diagrama característico tensión-deformación de los aceros arcer en forma de rollo

M O N O G R A F Í A

6

Diagrama característico

tensión-deformación de los

aceros ARCER en forma de rollo

Diagrama característico

tensión-deformación de los aceros

ARCER en forma de rollo

6M O N O G R A F Í A

© IPAC, A. I. E.

Orense 58, 10º C

28020 Madrid, España. Tel.: 91 556 76 98, Fax: 91 556 75 89

Reservados todos los derechos. Queda expresamente prohibida la publicación total o parcial de esta obra sin la autorización escrita del

Instituto para la Promoción de Armaduras Certifi cadas, IPAC.

Diseño y Maquetación: Advertising Label 3 S.L. (alcubo)

I.S.S.N.: 1576-2734

La marca ARCER de productos de acero para armaduras pasivas de hormigón tiene el objetivo fundamental de distinguir, potenciar y promover la utilización de aceros con altos niveles de calidad y prestaciones, y se utiliza exclusivamente para los tipos B 400 SD y B 500 SD. Los productos de la marca ARCER cumplen todos los requisitos que garantizan la conformidad con la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) vigente y las correspondientes normas UNE que les sean de aplicación.

Las actuaciones promovidas por la marca ARCER, cuya gestión se desarrolla en el Instituto para la Promoción de Armaduras Certifi cadas, IPAC, tienen como fi nalidad mejorar el conocimiento de los aceros para armaduras pasivas, desarrollar nuevas aplicaciones y promover innovaciones tecnológicas que mejoren sus prestacio-nes. Dentro de estas actuaciones se enmarca la publicación de estudios, trabajos y monografías de carácter técnico, destinadas a facilitar un mejor conocimiento de estos materiales y sus aplicaciones. Las actuaciones y publicaciones de la marca están supervisadas y avaladas por la Comisión Asesora ARCER, formada por profesionales de reconocido prestigio en el campo del hormigón armado, cuya composición es la siguiente:

D. Miguel Ángel Astiz SuárezDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Mecánica de Medios Con-tinuos y Teoría de Estructuras. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Madrid.

D. Alex H. BarbatDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Resistencia de Materiales y Estructuras en la Ingeniería. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universidad Politécnica de Cataluña.

D. José Manuel Gálligo Estévez Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Subdirector General Adjunto de I+D+i. Secretaría General de Relaciones Institucionales y Coordinación. Ministerio de Fomento.

D. Bernardo Perepérez Ventura Dr. Arquitecto. Catedrático del Departamento de Construcciones Arquitectónicas. Escuela Técnica Supe-rior de Arquitectura. Universidad Politécnica de Valencia.

D. José María Varona RuizDr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático del Departamento de Ciencia e Ingeniería del Terreno y los Materiales. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Univer-sidad de Cantabria.

Asesor técnico:

D. Félix Peñalba DíazDirector División Siderurgia. INASMET.

Secretario:

D. Julio José Vaquero GarcíaIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Gerente de IPAC.

Presentación

i

M O N O G R A F Í A 6

Presentación

ii


El estudio descrito en esta monografía ha sido realizado en el seno del Grupo de Trabajo ARCER GT/1 inte-grado por las siguientes personas:

Coordinador:

D. José Manuel Gálligo EstévezIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Subdirector General Adjunto de I+D+i. Secretaría General de Relaciones Institucionales y Coordinación. Ministerio de Fomento.

Vocales:

Secretario:

D. Julio José Vaquero GarcíaIngeniero de Caminos, Canales y Puertos. Director Gerente de IPAC.

El estudio estadístico descrito en esta monografía ha sido desarrollado por:

D. Rafael Romero VillafrancaUniversidad Politécnica de Valencia

D. Ander Ansoalde OyarzábalCorrugados Azpeitia, S.L.

D. Tomás Chiscano EspejoA.G. Siderúrgica Balboa, S.A.

D. Javier FernándezNervacero, S.A.

D. Sebastián Jáuregui EchevesteArcelorMittal Gipuzkoa, S.L.U.

D. Jorge Ley UrzáizInstituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC)

D. Ramón Molina RodríguezMegasa Siderúrgica, S.L.

Dña. Asunción Morales HortelanoCentro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX)

D. Narcís Poch AlbertíCompañía Española de Laminación, S.A. (CELSA)

D. Honorino Ortega ValenciaAceros para la Construcción, S.A.

D. Agustín Paz GestosoAIMEN Centro Tecnológico.

D. Juan Antonio PolancoLaboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIM)

D. Jesús Rama ReyCelsa Atlantic, S.A.U.

D. Carlos Sánchez FranseschSiderúrgica Sevillana, S.A.

Í N D I C E Página

Resumen ejecutivo 1

Glosario terminológico 3

Capítulo 1: Introducción 5

Capítulo 2: Objetivo y organización del estudio 7

Capítulo 3: Datos utilizados 9

Capítulo 4: Conceptos básicos. Terminología 11

4.1 Tipos de diagramas tensión-deformación 11

4.2 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación de un ensayo individual 11

4.3 Valores característicos correspondientes a una determinada población 12

4.4 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico de una población 13

4.5 Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER 15

Capítulo 5: Resultados obtenidos 17

5.1 Valores característicos 17

5.2 Diagramas tensión-deformación característicos 17

5.3 Diagramas tensión-deformación medios 18

Capítulo 6: Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER 19

6.1 Diagrama tensión-deformación característico garantizado 19

6.2 Ecuaciones analíticas del DTDA garantizado por ARCER 19

6.3 DTDA medio 20

6.4 Comparación con las exigencias de la Instrucción EHE-08 21

6.5 Tenacidad de los aceros ARCER 22

Índice

iii


6


Í N D I C E Página

Capítulo 7: El tratamiento del acero en la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 25

7.1 Las características mecánicas 25

7.2 Las características geométricas 26

7.3 Determinación del alargamiento bajo carga máxima 27

Capítulo 8: Fabricación del acero corrugado en forma de rollo 29

8.1 Sistema de conformado “Stelmor” 31

8.2 Sistema de conformado “Spooler” 31

Capítulo 9: Conclusiones 33

Anejo 1: Metodología estadística 35

Anejo 2: Resultados obtenidos en el estudio del diagrama tensión-deformación del material en forma de rollo 39

Anejo 3: Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD 41

Anejo 4: Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD 47

Anejo 5: Determinación del alargamiento bajo carga máxima 51

Bibliografía 57

iv

Índice

1


Resumen ejecutivo

La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 exige que los productos de acero para armaduras pasivas en forma de barras y rollo corrugados se consideren como productos diferentes, tanto en materia de control como en exigencias y especifi caciones para los mismos.

Para cumplir con esta exigencia, la marca ARCER ha efectuado una investigación de las propiedades de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD) suministrados en forma de rollo, que ha consistido básicamente en la determinación del diagrama tensión-deformación característico que se puede garantizar para este producto.

Para ello, se ha seguido la misma metodología desarrollada en su día para este material en forma de barra recta, en la que se han introducido mejoras como conse-cuencia de la experiencia adquiri-da en el tratamiento de este tipo de ensayos.

En la investigación se han analiza-do los productos procedentes de 7 fábricas, con diámetros com-prendidos entre 8 mm y 20 mm, contándose fi nalmente con una base experimental formada por 3.800 ensayos de tracción, a par-tir de los cuales se ha determinado el diagrama característico tensión-

Resumen ejecutivo

2


deformación del acero tipo B 500 SD suministrado en forma de rollo en posesión de la marca ARCER, así como el diagrama tensión-deformación promedio —básico para el cálculo en condiciones de sismo— cuya expresión analítica se recoge a continuación.

Ambos diagramas superan las especifi caciones es-tablecidas por la Instrucción EHE-08 para este tipo de acero. Con el fi n de cuantifi car estas diferen-

cias se han calculado las áreas totales bajo estos diagramas, como representación de la energía ab-sorbida por el material antes de colapsar. En el caso del diagrama tensión-deformación característico el área es un 11 % superior a la mínima exigida por la Instrucción EHE-08, mientras que la del diagrama tensión-deformación promedio es un 41 % superior, poniendo de manifi esto el amplio margen de seguri-dad de los productos ARCER.

Resumen ejecutivo

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO

(εs < 0,00258) σs = 200.000 · εs

(0,00258 < εs < 0,02700) σs = 516,93

(0,02700 < εs < 0,10050) σs = 516,93 + 109,716[1 – exp( – 42,61(εs – 0,02700))]

(0,10050 < εs < 0,10200) σs = 621,86 – 190.663 (εs – 0,10050)2

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN PROMEDIO

(εs < 0,00278) σs = 200.000 · εs

(0,00278 < εs < 0,02041) σs = 556,54

(0,02041 < εs < 0,10791) σs = 556,54 + 113,701[1 – exp( – 40,63(εs – 0,02041))]

(0,10791< εs < 0,11821 ) σs = 667,00 – 43.401(εs – 0,10791)2

NOTA: las deformaciones, εs, se expresan en tanto por uno y las tensiones, σs, en N/mm2.

3


Glosario

terminológico

α Parámetro que defi ne la forma del tramo de endurecimiento del diagrama tensión-deformación.

β Parámetro que defi ne la forma del tramo de endurecimiento del diagrama tensión-deformación.

DTD Diagrama tensión-deformación.DTDA Diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER para un conjunto de

poblaciones.DTDI Diagrama tensión-deformación individual.DTDP Diagrama tensión-deformación característico de una población obtenido a partir de un

conjunto de ensayos.Es Módulo de elasticidad del acero, en N/mm2.fs Resistencia a la tracción, en N/mm2.fsk Valor característico de la resistencia a la tracción, en N/mm2.fs/fy Relación entre la resistencia a la tracción y el límite elástico.(fs/fy)k,i Valor característico inferior del ratio fs/fy.(fs/fy)k,s Valor característico superior del ratio fs/fy.fy Límite elástico, en N/mm2.fyk Valor característico del límite elástico, en N/mm2.fy,real/fy,nominal Relación entre el valor del límite elástico real obtenido mediante ensayo y el valor del límite

elástico nominal.(fy,real/fy,nominal)k Valor característico superior del ratio fy,real/fy,nominal.ε1 Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al primer máximo del DTDI, en %.εfi ncc Abscisa correspondiente al punto fi nal del DTDP, en %.εHi Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto inicial del tramo

horizontal del DTDP, en %.εHf Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto fi nal del tramo horizontal

del DTDP, en %.

Glosario terminológico

4


εmax Alargamiento bajo carga máxima, en %.εmax,k Valor característico del alargamiento bajo carga máxima, en %.εσm Abscisa del diagrama tensión-deformación del punto correspondiente a la máxima tensión en

el DTDP, en %.εsh Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto fi nal del tramo horizontal

de cedencia, en %.εy Abscisa del diagrama tensión-deformación correspondiente al inicio del tramo horizontal de

cedencia, en %.σfi n Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente al punto fi nal del DTDP, en N/mm2.σH Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente al tramo horizontal del DTDP,

en N/mm2.σmax Ordenada del diagrama tensión-deformación correspondiente a la máxima tensión en el DTDP,

en N/mm2.

Glosario terminológico

4

5


Introducción

Capítulo 1

Introducción

El nacimiento de la marca ARCER, en el año 2000, vino impulsado por la aparición de la Instrucción de Hormigón Estructural EHE en el año 1998, que supuso un importante acicate para el desarrollo tecnológico de los materiales componentes del hormigón estructural: hormigón y acero.

La marca ARCER añadió a los rasgos característicos de una marca de calidad aspectos novedosos relativos a la responsabilidad civil, mediante un seguro de cobertura de sus productos y una voluntad decidida de desarrollo tecnológico.

Entre las investigaciones científi cas acometidas destaca la determinación de las características mecánicas de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD), con una fi abilidad estadística sufi ciente, lo que ha permitido constatar no sólo el cumplimiento con las prescripciones de la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE) vigente, sino también la posibilidad de que la marca garantice a proyectistas y usuarios unos valores de dichas características superiores a los exigidos reglamentariamente.

Estos trabajos de investigación, comenzados en el año 2001, se publicaron en el año 2004 en el documento “Diagramas característicos de tracción de los aceros con características especiales de ductilidad, con marca ARCER” (Monografía ARCER nº 4). El resultado de la amplísima labor de experimentación y análisis estadístico efectuado, se materializó en los diagramas tensión-deformación característicos que la marca ARCER garantiza para todos los aceros de los tipos B 400 SD y B 500 SD en posesión de la misma. Dichos estudios se llevaron a cabo sobre material presentado en forma de barra recta, dado que la presentación en forma de rollo estaba comenzando a implantarse en aquellos años y su volumen era muy reducido (Ver Anejo 3).

A partir de dicha fecha (2004), la marca ARCER realiza estudios anuales de seguimiento con la fi nalidad de constatar que dichos diagramas se siguen cumpliendo por las fábricas que participaron en su día en el estudio inicial, y por las nuevas fábricas y productos que se han incorporado desde entonces a la marca. Entre estos productos el material presentado en forma de rollo ha ido adquiriendo importancia y se le ha considerado como un producto similar a la barra recta, sometiéndole a los controles y exigencias establecidas para ella.

6


Introducción

Tras una década de avance de los conocimientos y de la técnica se publica la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08, en la que se introducen nuevos conceptos en materia de aceros y armaduras para hormigón. Uno de ellos tiene en cuenta el importante desarrollo que experimenta la utilización del acero corrugado en forma de rollo y la tecnología utilizada en su fabricación y posterior procesado, que permiten la utilización de diámetros de hasta 20 mm.

Dado que el material suministrado en forma de rollo requiere, necesariamente, de una operación previa de enderezado para poder utilizarse la Instrucción EHE-08 decide que sea tratado como un producto

diferente a la barra recta, estableciendo requisitos y exigencias distintos para cada uno de ellos.

Esta modifi cación en la reglamentación ofi cial en materia de hormigón estructural ha obligado a la marca ARCER a efectuar un estudio complementario de investigación de las características mecánicas de los aceros soldables con características especiales de ductilidad (SD) suministrados en formato de rollo.

Esta monografía describe los trabajos realizados al efecto, los resultados de los mismos, así como las principales modifi caciones introducidas por la Instrucción EHE-08 en materia de acero para hormigón.

7


Objetivo y organización del estudio

Capítulo 2

Objetivo y organización

del estudio

Tal como se ha indicado, el objetivo principal de este estudio es la determinación del diagrama tensión-deformación característico que la marca ARCER puede garantizar para el material presentado en forma de rollo.

El estudio se ha centrado exclusivamente en aceros del tipo B 500 SD, que es el único para el que actualmente está concedida la marca en material presentado en rollo. Los diámetros analizados han variado desde 8 mm hasta 20 mm, procedentes de distintas instalaciones industriales, habiéndose ensayado todos ellos conforme a un protocolo común, contrastado mediante la participación de los siguientes laboratorios de control externo:

• Laboratorio de Estructuras y Materiales de CEDEX. Ministerio de Fomento.• Instituto Técnico de Materiales y Construcciones. INTEMAC.• Laboratorio de la División de Ciencia e Ingeniería de los Materiales (LADICIN). Universidad de Cantabria.• AIMEN Centro Tecnológico.

El análisis estadístico se ha efectuado conforme a una metodología estadística elaborada específi camente para este fi n (ver Anejo 1), que ha permitido establecer la conveniencia o no de efectuar distinciones entre diámetros a la hora de establecer un diagrama tensión-deformación garantizado.

8


9


Capítulo 3

Datos

utilizados

Los datos utilizados en este estudio proceden de las seis fábricas que hasta la fecha de su realización tenían concedida la marca ARCER para material suministrado en forma de rollo, a los que se han añadido los datos correspondientes a los estudios de caracterización efectuados sobre una fábrica en el transcurso del proceso de concesión del derecho de uso de la marca. Dichas fábricas son:

• ArcelorMittal Zumárraga, S.A.1

• Celsa Atlantic, S.A.U.• Corrugados Azpeitia, S.L.• Compañía Española de Laminación, S.A. - CELSA.• MEGASA Siderúrgica, S.L.• SN - Seixal Siderurgia Nacional, S.A.• Nervacero, S.A.

El número de diámetros estudiado en cada fábrica ha fl uctuado entre 1 y 3. El número de poblaciones estadísticas que han formado parte de este estudio ha sido de 16, correspondientes a cada uno de los diámetros de las diferentes fábricas.

La muestra analizada en cada población para establecer su diagrama tensión-deformación característico ha estado constituida por 10 probetas seleccionadas aleatoriamente de cada una de 20 coladas diferentes elegidas al azar. En el caso de las dos poblaciones analizadas de la fábrica en proceso de obtención del derecho de uso de la marca ARCER la muestra ha estado formada por 10 probetas seleccionadas aleato-riamente de cada una de 50 coladas diferentes elegidas al azar. El número total de ensayos analizado ha ascendido, por tanto, a 3.800.

Datos utilizados

1) En transcurso de obtención del derecho de uso de la marca ARCER durante la realización de este estudio. En la actualidad su deno-minación ha cambiado por la de ArcelorMIttal Gipuzkoa, S.L.U.

10


Datos utilizados

10

El diagrama tensión-deformación de cada ensayo está formado por, aproximadamente, 3.000 puntos habiendo sido por tanto necesario procesar más de 22 millones de datos para llevar a cabo el presente estudio.

11


Capítulo 4

Conceptos básicos.

Terminología

4.1 TIPOS DE DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN

En el presente estudio se manejan tres tipos de diagramas tensión-deformación (en adelante, para abreviar, DTD) que conviene diferenciar claramente:

• DTD de un ensayo individual, a los que nos referiremos en general como DTDI.

• DTD característico de una población (por ejemplo el material en rollo de acero B 500 SD de 12 mm de una determinada fábrica) obtenido a partir de un conjunto de ensayos (por ejemplo, 10 probetas de cada una de 20 coladas diferentes). Nos referiremos de forma genérica a los mismos como DTDP.

• DTD característico garantizado por ARCER para un conjunto de poblaciones (en general, para todos los rollos de la marca ARCER de acero B 500 SD). Nos referiremos al mismo como DTDA.

4.2 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE UN ENSAYO INDIVIDUAL

Los parámetros que definen un DTDI aparecen representados en la Figura 1 y se describen a continua-ción. La metodología seguida para su determinación a partir de los resultados de ensayo efectuados, conforme a lo indicado en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, se expone en el Anejo 1 de esta mo-nografía.

fy: límite elástico, en N/mm2. Corresponde al Rp0.2, o límite elástico convencional, tal como se defi ne en la norma UNE-EN 10080:2006.

fs: resistencia a la tracción, en N/mm2. Corresponde al Rm, tal como se defi ne en la norma UNE-EN 10080:2006.

Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación de un ensayo individual

12


εmax: alargamiento bajo carga máxima, en %. Co-rresponde al Agt, tal como se defi ne en la norma UNE-EN 10080:2006. De acuerdo con la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003 se asume que dicho punto es aquél en el que la tensión se ha reducido en un 0,5 % respecto a su valor máximo fs. Por conven-ción, se asume que el DTDI fi naliza en la abscisa correspondiente al valor del εmax.

εy: abscisa correspondiente al inicio del tramo horizontal de cedencia, en %.

εsh: abscisa correspondiente al punto fi nal del tramo horizontal de cedencia, en %.

ε1: abscisa correspondiente al primer máximo del DTDI, en %.

La forma del tramo de endurecimiento, definida por una función exponencial de ecuación general y = γ −α e-βx, viene dada por los valores que ad-quieren los coeficientes α y β.

A partir de los parámetros anteriores se derivan dos nuevos parámetros: el ratio fs/fy y el ratio fy,real/fy,nominal.

En todos los casos considerados en este estudio, se ha adoptado el valor fy,nominal = 500 N/mm2.

4.3 VALORES CARACTERÍSTICOS CORRESPONDIENTES A UNA DETERMINADA POBLACIÓN

La forma en la que se efectúa el cálculo de estos va-lores característicos se expone en el Anejo 1 de esta monografía.

fyk: valor característico del límite elástico, en N/mm2. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza estadística, que es superado por al menos el 95 % de los valores de los fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo de 500 N/mm2.

fsk: valor característico de la resistencia a la tracción, en N/mm2. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne

Conceptos básicos. Terminología

Figura 1 Parámetros que defi nen el DTDI de un ensayo.

0

fs

fy

εmaxεy εsh ε1

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

0,995 fs

13


Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico de una población

como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza estadística, que es superado por al menos el 95 % de los valores de los fs en una determinada po-blación. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mí-nimo de 575 N/mm2.

εmax,k: valor característico del alargamiento bajo car-ga máxima, en %. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza estadística, que es superado por al menos el 90 % de los valores de los εmax en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo del 9,5 %.

(fs/fy)k,i: valor característico inferior del ratio fs/fy. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza esta-dística, que es superado por al menos el 90 % de los valores de los ratios fs/fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor mínimo de 1,15.

(fs/fy)k,s: valor característico superior del ratio fs/fy. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza esta-dística, que supera al menos el 90 % de los valores de los ratios fs/fy en una determinada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor máxi-mo de 1,35.

(fy,real/fy,nominal)k: valor característico superior del ratio fy,real/fy,nominal. De acuerdo con la norma UNE-EN 10080:2006, se defi ne como el valor para el que puede afi rmarse, con un 90 % de confi anza estadística, que supera al menos el 90 % de los valores de los ratios fy,real/fy,nominal en una determi-nada población. La Instrucción EHE-08 prescribe, para el acero corrugado del tipo B 500 SD presentado en forma de rollo, un valor máximo de 1,25.

4.4 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO DE UNA POBLACIÓN

El DTDP se obtiene a partir de una muestra (por ejemplo, 10 probetas de cada una de 20 coladas) seleccionada al azar de dicha población, y se de-fi ne como2:

“Lugar geométrico de los puntos (x,y) para los que, a cada abscisa “x” le corresponde una ordenada “y”, que se defi ne como el valor característico (lí-mite de tolerancia inferior unilateral con nivel de confi anza 90 % y nivel de seguridad 95 %) de las ordenadas correspondientes a una deformación porcentual “x” en los diagramas tensión-deforma-ción de los individuos de la población estudiada”.

Tal como se expone en el apartado 5.3, tras cal-cular los puntos que constituyen el DTDP, éstos se ajustan para que el diagrama tenga una forma similar a la de un diagrama tensión-deformación habitual, con un tramo recto OA correspondiente a la zona elástica, un tramo horizontal AB que co-rrespondería a la zona de cedencia, un tramo cur-vado creciente BC, que correspondería a la zona de endurecimiento y un tramo fi nal CD decreciente3 (ver Figura 3).

2) Defi nición acordada por la marca ARCER para la realización de sus estudios de investigación.

3) Este tramo fi nal no tiene una signifi cación física sino estadística. Su misión es la de prolongar el diagrama hasta el valor de la deforma-ción para la que hubieran fallado el 5 % de las muestras ensayadas.

14


Conceptos básicos. Terminología

En la Figura 2 se representan los 200 DTDI corres-pondientes a la muestra tomada de una determina-da población, junto con el DTDP característico de la misma.

Se adopta la siguiente nomenclatura4 para los pará-metros que defi nen estos tramos, parámetros que se representan en la Figura 3 y cuyo procedimiento de cálculo se expone en el Anejo 1.

σH: Ordenada correspondiente al tramo hori-zontal del DTDP. Es importante señalar que el σH no tiene por qué coincidir con el valor característico del límite elástico, fyk, en la po-blación, aunque generalmente resulta muy próximo a éste.

σmax: Ordenada correspondiente a la máxima ten-sión en el DTDP. Es importante señalar que el σmax no tiene por qué coincidir con el valor característico de la resistencia a tracción, fsk, en la población, resultando en general ligera-mente inferior a éste.

σfi n: Ordenada correspondiente al punto fi nal del DTDP.

εHi: Abscisa del punto inicial del tramo horizontal del DTDP.

εHf: Abscisa del punto fi nal del tramo horizontal del DTDP.

εσm: Abscisa del punto correspondiente a la máxi-

ma tensión en el DTDP.

εfi ncc: Abscisa correspondiente al punto fi nal del DTDP. De acuerdo con la defi nición dada an-teriormente para el DTDP, el εfi ncc se obtiene como la deformación para la que han fallado el 5 % de las muestras ensayadas.

De acuerdo con las defi niciones anteriores, se tienen las siguientes coordenadas para los puntos que defi -nen los diferentes tramos del DTDP (ver Figura 3):

O: (0,0), A: (εHi, σH), B: (εHf, σH), C: (εσm, σmax), D: (εfi ncc,σfi n)

4) El objetivo de esta nomenclatura es evitar confusiones con la nomenclatura de los valores característicos de los parámetros asociados a los DTDI.

Figura 2: DTDI individuales y DTDP característico de una población.

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)5 10 15

700

600

500

400

300

200

100

0

DTD característico

DTD individuales

15


Parámetros asociados al diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER

4.5 PARÁMETROS ASOCIADOS AL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR LA MARCA ARCER

Para los parámetros que definen el diagrama ten-sión-deformación característico garantizado por

la marca ARCER para un conjunto de poblacio-nes, al que nos referiremos como DTDA, se utiliza la misma nomenclatura que para los parámetros del DTDP.

Figura 3: Parámetros que defi nen el DTDP característico de una población.

0 εfi nccεHi εHf εσm

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

σH

σmax

σfi n

A B

C D

16


17


Diagramas tensión-deformación característicos

Los resultados obtenidos en las 16 poblaciones estudiadas se recogen en el Anejo 2. Las principales conclu-siones de los mismos se relacionan a continuación.

5.1 VALORES CARACTERÍSTICOS

Los valores característicos garantizados por ARCER para el material presentado en forma de rollo resultan de elegir en cada caso el valor más desfavorable de los obtenidos en las 16 poblaciones analizadas (ver Tabla A.2.1 del Anejo 2).

5.2 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS

Mediante la metodología descrita en el Anejo 1 se han obtenido los diagramas tensión-deformación característicos de las 16 poblaciones analizadas. En la Figura 4 están representados todos ellos, diferenciándose mediante distin-tos colores los correspondientes a diferentes diámetros.

Como puede observarse en la figura no se aprecia diferencia sistemática alguna entre diámetros que pudiera justificar el establecimiento de diferentes diagramas tensión-deformación en función de los mis-mos.

Capítulo 5

Resultados

obtenidos

PARÁMETRO VALOR GARANTIZADO

fyk 515,2 N/mm2

fsk 625,0 N/mm2

εmax,k 10,19 %

Tabla 2: Valores característicos garantizables por ARCER.

18


Resultados obtenidos

5.3 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIOS

El diagrama tensión-deformación medio para una población se defi ne como aquél que hace corres-ponder a cada abscisa εs el valor medio de las ten-siones σs para dicha abscisa de las barras que no han fallado aún para dicha deformación. Por conve-nio, estos DTD medios se establecen desde εs = 0 hasta el mismo valor εfi ncc defi nido para el diagrama

Figura 5: Diagramas medios tensión-deformación de las 16 poblaciones.

Figura 4: Diagramas característicos tensión-deformación de las 16 poblaciones.

característico (aquél para el que ha fallado el 5 % de las probetas).

En la Figura 5 se representan los 16 diagramas ten-sión-deformación medios, diferenciando mediante distintos colores los correspondientes a los diferen-tes diámetros, observándose de nuevo que no pare-ce justifi cado realizar un tratamiento por separado de cada uno de ellos.

Tens

ión

(N/m

m2)


700

600

500

400

300

200

100

0

Diámetro 08

Diámetro 12

Diámetro 16

Diámetro 20

Tens

ión

(N/m

m2)


800

700

600

500

400

300

200

100

0

Diámetro 08

Diámetro 12

Diámetro 16

Diámetro 20

19


Diagrama tensión-deformación característico garantizado

Capítulo 6

Diagrama tensión-deformación

garantizado por la marca ARCER

6.1 DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO

Las Figuras 4 y 5 no han puesto de manifi esto diferencias sistemáticas que pudieran justifi car la propuesta de diferentes DTDA garantizados en función del diámetro.

En consecuencia, se ha decidido proponer un único diagrama-tensión deformación característico garantizado por la marca ARCER para todo el material presentado en forma de rollo de acero del tipo B 500 SD.

La obtención del diagrama garantizado se ha llevado a cabo mediante la metodología expuesta en el Anejo 1. En la Figura 6 se representa el diagrama obtenido, junto con los DTDP de las 16 poblaciones que han servido de base para su obtención.

Los parámetros que defi nen este diagrama tensión-deformación característico garantizado son los siguien-tes:

σH: 516,93 N/mm2 σmax: 621,86 N/mm2 εHi: 0,258 % εHf: 2,700 %εσm: 10,050 % εfi ncc: 10,200 % α: 109,72 β: 0,426 γ: –190,6631

El área comprendida bajo el DTDA ha resultado igual a 57,82 N/mm2, inferior al menor de los valores de dichas áreas para los 16 DTDP estudiados, cuyo valor es de 58,73 N/mm2.

6.2 ECUACIONES ANALÍTICAS DEL DTDA GARANTIZADO POR ARCER

Las ecuaciones que defi nen el DTDA, expresando las σs en función de las εs, son las siguientes en las que las deformaciones εs están expresadas en tantos por uno, en lugar de en tantos por cien como en el resto de esta monografía, y las tensiones σs en N/mm2.

20


Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

Tramo elástico(εs < 0,00258)σs = 200.000 · εs

Escalón horizontal de cedencia(0,00258 < εs < 0,02700)σs = 516,93

Tramo de endurecimiento(0,02700 < εs < 0,10050)σs = 516,93 + 109,716[1 – exp(–42,61(εs – 0,02700))]

Tramo fi nal decreciente(0,10050 < εs < 0,10200)σs = 621,86 – 190.663 (εs – 0,10050)2

Por su parte las ecuaciones que defi nen el DTDA, expresando las εs en función de las σs son las si-guientes:

Tramo elástico(σs < 516,93)εs = 5·10-6 · σs

Tramo de endurecimiento(516,93 < σs < 621,86)εs = 0,02700 – (1/42,61) loge((626,746 – σs)/109,716)

6.3 DTDA MEDIO

En la Figura 7 se representa el diagrama tensión-defor-mación medio de las 16 poblaciones estudiadas.

Los parámetros que defi nen dicho diagrama son los siguientes:

σH: 556,54 N/mm2

σmax: 667,00 N/mm2

εHi: 0,278 %εHf: 2,041 %εσm: 10,791 %εfi ncc: 11,821 %α: 113,70β: 0,406γ: –4,3401

Las ecuaciones que defi nen el DTDA medio, expresan-do las σs en función de las εs, son las siguientes en las que las deformaciones εs están expresadas en tantos por uno, en lugar de en tantos por cien como en el res-to de esta monografía, y las tensiones σs en N/mm2.

Figura 6: Diagrama tensión-deformación característico garantizado por la marca ARCER para el material presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

5 10 15

700

600

500

400

300

200

100

0

Diagrama garantizado

Diagramas poblaciones analizadas

21


Comparación con las exigencias de la Instrucción EHE-08

Tramo elástico(εs < 0,00278)σs = 200.000 · εs

Escalon horizontal de cedencia(0,00278 < εs < 0,02041)σs = 556,54

Tramo de endurecimiento(0,02041 < εs < 0,10791)σs = 556,54 + 113,701[1 – exp(–40,63(εs – 0,02041))]

Tramo fi nal decreciente(0,10791< εs < 0,11821)σs = 667,00 –43.401(εs – 0,10791)2

5) Dado que la Instrucción EHE-08 no prescribe ningún valor máximo para el εsh, para dibujar el diagrama correspondiente a la misma se ha tomado para dicho parámetro el máximo valor hallado en los diagramas característicos obtenidos. En cuanto a los parámetros α y β, que tampoco se contemplan en la Instrucción, se ha adoptado el valor medio hallado en los 16 DTDP obtenidos.

Figura 7: Diagrama tensión-deformación medio de la marca ARCER para el material presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

2 4 6 8 10 12 14

700

600

500

400

300

200

100

0

Por su parte las ecuaciones que defi nen el DTDA pro-medio, expresando las εs en función de las σs son las siguientes:

Tramo elástico(σs < 556,55)εs = 5·10-6 · σs

Tramo de endurecimiento(556,55 < σs < 667,00)εs = 0,02041 – (1/40,63) loge((670,246 – σs)/113,701)

6.4 COMPARACIÓN CON LAS EXIGENCIAS DE LA INSTRUCCIÓN EHE-08

Con el fi n de poner de manifi esto el margen de ga-rantía asociado al DTDA propuesto, en la Figura 8 se representan los cuatro diagramas siguientes:

1. El DTD medio promedio de las 16 poblaciones es-tudiadas.

2. El DTD característico promedio de las 16 pobla-ciones estudiadas.

3. El DTDA garantizado por ARCER para el mate-rial presentado en forma de rollo de acero tipo B 500 SD.

4. El DTD que correspondería al cumplimiento es-tricto de la Instrucción EHE-085.

22


Diagrama tensión-deformación garantizado por la marca ARCER

Se aprecia que el diagrama característico promedio para las 16 poblaciones estudiadas es sensiblemente mejor que el DTDA garantizado por ARCER, y que éste supera a su vez al correspondiente a las exigen-cias de la Instrucción EHE-08.

Con el fi n de cuantifi car estas diferencias se han calculado las áreas totales bajo los cuatro diagramas recogidos en la fi gura anterior, áreas que corresponden a las energías (en N/mm2) absorbidas por el material antes de colapsar. Los resultados obtenidos se recogen en la Tabla 3.

Se constata que el área bajo el diagrama caracte-rístico promedio obtenido para las 16 poblaciones consideradas en el estudio es sensiblemente supe-

rior a la correspondiente al DTDA garantizado por ARCER, lo que pone de manifi esto el considerable margen de seguridad con el que éste se ha esta-blecido.

A su vez, el área bajo el DTDA garantizado por la mar-ca ARCER para el material en rollo es un 11% más elevada que la que correspondería al estricto cumpli-miento de la Instrucción EHE-08.

6.5 TENACIDAD DE LOS ACEROS ARCER

Una de las propiedades más valoradas de los aceros del tipo SD es su tenacidad, entendida como la capa-

ENERGÍA(N/mm2)

PORCENTAJE RESPECTO A EHE-08

DIAGRAMA CORRESPONDIENTE A LA INSTRUCCIÓN EHE-08 52,1 100 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER 57,8 111 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO PROMEDIO DEL ESTUDIO 70,7 136 %

DIAGRAMA MEDIO PROMEDIO DEL ESTUDIO 73,4 141 %

Tabla 3: Energías bajo los diagramas tensión-deformación.

Figura 8: Diagramas tensión-deformación medio promedio, característico promedio y garantizado, y correspondiente a la Instrucción EHE-08

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

2 4 6 8 10 12

700

600

500

400

300

200

100

0

DTD medio promedio

DTD característico promedio

DTD característico garantizado

DTD correspondiente a la EHE-08

23


Tenacidad de los aceros ARCER

cidad de absorción de energía hasta que se produce su rotura.

Una forma sencilla de evaluar la tenacidad del acero consistiría en medir el área encerrada por el diagrama tensión-deformación, tal y como hemos visto en el apartado anterior; este procedimiento presenta el in-conveniente de no proporcionar información sobre la cantidad de energía plástica disponible respecto a la energía elástica, algo que puede ser muy importante en materiales presentados en forma de rollo, dado que han de experimentar un proceso de enderezado antes de poder convertirse en formas de armado, lo que introducirá algunas modifi caciones en su energía plástica6.

Por ello, cobra un especial interés la utilización de índices adimensionales que permitan cuantifi car la tenacidad de un acero, con independencia de los va-lores fi nales de su resistencia o deformación a rotura. El índice de tenacidad Id (ver [1]) se defi ne como la relación existente entre la energía total que es capaz de absorber un acero hasta alcanzar la rotura (expre-

sada como la suma de la energía elástica y la energía plástica) y la energía elástica del mismo.

En la Tabla 4 se recogen los valores obtenidos para el índice de tenacidad de los cuatro DTD considerados en el apartado anterior.

Se aprecia que el índice de tenacidad del DTDA ga-rantizado por ARCER para el material presentado en forma de rollo es un 3,7 % más alto que el correspon-diente al cumplimiento estricto de las exigencias de la EHE-08, mientras que, para el diagrama característico promedio de las 16 poblaciones de rollos ARCER ana-lizadas en esta monografía, el índice de tenacidad es un 18 % mayor que el correspondiente a las exigen-cias de la mencionada Instrucción. Estos resultados posicionan a los aceros presentados en forma de rollo de la marca ARCER en una situación muy adecuada ante las posibles operaciones de enderezado que ha de experimentar en el proceso de elaboración de las armaduras pasivas.

Tabla 4: Índices de tenacidad.

ÍNDICE DE TENACIDAD

PORCENTAJE RESPECTO A EHE-08

DIAGRAMA CORRESPONDIENTE A LA INSTRUCCIÓN EHE-08 83,47 100,0 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER 86,54 103,7 %

DIAGRAMA CARACTERÍSTICO PROMEDIO DEL ESTUDIO 98,80 118,4 %

DIAGRAMA MEDIO PROMEDIO DEL ESTUDIO 94,75 113,5 %

6) Por lo general los procesos de enderezado del material presentado en forma de rollo tienden a hacer desaparecer el escalón de ceden-cia, a aumentar el valor del límite elástico y a disminuir el valor del alargamiento bajo carga máxima.

Id = EE + EP

EE

ET

EE=

24


25


Las características mecánicas

Capítulo 7

El tratamiento del acero en la

nueva Instrucción de Hormigón

Estructural EHE-08

7.1 LAS CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS

La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 introduce una serie de modifi caciones en las consideraciones que efectúa sobre el acero corrugado utilizado para la elaboración de las armaduras pasivas.

Por primera vez distingue la forma de presentación del acero corrugado en forma de rollo o en forma de barra, prescribiendo para cada uno de ellos unas especifi caciones mecánicas diferentes en relación a uno de los parámetros que defi ne la ductilidad del acero: el alargamiento bajo carga máxima, tal y como se puede ver en la Tabla 8.

Las mayores exigencias establecidas para el material en forma de rollo tienen como única fi nalidad poder ga-rantizar que los procedimientos de enderezado utilizados no van a alterar las características de ductilidad del acero por encima de las exigencias establecidas para la armadura.

De hecho, en los artículos correspondientes a la elaboración de la armadura se prescribe la realización de en-sayos específi cos de validación de los procesos de enderezado sobre cada máquina utilizada, debiendo alter-nar los diámetros ensayados de forma que se tengan datos de todos los diámetros utilizados en la misma.

El procedimiento de enderezado se considera válido si la máxima variación que se produzca para la deforma-ción bajo carga máxima es inferior a 2,5 % (Art. 69.3.2).

Como ya se ha comentado en otras publicaciones ARCER, la ductilidad de los aceros no se evalúa exclusiva-mente a través del valor de un único parámetro como el alargamiento bajo carga máxima. Por esta razón, en el estudio efectuado sobre el material en forma de rollo se ha empleado el concepto de energía absorbida hasta rotura y el de índice de tenacidad, descrito en [1], como forma mucho más completa de evaluar la variación de las características de ductilidad de un acero con características especiales de ductilidad al verse sometido a un proceso mecánico de enderezado.

26


El tratamiento del acero en la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08

7.2 LAS CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS

La aplicación de procesos de enderezado puede te-ner como consecuencia la alteración de las carac-terísticas geométricas de la armadura, fundamental-mente en la altura de las corrugas transversales.

El efecto puede ser doble. Por una parte, la disminu-ción de la altura de corruga puede suponer la pérdida de condiciones de adherencia, y por otra puede ser un indicador directo del nivel de agresividad del pro-cedimiento de enderezado utilizado.

En relación al primer tema la infl uencia real sobre las condiciones de adherencia son mínimas, entre otras cuestiones porque es muy difícil que se produzca una pérdida completa de los resaltos, y de producirse algún daño se haría en zonas muy concretas y localizadas.

No obstante, la Instrucción exige, en su artículo 32.2, que el certifi cado de homologación de adherencia

de los productos de acero en forma de rollo indique de forma expresa que la altura de los resaltos debe ser superior en 0,1 mm a la indicada en el certifi cado para diámetros superiores a 20 mm o a 0,05 mm en el resto de los casos.

En relación al segundo tema, se especifi ca la com-probación de la variación de la altura de corruga en los ensayos de validación de los procesos de ende-rezado (Art. 69.3.2), de manera que ésta no sea su-perior a 0,1 mm para diámetros superiores a 20 mm, ni a 0,05 mm en los restantes casos.

Los valores indicados no responden a ningún tipo de criterio generalmente aceptado o a la comproba-ción de valores encontrados en la práctica. Lo que sí merece la pena destacar es que la precisión total del ensayo de medida de la altura de corruga puede conducir a variaciones de las medidas efectuadas del orden de 0,2 mm, lo que invalida de partida la com-probación propuesta por la Instrucción EHE-08.

TIPO DE ACERO ACERO SOLDABLE

ACERO SOLDABLE CON CARACTERÍSTICAS

ESPECIALES DE DUCTILIDAD

Designación B 400 S B 500 S B 400 SD B 500 SD

Límite elástico, fy (N/mm2) (1) ≥ 400 ≥ 500 ≥ 400 ≥ 500

Carga unitaria de rotura, fs (N/mm2) (1) ≥ 440 ≥ 550 ≥ 480 ≥ 575

Alargamiento de rotura, A5 (%) ≥ 14 ≥ 12 ≥ 20 ≥ 16

Alargamiento total bajo carga máxima, εmáx (%)

Acero suministrado en barra ≥ 5,0 ≥ 5,0 ≥ 7,5 ≥ 7,5

Acero suministrado en rollo(3) ≥ 7,5 ≥ 7,5 ≥ 10,0 ≥ 10,0

Relación fs/fy(2) ≥ 1,05 ≥ 1,05

≥ 1,20≤ 1,35

≥ 1,15≤ 1,35

Relación fy, real/fy, nominal — — ≤ 1,20 ≤ 1,25

Resistencia a fatiga(4) — — SI SI

Resistencia a deformación alternativa(4) — — SI SI

(1) Para el cálculo de los valores unitarios se utilizará la sección nominal.(2) Relación admisible entre la carga unitaria de rotura y el límite elástico obtenidos en cada ensayo.(3) En el caso de aceros corrugados procedentes de suministro en rollo, las muestras deberán ser previamente enderezadas y envejecidas,

de acuerdo a los procedimientos descritos en el Anejo 23 de la Instrucción EHE-08 y en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, respectivamente. Considerando la incertidumbre que puede conllevar el procedimiento de preparación de las probetas, pueden aceptarse aceros que presenten valores característicos de εmáx que sean inferiores en un 0,5% a los indicados en la tabla.

(4) Conforme a norma UNE 36065:2000EX.

Tabla 8: Características mecánicas de las barras y rollos de acero corrugado.

27


Determinación del alargamiento bajo carga máxima

7.3 DETERMINACIÓN DEL ALARGAMIENTO BAJO CARGA MÁXIMA

La otra modifi cación que se produce con la nueva Instrucción EHE-08 es la adopción de nuevas nor-mas de referencia. En el caso de los productos de acero para hormigón la norma de referencia es la UNE-EN 10080:2006, y para la realización de los en-sayos de tracción de los mismos la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003.

Esta norma no establece de forma clara el punto en el que se debe efectuar la medida del alargamiento bajo carga máxima. Únicamente indica al respecto que esta medida ha de efectuarse antes de que se produzca un descenso por encima del 0,5 % de la carga de rotura (ver Anejo 5).

Dada la forma del diagrama tensión-deformación de los aceros con características especiales de ductili-

dad (SD), en los que la rama de deformación plástica presenta una amplia meseta horizontal las diferencias que pueden producirse son realmente amplias.

El criterio utilizado por ARCER en la caracteriza-ción de sus productos fue la de elegir el primer máximo quedando de esta forma del lado de la seguridad.

Al modifi carse las exigencias para los aceros en forma de rollo, aumentando de forma importante, y aparentemente poco justifi cada, el valor caracterís-tico exigido para el alargamiento bajo carga máxi-ma, se efectuó un estudio específi co por parte de la marca ARCER comprobando que dicha exigencia podría ser asumida siempre y cuando la medida de esta característica se efectuase de conformidad con la norma UNE-EN 15630-1:2003 y se tomase en el punto en el que precisamente la carga de rotura desciende en un 0,5 %.

28


29


Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

Actualmente, el acero corrugado en forma de rollo se fabrica mediante dos procedimientos generales de aca-bado en caliente: el sistema “Stelmor” y el sistema “Spooler”.

Ambos procedimientos parten de palanquillas que son laminadas en un tren de laminación en caliente, me-diante sucesivos pasos por cajas de laminación (Figura 9) hasta alcanzar el diámetro requerido. En la última caja es donde se procede a dar al acero sus medidas geométricas fi nales y se realiza la formación de la co-rruga, que determinará las condiciones de adherencia con el hormigón.

El tren de laminación se subdivide en tres zonas, antes del enfriamiento fi nal: una primera zona de desbaste, una segunda zona conocida como tren intermedio y la zona de acabado o acabador. Ambos sistemas indus-triales de fabricación de rollo comparten las tres zonas. Ambos trenes cuentan, además, con una zona de enfriamiento que puede ser con aire y/o con agua

La laminación (deformaciones, temperaturas y velocidades de laminación) defi nirá el tamaño de grano austení-tico fi nal y los enfriamientos posteriores darán al acero corrugado sus características mecánicas fi nales. Cuan-do la laminación y el tratamiento se realizan de forma controlada, se denomina tratamiento termomecánico.

En ambos casos se puede realizar o no (dureza natural) un tratamiento de temple posterior a la laminación por medio de cajas de agua (Figura 10). Éstas están constituidas por una serie de conducciones tubulares a través de las cuales se inyecta agua a presión generando un anillo de agua alrededor del redondo corrugado, que produce un enfriamiento brusco de la superfi cie del mismo, consiguiendo con ello templarlo superfi cialmente. La capa de martensita formada será clave en las características fi nales del producto.

La diferenciación de los dos sistemas descansa en el modo de realizar el enfriamiento controlado posterior al temple que proporcionará las propiedades mecánicas fi nales al producto. A este segundo enfriamiento, si se realiza el temple superfi cial, se denomina revenido.

Capítulo 8

Fabricación del acero

corrugado en forma de rollo

30


Fabricación del acero corrugado en forma de rollo

Figura 9: Redondo pasando por una caja de laminación.

Figura 10: Caja de agua para realizar el templado del redondo corrugado.

31


Sistema de conformado “Spooler”

8.1 SISTEMA DE CONFORMADO “STELMOR”

Una vez que la barra sale del tratamiento de tem-ple superficial entra en la formadora de espiras. Las espiras formadas van cayendo en un camino de rodillos que da nombre al sistema (Figura 11). Durante el avance de las espiras en el sistema de evacuación, se les realiza un enfriamiento contro-

lado, que dará al rollo sus características mecáni-cas finales. Éste lo regula la velocidad de avance de los rodillos y el caudal de aire insuflado. Al final, las espiras caen en un mandrino para conformar la bobina. Seguidamente se efectúa su traslado a la zona de expediciones o al área de compactación en frío del rollo, que posteriormente se envía al al-macén de expediciones.

Figura 11: Enfriamiento de las espiras del redondo corrugado en el “Stelmor”.

Figura 12: Encarretado del redondo corrugado.

8.2 SISTEMA DE CONFORMADO “SPOOLER”

En este caso, después del tratamiento de temple superfi cial, la barra entra en unas cajas de agua si-milares a las anteriormente descritas para el temple, donde se lleva a cabo el enfriamiento controlado del acero corrugado durante su revenido, para obtener así un enfriamiento homogéneo a lo largo de toda su

longitud y poder controlar la temperatura de bobi-nado, factor fundamental para evitar problemas de conformación y de dispersión en las características mecánicas. Mediante un elemento móvil giratorio se recoge el acero corrugado y se encarreta (Figura 12), procediendo posteriormente a la extracción del rollo encarretado, su fl ejado y evacuación al almacén de expediciones.

32


33


Conclusiones

Capítulo 9

Conclusiones

La marca ARCER ha adaptado las exigencias que voluntariamente establece para los productos amparados por ella a la nueva Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. Para ello, considera como productos dife-rentes los aceros corrugados presentados en forma de barras rectas o en forma de rollos, determinando para cada uno de ellos el diagrama tensión-deformación característico garantizado.

En el caso del material presentado en forma de rollo ha habido que realizar un estudio específi co para la determinación del diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER (DTDA) en el que se han aplicado las nuevas consideraciones establecidas por las normas UNE-EN 10080:2006 y UNE EN ISO 15630-1:2003, adoptadas como normas de referencia por la Instrucción EHE-08.

El estudio se ha realizado sobre 16 poblaciones de rollo conformes con los criterios establecidos por la marca ARCER, lo que ha proporcionado una base experimental de 3.800 resultados de ensayo, que ha supuesto el tratamiento estadístico de más de 22 millones de datos.

El estudio estadístico ha constatado la inexistencia de diferencias sistemáticas entre los diámetros estudiados que justifi que el establecimiento de diagramas diferenciados en función de los mismos.

Siguiendo la metodología estadística descrita en esta monografía se ha obtenido un diagrama tensión-defor-mación característico garantizado por ARCER para el material suministrado en forma de rollo que supera en todos sus puntos al exigido reglamentariamente por la Instrucción EHE-08, y que representa una capacidad de absorción de energía hasta rotura un 11 % superior, en el peor de los casos, y como media un 36 % supe-rior, lo que garantiza unas condiciones muy ventajosas ante los procesos de enderezado que han de experi-mentar estos productos para transformarse en armaduras pasivas para hormigón.

Estas mejores condiciones se constatan, asimismo, a través del Índice de Tenacidad de los aceros, pudién-dose afi rmar que el nivel de garantía y de seguridad que ofrecen a sus usuarios es sensiblemente superior al exigido para ellos por la reglamentación ofi cial.

34


35


Obtención de los parámetros del diagrama tensión-deformación de un ensayo individual (DTDi)

Anejo 1

Metodología

estadística

A1.1 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN DE UN ENSAYO INDIVIDUAL (DTDI)

Estos parámetros se obtienen a partir de las coordenadas de los varios miles de puntos del diagrama facilita-dos por la máquina de ensayo. El procedimiento seguido es el siguiente:

Las coordenadas (x,y) de los puntos del ensayo vienen en un archivo expresadas en porcentaje de deforma-ción (las abscisas “x”, que corresponden por tanto a las εs) y en N/mm2 (las ordenadas “y”, que corresponden a las tensiones σs). Los cálculos que se realizan para obtener a partir de dichos valores los de los parámetros que defi nen el correspondiente DTDI son los siguientes:

a) Hacer fs igual al máximo valor de “y”. Hacer ε1 igual al valor de “x” correspondiente a dicho máximo (si hay varios valores de x posibles se adopta el menor).

b) Seleccionar los puntos del ensayo que verifi can x < ε1 y, además, que el σs está comprendido entre el 20 % y el 50 % del fs

7. Ajustar a esos puntos una recta por mínimos cuadrados. La pendiente de la recta es el módulo de elasticidad Es. Obtener el punto x0 de corte de dicha recta con el eje de abscisas. Trasladar el origen de las x a ese punto, haciendo x = x – x0 (hacer también ε1 = ε1 – x0).

c) Trazar por el punto (0,2;0) una recta de pendiente Es. Ir examinando los puntos del ensayo hasta detec-tar el primero cuya ordenada es inferior a la correspondiente en dicha recta. Hacer fy igual al promedio de todos los valores de “y” en el ensayo que se encuentran un 2 % por debajo o por encima del punto de corte obtenido (valores li y ls).

7) De acuerdo con lo prescrito en la norma UNE-EN ISO15630-1:2003.

36


d) Hacer εy igual a fy/Es.

e) Partiendo del punto (ε1, fs) del ensayo, ir re-trocediendo hasta encontrar el primer punto cuya ordenada sea menor que ls. El promedio entre la abscisa de dicho punto y la del ante-rior indicará el punto fi nal εsh del escalón de cedencia.

f) Una vez obtenidos los puntos A (εy, fy), B (εsh, fy) y C (ε1, fs), los dos primeros tramos del diagra-ma ajustado del ensayo corresponderán a los segmentos rectilíneos O-A (zona elástica) y A-B (escalón horizontal de cedencia).

g) Para ajustar el tramo B-C de endurecimien-to se han ensayado diferentes expresiones analíticas (polinomio de 2º o 3er grado, fun-ción potencial, etc.) encontrándose que los mejores ajustes los proporciona una curva de tipo exponencial. Dicho tramo se mode-la, por tanto, ajustando por mínimos cua-drados los puntos correspondientes (es decir, aquéllos cuyas abscisas x verifiquen εsh ≤ x ≤ ε1 ) a una curva exponencial de ecuación general y = γ – αe-βx, a la que se impone la restricción de que pase por los puntos B y C. La curva así ajustada es la que corresponde al tramo de fluencia. Dicha curva viene definida por los parámetros α y β, dado que γ se obtiene a partir de éstos y de los restantes parámetros del DTDI.

h) Calcular el valor de “x” inmediatamente anterior a la primera abscisa mayor que ε1 para la cual y ≤ 0,995·fs. Dicho valor es el εmax del ensayo. El punto D de coordenadas (εmax; 0,995·fs) es el punto fi nal del DTD del ensayo. Para el tra-mo fi nal decreciente C-D se adopta la forma analítica de una parábola que pasa por C y D y tiene tangente horizontal en C. La ecuación de esta parábola viene completamente deter-minada por los valores de fs, ε1 y εmax.

i) Los resultados del ajuste de los datos del ensayo al DTD se sintetizan en un vector constituido por los valores [fy, fs, εy, εsh, ε1, εmax, α, β], al que tam-bién pueden añadirse los valores de r (coefi cien-te de correlación del ajuste en la zona elástica) y Es (módulo de elasticidad = 100 fy/εy).

A1.2 OBTENCIÓN DE LOS VALORES CARACTERÍSTICOS DE LOS PARÁMETROS EN UNA POBLACIÓN

Para cada población estudiada se calculan los valo-res característicos de los parámetros indicados en la Tabla 9 de los diagramas tensión-deformación.

Los valores característicos se calculan a partir de una muestra de ensayos de una población, que como se ha indicado, está formada por 10 probetas seleccio-nadas al azar de cada una de 20 coladas selecciona-das también al azar en la población correspondiente.

PARÁMETRO NATURALEZANIVEL DE

CONFIANZA (%)NIVEL DE

SEGURIDAD (%)VALOR EXIGIDO POR LA INSTRUCCIÓN EHE-08

fyk Unilateral inferior 90 95 ≥ 500 N/mm2

fsk Unilateral inferior 90 95 ≥ 575 N/mm2

εmax,k Unilateral inferior 90 90 ≥ 9,5 %

(fs/fy)k,i Unilateral inferior 90 90 ≥ 1,15

(fs/fy)k,s Unilateral superior 90 90 ≤ 1,35

(fy,real/fy,nominal)k Unilateral superior 90 90 ≤ 1,125

Tabla 9: Parámetros del diagrama tensión-deformación.

Metodología estadística

37


En su determinación debe tenerse en cuenta el ca-rácter bietápico de la muestra, aplicándose las fór-mulas especiales que deben utilizarse en estos casos (tal como se expone en las referencias [3] y [5]).

A1.3 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO DE UNA POBLACIÓN (DTDP)

El conjunto de ensayos realizados sobre una po-blación da lugar a un conjunto de DTDI, obtenidos tal como se ha expuesto en el apartado anterior. Es importante tener en cuenta que los distintos DTDI tendrán en general diferentes valores para los εmax y que los valores de los fs se alcanzarán en diferentes valores de los ε1.

Dado que el DTDP característico de una población estima las tensiones que se pueden garantizar, para cada deformación εs, para el 95 % de la población, se ha considerado oportuno que dicho DTDP se prolon-gue hasta la deformación para la que hubieran fallado el 5 % de las muestras ensayadas. A este valor se le denomina εfi ncc.

Para la obtención de dicho diagrama característico se selecciona un número elevado (concretamente 630) de valores xi en el rango de variación de las deforma-ciones (desde εs = 0 hasta εs = εfi ncc) y para cada uno de dichos puntos se obtiene el valor característico yi (con un nivel de seguridad del 95 % y de confi anza del 90 %) correspondiente a las ordenadas obtenidas para dicha deformación en todos los ensayos de la población estudiada. El cálculo de dicho valor carac-terístico se realiza teniendo en cuenta, por supuesto, el carácter bietápico de la muestra analizada, muestra que es además desequilibrada en los puntos fi nales en los que ya se ha superado el εmax de algún ensayo.

Los 630 puntos (xi,yi) obtenidos mediante este pro-cedimiento, y que defi nen el diagrama tensión-defor-mación característico, se someten posteriormente a un proceso similar al descrito en los puntos a) a g) del primer apartado de este anejo, con el fi n de calcu-

lar los valores de los parámetros que describe dicho diagrama. Como se ha indicado en el apartado 4.4 de la monografía, dichos parámetros son: σH, σmax, εHi, εHf y ε

σm, además del mencionado εfi ncc, así como los parámetros α y β que describen la forma del tra-mo de endurecimiento.

Para representar analíticamente el tramo fi nal de-creciente, asociado a los valores de deformaciones comprendidos entre ε

σm y εfi ncc, se ajustan los puntos correspondientes a una parábola, con la restricción de que pase por el punto (ε

σm, σmax) y tenga tangente horizontal en el mismo. La ecuación de dicha pará-bola es y = σmax – c(x – ε

σm)2, donde el parámetro c se obtiene mediante un ajuste por mínimos cuadrados. La ordenada de dicha parábola para la deformación εfi ncc será el valor de σfi n.

Finalmente se calcula el área comprendida bajo el DTDP característico.

A1.4 OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICO GARANTIZADO POR ARCER (DTDA)

Una vez obtenidos los diagramas característicos para un conjunto de poblaciones (por ejemplo, para todos los aceros presentados en forma de rollo del tipo B 500 SD con la marca ARCER), se plantea el problema de defi nir a partir de los mismos el diagra-ma que la marca puede garantizar para dicho con-junto de poblaciones.

La idea intuitiva es que dicho diagrama garantiza-do debería ser una envolvente inferior de todos los diagramas característicos individuales obtenidos. Sin embargo, dicha envolvente presentaría el problema práctico de tener una forma extraña, que no se ase-mejaría a la que un proyectista espera encontrar en un diagrama tensión-deformación.

Por este motivo, el diagrama característico garanti-zado por la marca ARCER se defi ne de acuerdo con los criterios que se indican a continuación, de manera

Obtención de los parámetros del diagrama tensión-deformación característico garantizado por ARCER (DTDA)

38


que se conserve una forma similar a la que presenta-ría un diagrama tensión-deformación real.

Partiendo de los DTDP previamente obtenidos, se adopta el valor más desfavorable para algunos de los parámetros. Así, para σH y εfi ncc se toman los menores valores obtenidos en el conjunto de los diagramas característicos, mientras que para la deformación εHf

se toma el mayor. El valor del εHi del diagrama ga-rantizado se calcula a partir del σH correspondiente, operando con un valor de 200.000 N/mm2 para el módulo de elasticidad Es.

Para obtener los restantes parámetros del DTDA, se parte del intervalo comprendido entre εHf y εfi ncc donde se calcula para cada abscisa xi el valor yi correspon-dientes a la menor de las ordenadas de los diagra-

mas característicos que se pretende garantizar. Los valores de σmax, εσm y los parámetros α y β se calculan aplicando a dichos puntos los procedimientos des-critos en los puntos a) y g) del primer apartado de este anejo. Finalmente, para obtener el parámetro c que caracteriza el tramo fi nal decreciente asociado a las deformaciones comprendidas entre ε

σm y εfi ncc, se opera de forma similar a la descrita en el penúltimo párrafo del apartado anterior, ajustando los puntos correspondientes a una ecuación de 2º grado, con la restricción de que pase por el punto (ε

σm, σmax) y tenga tangente horizontal en el mismo.

Como precaución adicional, se comprueba que, en todos los casos, las áreas bajo los diagramas carac-terísticos individuales son mayores que el área bajo el diagrama garantizado.

Metodología estadística

39


Anejo 2

Resultados obtenidos en el estudio

del diagrama tensión-deformación

del material en forma de rollo

En este Anejo se recogen las tablas que contienen los resultados obtenidos para las 16 poblaciones estadís-ticas estudiadas para la determinación del diagrama tensión-deformación característico del material en forma de rollo con la marca ARCER.

A2.1 VALORES CARACTERÍSTICOS

En la Tabla 10 se recogen los valores caracterís-ticos obtenidos para los diferentes parámetros considerados en las 16 poblaciones estudiadas.

A2.2 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS

Los parámetros fundamentales que defi nen los DTDP en las 16 poblaciones estudiadas, calcula-dos de acuerdo con la metodología expuesta en el Anejo 1, se recogen en la Tabla 11.

A2.3 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIOS

Los parámetros fundamentales, que defi nen los DTD promedios en las 16 poblaciones estudiadas se recogen en la Tabla 12.

FÁBRICA DIÁMETRO fyk fsk εmaxk

1 8 524,9 626,9 10,40

1 12 520,7 625,0 11,55

1 16 540,0 684,2 10,85

1 20 554,7 663,3 12,40

2 8 533,2 639,1 13,17

2 12 528,3 646,5 13,18

2 16 555,8 670,3 14,41

3 20 529,9 634,5 11,17

4 8 525,8 631,2 11,24

4 12 525,1 637,5 10,97

5 8 531,2 634,2 10,84

5 12 540,5 637,2 11,30

5 16 516,1 649,6 14,76

6 8 526,2 640,0 12,57

6 12 533,6 654,2 11,86

7 8 515,2 645,7 10,19

Tabla 10: Valores característicos en las 16 poblaciones.

Diagramas tensión-deformación medios

40


Tabla 11: Parámetros de los DTDP en las 16 poblaciones.

Tabla 12: Parámetros de los DTD medios en las 16 poblaciones.

FÁBRICA DIÁMETRO σH σmax εHi εHf εσm εfi ncc

1 8 525,2 625,2 0,29 2,31 9,75 10,20

1 12 519,9 622,7 0,30 2,48 10,60 11,35

1 16 540,7 682,9 0,38 0,83 10,30 10,85

1 20 557,3 662,8 0,32 2,13 10,95 12,15

2 8 533,1 638,7 0,31 2,29 12,45 12,80

2 12 529,6 646,4 0,31 2,00 12,25 12,80

2 16 556,1 670,2 0,33 2,26 13,45 14,25

3 20 532,0 632,7 0,33 2,14 9,70 11,10

4 8 526,1 622,6 0,30 2,65 10,05 10,65

4 12 525,3 629,0 0,29 2,70 10,20 11,00

5 8 532,2 629,0 0,28 2,50 10,50 11,05

5 12 541,9 635,3 0,28 2,65 10,30 11,25

5 16 517,8 648,6 0,28 1,50 13,90 14,80

6 8 528,2 639,6 0,28 1,53 12,35 12,65

6 12 534,9 651,6 0,29 2,70 11,05 11,50

7 8 516,9 643,7 0,27 1,37 10,50 10,80

FÁBRICA DIÁMETRO σH σmax εHi εHf εσm εfi ncc

1 8 546,4 654,1 0,28 2,21 9,75 10,20

1 12 539,3 647,3 0,28 2,20 11,35 11,35

1 16 564,4 704,6 0,33 0,91 10,85 10,85

1 20 570,2 675,4 0,30 1,61 11,40 12,15

2 8 546,4 649,7 0,28 2,25 12,35 12,80

2 12 541,6 656,4 0,29 1,06 11,75 12,80

2 16 572,7 685,3 0,30 2,22 13,00 14,25

3 20 570,5 675,2 0,29 1,94 10,50 11,10

4 8 544,3 655,3 0,27 2,46 10,65 10,65

4 12 544,8 654,0 0,26 2,34 11,00 11,00

5 8 556,9 666,7 0,28 2,05 10,95 11,05

5 12 569,5 676,9 0,29 1,84 11,25 11,25

5 16 557,3 674,8 0,28 2,17 14,45 14,80

6 8 544,1 651,6 0,27 1,51 12,45 12,65

6 12 546,9 662,4 0,28 2,65 11,50 11,50

7 8 546,0 672,9 0,27 1,39 10,50 10,80

Resultados obtenidos en el estudio del diagrama tensión-deformación del material en forma de rollo

41


Anejo 3

Estudio inicial de la marca

ARCER para la determinación del

diagrama tensión-deformación de

los aceros SD

A3.1 INTRODUCCIÓN

En este Anejo se resumen los trabajos de caracterización efectuados por la marca ARCER para establecer los diagramas tensión-deformación que podía garantizar para los aceros amparados por la misma, y que de forma detallada se encuentran en la referencia [3].

A3.2 OBJETIVO DEL ESTUDIO

El estudio, iniciado en el año 2001, tenía como objetivo determinar las propiedades mecánicas de tracción y el diagrama tensión-deformación de los aceros soldables con características especiales de ductilidad inte-grados en la marca ARCER, partiendo de una base estadística formada por todas las fábricas que producían en esos momentos esos tipos de acero (que además sólo eran en forma de barras rectas), y una selección representativa de los diámetros de cada una de las series contempladas por la Instrucción EHE: serie fi na, media y gruesa.

A3.3 ESTUDIO EXPERIMENTAL

El estudio experimental de las características de tracción de los aceros SD integrados en la marca ARCER se efectuó sobre barra recta perteneciente a 7 fábricas, para los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, y para los diámetros representativos de 8 mm, 16 mm y 25 mm.

En total, las poblaciones estudiadas fueron 38 debido a que no todas las fábricas producían todas las series en los dos tipos de acero estudiados, o bien no alcanzaron una producción mínima requerida para formar parte del estudio.

Estudio experimental

42


Cada población estuvo formada por 500 resultados de ensayo, correspondientes a 10 ensayos de 50 co-ladas diferentes, si bien para algunas poblaciones el número de coladas fue inferior al exigido y correspon-diente al 100 por 100 de la producción anual8. En to-tal, el número de ensayos efectuados fue de 18.200, cada uno de los cuales estaba constituido por 3.000 puntos, lo que hizo necesario el tratamiento de casi 110 millones de datos.

Para facilitar la realización del estudio, y al objeto de que la experimentación se efectuara en condiciones de máxima homogeneidad, todas las fábricas se do-taron de máquinas de ensayo similares y se elaboró un detallado protocolo común, al objeto de uniformi-zar los ensayos —en términos de longitud de probeta, longitud libre entre mordazas, extensometría, veloci-dad de deformación, etc.— y de conseguir garantizar la fi delidad y trazabilidad de todos los datos.

Se estableció también un procedimiento de validación de los ensayos mediante un procedimiento de contras-te con dos laboratorios externos que en aquel estudio fueron el Laboratorio Central de Estructuras y Materia-les del CEDEX, del Ministerio de Fomento, y el Instituto Técnico de Materiales y Construcciones (INTEMAC).

A3.4 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS

El análisis estadístico efectuado es prácticamente si-milar al descrito en el Anejo 1 de esta monografía. Los lectores interesados en los detalles del mismo pueden hacerlo consultando la referencia [3].

A3.5 RESULTADOS OBTENIDOS

Se determinaron los diagramas tensión-deformación medios y característicos para cada diámetro objeto de estudio partiendo de los correspondientes a todas

las fábricas y con los criterios ya defi nidos en esta monografía.

El diagrama correspondiente a las especifi caciones establecidas por la norma UNE 36065:2000 EX se ela-boró adoptando un valor del parámetro εsh de 2,40 % y 2,90 % para los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, respectivamente. En todos los casos, el valor del mó-dulo de elasticidad se tomó igual a 200.000 N/mm2.

Para cada uno de los diagramas resultantes se cal-cularon las áreas elástica, plástica y total encerradas por los mismos, cuyos valores se recogen en las Ta-blas 13 y 14, así como los índices de tenacidad co-rrespondientes.

A3.6 ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

La investigación se complementó con un análisis de la infl uencia del diámetro y del tipo de acero sobre algunos de los parámetros de los diagramas ten-sión-deformación, así como de la posible incidencia correspondiente a las diferencias existentes entre fábricas.

El estudio se llevó a cabo sobre los valores medios del límite elástico, la carga de rotura, la relación existente entre ambos y el alargamiento bajo carga máxima. Asimismo, en el caso del límite elástico y del alargamiento, se analizó la variabilidad existente entre las barras de una misma colada.

El estudio concluyó que para un mismo tipo de ace-ro la importancia del diámetro en los valores medios de los parámetros estudiados era muy pequeña, por lo que a efectos prácticos podían considerarse inde-pendientes de este factor. Por esta razón, se adoptó la decisión de defi nir un único diagrama tensión-de-formación característico para cada uno de los tipos de acero estudiados, B 400 SD y B 500 SD, con in-dependencia del diámetro.

8) Téngase en cuenta que en el momento de efectuarse el estudio los aceros SD eran de nueva implantación y tenían todavía una escasa penetración en el mercado.

Estudio inicial de la marca ARCER para la determinación del diagrama tensión-deformación de los aceros SD

43


PARÁMETRO DIÁMETROUNE

36065:2000EXDIAGRAMA

CARACTERÍSTICODIAGRAMA

MEDIO

Área Elástica (N/mm2)

8

0,40

0,43 0,51

16 0,42 0,51

25 0,43 0,50

Área Plástica (N/mm2)

8

38,68

62,20 73,26

16 65,92 77,52

25 63,71 80,14

Área Total (N/mm2)

8

39,08

62,63 73,77

16 66,34 78,03

25 64,13 80,64

Índice de tenacidad

8

97,70

145,65 144,65

16 157,95 153,00

25 149,14 161,28

Tabla 13: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 400 SD.


PARÁMETRO DIÁMETROUNE

36065:2000EXDIAGRAMA

CARACTERÍSTICODIAGRAMA

MEDIO

Área Elástica (N/mm2)

8

0,63

0,67 0,76

16 0,66 0,77

25 0,65 0,76

Área Plástica (N/mm2)

8

41,15

55,69 66,91

16 56,43 68,34

25 52,71 71,59

Área Total (N/mm2)

8

41,77

56,35 67,67

16 57,09 69,11

25 53,35 72,35

Índice de tenacidad

8

66,30

84,10 89,04

16 86,50 89,75

25 82,08 95,20

A3.7 DIAGRAMAS TENSIÓN-DEFORMACIÓN CARACTERÍSTICOS GARANTIZADOS POR ARCER

Los diagramas tensión-deformación característicos que garantiza la marca ARCER para cada uno de los tipos de acero integrados en la misma se defi nieron a partir de los diagramas característicos de las diferen-

tes fábricas y diámetros, eligiendo el valor más desfa-vorable de cada uno de los parámetros, de forma que constituye una envolvente de todas ellas y garantiza, de esa forma, todos los resultados individuales.

Adicionalmente, y a efectos prácticos para el cálculo sís-mico, se proporcionaron los diagramas tensión-defor-mación medios para cada uno de los tipos de acero.

Diagramas tensión-deformación característicos garantizados por ARCER

44



A3.7.1 Acero tipo B 400 SD

En la Figura 13 se representan, para el tipo de ace-ro B 400 SD, los diagramas tensión-deformación medio y característico garantizado por ARCER, así como el diagrama correspondiente a las exigen-cias de la norma UNE 36065:2000EX.

Las ecuaciones que defi nen el diagrama tensión-deformación característico garantizado y medio,

expresando las tensiones, σs, en N/mm2 y las de-formaciones, εs, en tanto por uno, se recogen en la Tabla 15.

A partir de las ecuaciones de los diagramas medio y característico se han calculado las áreas elás-tica, plástica y total comprendidas bajo ellos, así como el índice de tenacidad correspondiente (véa-se Tabla 16).

Tabla 15: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación característico y medio. Acero tipo B 400 SD.


(εs < 0,00205) σs = 200.000 εs

(0,00205 < εs < 0,02425) σs = 409,29

(0,02425 < εs < 0,12400) σs= 409,29 + 114,977 [1 – exp(– 21,98 (εs – 0,02425))]

(0,12400 < εs < 0,13150) σs= 511,43 – 115.791 (εs – 0,124)2

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIO

(εs < 0,00225) σs = 200.000 εs

(0,00225 < εs < 0,01697) σs = 450,82

(0,01697 < εs < 0,14726) σs= 450,82 + 137,342 [1 – exp(– 18,19 (εs – 0,01697))]

(0,14726 < εs < 0,14770) σs= 575,33 – 115.791 (εs – 0,14726)2

Figura 13: Diagramas medio y característico para el tipo de acero B 400 SD.

600

500

400

300

200

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)


Diagrama medio

Diagrama Norma UNE 36065

45


A3.7.2 Acero tipo B 500 SD

En la Figura 14 se representan, para el tipo de acero B 500 SD, los diagramas tensión-deformación medio y característico garantizado por ARCER, así como el diagrama correspondiente a las exigencias de la nor-ma UNE 36065:2000EX.

Las ecuaciones que defi nen el diagrama tensión-de-formación característico garantizado y medio, expre-sando las tensiones, σs, en N/mm2 y las deformacio-nes, εs, en tanto por uno, se recogen en la Tabla 17.

A partir de las ecuaciones de los diagramas medio y característico se han calculado las áreas elástica, plás-tica y total comprendidas bajo ellos, así como el índice de tenacidad correspondiente (véase Tabla 18).


DIAGRAMATENSIÓN-DEFORMACIÓN

ÁREA (N/mm2) ÍNDICE DE TENACIDADElástica Plástica Total

Norma UNE 36065:2000EX 0,40 38,68 39,08 97,70

Característico garantizado 0,42 60,58 61,00 145,24

Medio 0,51 76,70 77,21 151,39

Figura 14: Diagramas medio y característico para el tipo de acero B 500 SD.

700

600

500

400

300

200

100

0 2 4 6 8 10 12

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)


Diagrama medio

Diagrama Norma UNE 36065

Acero B 500 SD

Tabla 17a: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación característico. Acero tipo B 500 SD.


(εs < 0,00254) σs = 200.000 εs

(0,00254 < εs < 0,02891) σs = 507,92

(0,02891 < εs < 0,09000) σs= 507,92 + 117,294 [1 – exp(– 32,67·(εs – 0,02891))]

(0,09000 < εs < 0,09450) σs= 609,27 – 286.263 (εs – 0,09)2

46


Tabla 17b: Ecuaciones del diagrama tensión-deformación medio. Acero tipo B 500 SD.

DIAGRAMA TENSIÓN-DEFORMACIÓN MEDIO

(εs < 0,00276) σs = 200.000 εs

(0,00276 < εs < 0,01383) σs = 552,88

(0,01383 < εs < 0,11306) σs= 552,88 + 130,107 (1 – exp(– 21,16 (εs – 0,01383))]

(0,11306 < εs < 0,11384) σs= 667,04 – 286.263 (εs – 0,11306)2

Tabla 18: Áreas bajo los diagramas tensión-deformación e índice de tenacidad. Acero tipo B 500 SD


ÁREA (N/mm2) ÍNDICE DE TENACIDADElástica Plástica Total

Norma UNE 36065:2000EX 0,63 41,15 41,78 66,32

Característico garantizado 0,65 51,25 51,90 79,85

Medio 0,76 76,45 77,22 101,61


47


Anejo 4

Seguimientos anuales efectuados

por la marca ARCER sobre el

diagrama tensión-deformación

garantizado para los aceros SD

A4.1 ANTECEDENTES

Con el fi n de comprobar el cumplimiento del diagra-ma tensión-deformación garantizado por la marca ARCER, desde el año 2004 se lleva a cabo un segui-miento anual en el que participan todas las fábricas en posesión del derecho de uso de la marca. Este seguimiento está diseñado de forma que, propor-cionando un nivel de seguridad razonable, suponga

para los laboratorios de las fábricas un volumen de trabajo de ensayos abordable dentro de su operativa cotidiana.

El seguimiento se efectúa sobre los tipos de ace-ro B 400 SD y B 500 SD en forma de barra recta y, desde el año 2006, en forma de rollo. Los diá-metros objeto de seguimiento durante los últimos años se indican en la Tabla 19.

AÑO FORMA DE SUMINISTRODIÁMETRO OBJETO DE SEGUIMIENTO (mm)

B 400 SD B 500 SD

2004 Barra recta 10, 20 10, 20

2005 Barra recta 12, 32 (25) 12, 32 (25)

2006Barra recta 8 (10), 16 8 (10), 16

Rollo 10

2007Barra recta 10, 20 10, 20

Rollo 12,16

2008Barra recta 12, 32 (25) 12, 32 (25)

Rollo 8, 12

2009Barra recta 16 16

Rollo 10, 16, 20

Nota: el valor entre paréntesis señala el diámetro de seguimiento alternativo para aquellas fábricas que no fabrican el diáme-tro elegido.

Tabla 19: Seguimientos efectuados por la marca ARCER.

Antecedentes

48


A4.2 RESULTADOS DEL SEGUIMIENTO

En la Tabla 20 se recopila la información correspon-diente a las poblaciones analizadas y los datos pro-cesados en los seguimientos efectuados por la mar-ca ARCER entre los años 2004 y 2009.

Cada población objeto de seguimiento está formada por 15 coladas tomadas al azar, de cada uno de las cuales se toman, también al azar, 3 probetas que se someten a ensayos de tracción según un protocolo previamente aprobado por la marca ARCER.

Antes de proceder al ensayo de cada población se efectúan ensayos de contraste con un laboratorio ex-terno para comprobar que las condiciones de ensayo están controladas y que los resultados de los ensa-yos en fábrica y en laboratorio externo no presentan diferencias importantes9.

A4.2.1 Barra recta

En todos los seguimientos efectuados se ha po-dido comprobar que todas las poblaciones han

cumplido con los valores garantizados por la mar-ca ARCER.

Para comparar la evolución producida durante estos años se ha procedido a evaluar la variación experimen-tada en el área encerrada por los diagramas tensión-deformación. Para ello se han empleado los diagramas característicos y medios promedio correspondientes al estudio inicial efectuado por la marca ARCER y cada año se han calculado los diagramas característicos y medios promedio obtenidos para cada tipo de acero.

Dichos diagramas característicos y medios prome-dios se han construido promediando, desde una abscisa cero hasta el valor medio de los εfi ncc, las or-denadas correspondientes de todos los diagramas característicos y medios determinados.

Los resultados obtenidos, en términos de energía, N/mm2, se resumen en las Tablas 21 y 22.

Como se observa la comparación con los valores promedios correspondientes al estudio inicial pone de manifi esto que se han superado todos los años los resultados obtenidos entonces para el tipo de

Tabla 20: Poblaciones analizadas en los seguimientos ARCER.

AÑONº DE

FÁBRICAS(1)

Nª DE POBLACIONES

Nº DE ENSAYOS Nº DATOS ANALIZADOSTracción(2) Contraste

2004 9 34 1.530 170 9.170.000

2005 9 36 1.620 216 9.720.000

2006 11 38 2.020 228 12.120.000

2007 14 40 2.265 240 13.590.000

2008 17 46 4.550 276 27.300.000

2009 16 20 2.570 120 15.420.000

TOTAL 214 14.555 1.250 87.320.000

(1) En el número de fábricas se han contabilizado como si fueran nuevas aquellas en las que se ha efectuado seguimiento de material en forma de rollo.

(2) En el análisis del seguimiento anual se han introducido los resultados de caracterización inicial de algunas poblaciones de material en forma de rollo, consistentes en 200 ensayos efectuados sobre 10 probetas tomadas al azar de 20 coladas también seleccionadas al azar.

Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD

9) Los criterios para establecer estas diferencias se basan en los resultados obtenidos en los ensayos interlaboratorios efectuados anual-mente por la marca ARCER.

49


acero B 400 SD, mientras que para el tipo de acero B 500 SD se produjo un ligero descenso en el se-guimiento del año 2005 y algo más acusado en el año 2009.

A4.2.2 Rollo

Como ya se ha comentado, los seguimientos sobre material en forma de rollo comenzaron en el año 2006. El diagrama tensión-deformación característico de este material se ha evaluado, hasta el año 2009, como si se tratara de un material en forma de barra recta,

dándole por primera vez un tratamiento independiente en el seguimiento efectuado en el año 2009.

Los resultados obtenidos en los seguimientos de los años 2006 a 2008 se recogen en la Tabla 23. Se constata que al producirse el enderezado del mate-rial en forma de rollo se pierde algo de energía como consecuencia de la plastifi cación de algunas fi bras, aunque se sigan cumpliendo los valores garantizados por ARCER para el material en forma de barra recta.

En el año 2008 se observa también un cambio de tendencia, que probablemente tenga algo que ver


ENERGÍA BAJO EL DIAGRAMA PROMEDIO (N/mm2)

VARIACIÓN (%)

Característico Medio Característico Medio

Norma UNE 36065:2000EX 39,08 39,08 – 47,37 – 49,94

Estudio inicial promedio(1) 74,26 78,06 0 0

Seguimiento 2004 76,12 79,92 2,50 2,38

Seguimiento 2005 78,85 81,99 6,18 5,03

Seguimiento 2006 77,37 80,23 4,19 2,78

Seguimiento 2007 78,05 80,87 5,10 3,60

Seguimiento 2008 81,15 83,77 9,28 7,31

Seguimiento 2009 76,71 79,40 3,30 1,72

(1) Los valores recogidos no coinciden con los indicados en el Anejo 3, debido a que en el momento en el que se efectuó el estudio inicial había una serie de poblaciones que no se pudieron analizar por no fabricarse en aquellos momentos y que posteriormente se han ido incorporando, obteniéndose el valor que aquí se indica.

Tabla 21: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 400 SD.



VARIACIÓN (%)


Norma UNE 36065:2000EX 41,78 41,78 – 36,87 – 40,42

Estudio inicial promedio(1) 66,18 70,12 0 0

Seguimiento 2004 66,01 69,79 – 0,25 – 0,47

Seguimiento 2005 69,32 72,28 4,74 3,08

Seguimiento 2006 70,13 72,90 5,97 2,78

Seguimiento 2007 72,11 75,27 8,96 3,97

Seguimiento 2008 71,22 73,79 7,62 5,23

Seguimiento 2009 64,30 66,73 – 2,84 – 4,83

(1) Los valores recogidos no coinciden con los indicados en el Anejo 3, debido a que en el momento en el que se efectuó el estudio inicial había una serie de poblaciones que no se pudieron analizar por no fabricarse en aquellos momentos y que posteriormente se han ido incorporando, obteniéndose el valor que aquí se indica.

Tabla 22: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 500 SD.

Resultados del seguimiento

50


con un cambio en el sistema de fabricación del rollo, al haberse adoptado el sistema de fabricación me-diante encarretadora en caliente (spooler).

El seguimiento del año 2009 efectuado sobre el ma-terial en forma de rollo ha utilizado ya el diagrama

DIAGRAMA


VARIACIÓN (%)


Norma UNE 36065:2000 EX 41,78 41,78 – 36,87 – 40,42

Estudio inicial promedio 66,18 70,12 0 0

Seguimiento 2006 66,00 68,40 – 0,53 – 2,45

Seguimiento 2007 66,20 68,70 – 0,06 – 2,02

Seguimiento 2008 67,40 69,40 3,58 – 1,03

Tabla 23: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Acero tipo B 500 SD en forma de rollo.

Seguimientos anuales efectuados por la marca ARCER sobre el diagrama tensión-deformación garantizado para los aceros SD

DIAGRAMA


VARIACIÓN (%)


Instrucción EHE-08 52,10 52,10 – 26,31 – 29,00

Estudio inicial rollo 70,70 73,40 0 0

Seguimiento 2009 74,30 76,70 5,09 4,50

Tabla 24: Energías bajo los diagramas tensión-deformación. Seguimiento 2009. Acero tipo B 500 SD en forma de rollo.

tensión-deformación característico publicado en esta monografía. Los resultados obtenidos se recogen en la tabla 24 donde se aprecia el margen de seguridad que ofrecen este tipo de productos

51


A5.1 ANTECEDENTES

Uno de los parámetros fundamentales a la hora de determinar la tenacidad de los aceros con caracterís-ticas especiales de ductilidad es el valor del alarga-miento bajo carga máxima, εmax, cuya determinación no está exenta de difi cultad.

Con el tiempo los criterios de determinación han ido experimentando cambios, que en principio pudieran parecer menores, pero que en la práctica pueden te-ner una gran relevancia a la hora de establecer las exigencias de los aceros y de comprobar el cumpli-miento de éstas.

A5.2 EXIGENCIAS REGLAMENTARIAS

La Instrucción de Hormigón Estructural establece las exigencias reglamentarias para los aceros que pueden utilizarse para la elaboración de armaduras pasivas. Las normas, que tienen carácter voluntario, pasan a ser de obligado cumplimento cuando son directamente referenciadas por esta Instrucción.

La Instrucción EHE, aprobada por R.D. 2661/1998, de 11 de diciembre, establecía que las barras corru-

Anejo 5

Determinación del alargamiento

bajo carga máxima

gadas debían cumplir los requisitos establecidos en la norma UNE 36068:94, para los aceros soldables tipo S, y la norma UNE 36065:99 EX (posteriormente sustituida por la UNE 36065:2000 EX) para los que presentasen características especiales de ductilidad, los tipos SD.

En el año 2008 se aprobó, por R.D. 1247/2008, de 18 de julio, la Instrucción EHE-08 que derogaba a la anterior. En este caso, los productos de acero que se utilicen para la elaboración de armaduras pasivas, tanto en forma de barras rectas como de rollos, han de cumplir las especifi caciones contenidas en la nor-ma UNE-EN 10080:2006.

Como vemos, se produce un cambio en las refe-rencias normativas de los productos, que tienen su incidencia en el caso de la determinación del alarga-miento bajo carga máxima.

A5.2.1 Norma UNE 36065:2000 EX

La norma UNE 36065:2000 EX “Barras corrugadas de acero soldable con características especiales de ductilidad para armaduras de hormigón armado” in-dica, en su apartado 10.2.4 que el alargamiento bajo

Norma UNE 36065:2000 EX

52


carga máxima se debe determinar según lo indica-do en la norma UNE 36420:1998 “Determinación del alargamiento bajo carga máxima en productos de acero para armaduras de hormigón armado”.

El alargamiento bajo carga máxima se defi ne como el incremento de longitud que se produce entre dos puntos de la probeta obtenido bajo carga máxima, y se expresa en tanto por ciento de la longitud inicial entre puntos.

Su determinación, conforme con lo indicado en la norma UNE 36420:1998, puede efectuarse mediante dos procedimientos:

a) Medida directa durante el ensayo de tracción por medio de un extensómetro.

b) Medida directa sobre la probeta una vez concluido el ensayo y haberse alcanzado la rotura.

Ahora bien, en caso de producirse un litigio, es el mé-todo del extensómetro el que se toma como referen-cia a menos que las partes decidan otra cosa.

Cuando la medida se efectúa con extensómetro es difícil, en la práctica, determinar el valor exacto de εmax por lo que la norma admite que la medida pueda efectuarse en el intervalo comprendido entre el valor máximo y el valor correspondiente a un descenso del 0,5 % sobre dicho valor máximo.

A5.2.2 Norma UNE-EN 10080:2006

El apartado 9.1 de la norma UNE-EN 10080:2006 “Acero para el armado del hormigón. Acero solda-ble para armaduras de hormigón armado. Gene-ralidades” indica que el ensayo de tracción para la determinación del alargamiento bajo carga máxima debe efectuarse de conformidad a lo indicado en la norma UNE-EN ISO 15630-1:2003“Aceros para el armado y el pretensado del hormigón. Métodos de ensayo. Parte 1: Barras, alambres y alambrón para hormigón armado”.

La norma UNE-EN ISO 15630-1:2003, en su aparta-do 5.3, indica que la determinación del alargamiento bajo carga máxima debe efectuarse de conformidad con lo indicado en la norma ISO 6892:1998 “Mate-

Figura 15

Tens

ión

(N/m

m2)

Deformación (%)

= =

fs

εmax


53


riales metálicos. Ensayo de tracción a la temperatura ambiente” (que como la norma española contempla dos procedimientos de determinación: manual y con extensómetro) pero con algunas diferencias. La pri-mera de ellas es la relativa al método de referencia en caso de disputa, que pasa a ser el método manual en lugar del método del extensómetro.

La segunda diferencia es la relativa a dónde debe medirse el valor de εmax. La norma ISO 6892:1998 indica que en el caso de materiales que presenten una meseta muy prolongada en la zona de deforma-ción plástica, como es el caso de los aceros SD con características especiales de ductilidad, el valor del alargamiento bajo carga máxima debe tomarse en la zona intermedia de la meseta, tal y como se muestra en la Figura 15. Sin embargo, si se emplea un exten-sómetro para medir las deformaciones y un ordena-dor para la toma de datos (como es lo más habitual en los laboratorios de ensayo modernos), este valor ha de tomarse en el primer máximo10.

La norma UNE-EN ISO 15630-1:2003 adopta el cri-terio de que el valor de εmax debe tomarse antes de que se produzca un descenso del 0,5 % de la carga de rotura, de forma similar a lo indicado en la Norma UNE 36420:1998.

A5.3 ESTUDIO ARCER

Desde el comienzo de sus estudios de investigación, la marca ARCER adoptó como criterio para la deter-minación de εmax el valor correspondiente al primer máximo, quedando así del lado de la seguridad en cualquier circunstancia.

No obstante, con la aprobación de la Instrucción EHE-08 se produjeron una serie de circunstancias que recomendaban realizar un estudio específi co:

1. Se producía un cambio en el tratamiento de los aceros para armaduras pasivas, considerándose

productos diferentes a las barras rectas y a los rollos, en virtud de su forma de suministro.

2. Esta diferencia se plasmaba en unas exigencias ma-yores al valor del alargamiento bajo carga máxima de los productos suministrados en forma de rollo, que en el caso de los aceros tipo SD son superiores a los valores garantizados hasta ese momento por la marca ARCER para las barras corrugadas.

3. Se cambiaba la normativa de referencia para la realización de los ensayos de tracción.

4. Se cambiaba el procedimiento de referencia para la determinación del alargamiento bajo carga máxima.

Ante esta circunstancia se planteó la necesidad de lle-var a cabo un estudio específi co en el que se compa-rasen distintos procedimientos para la determinación de εmax a partir de los diagramas tensión-deformación obtenidos en los ensayos de tracción, con el procedi-miento de determinación manual, para determinar la correlación existente entre ellos así como la precisión de sus determinaciones.

A5.3.1 Descripción

El estudio experimental se efectuó en dos fases. En la primera de ellas participaron siete fábricas que en-sayaron a tracción 25 probetas de 16 mm de diá-metro de los tipos de acero B 400 SD y B 500 SD, de acuerdo con el protocolo existente en la marca ARCER, obteniendo para cada una de los ensayos el diagrama tensión-deformación defi nido por un total de 3.000 puntos. Además, todas ellas efectuaron la medida del alargamiento bajo carga máxima por el procedimiento manual, de conformidad a un protoco-lo común expresamente redactado para el estudio.

En total se ensayaron un total de 350 probetas perte-necientes a 14 poblaciones estadísticas.

10) Criterio empleado por la marca ARCER para la caracterización del material en forma de barra recta.

Estudio ARCER

54


El objetivo de esta primera fase consistió en la com-paración de distintos procedimientos de determina-ción de εmax así como la existencia de una posible correlación entre ellos.

La segunda fase, tenía como objetivo constatar los resultados obtenidos en la primera fase y determi-nar la repetibilidad y reproducibilidad de los distintos procedimientos estudiados. Para ello, y para elimi-nar la variabilidad introducida por las diferencias en los materiales de partida, se preparó expresamente una muestra del tipo de acero B 500 SD de 16 mm de diámetro, de la que se extrajeron las probetas de ensayo que fueron repartidas entre los laboratorios participantes. En esta ocasión fueron dos laborato-rios de fábrica y dos laboratorios externos acredita-dos por ENAC y se analizaron los resultados de 120 ensayos.

A5.3.2 Procedimientos de medición analizados

Los procedimientos de medición de εmax analizados han sido los siguientes:

1. Determinación manual, conforme a un proto-colo común.

2. Medición sobre el diagrama tensión-deforma-ción obtenido en el ensayo.

a. Valor proporcionado por la máquina de en-sayo, conforme al algoritmo implantado en la misma (sólo en la fase 2 del estudio).

b. Método ARCER.

c. Método del polinomio para tres niveles de descenso, p, de la carga de rotura.

i. p = 0,1 %ii. p = 0,5 %iii. p = 1 %

d. En el punto en el que se produce un des-censo, p, de la carga de rotura de:

i. p = 0,1 %ii. p = 0,25 %iii. p = 0,5 %

Método ARCER: se toma como valor de εmax la abscisa εs correspondiente al mayor valor observa-do de σs en el ensayo (que es el valor fs de la fuerza máxima o carga de rotura). Si existen varios puntos con el mismo valor de dicho σs máximo, se toma como εmax la menor de las abscisas correspon-dientes. Este procedimiento es el seguido en los estudios llevados a cabo para la caracterización y el seguimiento de los diagramas característicos tensión-deformación de los aceros pertenecientes a la marca ARCER.

Método del polinomio: se seleccionan los pun-tos del ensayo en los que σs es superior a fs(1 – p) ajustándose con ellos un polinomio de tercer grado, tomándose como valor de εmax la abscisa correspon-diente al máximo de dicha ecuación.

Método ISO: siguiendo el criterio indicado en la nor-ma UNE-EN ISO 15630-1:2003, se adopta para εmax la mayor deformación para la que el valor de σs se mantiene superior a fs(1 – p), estando p comprendida entre 0 y 0,5 %.

A5.3.3 Resultados obtenidos en la primera fase

En la primera fase se pudo analizar la repetibilidad observada en cada uno de los procedimientos de determinación de εmax constatándose la mayor im-precisión que presentaba el procedimiento manual frente a los demás, tal y como se indica en la Tabla 25.

La correlación existente entre el método manual y los distintos procedimientos empleados sobre el diagrama tensión-deformación es muy baja, con va-lores comprendidos entre un mínimo de 0,24 y un máximo de 0,39, mientras que la correlación exis-tente entre estos últimos es bastante elevada, con valores comprendidos entre un mínimo de 0,76 y un máximo de 0,99.


55


A5.3.4 Resultados obtenidos en la segunda fase

En la segunda fase del estudio todo el material procedía de la misma colada y de barras consecutivas, por lo que la precisión de los distintos procedimientos de me-dida se cuantifi ca a través de la desviación típica entre barras y no entre coladas como en el caso anterior.

Con carácter general, se volvió a comprobar que el procedimiento de determinación manual es mucho más impreciso que cualquiera de los otros procedi-mientos utilizados, que van siendo más imprecisos a medida que aumenta el valor de p (porcentaje de disminución de la tensión de rotura del material).

Como puede observarse en la Tabla 25 la tendencia que se observa es similar a la registrada en la primera

fase del estudio con valores algo más bajos debido a que la variabilidad dentro de las barras es, lógica-mente, inferior a la variabilidad entre coladas, además de distintos fabricantes.

En cualquier caso, se constata que es relativamente probable que dos mediciones de εmax en probetas de la misma barra difi eran en casi 3 puntos porcentua-les (deformación unitaria), lo que hace discutible que este procedimiento puede emplearse para dirimir po-sibles causas de confl icto.

Por otro lado, se confi rmó también la escasa corre-lación existente entre el procedimiento de determina-ción manual y el resto de procedimientos utilizados, con valores comprendidos entre 0,36 y 0,50, mien-tras que entre estos últimos la correlación es mucho

Tabla 25: Valor de la repetibilidad en la determinación del alargamiento bajo carga máxima, εmax.

PROCEDIMIENTODESVIACIÓN TÍPICA ENTRE COLADAS REPETIBILIDAD (%)

Primera fase Segunda fase Primera fase Segunda fase

Manual 1,15 0,97 3,20 2,70

ARCER 0,58 0,28 1,61 0,78

Polinomio (p = 0,1 %) 0,52 0,26 1,45 0,72

Polinomio (p = 0,5 %) 0,52 0,28 1,45 0,78

Polinômio (p = 1 %) 0,54 0,31 1,50 0,86

ISO (p = 0,1 %) 0,63 0,38 1,75 1,06

ISO (p = 0,25 %) 0,76 0,50 2,11 1,39

ISO (p = 0,5 %) 0,90 0,64 2,50 1,78

PROCEDIMIENTO LAB1 (%) LAB2 (%)

Manual 12,03 12,00

ARCER 10,86 11,34

Polinomio (p = 0,1 %) 10,86 11,32

Polinomio (p = 0,5 %) 10,85 11,31

Polinomio (p = 1 %) 10,80 11,25

ISO (p = 0,1 %) 11,70 12,28

ISO (p = 0,25 %) 12,14 12,72

ISO (p = 0,5 %) 12,51 13,13

Tabla 26: Valores medios de εmax en los laboratorios acreditados por ENAC.

Estudio ARCER

56


mejor, variando entre un mínimo de 0,80 y un máximo de 0,98.

En la Tabla 25 se recogen los valores medios de εmax obtenidos en los dos laboratorios acreditados por ENAC participantes en el estudio con los diferentes procedimientos de medida utilizados. Aunque el pro-cedimiento de determinación manual proporcione va-lores superiores a otros sistemas, como por ejemplo el método ARCER del primer máximo, su valor ca-racterístico queda fuertemente reducido como con-secuencia de su gran variabilidad.

A5.4 CONSIDERACIONES FINALES

En las dos fases del estudio efectuado se confi rman los mismos resultados y pueden extraerse las si-guientes conclusiones:

1. El método de medición manual sobre probe-ta del alargamiento bajo carga máxima, εmax, presenta una peor repetibilidad que cualquiera de los procedimientos analizados que han to-mado como partida los datos registrados de carga y deformación durante la realización del ensayo.

2. La variabilidad que presenta el procedimien-to de medición manual hace que sea muy probable que la diferencia existente entre las medidas de εmax efectuadas por un mismo laboratorio entre dos probetas de una misma barra sea superior al 3 %, lo que no sólo inva-

lida este procedimiento para la comprobación de la validación del sistema de enderezado del material en forma de rollo (para el que se es-tablece una limitación del 2,5 %), sino como método de referencia en caso de litigio.

3. La correlación del procedimiento de medición manual con cualquier otro sistema que parta del registro fuerza-desplazamiento del ensayo de tracción es muy pequeña.

4. Los resultados obtenidos por el procedimien-to ARCER y el método del polinomio son muy similares, mientras que el método ISO propor-ciona resultados algo mayores. La diferencia se incrementa a medida que aumenta el valor del porcentaje de disminución del valor de la carga de rotura.

5. Dado que el procedimiento adoptado por la Instrucción EHE-08, al que se ha denomina-do ISO con un valor de p de hasta el 0,5 %, proporciona valores del alargamiento εmax supe-riores al resto de los procedimientos utilizados, puede ser admisible un aumento del valor de la especifi cación de este parámetro. Ahora bien, si en el futuro se produjera una modifi cación en el procedimiento de determinación utiliza-do, por ejemplo por una revisión de la norma ISO 15630-1:2003, sería necesario estudiar los cambios que pudiera implicar en la determi-nación del alargamiento bajo carga máxima y adaptar, en su caso, la especifi cación estableci-da de una forma coherente11.

11) En el momento de redacción de esta monografía (diciembre de 2009) los autores tienen conocimiento de una revisión que se está efectuando sobre la norma ISO 15630-1, en la que se postula que el alargamiento bajo carga máxima debe medirse en el primer máximo, tal y como se efectúa en el método ARCER. Si esta nueva versión de la norma internacional se adoptara directamente por la Instrucción EHE-08, sería preciso reducir la especifi cación de εmax del material suministrado en forma de rollo para ser coherente con las prestaciones de este material.


57


Bibliografía

Bibliografía

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[2] UNE-EN ISO 15630-1:2003 (2003). Acero para el armado y el pretensado del hormigón. Métodos de en-sayo. Parte 1. Barras, alambres y alambrón para hormigón armado.

[3] ARCER (2004). Monografía nº 4. Diagramas característicos de tracción de los aceros con características especiales de ductilidad, con marca ARCER. Madrid, 2004.

[4] UNE-EN 10080:2006 (2008). Acero para el armado del hormigón. Acero soldable para armaduras de hor-migón armado. Generalidades.

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[6] MINISTERIO DE FOMENTO (2008). Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08).

Orense 58, 10ºC • 28020 Madrid • Tel.:915 56 76 98 - Fax: 915 56 75 89www.arcer.es • www.ipac.es

diagrama característico tensión-deformación de los aceros arcer en forma de rollo

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