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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER P. PARA LA EDUC. UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLIT. TERR.DE BARLOVENTO “ARGELIA LAYA”CARRERA: INGENIERIA EN CONSTRUCCIONES CIVILES
TRAYECTO IV / TRIMESTRE 01 / SECCION 02UNIDAD CURRICULAR: ACERO Y MADERA
ACERO(NOCIONES GENERALES)
Prof.: Autores:
Ing. Argenis Uriepero T.S.U. Sabrina García
C.I.Nº V-14.533.541
T.S.U. Modou Dumbuya
C.I.Nº PC.222236
Junio, 2.013
2
INDICE
Pág.
INTRODUCCION
EL ACERO Definición
HISTORIA Resumen.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS
CARACTERÍSTICAS DEL ACERO
CLASIFICACIÓN DEL ACERO
PRODUCCION Y REFINACION DE ARRABIO
REFINACION DEL ARRABIO
ACERO ESTRUCTURAL Definición.
PROPIEDADES Y CUALIDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL
PRODUCTOS COMERCIALES SEGÚN LA CLASIFICACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL O DE REFUERZO
TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS USOS DEL ACERO ESTRUCTURAL
CONCLUSION
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOSS
3
INTRODUCCION
A través de la historia el hombre ha 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 que 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 a ciertos tratamientos con el fin de
hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos
para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a
los que van a estar sometidos.
En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo
continuamente aceros cada vez más resistentes, con propiedades de
resistencia a la corrosión; aceros más soldables y otros requisitos. La
investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo
ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que
satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad
cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.
El acero es, ha sido y será, uno de los materiales de fabricación y
construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado en el
mundo de las construcciones civiles, ya que combina la resistencia y la
posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante
muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de
4
acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor,
trabajo mecánico, o mediante aleaciones.
A continuación, se desarrollan todos y cada uno de los puntos pautado para
esta investigación…
5
EL ACERO
Definición
El acero es un elemento aleado fundamentalmente formado por carbón y
hierro, es de entender que en las aplicaciones industriales y tecnológicas
actuales suele ser combinado por otros metales los cuales le brindan
propiedades específicas como son el manganeso, cromo, molibdeno, etc.
La proporción del acero es usualmente de máximo el 2 % de carbón, en un
98 % de hierro, aunque la proporción común es de 0.2 al 0.3 % de carbón,
cuando se sobrepasa esta porción se da origen a aleaciones que son muy
duras y difíciles de maquinar por lo cual es usual la elaboración de partes
mediante el colado en moldes, identificándose por este efecto acabados
superficiales en las mismas pobre y hasta rústicos, sin embargo con el
advenimiento de nuevas y mejores tecnologías se ha podido superar esta
deficiencia ya sea mediante la micro fundición, fundición centrífuga, fundición
modular, etc. Un buen ejemplo que es común en nuestra cotidianidad de
este tipo de aleación de acero corresponde a los accesorios del alcantarillado
vial.
HISTORIA DEL ACERO
Resumen.
No se tiene a ciencia cierta un indicio de cuál fue la fecha exacta de la
elaboración de los primeros aceros, pero se identifican productos elaborados
de acero.
Antes de 3000 A.C.
Se descubre el fuego.
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Aparece la minería, la metalurgia.
Se descubren los siguientes elementos: cobre, carbono, oro, hierro
meteórico, plomo, mercurio, plata, azufre, estaño, zinc.
El oro es extraído de los depósitos aluviales.
El cobre, estaño, plomo y zinc son reducidos de sus menas por
fundición.
Vaciado de metales en moldes y forjado.
3000 - 600 A.C.
El oro se recupera por concentración gravimétrica.
Fundición por el método de la cera perdida (Egipto 2,500 años A.C.)
Se produce hierro forjado (2500 años A.C.).
Se obtiene el acero por forja.
La fecha más exacta en la humanidad descubrió la técnica de fundir
material férrico para producir metal utilizable no es conocida. Los
instrumentos férricos más antiguos conocidos descubiertos por
arqueólogos en Egipto en el año 3000AC y aun antes se usaron
ornamentos férricos; se buscaba el endurecimiento de armas férricas por
medio de variaciones de calor la cual era una técnica avanzada en el año
1000AC y fue dada a conocer por los Griegos.
Las primeras aleaciones férricas fueron producidas por obreros
aproximadamente hasta el siglo 14 DC, y este sería clasificado hoy como
hierro forjado. Estas aleaciones fueron hechas calentando una masa de
material férrico y carbón de leña en un horno que tenía una cubierta
rígida, bajo este tratamiento el material se redujo a la esponja de hierro
metálico en forma de escoria, compuesta por impurezas metálicas y
cenizas del carbón de leña. Esta esponja de hierro se alejada del horno
incandescente, mientras la escoria se
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manejaba con trineos pesados, para así poder soldar y consolidar el
hierro. El hierro producido en estas condiciones contenía 3% de
partículas de escoria, y 0.1% de otras impurezas. De vez en cuando esta
técnica de fabricación del hierro produjo, por accidente, un verdadero
acero en lugar de hierro forjado. Los herreros aprendieron a hacer acero
calentando hierro forjado y carbón de leña en arcilla embala para un
periodo de varios días. Por este proceso el hierro absorbió bastante
carbono para volverse un verdadero acero, el cual técnica mejores
características que el hierro inicialmente.
Después del siglo 14 se mejoraron los hornos de fundimiento,
aumentando el tamaño y el proyecto fue usado para forzar la combustión
gasea a través de la carga en la cual se hacia la mezcla de materiales
crudos. En estos hornos más grandes, el material férrico en la parte
superior del horno se redujo primero a hierro metálico y entonces
adquirió más carbono como resultado de los gases forzados a través de
él por la combustión. El producto de estos hornos era un lingote de
hierro, una aleación que se funde a una temperatura más baja que el
acero o el hierro forjado, luego este se refinaba para hacer acero.
En la fabricación moderna del acero se emplean hornos con combustión
moderada que son una vil copia actualizada de los viejos hornos utilizados
por los antiguos herreros. Sin embargo los primeros aceros producidos con
características similares de calidad (cantidad suficiente) al acero actual
fueron obtenidos por Sir Henry Bessemer en 1856, que desarrollo el horno
Bessemer o Comversor, con la ayuda de un proceso por el diseñado
utilizando fósforo y azufre, sin embargo debido a la necesaria presencia de
estos elementos, ha caído en desuso, siendo sustituido por el sistema
inventador por Sir William Siemens en 1857 el cual descarburiza la aleación
de acero con la ayuda de óxido de hierro.
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Actualmente los procesos han ido mejorando el acero en especial el usado
mediante la reducción con oxígeno inventado en Austria en 1948 y el colada
contian que es el que permite la formación de perfiles mediante la
dosificación del material fundido en un molde enfriado por agua que genera
un elemento constante en su sección el mismo que es afinado en sus
dimensiones con rodillos.
Desde los años sesenta se ha implementado el uso de hornos eléctricos, con
pequeños molinos, que proporcionan el metal en pequeños trozos, estos
molinos son un componente importante en la producción del acero
americano.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES METÁLICOS
Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado
indispensablemente en una construcción deben cumplir con las siguientes
propiedades:
1. Fusibilidad: Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundiéndolos
y colocándolos en moldes.
2. Forjabilidad: Es la capacidad para poder soportar las variaciones de
formas, en estado sólido o caliente, por la acción de martillos, laminadores
o prensas.
3. Maleabilidad: Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura
ambiente en láminas, mediante la acción de martillado y estirado.
4. Ductilidad: Es la capacidad de poderse alargar en longitudinalmente.
5. Tenacidad: Resistencia a la ruptura al estar sometido a tensión.
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6. Facilidad de corte: Capacidad de poder separarse en trozos regulares
con herramientas cortantes.
7. Soldabilidad: Propiedad de poder unirse hasta formar un cuerpo único.
8. Oxidabilidad: Al estar en presencia de oxígeno, se oxidan formando una
capa de óxido.
CARACTERÍSTICAS DEL ACERO
Como se dijo anteriormente las características del acero varían mucho en
función de su composición pero en términos generales se puede decir que el
acero se aproxima a lo siguiente:
Densidad de 7850 Kg/m3.
Punto de función depende de la aleación pero se puede considerar los
1500 C como un valor medio.
Punto de ebullición de 3000 C.
Es dúctil (maleable) y tenaz (resistente al impacto) y por lo tanto tiene a
ser fácilmente maquinable con ayuda de máquinas herramientas así como
soldable.
La corrosión suele ser uno de los peores enemigos del acero ya que este
se oxida fácilmente, por lo cual es recomendado protegerlo del contacto
con el aire y la humedad mediante la aplicación de pinturas o tratamientos
superficiales, o en su defecto se lo mezcla con cromo para evitar este
efecto (acero inoxidable).
Es un buen conductor del calor y la electricidad y tiene también una
interesante capacidad de dilatarse aproximadamente 1,2*10-5 y es muy
similar al del hormigón por lo cual es una razón más para usarlo en la
construcción.
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CLASIFICACIÓN DEL ACERO
Los diferentes tipos de acero se clasifican según su composición química,
propiedades o uso de acuerdo a los elementos de aleación que producen
distintos efectos en el Acero:
1. ACEROS AL CARBONO
Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros
contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de
manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los
productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas,
carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de
construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.
2. ACEROS ALEADOS
Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio,
molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de
manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos
aceros de aleación se pueden subclasificar en :
Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas
partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y
palancas. Además se utilizan en las estructuras de
edificios, construcción de chasis de automóviles,
puentes, barcos y semejantes. El contenido de la
aleación varía desde 0,25% a un 6%.
Para
Herramientas
Aceros de alta calidad que se emplean en
herramientas para cortar y modelar metales y no-
metales. Por lo tanto, son materiales empleados para
cortar y construir herramientas tales como taladros,
escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.
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Especiales Los Aceros de Aleación especiales son los aceros
inoxidables y aquellos con un contenido de cromo
generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran
dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a
la corrosión, se emplean en turbinas de vapor,
engranajes, ejes y rodamientos.
3. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES
Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero.
Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados
convencionales ya que contienen cantidades menores de los
costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento
especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al
carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con
aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes
porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en
caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de
acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más
pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con
estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más
delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio
interior en los edificios.
4. ACEROS INOXIDABLES
Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de
aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y
oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases
corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son
muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos
a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en
arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El
acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de
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petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para
cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y
equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que
resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de
preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero
inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con
facilidad.
PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO
El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:
El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto
horno (proceso integral);
Las chatarras tanto férricas como inoxidables.
La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las
chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño
fundido.
El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa
(15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y
alberga el baño de acero líquido y escoria.
El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La
bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas
cestas adecuadas.
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El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de
fusión y la fase de afino. Introducida la chatarra en el horno y los agentes
reactivos y escorificantes, (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta
cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada,
haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales
cargados.
El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la
segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición
del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos
indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de
la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que
contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o
titanio).
Tecnología del Acero
El proceso de obtención del acero ha sido el mismo, la evolución de la
maquinaria del proceso para la obtención de este es el que avanzado
a través del tiempo.
PRODUCCION Y REFINACION DE ARRABIO
Ya que el acero es básicamente hierro altamente
refinado (más de un 98%), su fabricación comienza
con la reducción de hierro (producción de arrabio)
el cual se convierte más tarde en acero.
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El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los
materiales básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El
coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera
monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y
los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental
de un alto horno es:
Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe
La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de
monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina
con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del
horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza
se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El
silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el
metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos
hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de
carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04
al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.
El ALTO HORNO es virtualmente una planta química que reduce
continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del
óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por
una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y
resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El
diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en
un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La
parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas
toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra
un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno.
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Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para
retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m,
contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas
redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se
introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en
pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado
situado en el exterior del horno.
Carga típica en Alto Horno de CSH Composición química del Arrabio
Componentes kg/t kg/carga
Mineral de Hierro 490 9.600
Pellets 995 19.600
Chatarra 15 300
Mineral de Mn 22 450
Caliza 112 2.300
Cuarzo 12 250
Coque 451 9.200
Petróleo + Alquitrán 44 899
Aire Insuflado1.530
m3/min
Temperatura Aire
Insuflado1.030ºC
Elementos %
Fierro (Fe) 93,70
Carbono (C) 4,50
Manganeso (Mn) 0,40
Silicio (Si) 0,45
Fósforo (P) 0,110
Azufre (S) 0,025
Vanadio (V) 0,35
Titanio (Ti) 0,06
Temperatura en Alto Horno : 1.460ºC
Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno.
El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030ºC aproximadamente, es
forzado dentro de la base del horno para quemar el coque. El coque en
combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce
los gases necesarios para separar el hierro del mineral. En forma muy
simplificada las reacciones son:
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Carbono
(Coque)
2C
+
Oxígeno
(aire)
O2
Calor
Calor
+
Monóxido de
Carbono Gaseoso
2CO
Óxido de
Hierro
Fe2O3
+
Monóxido de
Carbono
3CO
Hierro
Fundido
2Fe
Hierro
+
Dióxido de
Carbono Gaseoso
3CO2
Impurezas en el Mineral Derretido + Piedra Caliza ESCORIA
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a
introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas
cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria
que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio
se sangra cinco veces al día.
El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura
aproximada de 1.030 ºC. El calentamiento se realiza en las llamadas estufas,
cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante
varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que
salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace
pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto
horno supera el peso total de las demás materias primas.
Esencialmente, el CO gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor
atracción por el oxígeno presente en el mineral de hierro (Fe2O3) que el hierro
mismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo. Químicamente
entonces, el hierro se ha reducido en el mineral. Mientras tanto, a alta
temperatura, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cual se combina
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con el azufre y otras impurezas. Esto forma una escoria que flota encima del
hierro derretido.
Después de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la
tecnología de altos hornos: la presurización de los hornos. Estrangulando el
flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del
interior del horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización
permite una mejor combustión del coque y una mayor producción de hierro.
En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un
25%. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la
producción se incrementa enriqueciendo el aire con oxígeno.
Cada cinco o seis horas, se cuelan desde la parte interior del horno hacia
una olla de colada o a un carro de metal caliente, entre 150 a 375 toneladas
de arrabio. Luego se transportan a un horno de fabricación de acero. La
escoria flotante sobre el hierro fundido en el horno se drena separadamente.
Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se
elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de
arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica (Acería).
Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de
oxígeno o convertidores al oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto,
más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas,
los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente
de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de
convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles
irregularidades de alguno de los hornos.
El arrabio recién producido contiene demasiado carbono y demasiadas
impurezas para ser provechoso. Debe ser refinado, porque esencialmente, el
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acero es hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de
carbono.
El hierro recién colado se denomina "arrabio". El oxígeno ha sido removido,
pero aún contiene demasiado carbono (aproximadamente un 4%) y
demasiadas impurezas (silicio, azufre, manganeso y fósforo) como para ser
útil, para eso debe ser refinado, porque esencialmente el acero es hierro
altamente refinado que contiene menos de un 2% de carbono.
La fabricación del acero a partir del arrabio implica no sólo la remoción del
carbono para llevarlo al nivel deseado, sino también la remoción o reducción
de las impurezas que contiene. Se pueden emplear varios procesos de
fabricación de acero para purificar o refinar el arrabio; es decir, para remover
sus impurezas. Cada uno de ellos incluye el proceso básico de oxidación.
REFINACION DEL ARRABIO
En el alto horno, el oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO
(monóxido de carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de
oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de carbono).
Ahora, el oxígeno se empleará para remover el exceso de carbono del
arrabio. A alta temperatura, los átomos de carbono (C) disueltos en el hierro
fundido se combinan con el oxígeno para producir monóxido de carbono
gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de
oxidación. En forma simplificada la reacción es:
Carbono + Oxígeno MONOXIDO DE CARBONO GASEOSO
2C + O2 2CO
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ACERO ESTRUCTURAL
Definición.
El Acero estructural es uno de los materiales básicos utilizados en la
construcción de estructuras, tales como edificios industriales y comerciales,
puentes y muelles. Se produce en una amplia gama de formas y grados, lo
que permite una gran flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de
fabricar y es el material más fuerte y más versátil disponible para la industria
de la construcción.
Se define como acero estructural al producto de la aleación de hierro,
carbono y pequeñas cantidades de otros elementos tales como silicio,
fósforo, azufre y oxígeno, que le aportan características específicas. El acero
laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como
acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 megapascales (2?
549 kg/cm 2).
PROPIEDADES Y CUALIDADES DEL ACERO ESTRUCTURAL
Su alta resistencia, homogeneidad en la calidad y fiabilidad de la misma,
soldabilidad, ductilidad, incombustible, pero a altas temperaturas sus
propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas, buena
resistencia a la corrosión en condiciones normales.
El acero es más o menos un material elástico, responde teóricamente igual a
la compresión y a la tensión, sin embargo con bastante fuerza aplicada,
puede comenzar a comportarse como un material plástico, pero a diferencia
de los materiales plásticos a máximas solicitaciones romper, pero su
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comportamiento plástico en tales situaciones como un terremoto, la fase
plástica es útil, ya que da un plazo para escapar de la estructura.
PRODUCTOS COMERCIALES SEGÚN LA CLASIFICACIÓN DEL ACERO
ESTRUCTURAL O DE REFUERZO
Los Productos del Acero Estructural, según su forma, se clasifica en:
a) PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de
acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T,
canal o ángulo. Por su tamaño, composición, fuerza, almacenamiento,
etc., está regulada en los países más industrializados, sus nombres varían
en américa y Europa. Los tipos de perfiles estructurales más comunes
son:
Perfil HEB. Es un perfil muy usado en construcción, se utiliza para
columnas, pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia.
Perfil tipo U o Canal. como su nombre lo indica es en forma de canal o
C, se utiliza para vigas y columnas que se unen y sueldan, en usos de
rendimiento medio.
Perfil angular o ángulos. Puede ser de lados iguales o desiguales, se
utiliza en dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras
secundarias.
Tubo de Acero circular. La tubería hueca circular de acero se utiliza
preferiblemente para columnas.
Tubo de acero cuadrado sección hueca. Estas secciones cuadradas
o rectangulares se utilizan con mayor frecuencia como columnas, pero
también puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en otros usos.
Placas de acero estructural. Se trata de piezas planas de acero
estructural, cortadas a medida. En general tienen entre 1/8” a 6″ de
espesor. Se utiliza en bases de columnas, vigas y columnas hechas a
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medida, piezas de conexión (es decir, las placas de refuerzo, placas de
soldadura, etc.), así como cualquier otra aplicación donde el tamaño no
es estándar y son medidas muy específicas.
Perfiles de Corte. Normalmente son las secciones de ala ancha de un
perfil HEB o IPE, que se cortan por la mitad para formar una sección
“T”. Se utiliza para dinteles, vigas, tirantes y columnas.
b) BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado,
cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en
todos los tamaños.
c) PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de
acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores
mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.
Los Productos de Aceros para Hormigón – Acero de refuerzo para
armaduras, de acuerdo a las normas técnicas de cada país o región tendrá
su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican
en:
Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente
como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A
su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro,
por su forma, por su uso:
- Barra de acero liso.
- Barra de acero corrugado.
- Barra de acero helicoidal se utiliza para la fortificación y el reforzar. rocas,
taludes y suelos a manera de perno de fijación.
Alambrón
Alambres trefilados ( lisos y corrugados)
Mallas electro soldables de acero – Mallazo
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Armaduras básicas en celosía.
Alambres, torzales y cordones para hormigón pretensado.
Armaduras pasivas de acero
Redondo liso para Hormigón Armado.
Aceros para estructuras en zonas de alto riesgo sísmico.
Para estructuras de hormigón se utilizan barras lisas y corrugadas (cabillas),
con diámetros que oscilan entre los 6mm y los 40mm, aunque lo común en
una armadura de hormigón es que difícilmente superen los 32mm. Además
el acero de refuerzo se utiliza en las mallas electro soldadas o mallazo
constituidos por alambres de diámetros entre 4mm a 12mm.
TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS ACEROS
El proceso básico de endurecimiento de los aceros consiste en calentar el
metal hasta una temperatura en la que se forma austenita, que suele ser
entre 750 y 850 ºC, y enfriarlo rápidamente sumergiéndolo en agua o aceite.
Este tratamiento de endurecimiento forma martensita y crea grandes
tensiones internas en el metal. Para eliminar estas tensiones se emplea el
temple que consiste en recalentar la pieza a una temperatura menor. Con
este sistema se reduce la dureza y resistencia pero aumenta la ductilidad y la
tenacidad.
El objetivo principal del proceso de tratamiento térmico en controlar la
cantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementita
contenidas en una ferrita, determinando así las propiedades físicas del acero.
Hay muchas variaciones del proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos
han descubierto que el cambio de austenita a martensita se produce en la
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última fase del enfriamiento y que este cambio está acompañado de un
aumento de volumen que en caso de que el enfriamiento sea demasiado
rápido hace agrietarse al metal. Para evitar esto, se han desarrollado
procesos distintos, de los cuales se mencionan los más comunes:
1. TEMPLADO PROLONGADO: El acero se retira del baño de enfriamiento
cuando alcanza la temperatura en que comienza a formarse la martensita y
se enfría lentamente mediante un chorro de aire. El acero se retira del baño
de enfriamiento en el mismo momento que en el templado prolongado y se
coloca en un baño de temperatura constante hasta que alcanza una
temperatura uniforme en su sección transversal. A continuación se enfría
lentamente con aire desde los 300 ºC hasta la temperatura ambiente.
2. AUSTEMPLADO: El material se enfría hasta la temperatura en la que se
forma la martensita y se mantiene a esa temperatura hasta que acaba el
proceso. A continuación se enfría a temperatura ambiente.
Hay otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero, tales
como:
Cementación: Las superficies de las piezas de acero terminadas se
endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno.
Carburización: La pieza se calienta manteniéndola rodeada de carbón
vegetal, coque o gases de carbono.
Cianurización: Se introduce el metal en un baño de sales de cianuro,
logrando así que endurezca.
Nitrurización: Se emplea para endurecer aceros de composición especial
mediante su calentamiento en amoniaco gaseoso.
24
USOS DEL ACERO ESTRUCTURAL
La estructura de la pirámide Den Louvre, las latas de conserva, las
plataformas petroleras, las cámaras catalíticas, los clips de las oficinas, y los
soportes de los circuitos integrados son de acero.
Una relación completa sería imposible: desde el objeto más corriente hasta el
instrumento más sofisticado, desde lo microscópico (piezas menores de un
gramo en los micromotores de relojes eléctricos) hasta lo gigantesco (cubas
de metanero, capaces de alojar el volumen del arco del triunfo), el acero está
en el origen de la infinidad de productos elaborados por la industria humana.
El acero estructural tiene múltiples usos como los que se mencionan a
continuación:
EN LA CONSTRUCCIÓN DE PUENTES O DE EDIFICIOS: El acero
puede tener múltiples papeles. Sirve para armar el hormigón, reforzar los
cimientos, transportar el agua, el gas u otros fluidos. Permite igualmente
formar el armazón de edificios, sean estos de oficinas, escuelas, fabricas,
residenciales o polideportivos. Y también vestirlos (fachadas, tejados). En
una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la estética de
un proyecto.
EN EL SECTOR DE LA AUTOMOCIÓN: Este sector constituye el segundo
mercado acero, después de la construcción y las obras publicas. Chasis y
carrocerías, piezas de motor, de la dirección o de la transmisión,
instalaciones de escape, carcasas de neumáticos,.... el acero representa
del 55 al 70% del peso de un automóvil.
EN LO COTIDIANO: LATAS, BOTES, BIDONES: Numerosos envases son
fabricados a partir de hojas de acero, revestidas en ambas caras de una
25
fina capa de estaño que les hace inalterables. Denominados durante largo
tiempo “hierro blanco” (debido al blanco del estaño), los aceros para
envase se convierten en latas de conserva o de bebidas y también en
botes de aerosol para laca, tubos para carmín de labios, botes, y latas o
bidones para pinturas, grasas, disolventes u otros productos que requieren
un medio hermético de conservación.
EN EL CORAZÓN DE LA CONSERVACIÓN ALIMENTARÍA: El acero no
aleado, llamado al carbono, requiere una protección contra la corrosión:
una capa de zinc y pintura para la carrocerías de automóvil, una capa de
estaño y barniz para las latas de conserva o de bebidas. El inox, acero
aleado al níquel y al cromo, puede permanecer desnudo: es inalterable en
la masa. Platos, cazos, cuberterías.... el acero inoxidable resiste
indefinidamente al agua y a los detergentes, es perfectamente sano y no
altera ni el sabor ni el color de los alimentos.
EN LA COMUNICACIÓN: Los componentes electrónicos utilizados en la
informática o en las telecomunicaciones, así como los elementos
funcionales del tubo de los televisores en colero, son piezas delicadas con
exigencias particulares: por ello, se fabrican en aleaciones adaptadas a
cada caso.
EN LA ENERGÍA: El petróleo y la industria nuclear requieren
infraestructuras, equipos y redes de conductos de fluidos muy específicos.
El acero se muestra como un material clave en este mundo que, como la
industria químicas, debe hacer frente a numerosos desafíos: medios
altamente corrosivos, altas temperaturas, condiciones mecánicas
altamente exigentes.
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EN LA SANIDAD: Inalterable y perfectamente neutro de cara a los tejidos
humanos, el acero inoxidable es idóneo para convertirse en prótesis de
cadera, rotulas, tornillos, pacas, bisturís..... Y hasta agujas, que se
fabrican a partir de una hoja de acero inoxidable de 0.15 a 0.45 mm de
grosor.
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CONCLUSION
Con la realización de esta importante investigación de las Nociones
Generales acerca del Acero, hemos llegado a las siguientes conclusiones:
El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como
se logró realizar esta aleación en el siglo XIX.
La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la
materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la
enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.
El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono
(alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros
elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel)
se agregan con propósitos determinados.
El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste
solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya
que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para
formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades
significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido
de hierro con impurezas y materiales térreos.
El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las
complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo. además las
dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden
dar al acero.
Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la
cantidad del acero a obtener.
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La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de
fabricación y la cantidad de carbono que contenga.
Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan
menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.
El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que
le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado
el esqueleto de las estructuras.
La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha
calidad, por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país
desde hace mucho tiempo.
Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas)
catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media, todo lo cual
contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar
los desafíos del futuro.
El acero tiene una gran gama diversa de aplicaciones y utilidades en la
vida cotidiana, tales como en las construcciones, en la energía, la sanidad,
las comunicaciones y nuevas tecnologías, etc... En fin el acero está en
todas partes.
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BIBLIOGRAFÍA
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C.E.C.S.A, 1976. 786p.
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Reforzado. México: Limusa, 1977. 414p.
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