangentes periféricas que aparecen en la armadura principal como consecuencias de las variaciones de su tensión longitudinal.

El fenómeno de adherencia está originado por dos tipos de causas, unas de naturaleza física (o físico-química) y otras de naturaleza mecánica.

Las primeras provocan la adhesión del acero con el hormigón, a través de fuerzas capilares y moleculares desarrolladas en la interfaz; es como si el acero absorbiese pasta cementante, ayudado por el efecto de la retracción.

Las segundas mucho más importantes, están constituidas por la resistencia al deslizamiento debida a la penetración de pasta de cemento en las irregularidades de la superficie de las barras. Esta causa de origen mecánico, que puede denominarse rozamiento, es la que produce la mayor parte de la adherencia en las barras lisas (hoy día prácticamente en desuso) y varía apreciablemente con el estado de su superficie. En el caso de barras corrugadas, a este rozamiento se añade el efecto de acuñamiento del hormigón entre los resaltos, de primordial importancia (figura 9.1). 


Figura 9.1 Efecto de acuñamiento del hormigón entre corrugas.

En resumen, el mecanismo de la adherencia puede asignarse a tres causas: adhesión, rozamiento (tensiones tangentes en el hormigón) y acuñamiento (de las corrugas). De estas tres causas, la adhesión queda anulada cuando el deslizamiento de la barra alcanza una cierta magnitud. Por su parte, el rozamiento comienza a actuar cuando la tensión alcanza un cierto valor; y a él se añade el acuñamiento, no siendo posible separar ambos efectos.

ARMADURAS - Características mecánicas de las barras corrugadas.



a) En la tabla 8.5 se indican los valores mínimos que deben garantizarse del límite elastico fyk, de la resistencia fsk del alargamiento de rotura Euk y de la relación máxima admisible entre los valores de la resistencia a tracción y el límite elástico obtenido en cada ensayo. Las dos ultimas limitaciones impuestas tienen por objeto garantizar ¡a ductilidad del acero.

b) En la tabla 8.6 se indican los diámetros de los mandriles sobre los que deben efectuarse los ensayos de doblado-desdoblado en las barras corrugadas. Estos ensayos tienen por objeto garantizar la plasticidad suficiente frente a los procesos de ferralla y manipulación en obra. 
 
TABLA 8.5 CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DE LAS BARRAS CORRUGADAS ENSAYO DE TRACCIÓN.


TABLA 8.6 ENSAYO DE DOBLADO –DESDOBLADO DE LAS BARRAS CORRUGADAS.

c) En el dimensionamiento de secciones se adopta como diagrama tensión-deformación de cálculo el obtenido a partir del diagrama característico mediante una afinidad oblicua paralela a la recta de Hooke, de razón l/γs, siendo γs el coeficiente de seguridad adoptado para el acero (figura 8.6a), de valor 1,15 según la Instrucción española. Se considera como resistencia de cálculo el valor 


y como deformaciones en tracción y compresión, respectivamente, el 10 por 1.000 y el 3,5 por 1.000 . Por otra parte, tanto la Instrucción española como las normas europeas consideran aceptable y suficientemente preciso el diagrama simplificado de la figura 8.6b, con la segunda rama horizontal.

d) La forma de suministro de los aceros también influye en sus características mecánicas. Los diámetros medios y grandes, que se suministran en barras, no experimentan alteraciones de sus características de origen, pero los diámetros finos que se suministran en rollos pueden verse alterados al realizar el enderezado, con disminución de su límite elástico y carga de rotura. Por ello, la operación de enderezado debe efectuarse y controlarse cuidadosamente. 


Figura 6.6 Diagrama de cálculo σ-ε del acero: (a) no simplificado; (b) smp1ificado

e) Finalmente, debe procurarse que tanto las características mecánicas de las armaduras como las geométricas y de adherencia, estén garantizadas por un organismo competente (certificación). En Española existe la Marca AENOR de producto (que no debe confundirse con la Marca AENOR de Empresa Registrada), la cual garantiza: la homogeneidad de las materias primas empleadas en la fabricación; que el fabricante dispone de los medios adecuados de fabricación y control; y que, durante todo el proceso de elaboración de ¡os productos, se ha efectuado un correcto control estadístico de calidad. La identificación de la existencia de esta certificación se efectúa mediante etiquetas sujetas a cada paquete de barras o mallas, en las que figura la marca N de AENOR, con la leyenda “producto certificado” y el número de registro de la marca en cuestión.

Tipos de acero de las barras corrugadas - Hórmigon Armado.

a) La Instrucción española considera como barras corrugadas para hormigón armado única,. mente hs de acero soldable (ver su composición química en tabla 82) de las clases siguientes:

B400S     B500S     y     B400SD

en las que el número indica el límite elástico garantizado, expresado en N/mm2 (MPa). La letra 13 (del alemán beton y el francés béton) indica que se trata de aceros para hormigón. La letra S (so1dable) no debe confundirse con la clase S de aceros de gran ductilidad, según flOtación del Código Modelo CEB-FIP 90 (apartado 8.l-4.°). La letra 1) indica que se trata de un acero de ductilidad especial, recomendado para estructuras sometidas a acciones sísmicas (apartado 8.1-4°). En la fig. 8.4 puede verse la forma de las corrugas del acero 13 400 SD.

Las barras se fabrican a partir de semiproductos procedentes de lingotes o de colada continua, generalmente según alguno de los siguientes procedimientos:

• Laminación en caliente, sin tratamiento posterior
• Laminación en caliente y tratamiento térmico mediante calor de laminación
• Laminación en caliente y deformación posterior en frío.


Figura 8.4 Forma de corrugas de acero B 400 SO, Fuente: Calidad Siderúrgica

b) El diagrama tensión-deformación de estos aceros depende del método de fabricación, por lo que debe ser facilitado por el fabricante. A partir de este diagrama se obtiene el diagrama característico, que es aquel cuyos valores de tensión presentan, para cada deformación no mayor del 10 por 1.000, un nivel de confianza del 95% con respecto a los obtenidos en el ensayo de tracción (Norma UNE 7.474:92); o dicho con otras palabras, que existe una probabilidad del 95% de que el valor real iguale o supere al valor característico.
c) Tanto la Instrucción española como el Eurocódigo 2 admiten que, a falta de datos experimentales, puede adoptarse COmO diagrama característico tensión-deformación el birrectilíneo indicado en la figura 8.5. Dicho diagrama está formado por la recta de Hooke (con Es = 2. 1º^5 

Figura 8.5  Diagrama caracteristico ρ - E del acero.

BARRAS CORRUGADAS: Consideraciones generales e identificación - Hórmigon Armado.



Al ir la técnica del hormigón armado se hizo patente la necesidad e emplear aceros de mayor límite elástico; pero para ello era necesario mejorar la adherencia el hormigón y las tablas, con objeto de conseguir una distribución mas uniforme de las posibles fisuras (mayor con aberturas mas pequeñas). Surgió así la idea de imprimir, en toda la superficie de la barra, una serie de resaltos, corrugas o aletas, lo que originó las denominadas barras corrugadas, cuyo empleo es, hoy día, casi exclusivo en la técnica del hormigón armado.

Las barras corrugadas están normalizadas en España por la Norma UNE 36.068:94. En la figura 8.3 se indican las formas de las corrugas que dicha norma impone. Como se observa en la figura, los dos tipos de acero contemplados por la norma (ver punto 2.° siguiente) se diferencian por la disposición de las corrugas en cada uno de los dos sectores opuestos en que aparece dividida Ja barra. En el tipo B 400 S la separación entre corrugas es diferente entre un sector y otro, pero las corrugas de ambos sectores tienen la misma inclinación, Por el contrario, en el tipo B 500 S las corrugas de un sector tienen una misma inclinación y están separadas uniformemente, en tanto que en el otro sector las corrugas aparecen agrupadas en dos series, de igual separación pero de inclinación diferente a la de las corrugas del sector opuesto. 

Figura 8.3 Forma de corrugas y código de identificación de barras. Fuente: Calidad Siderúrgica.

Por otra parte, el organismo normalizador (AENOR) tiene asignado un código a cada fabricante y marca comercial, el cual se refleja a través de unas marcas que el tren de laminación imprime a las barras, marcas que se repiten a distancias en general no superiores a un metro. Una corruga ordinaria entre dos corrugas regruesadas anuncia el comienzo de las marcas de laminación. A partir de ahí  y hasta la siguiente corruga regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el país de fabricación (a España, junto con Portugal. le corresponden siete corrugas) y, a partir de esa corruga y h la siguiente regruesada, el número de corrugas ordinarias indica el fabricante.

ARMADURAS - HORMIGÓN: Aptitud al soldeo del acero.



Las normas modernas, incluida la española, otorgan gran importancia a la aptitud al soldeo de las barras de acero para hormigón, aptitud que depende, fundamentalmente, de la composición química del acero. La Norma UNE 36.068:94 para barras corrugadas de acero soldable limita los contenidos máximos de carbono, carbono equivalente, fósforo, azufre y nitrógeno, tanto en la colada como en el producto final, según los valores de la tabla 8.2.

Más adelante se estudian los distintos tipos de empalme de barras por soldadura, así como los métodos que deben emplearse. No obstante, en cada caso será la empresa suministradora del acero la que deba especificar el método de soldeo adecuado a su producto. 


ARMADURAS - HORMIGÓN: Ductilidad del acero.



Las características plásticas de las barras de acero tienen una gran importancia en el comportamiento de las piezas de hormigón armado, pues gracias a ellas se obtienen importantes ventajas:

de un lado, pueden evitarse las roturas frágiles (sin aviso) de las piezas; de otro, es posible la redistribucic3n de esfuerzos en estructuras hiperestáticas, lo que permite neutralizar eventuales errores de proyecto o de obra, así como hacer frente a ciertas solicitaciones no tenidas en cuenta en los cálculos. Además, al aumentar la ductilidad de las piezas resulta aumentada su capacidad de disipar energía bajo solicitaciones dinámicas (acción sísmica).
Un acero será tanto más dúctil cuanto mayores sean la relación fs /fy  y el alargamiento bajo carga máxima, Eu El Eurocódigo 2 distingue entre aceros de alta ductilidad y de ductilidad normal, según los valores característicos siguientes: 


y preconiza el empleo de aceros de clase S para estructuras que precisen gran ductilidad, como el caso de las ubicadas en zonas sísmicas de alto riesgo.

En fin, la Instrucción española recomienda utilizar, para estructuras sometidas a acciones
sísmicas, un acero soldable de características especiales de ductilidad, siguiendo la Norma UNE 36065 EX. Este acero, denominado B 400 SD, tiene una relación (fs,fy)k igual o superior a 1,20 (pero no mayor que 1,35) y un alargamiento bajo carga máxima e no menor del 9,0 %.
Aún cuando, como se ha dicho, cada una de las variables (fs,fy)k y Euk influye de forma positiva en la ductilidad (a mayor valor de cada una de ellas, mayor ductilidad), en el estado actual de conocimientos los investigadores no se han puesto de acuerdo acerca de la influencia relativa de cada una de ellas. Dicho de otro modo, si dos aceros A y B presentan valores cruzados entre sí (cada acero presenta un valor mayor que el otro de una de las variables y menor de la otra) no es posible saber cuál de los dos es más dúctil. A la resolución de este problema se dedican hoy esfuerzos, siendo destacables los trabajos de Honorino Ortega, quien propone medir la ductilidad del acero mediante un parámetro único, denominado factor de ductilidad, igual al área delimitada por el diagrama Ρ - E, la horizontal que pasa por el límite elástico fy y la vertical que pasa por el alargamiento bajo carga máxima Eu.

Concreto, Concreto Reforzado, Concreto Preezforzado.


El concreto es un material semejante a la piedra que se obtiene mediante una mezcla cuidadosa mente proporcionada de cemento, arena y grava u otro agregado, y agua; después, esta mezcla se endurece en formaletas con la forma y dimensiones deseadas. El cuerpo del material consiste en agregado fino y grueso. El cemento y el agua interactúan químicamente para unir las partículas de agregado y conformar una masa sólida. Es necesario agregar agua, además de aquella que se requiere para la reacción química, con el fin de darle a la mezcla la trabajabilidad adecuada que permita llenar las formaletas y rodear el acero de refuerzo embebido, antes de que inicie el endurecimiento. Se pueden obtener concretos en un amplio rango de propiedades ajustando apropiadamente las proporciones de los materiales constitutivos. Un rango aún más amplio de propiedades puede obtenerse mediante la utilización de cementos especiales (cementos de alta resistencia inicial), agregados especiales (los diversos agregados ligeros o pesados), aditivos plastificantes agentes incorporadotes de aire, microsílice o cenizas volantes)y mediante métodos especiales d curado (curado al vapor).

Estas propiedades dependen en gran medida de las proporciones de la mezcla, del cuidado con el cual se mezclan los diferentes materiales constitutivos, y de las condiciones de humedad temperatura bajo las cuales se mantenga la mezcla desde el momento en que se coloca en la formaleta hasta que se encuentra totalmente endurecida. El proceso de control de estas condiciones se conoce como curado. Para evitar la producción de concretos de bajos estándares se requiere un alto grado de supervisión y control por parte de personas con experiencia durante todo el proceso desde el proporcionamiento en peso de los componentes, pasando por el mezclado y el vaciado hasta la terminación del curado.

Los factores que hacen del concreto un material de construcción universal son tan evidentes que ha sido utilizado de diversas maneras por miles de años; probablemente se comenzó a usar en el antiguo Egipto. Uno & estos factores consiste en la facilidad con la cual, mientras encuentra en estado plástico, puede depositarse y llenar las formaletas y moldes de cualquier forma. Su alta resistencia al fuego y al clima son ventajas evidentes. La mayor parte de los materiales constitutivos, con la excepción del cemento y los aditivos, están disponibles a bajo costo, localmente o muy cerca del sitio de construcción. Su resistencia a la compresión, simulara la de las piedras naturales, es alta lo que lo hace apropiado para elementos sometidos principalmente a compresión, tales como columnas o arcos. Asimismo, de nuevo como en las piedras naturales, el concreto es un material relativamente frágil, con una baja resistencia a la tensión comparada con la resistencia a la compresión. Esto impide su utilización económica en elementos estructurales sometidos a tensión ya sea en toda su sección (como el caso de elementos de amarre) o sobre parte de sus secciones transversales (como en vigas u otros elementos sometidos a flexión).


Para contrarrestar esta limitación, en la segunda mitad del siglo XIX se consideró factible utilizar acero para reforzar el concreto debido a su alta resistencia a la tensión, principalmente en aquellos sitios donde la baja resistencia a la tensión del concreto limitaría la capacidad portante del elemento. El refuerzo, conformado usualmente por barras circulares de acero con deformaciones superficiales apropiadas para proporcionar adherencia, se coloca en las formaletas antes de

En tiempos más recientes se ha logrado la producción de aceros cuya resistencia a la fluencia es del orden de cuatro y más veces que la de los aceros comunes de refuerzo, a costos relativamente bajos. Asimismo, ahora es posible producir concretos con resistencias a la compresión cuatro a cinco veces mayores que los concretos comunes. Estos materiales de alta resistencia ofrecen ventajas que incluyen la posibilidad de emplear elementos con secciones transversales más pequeñas disminuyendo las cargas muertas y logrando luces más largas. Sin embargo, existen límites en las resistencias de los materiales constitutivos, por encima de los cuales surgen ciertos problemas. En efecto, la resistencia del elemento se incrementa aproximadamente en proporción a aquélla de los materiales. Sin embargo las altas deformaciones unitarias que resultan de los altos esfuerzos darían como resultado altas deformaciones y deflexiones de estos elementos bajo condiciones normales de carga. Igualmente importante es que las grandes deformaciones unitarias en los aceros de refuerzo de alta resistencia inducirían amplias grietas en el concreto, de baja resistencia a la tensión de sus alrededores, lo cual no sólo sería estéticamente inadmisible, sino que expondría el acero de refuerzo a la corrosión por humedad y otras acciones químicas. Esto limita la resistencia a la fluencia útil de los aceros de alta resistencia a aproximadamente 80 klb/pulg^2 es, de acuerdo con muchas normas y especificaciones; el de 60 Klb/pulg^2 es el más común.

A pesar de lo anterior, se ha encontrado una manera especial para combinar aceros y concretos de muy alta resistencia. Este tipo de construcción conoce como concreto preesforzado. El acero, usualmente en forma de alambres, cables o barras, se embebe en el concreto sometiéndolo a una tensión alta, la cual se equilibrará con esfuerzos de compresión en el concreto después del endurecimiento. Debido a esta precompresión, el concreto de un elemento a flexión se agrietará en la zona de tensión para cargas mucho más altas que cuando no está precomprimido. El preesfuerzo reduce de manera significativa las deflexiones y las grietas de flexión para cargas normales, y de esta manera permite la utilización efectiva de materiales de alta resistencia. El concreto preesforzado ha extendido significativamente el rango de luces posibles del concreto estructural y los tipos de estructuras para los cuales es adecuado.

Pilotes de Acero.

Se utilizan mucho como pilotes los tubos de acero, que usualmente se llena de concreto después de hincados y los perfiles de acero en H cuando las condiciones requieren un hincado violento, longitudes desusadamente grandes, o elevadas cargas de trabajo por pilote.

Los pilotes de acero en H penetran el terreno mas fácilmente que otros tipos en parte porque desalojan relativamente poco material. En consecuencia se usa frecuentemente para alcanzar un estrato de gran capacidad de carga a gran profundidad. Si el hincado es difícil, y especialmente si el material superior contiene obstrucciones o grava gruesa, es probable que los patines se dañen y los pilotes se tuerzan o doblen. Pueden producirse pocos defectos serios si se puede notar los síntomas durante el hincado cuando las condiciones sugieran las posibilidad de estos daños.

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Estructuras de Acero.

Es posible construir una estructura totalmente de acero, salvo la cimentación de la misma la cual normalmente se hace de concreto reforzado. Con el acero se fabrican una gran cantidad de secciones metálicas ya sea laminadas de fábrica (roladas) o soldadas (secciones compuestas), a estas secciones se les acostumbra llamar perfiles, también se fabrican placas, tubos, aceros redondos  (sección  sólida),  cuadrados  y  de  diversas  geometrías,  soleras  (tiras  metálicas  de espesor delgado), alambres, remaches, tornillos, tuercas, lámina galvanizada, perfiles de lámina doblada (perfiles tubulares estructurales o para puertas, marcos y ventanas), clavos, etc. La Figura 11.13 muestra algunos perfiles  y piezas metálicas.
Figura 11.13. Muestra de Perfiles Laminados, Perfiles Compuestos y Piezas Metálicas.

Los  fabricantes  de  las  secciones  o  piezas  metálicas  proporcionan  por  lo  general  la información técnica necesaria, como son: dimensiones, areas, pesos, momentos de inercia (I), radios de giro (r), módulos de sección (S), centroides, capacidades mecánicas, etc., necesarios en todo diseño.
En la actualidad el ensamble de las secciones metálicas mayores se realiza por medio de soldadura, ya casi no se acostumbra el uso de remaches, aunque estos resultan aún prácticos para un  gran  número  de  estructuras.  La  soldadura  presenta  la  enorme  ventaja  de  que  puede  ser automatizada y no se requiere hacer ningún tipo de perforación como en el caso de los remaches. También es posible encontrar una gran variedad de electrodos de soldadura que permiten realizar el trabajo de soldado bajo cualquier condición climática. La soldadura se puede aplicar sin ninguna preparación en los metales por unir, o haciendo cortes (rectos o en bisel) en estos para alojar ya sea parcial o totalmente la soldadura, a este trabajo se le llama soldadura de penetración parcial o de penetración total según sea el caso. La Figura 11.14 muestra algunos ejemplos de trabajos de soldadura.


Un producto metálico que ha sufrido una gran transformación logrando gran aceptación en la industria de la construcción es la lámina galvanizada, México se ha convertido en un importante exportador de este producto. La lámina no solamente se emplea para techar sino que ahora  se  emplea  mucho  como  cimbra  y/o  refuerzo  en  el  concreto.  También  ahora  existen procedimientos  constructivos  patentados  que  ofrecen  construir  una  vivienda  monolítica  de concreto y acero en un día y con un solo molde. Los fabricantes de estos moldes para vivienda también ofrecen diseños exclusivos según el diseño arquitectónico de la vivienda, este tipo de moldes  son  ideales  para  la  construcción  de  casas  en  serie.  Por  cierto  que  en  este  tipo  de construcciones se emplea extensivamente la malla y los castillos de acero electrosoldado para configurar  el  esqueleto  de  refuerzo.  La  Figura  11.15.  muestra  algunos  tipos  de  láminas galvanizadas.

Figura 11.15. Algunos Tipos de Láminas Galvanizadas.

Una aplicación muy popular de las láminas galvanizadas consiste en producir durante el laminado del producto unas pequeñas deformaciones o corrugaciones de tal manera que se pueda desarrollar una adherencia entre un concreto colado sobre la lámina y la lámina misma, con esto se ha logrado implementar un verdadero sistema constructivo de entrepisos. La lámina sirve como cimbra durante el proceso de colado y debido que no se le aceita, al fraguar el concreto se desarrolla con el tiempo una adherencia tal que la lámina funciona como el acero de refuerzo de la losa, el concreto toma las compresiones y la lámina las tensiones. La Figura 11.16 muestra algunas secciones típicas para este tipo de aplicación, el fabricante generalmente recomienda los claros y las capacidades de carga que se pueden lograr con los diversos calibres que fabrica.

Acero para reforzar el Concreto Hidráulico.

Se  denomina  acero  de  refuerzo  al  acero  que  se  emplea  para  reforzar  el  concreto hidráulico,  en  este  caso  el  acero  de  refuerzo  más  común  consiste  en  varillas corrugadas, alambre recocido y alambrón. El acero de refuerzo se obtiene según la ASTM de la fundición de lingotes de acero, rieles de ferrocarril, ejes de ferrocarril y aleaciones de bajo grado. La Tabla
11.3 incluye una ilustración de una varilla corrugada laminada en caliente y las especificaciones más usuales en el mercado nacional. Algunos fabricantes llegan a indicar las cualidades de doblado de la varilla para el acero que cumple con la norma ASTM A-7.

Tabla 11.3. Especificaciones de Varilla Corrugada de Fabricación Nacional.


El alambrón se fabrica tanto al bajo como al alto carbono. El alambrón al bajo carbono se emplea en el armado de estribos en trabes y columnas de concreto reforzado, los diámetros usuales en la construcción son de 5.5 y 6.3 mm. El alambrón al alto carbono se emplea para alambre de presfuerzo o para torón, su diámetro puede variar de 8 a 16 mm.

El alambre recocido es un alambre muy dúctil, ideal para realizar todo tipo de amarres de las varillas, su ductilidad permite cortarlo y enredarlo fácilmente para conformar el esqueleto de refuerzo para el concreto reforzado.

En  la  actualidad  se  usan  cada  vez  más  en  la  construcción  las  mallas  de  acero electrosoldado, así como los castillos prefabricados por medio de electrosoldadura, este tipo de piezas permiten construir más rápidamente algunos tipos de estructuras, especialmente en el ramo de la vivienda. El ahorro de mano de obra en el armado no solamente agiliza las construcciones sino también abate los costo de las mismas. La Figura 11.12 muestra varios tipos de mallas electrosoldadas.

 Figura 11.12. Mallas de Acero Electrosoldadas.

Usos del Acero para la Construcción.

La mayoría de los aceros se funden en lingotes antes de darles otra forma, estos lingotes son sometidos a muy diversos procesos hasta transformar toda esta materia en diversos productos útiles en la construcción, algunos de los procesos se realizan en caliente y otros en frío (frío no debe entenderse en su sentido literal sino en una condición de temperatura adecuada para el proceso). Los procesos más usuales para dar forma al acero son: laminado (rolado) ilustrado con la  Figura  11.10,  extrusión  ilustrado  con  la  Figura  11.11,  estirado,  colado  y  forjado. Adicionalmente, una vez que se ha dado forma al acero (en general a todo metal), se le puede someter  a  cambios  de  temperatura  que  producen  un  reacomodo  molecular  y  afectan  las propiedades mecánicas del metal. Por ejemplo, si el metal una vez enfriado se vuelve a calentar (recocido) arriba de los 800 °C y se enfría lentamente al aire, se logra una gran uniformidad, si se enfría lentamente en un horno se logra una estructura que facilita su maquinado posterior. Cuando se enfría el acero rápidamente por inmersión en agua o aceite se aumenta la dureza y la resistencia final, pero se reduce notablemente la ductilidad y la tenacidad. Cuando el acero se calienta a temperaturas abajo de 650 °C y se enfría en aire se reduce considerablemente cualquier estado de esfuerzos residuales ocasionados por tratamientos anteriores, como la inmersión en aceite por ejemplo. Con el calentamiento del metal a bajas temperaturas se da un templado, lo que le permite aumentar su dureza y resistencia.

 Figura 11.10. Proceso de Laminado del Acero.

 Figura 11.11. Obtención de Secciones de Acero por el Proceso de Extrusión.


Acero: Temperatura de Transición.

A medida que el acero se prueba a temperaturas más bajas, se puede observar un cambio en el comportamiento de falla, este cambio es abrupto en un rango de temperaturas muy estrecho, a dicho rango se le conoce como la temperatura de transición, y es aquí donde la falla pasa de ser una falla dúctil a ser una fractura frágil. Este fenómeno es de suma importancia para el diseñador, ya que no basta con diseñar para una falla dúctil,  sino que se debe tomar en cuenta las condiciones climáticas bajo las que trabajará la estructura. Esto quiere decir que el acero se comportará de manera dúctil en el verano pero perderá mucho de su tenacidad o capacidad para absorber energía mediante la deformación en el invierno, todo depende de que tanto baje la temperatura.

La temperatura de transición cobra mucha importancia cuando algún elemento de acero debe  ser  diseñado  para  resistir  esfuerzos  bajo  condiciones  de  impacto,  generalmente  la temperatura de transición se obtiene mediante pruebas de impacto, sometiendo a las probetas a diferentes condiciones de temperatura antes de ensayarlas. Las pruebas de tensión resultan muy lentas y no permiten apreciar fácilmente la temperatura de transición.

La prueba de impacto se realiza por medio de un Péndulo que por impacto produce la falla de un espécimen con una ranura en forma de v en la parte media, la prueba se ilustra
esquemáticamente en la Figura 11.8.

Figura 11.8. Prueba de Impacto, Una Medida de la Tenacidad.

El rango de temperatura de transición se muestra en la Figura 11.9, donde se aprecia la enorme influencia que la variación de temperatura puede tener en el comportamiento del acero, esto no se presenta en todos los metales, pero en el acero por ser una estructura atómica del tipo bcc los efectos son notables.


Figura 11.9. Concepto de Temperatura de Transición en el Acero.

Módulo de Corte o de Rigidez Transversal del Acero.

Cuando el acero es sometido a fuerzas cortantes donde las fuerzas actuantes son paralelas al área del material, se tiende a producir un dislocamiento lateral de la estructura atómica del material,  véase  la  Figura  11.6,  el  movimiento  lateral  de  los  átomos  describe  un  ángulo  de deformación, la tangente de ese ángulo se denomina deformación cortante, y se representa por ?,

Figura 11.7. Tenacidad de un Metal Frágil (izquierda) y de un Metal Dúctil (derecha).

 El módulo de corte (G) se obtiene con la expresión
, donde t  es el esfuerzo cortante, y  Y es la deformación cortante. El módulo de corte  se correlaciona con el módulo de elasticidad  mediante la siguiente expresión:

Donde v es el módulo de Poisson con valor de 0.29 tanto para el hierro como para el acero.