METAL ACERO TALLER DE DISEÑO VII

INTRODUCCIÓN • A través de la historia el hombre a tratado de mejorar las

materias primas, añadiendo materiales tanto orgánicos como inorgánicos, para obtener los resultados ideales para las diversas construcciones. Dado el caso de los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones óptimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten aciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas.

DEFINICIÓN • El acero es una aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el

3.5% que le otorga mayor resistencia y pureza, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0.2% y el 0.3% para aceros de bajo carbono, que son los utilizados para las construcciones. Porcentajes mayores al 3.5% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser frágiles y no poderse forjar, se moldean. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

• No se debe confundir el hierro con el acero, dado que el hierro es un metal en estado puro al que se le mejoran sus propiedades físico-químicas con la adición de carbono y demás elementos. La gran variedad de aceros llevó a Siemens a definirlo como un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia. Por la variedad y disponibilidad de los elementos primordiales que abundan en la naturaleza ayudan facilitando de su producción en cantidades industriales, los aceros son las aleaciones más utilizadas en la construcción de maquinarias, herramientas, edificios y obras públicas, habiendo contribuido al alto nivel de desarrollo tecnológico de las sociedades industriales.

PROPIEDADES DEL ACERO

PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO:

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

• El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear),

4450 kg/cm2 Límite de fluencia (fy) 5100 kg/cm2

Resistencia a la tracción: 6450 kg/cm2

PROPIEDADES MECÁNICAS DEL

ACERO Tenacidad:Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir fisuras (resistencia al impacto).

Ductilidad: Es relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo.

Maleable:Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño.

Resistencia al desgaste:Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Maquinabilidad:Es la facilidad que posee un material que permitir el proceso de mecanizado. Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

Dureza:La densidad promedio del acero es 7850 kg/m3. Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar.

Conductividad eléctrica:Posee una alta conductividad eléctrica en las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

PROPIEDADES TÉRMICAS:

Conductividad eléctrica: Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él la corriente eléc trica. Este fenómeno se produce por una diferencia de potencial entre los extremos del metal.

Conductividad térmica: Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica k nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección.

Dilatación: Es el aumento de las dimensiones de un metal al incrementarse la temperatura. No es uniforme ni sigue leyes determinadas.

PROPIEDADES

QUÍMICAS. Oxidación:

La oxidación se produce cuando se combina el oxigeno del aire y el metal. La oxidación es superficial,

produciéndose en la capa más externa del metal y protegien do a las capas interiores de la llamada

oxidación total. El óxido no es destructivo.

Corrosión:Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente en la capa superficial y posteriormente en el resto.

Corrosión general: Cuando es en toda la superficie, se protege con facilidad.

Corrosión intercristalina: Se debe a las impurezas y no se advierte a simple vista .

Corrosión localizada: Se localiza en sitios poco visibles y pasa desapercibida hasta

que se rompe la pieza.

CARACTERÍSTICAS DEL ACERO

1. CARACTERÍSTICAS POSITIVAS DEL ACERO:

Trabajabilidad: Se pueden cortar y perforar a pesar de que es muy resistente y aun

así siguen manteniendo su eficacia.

Soldabilidad: Es un material que se puede unir por medio de soldadura y gracias a

esto se pueden componer una serie de estructuras con piezas rectas

Forjabilidad: Significa que al calentarse y al darle martillazos se les puede dar

cualquier forma deseada

Alta resistencia mecánica: Los aceros son materiales con alta resistencia mecánica

al someterlos a esfuerzos de tracción y compresión y lo soportan por la contribución

química que tienen los aceros.

Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse

erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material.

Oxidación:

 Los aceros tienen una alta capacidad de oxidarse si se exponen al aire y al agua

simultáneamente y se puede producir corrosión del material si se trata de agua salina.

 

Transmisor de calor y electricidad: El acero es un alto transmisor de corriente y

a su vez se debilita mucho a altas temperaturas, por lo que es preferible utilizar

aceros al níquel o al aluminio o tratar de protegerlos haciendo ventilados y evitar

hacer fábricas de combustible o plásticos con este tipo de material

2. CARACTERÍSTICAS NEGATIVAS DEL ACERO:

Estas dos desventajas son manejables teniendo en cuenta la utilización de los materiales y el

mantenimiento que se les dé a los mismos.

Elementos aleantes del acero y mejoras obtenidas con la aleación

A continuación se listan algunos de los efectos de los elementos aleantes en el acero:

• Aluminio: se usa en algunos aceros de nitruración, de alta dureza en concentraciones cercanas al 1 % y en porcentajes inferiores al 0,008 % como desoxidante en aceros de alta aleación.

• Boro: en muy pequeñas cantidades (del 0,001 al 0,006 %) aumenta la templabilidad sin reducir la maquinabilidad, pues se combina con el carbono para formar carburos proporcionando un revestimiento duro.

• Cobalto: muy endurecedor. Disminuye la templabilidad. Mejora la resistencia y la dureza en caliente. Es un elemento poco habitual en los aceros. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros.

• Cromo: Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, mejora la resistencia a la corrosión .

• Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.

• Níquel: es un elemento aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El níquel se utiliza mucho porque aumenta la resistencia a la corrosión.

• Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la fácil mecanización por arranque de viruta, (torneado, cepillado, taladrado, etc.)

• Silicio: aumenta moderadamente la templabilidad. Se usa como elemento desoxidante. Aumenta la resistencia de los aceros bajos en carbono.

• Titanio: se usa para estabilizar y desoxidar el acero, mantiene estables las propiedades del acero a alta temperatura. 

• Wolframio: también conocido como tungsteno. Forma con el hierro carburos muy complejos estables y durísimos, soportando bien altas temperaturas.

TIPOS

ACEROS AL CARBANO

ACEROS ALEADOS ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRA

RESISTENTE

ACEROS DE HERRAMIENTAS

ACEROS INOXIDABLES

Se clasifican en 5 grupos

Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

Es la familia de aceros más reciente de las cinco.Este material se emplea para la fabricación de vagones porque al ser más resistente, sus paredes son más delgadas.

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas.

También se emplean mucho para tuberías, depósitos de petróleo y productos químicos por su resistencia a la oxidación y para la fabricación de instrumentos quirúrgicos.

El acero al carbono, constituye el principal producto delos aceros que se producen, estimando que un 90% dela producción total producida mundialmente

CLASES

BARRAS DE CONSTRUCCIÓN

EN BARRAS LISAS Y PERFILES

ALAMBRONES Y DERIVADOS Se clasifican en 3 grupos

• Ángulos de alta resistencia, ángulo de 50.

• Ángulos estructurales. • Barras calibradas.• Barras cuadradas.• Barras cuadradas

ornamentales. • Barras hexagonales.• Barras redondas lisas.

• Alambre negro reconocido

• Alambrón listo para construir

• Alambrón para trefilería • Fierro corrugado ASTM

A706• Fierro corrugado ASTM

A615-GRADO 60• Corrugado • Nuevos estribos

corrugados

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO

Material fácil de conformar en frío y en caliente.

Material fácil de mecanizar, ensamblar y proteger contra la corrosión.

Bajo coste unitario en comparación con otros materiales.

Alta disponibilidad, su producción es 20 veces mayor al resto de materiales metálicos no férreos.

Material altamente adaptable.

Fácilmente reciclable: Se puede usar chatarra como materia prima para la producción de nuevo acero.

Alta resistencia mecánica (esfuerzos de tracción y compresión).

VENTAJAS

DESVENTAJAS DEL ACERO

Corrosión: El acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que deben recubrirse siempre exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable.

Calor, fuego: En el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente por las estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse con recubrimientos aislantes del calor.

PRESENTACIONES COMERCIALES DEL ACERO

PALASTROS PERFILES BARRAS

Son chapas laminadas que miden entre 1×2 metros y 3×3 metros.

La mayor demanda en palastros es para el uso de cubiertas y paneles para piso

Son piezas más largas que ancha, macizas y de secciones variables. Tienen distintas formas.

Son piezas huecas de secciones variables, cuya longitud varia entre 5 y 12 metros.

Los más utilizados son el angular, IPN, en T, cuadrado y rectangular. Pero hay mas formas denominados especiales (ventanas, puertas de coches…)

También se añaden los alambres que son barras redondas con diámetro menor a 5 mm y los flejes que son cuando las pletinas tienen mucha longitud y poco espesor.

Alambrón liso para construcción

Alambrón negro recocido

Alambrón para trefilería

FORMAS MAS COMUNES

PLETINAS

PERFIL EN U PERFIL EN T

PERFIL EN I

PERFIL CUADRADO

PERFIL CIRCULAR

EMPRESAS QUE FABRICAN ACERO:

En el mercado local existen actualmente dos principales productores de acero:

ACEROS AREQUIPA:

SIDERPERU (EMPRESA SIDERURGICA DEL PERÚ S.A.A):

PRECIOS:

Maestro:

(in) (mm)3/8 12 ≤ 6.7 ≥ 0.38 ≤ 3.6 20- - ≤ 8.4 ≥ 0.48 ≤ 4.6 25

1/2 - ≤ 8.9 ≥ 0.51 ≤ 4.9 275/8 - ≤11.1 ≥ 0.71 ≤ 6.1 353/4 - ≤13.3 ≥ 0.97 ≤ 7.3 551 - ≤17.8 ≥ 1.27 ≤ 9.7 90- 8 ≤ 5.6 ≥ 0.4 ≤ 3.2 20

Diámetro Espaciamiento promedio de las deformaciones (mm)

Altura promedio de deformaciones (mm)

Ancho de cuerda longitudinal (mm)

Diametro del mandril (mm) en doblado 180˚

DINO:

• En el año 3000 a C., los arqueólogos descubrieron en Egipto los primeros utensilios de este metal

• En el año 1500 a. C., fue descubierto en Medzamor el hierro para uso industrial a tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a. C.

• Hacia el 1.000 a.C. se fabricaba acero en el Próximo y Medio Oriente y en la India.

• En el año 400 a. C. armas como la falcata fueron producidas en la península Ibérica

• La China antigua bajo la dinastía Han, entre el 202 y el 220 d. C., creó acero al derretir hierro forjado

junto con hierro fundido.

• En China, bajo la dinastía Song del siglo XI, hay evidencia de la producción de acero empleando dos técnicas: una de un método "berganesco

•  En 1740, el inglés Benjamín Huntsman redescubrió el procedimiento indio por casualidad, al calentar una mezcla de hierro y una cantidad cuidadosamente medida de carbón vegetal en un crisol.

•  En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato para fabricar acero en serie. Bessemer construyó un recipiente cónico de acero forrado de ladrillos refractarios que se llamó convertidor

•  En 1858, los hermanos Siemens patentaron un horno de solera para acero que incorporaba sus pre-calentadores o "regeneradores

•  En 1948: Proceso del oxígeno básico. Tras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero.

RESEÑA

H ISTORICA

USO DEL ACERO EN LA ARQUITECTURA Y CONSTRUCCIÓN

Las estructuras metálicas de alguna significación se empezaron a desarrollar a finales del siglo XVIII, siendo la primera gran obra de importancia el puente Severn en Coalbrookdale, Inglaterra.

Puente sobre el rio Severn

De aquella época a nuestros días han pasado un poco mas de 200 años, en los cuales las edificaciones metálicas se han desarrollado ampliamente, en obras como puentes, casas, edificios comerciales, hospitales, fábricas y rascacielos, contribuyendo todos ellos a cambios sustanciales en la Arquitectura y en los métodos y técnicas de construcción.

INTRODUCCIONRevolucionó la industria de la construcción porque ofrece una enorme cantidad de

posibilidades para el diseño.

Una gran parte de la arquitectura aprovecha las ventajas que ofrece el acero

El acero ha ido mejorando con el tiempo en sus propiedades físicas como en las técnicas constructivas o de diseño

VENTAJAS DEL ACERO EN LA ARQUITECTURA

• Los edificios cuya estructura es un entramado de acero se construyen con gran rapidez ya que, por ejemplo, mientras se fabrican en taller los elementos de la estructura se pueden realizar los trabajos de movimiento de tierras y cimentación. Tras ensamblar en obra los elementos de acero se puede construir inmediatamente la cubierta, de manera que los trabajos de acabados se pueden efectuar a cubierto.

Los edificios de varias plantas con estructura de acero son mas ligeros, lo que implica una cimentación mas económica

Una estructura de acero se puede desmontar y volver a levantar en otro sitio.

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

Para su uso en construcción, el acero se distribuye en perfiles, siendo éstos de diferentes

características según su forma y dimensiones y debiéndose usar específicamente para una

función concreta, ya sean vigas o pilares.

Alta resistencia:

Uniformidad:

Durabilidad:

Ductilidad:

Tenacidad:

Otras ventajas importantes del acero estructural son:  

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 rehúso después de desmontar una estructura.

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

Resistencia a la corrosión:

La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo.

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.

Una manifestación memorable de ese acontecimiento fue la Exposición Universal de París de 1889, que marcó el triunfo de las construcciones metálicas

Después de construido esta torre se consideró que todos los demás prodigios eran realizables y se proyectaron obras metálicas de todos los géneros.

Ilustración 2: Inicios del uso de estructuras metálicas en la Arquitectura

Ilustración 3: Construcción del 1 World Trade Center, edificio de acero.

Como componente estructural del concreto, el acero es llamado también como fierro corrugado a una estructura de concreto es necesario incluirle barras de acero con el fin de que la estructura tenga resistencia al estiramiento debido a que el concreto es un material que resiste muy bien las fuerzas que lo comprimen.

El acero o fierro de construcción se vende en varillas que miden 9 m de longitud. Estas varillas tienen “corrugas” alrededor y a lo largo de toda la barra que sirven para garantizar su “agarre” al concreto.

Diversos usos del acero….

Puente fabricado en acero - Württemberg, Germany Estación de ferrocarril de Wuhan-China

Edificación con techo de acero Edificio de la Bolsa de Comercio de Paris

Usos alternos del acero

Tubos de acero y elementos de estética

Acero inoxidable

Clínica de Salud Mental Lou Ruvo – Las Vegas Walt Disney Concert Hall – Los Angeles

Utilización del acero (hospital Tarapoto)

• Se ha utilizado el acero no solo para las coberturas, sino también para las paredes en las cuales contarán con vidrio.

• Es una construcción moderna que hace uso del concreto armado, acero y vidrio.

USO Y MANEJO DEL ACERO EN TARAPOTO

Se ha realizado algunas soldaduras para las uniones del acero, las cuales también ayudan a la mejor consistencia de la estructura.

Las vigas de apoyo están intersectadas en las columnas, lo que genera una mejor resistencia al momento de plantear la cobertura

UTILIZACION DEL ACERO EN LA DISCOTECA PACHANGA

USO DEL ACERO EN TARAPOTOLas vigas que soportan la cobertura de calaminón están echo de acero inoxidable similar a la estructura de una antena con cerchas para su mejor resistencia.

Las columnas están soldadas con las vigas de amarre de dicha estructura y son ideales para soportar suficiente carga y no caerse fácilmente. Además evita que se dilate el acero.

USO DEL ACERO EN TARAPOTO

Se ha encontrado el uso del acero en este estacionamiento de la discoteca aqua. A pesar de las fuertes lluvias la corrosión es mínima en comparación a otros fierros

La cobertura es de calamina galvanizada y pertenece a uno de los tipos de acero inoxidable que se emplea para las estructuras de las edificaciones modernas.

ESTRUCTURAS DE ACERO EN TARAPOTO

CONCLUSIONES• Existen diversos materiales los cuales son usados para la construcción

de diversas edificaciones pero con el paso de los años han sido sustituidos por otros mejores debido a sus costos, durabilidad, resistencia, estética, y uno de ellos es el acero. El acero es un material que es usado a finales del siglo XVII, inculcando nuevas técnicas y diversas formas de su uso; generando así nuevos conocimientos y manifestaciones arquitectónicas.

• El acero es usado como elemento estético tanto en exteriores como en interiores pero también lo podemos ver durante el proceso constructivo como son las barras de acero que se unirán al concreto, así como vigas y viguetas.

• Una de las características principales del uso del acero es la esbeltez y su simplicidad estructural que se puede apreciar desde puentes hasta significativos rascacielos.