manual de diseño de acero inoxidable estructural - ue 806

8/14/2019 manual de diseo de acero inoxidable estructural - ue 806

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Manual de Diseo para Acero

Inoxidable Estructural(Tercera Edicin)


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2006 Euro Inox y el Steel Construction Institute

ISBN 2-87997-207-8 (3a Edicin)ISBN 2-87997-040-7 (1 Edicin)

Euro Inox y el Steel Construction Institute han hecho un esfuerzo considerable para asegurar que la informacin presentada enesta publicacin sea tcnicamente correcta. En cualquier caso, se informa al lector que el material aqu recogido es slo parainformacin general. Euro Inox, el Steel Construction Institute y cualquier otra institucin implicada en la realizacin de estedocumento rechazan especficamente cualquier responsabilidad sobre vctimas, daos o lesiones que pudieran resultar del usode la informacin contenida en esta publicacin.

CD-ROM, 7 idiomas ISBN 2-87997-187-X (3a Edicin)

ISBN 2-87997-080-6 (1a Edicin)

Versin en alemn ISBN 2-87997-210-8 (3a Edicin)

ISBN 2-87997-041-5 (1a Edicin)

Versin en finlands ISBN 2-87997-208-6 (3a Edicin)

ISBN 2-87997-043-1 (1a Edicin)

Versin en francs ISBN 2-87997-205-1 (3a Edicin)

ISBN 2-87997-038-5 (1a Edicin)

Versin en ingls ISBN 2-87997-204-3 (3a Edicin)

ISBN 2-87997-037-7 (1a Edicin)

Versin en italiano ISBN 2-87997-206-X (3a Edicin)

ISBN 2-87997-039-3 (1a Edicin)

Versin en sueco ISBN 2-87997-209-4 (3a Edicin)

ISBN 2-87997-042-3 (1a Edicin)


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PRLOGO

Tercera EdicinEsta Tercera Edicin del Manual de Diseo ha sido preparada por el Steel ConstructionInstitute como resultado de un proyecto financiado por la RFCS (Research Fund forCoal and Steel), Proyecto de Valorizacin Diseo estructural del acero inoxidableaustentico trabajado en fro (contrato RFS2-CT-2005-00036). Este Manual de Diseoes una revisin completa de la Segunda Edicin, extendiendo el campo de aplicacin alos aceros inoxidables austenticos trabajados en fro y actualizando todas lasreferencias a los borradores de los Eurocdigos. La Tercera Edicin hace referencia alas partes correspondientes de las Normas Europeas EN 1990, EN 1991 y EN 1993. Laaproximacin al proyecto de estructuras frente a incendio de la Seccin 7 se haactualizado y se han aadido secciones nuevas sobre durabilidad del acero inoxidable enel terreno y costes de ciclo de vida.

Se han aadido tres nuevos ejemplos de dimensionamiento para demostrar el usoapropiado del acero inoxidable conformado en fro. Estos ejemplos han sido realizados

por las siguientes instituciones:

Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Technical Research Centre of Finland (VTT)

Una comisin de seguimiento del proyecto, incluyendo representantes de cadainstitucin socia del proyecto y de la institucin de promocin y patrocinio, ha

supervisado el trabajo y ha contribuido al desarrollo del Manual de Diseo. Lassiguientes instituciones han participado en la preparacin de la Tercera Edicin:

The Steel Construction Institute (SCI) (Coordinador del Proyecto)

Centro Sviluppo Materiali (CSM)

CUST, Blaise Pascal University

Euro Inox

RWTH Aachen, Institute of Steel Construction

VTT Technical Research Centre of Finland

The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Prlogo a la Segunda Edicin

Este Manual de Diseo ha sido preparado por el Steel Construction Institute comoresultado del proyecto financiado por la ECSC (CECA, Comunidad Europea del Carbny del Acero),Proyecto de Valorizacin Desarrollo del empleo del acero inoxidable enconstruccin (contrato 7215-PP-056). Dicho Manual es una revisin completa del

Manual de diseo para acero inoxidable estructural, preparado por el SteelConstruction Institute entre 1989 y 1992 y publicado por Euro Inox en 1994.


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En esta segunda edicin se han tenido en cuenta los avances en el conocimiento delcomportamiento estructural del acero inoxidable en los ltimos 10 aos. En particular,se incluyen las nuevas recomendaciones de diseo derivadas del proyecto financiado

por la ECSC (CECA, Comunidad Europea del Carbn y del Acero), Desarrollo delempleo del acero inoxidable en construccin (contrato 7210-SA/842) terminadorecientemente, que han conducido a una extensin del Manual para cubrir las seccioneshuecas circulares y el proyecto de estructuras resistentes a fuego. En los ltimos diezaos se han publicado muchas normas europeas relativas al acero inoxidable, sufabricacin, uniones, soldadura, montaje etc. Este Manual se ha actualizado haciendoreferencia a las normas actuales y a los datos e informacin recogidos en dichas normas.

Una comisin de seguimiento del proyecto, incluyendo representantes de cadainstitucin socia del proyecto, de cada institucin subcontratada y de la institucin de

promocin y patrocinio, ha supervisado el trabajo y ha contribuido al desarrollo delManual.

Los ejemplos de dimensionamiento han sido realizados por las siguientes institucionessocias del proyecto:

Centre Technique Industriel de la Construction Mtallique (CTICM) Lule Institute of Technology RWTH Aachen VTT Technical Research Centre of Finland The Steel Construction Institute (SCI)

Las siguientes personas han sido miembros del comit de seguimiento y/o handesarrollado los ejemplos de dimensionamiento.

Nancy Baddoo The Steel Construction InstituteMassimo Barteri Centro Sviluppo Materiali (CSM)Bassam Burgan The Steel Construction InstituteHelena Burstrand Knutsson Swedish Institute of Steel Construction (SBI)Lars Hamrebjrk Swedish Institute of Steel Construction (SBI)Jouko Kouhi VTT Technical Research Centre of FinlandRoland Martland Health and Safety Executive (UK)Enrique Mirambell Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)Anders Olsson AvestaPolarit AB

(anteriormente, Lule Inst. of Technology)Thomas Pauly Euro InoxEsther Real Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Ivor Ryan Centre Technique Industriel de la ConstructionMtalliqueHeiko Stangenberg RWTH Aachen Institute of Steel ConstructionAsko Talja VTT Technical Research Centre of Finland


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AGRADECIMIENTOS

Las siguientes organizaciones han proporcionado soporte econmico para esta edicindel Manual de Diseo y su colaboracin es altamente agradecida.

Research Fund for Coal and Steel (RFCS) (anteriormente, European Coal and SteelCommunity (ECSC))

Euro Inox

El consorcio agradece la contribucin realizada por los fabricantes europeos de aceroinoxidable y otras organizaciones a esta edicin del Manual, y a las dos anteriores.


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PRESENTACIN

Este Manual de Diseo ha sido preparado para guiar a ingenieros con cierta experienciaen el dimensionamiento de estructuras de acero, aunque no necesariamente en el deestructuras de acero inoxidable. En ningn caso se pretende que adquiera un statuslegal ni que exima al ingeniero de su responsabilidad de asegurar que una estructuraresulte funcional y segura.

El Manual est dividido en dos partes:

Parte I - Recomendaciones

Parte II - Ejemplos de dimensionamiento

Las Recomendaciones de la Parte I estn soportadas en el mtodo de los estados lmite,

y donde se considere adecuado, estn de acuerdo con las siguientes Partes deEurocdigo 3Proyecto de estructuras de acero:

EN 1993-1-1 Design of steel structures: General rules and rules for buildings

EN 1993-1-2 Design of steel structures: Structural fire design

EN 1993-1-3 Design of steel structures: General rules: Supplementary rules forcold-formed members and sheeting

EN 1993-1-4 Design of steel structures: General rules: Supplementary rules for

stainless steelsEN 1993-1-5 Design of steel structures: Plated structural elements

EN 1993-1-8 Design of steel structures: Design of joints

EN 1993-1-9 Design of steel structures: Fatigue

EN 1993-1-10 Design of steel structures: Material toughness and through-thicknessproperties

Este Manual de Diseo contiene valores recomendados para algunos coeficientes.

Dichos valores estn sujetos a modificaciones a nivel nacional, por los AnejosNacionales.

Los Ejemplos de dimensionamiento incluidos en la Parte II muestran el empleo de lasrecomendaciones. El sistema cruzado de referencias utilizado permite obtener unarpida correspondencia entre los diferentes apartados de que consta la solucin delejemplo propuesto y las recomendaciones recogidas en el Manual.

Las Recomendaciones y los Ejemplos de dimensionamiento estn disponibles enSteelbiz, un sistema de informacin tcnica del SCI (www.steelbiz.org), y online en laweb de Euro Inox (www.euro-inox.org) . Existe un apartado de Comentarios a lasRecomendaciones, tambin disponible online en estas webs, que incluye una completaseleccin de referencias. El propsito de los Comentarios es el de permitir al

proyectista valorar las bases de las recomendaciones y facilitar el desarrollo derevisiones siempre y cuando haya nuevos datos disponibles. Se presentan tambin los


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resultados de varios programas experimentales llevados a cabo especficamente para proporcionar datos de base para el Manual de Diseo. Las Recomendaciones, losEjemplos de dimensionamiento y los Comentarios estn tambin disponibles en un CDde Euro Inox.

En la web www.steel-stainless.org/software hay disponible una herramienta de diseo para el dimensionamiento de elementos de acero inoxidable conformados en frosometidos a traccin, flexin y compresin. Dicha ayuda calcula las caractersticas dela seccin transversal y las resistencias del elemento de acuerdo con lasRecomendaciones de este Manual de Diseo.

Las recomendaciones de proyecto presentadas en este documento se basan en el mejor yms amplio conocimiento disponible a la fecha de publicacin. Sin embargo, no seacepta ningn tipo de responsabilidad por parte de los socios del proyecto o de otrasinstituciones asociadas sobre lesiones, muerte, prdida, dao o retraso que pudieran

provenir del empleo de estas recomendaciones.


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ndice

Pgina No.PRLOGO iii

AGRADECIMIENTOS v

PRESENTACIN vi

PARTE I RECOMENDACIONES

1 INTRODUCCIN 11.1 mbito de aplicacin 11.2 Smbolos 11.3 Criterio de ejes 31.4 Unidades 3

2 CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO 52.1 Requisitos generales 52.2 Mtodo de los estados lmite 52.3 Cargas 7

3 MATERIALES: PROPIEDADES, SELECCIN Y DURABILIDAD 113.1 Tipos y grados del material 113.2 Comportamiento mecnico y valores de clculo de las

propiedades del material 16

3.3 Propiedades fsicas 213.4 Efectos de la temperatura 223.5 Coste de ciclo de vida 233.6 Seleccin de materiales 233.7 Durabilidad 26

4 PROPIEDADES DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES 374.1 Aspectos generales 374.2 Mximas relaciones anchura-espesor 374.3 Clasificacin de las secciones transversales 374.4 Anchos eficaces 414.5 Elementos rigidizados 46

4.6 Clculo de caractersticas de las secciones transversales 494.7 Resistencia de las secciones transversales 52

5 DIMENSIONAMIENTO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES 575.1 Introduccin 575.2 Elementos sometidos a traccin 575.3 Elementos sometidos a compresin 585.4 Elementos sometidos a flexin 615.5 Elementos sometidos a esfuerzos combinados de axil y de flexin 72

6 DIMENSIONAMIENTO DE UNIONES 756.1 Recomendaciones generales 75

6.2 Uniones atornilladas 776.3 Elementos de unin mecnicos para estructuras ligeras 826.4 Uniones soldadas 82


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7 DIMENSIONAMIENTO FRENTE A FUEGO 877.1 Aspectos generales 877.2 Propiedades mecnicas a temperaturas elevadas 877.3 Propiedades trmicas a temperaturas elevadas 907.4 Determinacin de la capacidad estructural frente a fuego 91

8 FATIGA 99

9 ENSAYOS 1019.1 Aspectos generales 1019.2 Determinacin de la curva tensin-deformacin 1019.3 Ensayos de elementos estructurales 101

10 ASPECTOS DE FABRICACIN 10310.1 Introduccin 10310.2 Almacenamiento y manipulacin 10410.3 Operaciones de conformado 105

10.4 Soldadura 10610.5 Gripado y agarrotamiento 11210.6 Acabado 112

APNDICE A CORRESPONDENCIA ENTRE DESIGNACIONES DE ACEROINOXIDABLE 115

APNDICE B PANDEO LATERAL 117

APNDICE C DATOS DEL MATERIAL PARA EL CLCULO DE FLECHAS 121

PARTE II EJEMPLOS DE DIMENSIONAMIENTO

Ejemplo de dimensionamiento 1 125














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PARTE I - RECOMENDACIONES

1 INTRODUCCIN

1.1 mbito de aplicacinLas recomendaciones que se dan en esta Parte del Manual de Diseo se aplican alos grados de acero inoxidable utilizados normalmente en aplicacionesestructurales. Las recomendaciones estn dirigidas, fundamentalmente, al proyectode elementos estructurales y de los componentes estructurales secundarios deedificios, instalaciones offshore y estructuras similares. No deben aplicarse aestructuras especiales tales como las existentes en instalaciones nucleares odepsitos, para los cuales ya existen normas especficas para el empleo del aceroinoxidable.

Las recomendaciones hacen referencia al comportamiento del material, aldimensionamiento de elementos conformados en fro y elementos soldados, y a susuniones. Las recomendaciones son aplicables a los aceros inoxidables austenticosy dplex, que son los empleados habitualmente en aplicaciones estructurales yarquitectnicas. Las recomendaciones se soportan en el mtodo de los estadoslmite.

1.2 SmbolosEn general, los smbolos utilizados en este Manual de Diseo son los mismos que

los utilizados en EN 1993-1-1: Eurocode 3, Design of steel structures: Generalrules and rules for buildings. Es comn el uso de subndices, por ejemploNb,z,Rd esla resistencia de clculo (subndice Rd) de un pilar sometido a esfuerzo axil (N) a

pandeo (subndice b) alrededor del eje dbil (subndice z).

Las dimensiones y los ejes de las secciones se muestran en la Figura 1.1. Nteseque, al contrario del criterio convencional de muchos pases, el eje fuerte de unaseccin es el eje y-y mientras que el eje dbil es el eje z-z, ver Seccin 1.3.

Letras latinas maysculas

A Accin accidental; rea

C Valor fijo; Factor; CoeficienteE Mdulo de elasticidad; Efecto de las accionesF Accin; FuerzaG Accin permanente; Mdulo de deformacin transversal

I Momento de inerciaL Longitud; Luz; Longitud de sistemaM Momento flector

N Esfuerzo axilQ Accin variable

R ResistenciaV Esfuerzo cortanteW Mdulo resistente

Letras griegas maysculas

Diferencia en ..(precede al smbolo principal)


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Letras latinas minsculas

a Distancia entre rigidizadores; Espesor de garganta del cordn de soldadurab Ancho; Anchurac Distancia; Vuelod Dimetro; Canto

e Excentricidad; Desplazamiento del eje neutro; Distancia al borde;Distancia al borde finalf Resistencia (del material)g Espaciadoh Alturai Radio de giro; Nmero enterok Coeficiente; Factorl Longitud de pandeom Constanten Nmero de

p Remache; Espaciamientoq Fuerza distribuida

r Radio; Radio de la razs Al tresbolillot Espesoruu Eje fuerte (mayor)vv Eje dbil (menor)w Curvadoxx, yy, zz Ejes cartesianos

Letras griegas minsculas

(alpha) Relacin; Factor (beta) Relacin; Factor

(gamma) Coeficiente parcial

(epsilon) Deformacin; Coeficiente

5,0

210000

235

=

yf

E

(lambda) Esbeltez (una barra encima indica adimensional) (rho) Factor de reduccin (sigma) Tensin normal (tau) Tensin tangencial (phi) Relacin

(chi) Coeficiente de reduccin (para pandeo) (psi) Relacin de tensin; Factor de reduccin

Subndices

a Mediab Portante; Pandeo; Tornilloc Seccin transversalcr Crticad Diseo; ClculoE Euler; Esfuerzoeff Eficaze Eficaz (con ms subndices)el Elsticof Ala

g Brutai,j,k ndices (sustituir por nmeros)k Caracterstico


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LT Lateral (pandeo lateral)M (Considerando) Momento flector

N (Considerando) Esfuerzo axilnet Netao Inicial

pl PlsticoR Resistenciar Valor reducidoS Secantes Tensin de traccin (rea de traccin); Rigidizadort Tensin; Traccin; Torsinu Eje fuerte (mayor) de la seccin transversal; ltimoV (Considerando) Esfuerzo cortantev Cortante; Eje dbil (menor) de la seccin transversalw Alma; Soldadura; Alabeox Eje longitudinal a lo largo del elementoy Plastificacin (valor de prueba); Eje de la seccin transversal (eje fuerte

excepto para secciones no simtricas)z Eje de la seccin transversal (eje dbil excepto para secciones nosimtricas)

Tensin normal (longitudinal) Tensin tangencial

1.3 Criterio de ejesEn general, el criterio de ejes para los elementos estructurales es:

xx eje a lo largo de la longitud del elemento estructural (eje longitudinal).

yy eje de la seccin transversal perpendicular al alma, o al lado mayor en elcaso de angulares.

zz eje de la seccin transversal paralelo al alma, o al lado mayor en el casode angulares.

El eje yy ser normalmente el eje fuerte (mayor) de la seccin mientras que el ejezz ser el eje dbil (menor). Para los angulares, los ejes fuerte y dbil (uu y vv)estn inclinados respecto a los ejes yy y zz, ver Figura 1.1.

El criterio seguido para los subndices que indican los ejes de momentos es:Utilizar el eje alrededor del cual acta el momento.

Por ejemplo, para una seccin en I, un momento flector actuando en el plano delalma se representa por My, puesto que dicho momento acta alrededor del eje yy dela seccin transversal, perpendicular al alma.

1.4 UnidadesSe recomienda el empleo de las siguientes unidades para los clculos:

esfuerzos y cargas kN, kN/m, kN/m2

unidad de masa kg/m3

unidad de peso kN/m3

tensiones y resistencias N/mm2 (= MN/m2 o MPa)

momentos flectores kNm


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Ntese que, de acuerdo con la prctica europea, se utiliza la coma , para separarla parte entera de un nmero de la parte decimal.

w y y y

tw

d

t f

h

t

dy

z z

zzb b

zz

y

r

yh y

bz z

t

h

y

v

u

u

vb

h

t

Figura 1.1 Dimensiones y ejes de las secciones


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2 CRITERIOS DE DIMENSIONAMIENTO

2.1 Requisitos generales

Una estructura debe ser proyectada y construida para: cumplir su funcin durante su vida til prevista

soportar las cargas que puedan presentarse durante las etapas de construccin,instalacin y uso

limitar el dao producido por sobrecargas accidentales

presentar una adecuada durabilidad en relacin al coste de mantenimiento.

Estos requisitos pueden satisfacerse con el empleo de materiales adecuados, undiseo apropiado y detallando y especificando los procedimientos de control decalidad para la construccin y el mantenimiento.

Las estructuras deben dimensionarse considerando todos los estados lmiterelevantes.

2.2 Mtodo de los estados lmiteSe definen como estados lmite aquellas situaciones para las que, de ser superadas,

puede considerarse que la estructura no cumple alguna de las funciones para lasque ha sido proyectada. Se consideran tres clases de estados lmite: estados lmiteltimos, estados lmite de servicio y estados lmite de durabilidad. Los estadoslmite ltimos son aquellos que, si se superan, pueden conducir al colapso de parte

o de toda la estructura, poniendo en peligro la seguridad de las personas. Losestados lmite de servicio corresponden a situaciones ms all de las cuales loscriterios especificados de servicio dejan de satisfacerse. Los estados lmite dedurabilidad pueden ser considerados como subgrupos de los estados lmite ltimosy de servicio dependiendo de si, por ejemplo, la corrosin afecta a la resistencia dela estructura o a su apariencia esttica. A continuacin se dan ejemplos de estosestados lmite:

Estados lmite ltimos

Resistencia (incluyendo plastificacin, fractura, pandeo y transformacin enun mecanismo)

Estabilidad frente a vuelco y deslizamiento

Fractura debida a fatiga

Estados lmite de servicio

Deformacin

Vibracin (p.e. oscilaciones producidas por el viento)

Dao reparable debido a fatiga

Fluencia


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Estados lmite de durabilidad

Corrosin

Estabilidad metalrgica

Estados lmite ltimosPara el dimensionamiento frente a los estados lmite ltimos, debe satisfacerse lasiguiente relacin:

Ed Rd (2.1)

en donde:

Ed es el valor de clculo de los efectos de las acciones tal como un momentoo un vector en el elemento considerado, debido a la combinacin deacciones mayoradas que acta sobre la estructura (ver Seccin 2.3), y

Rd es la resistencia de clculo correspondiente, dada en el apartado

pertinente de estas recomendaciones.La resistencia de clculo, Rd, viene dada generalmente como Rk/M siendo Rk laresistencia caracterstica y M un coeficiente parcial. El coeficiente parcial M tomadiversos valores. La Tabla 2.1 proporciona los valores de M a utilizar en esteManual de Diseo, los cuales se toman de EN 1993-1-4 y EN 1993-1-8. Debehacerse tambin referencia al Anejo Nacional (AN) de EN 1993-1-4 y de otras

partes relevantes de EN 1993 del pas para el cual se proyecta la estructura, ya quedichos documentos pueden dar valores modificados de M que deberan serutilizados, en vez de los recogidos en la Tabla 2.1 (si no existe el AN los factoresM debern ser acordados con el organismo nacional competente.)

Como alternativa para el anlisis, se puede determinar la resistencia de clculomediante ensayos de materiales, componentes y estructuras (ver Seccin 9).

Tabla 2.1 Valores recomendados de MPara la resistencia de: Smbolo Valor

(EN 1993-1-4)

Secciones transversales aplastificacin excesiva, incluyendoabolladura

M0 1,10

Elementos a inestabilidad M1 1,10

Secciones traccionadas,

considerando rotura frgilM2 1,25

Tornillos, soldaduras, articulacionesy placas de apoyo

M2 1,25

Para la resistencia de: Smbolo Valor

(EN 1993-1-8)

Uniones en vigas trianguladas conperfiles huecos

M5 1,00

Articulaciones en estado lmite deservicio

M6,ser 1,00

Estados lmite de servicio

Para el dimensionamiento frente a los estados lmite de servicio, debe satisfacersela siguiente relacin:


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Ed Cd (2.2)

en donde:

Ed es el valor de clculo de los efectos de las acciones especificadas en elcriterio de servicio, p.e. la deformada de un elemento solicitado por unosesfuerzos internos, debida a la combinacin de acciones no mayoradasque actan sobre la estructura (Fk, ver Seccin 2.3.4), y

Cd es el valor lmite de clculo del criterio de dimensionamientocorrespondiente.

Estados lmite de durabilidad

Estos estados requieren la consideracin del fenmeno de corrosin, tratado en laSeccin 3.7.

2.3 Cargas2.3.1 Aspectos generalesEn los Eurocdigos, las cargas se expresan en trminos de acciones. Una accinse define como:

Un conjunto de fuerzas (cargas) aplicadas sobre la estructura (accin directa),

Un conjunto de deformaciones impuestas o aceleraciones causadas, porejemplo, por cambios de temperatura, variaciones higromtricas, asientosdiferenciales o sismos (accin indirecta).

Los valores caractersticos (Fk) de las cargas individuales se especifican en:

EN 1991 Actions on structures (teniendo en cuenta posibles consideracionesadicionales y/o cambios en el Anejo Nacional correspondiente) o en otras

normas de acciones, o por el cliente, o por el proyectista consultando con el cliente, asegurando los

mnimos especificados en las normativas relevantes de acciones, o por unaautoridad competente.

Los valores de clculo de las acciones individuales (Fd) se obtienen multiplicandolas acciones caractersticas por los coeficientes parciales para acciones (F).

Los estados de carga se establecen considerando todas las posibles combinacionesde acciones e identificando el estado de carga crtico.

2.3.2 Estados lmite ltimos Cargas mayoradas enestructuras terrestresSe consideran los siguientes tipos de acciones:

Acciones permanentes (G) p.e. peso propio de la estructura, instalaciones,elementos auxiliares y equipamiento fijo

Acciones variables (Q) p.e. sobrecargas de uso, cargas de viento, cargas denieve y cargas trmicas

Acciones accidentales (A) p.e. explosiones, fuego e impacto de vehculos.

EN 1990 Basis of structural design proporciona las combinaciones de acciones para el proyecto de edificios y los valores recomendados para los coeficientes parciales para las acciones (F). Debe hacerse tambin referencia al AnejoNacional de EN 1990 del pas para el cual se proyecta la estructura, ya que puede


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proporcionar valores modificados de F que deberan utilizarse en lugar de losvalores recomendados. El AN proporciona tambin valores recomendados para loscoeficientes de combinacin (coeficientes ) y las acciones permanentesdesfavorables (coeficientes ). (Si no existe el AN, entonces los coeficientes Fy deben acordarse con el organismo nacional competente.) Debe hacerse

referencia al Anejo Nacional de EN 1991, en lo que se refiere a los valoresnumricos de las cargas.

Tal como aparece en EN 1990, para condiciones normales, es decir, en situacionesno accidentales, la combinacin de acciones puede expresarse como:

1

jk,jG,j

G + k,1Q,1 Q + >1

ik,,0iQ,i

iQ (2.3)

o de manera alternativa, como la ms desfavorable de las siguientes expresiones:

1

jk,jG,j

G + Q,1 0,1 k,1Q + >1

ik,i,0iQ,i

Q (2.4a)

1

jk,jG,jj

G + k,1Q,1 Q + >1

ik,i,0iQ,i

Q (2.4b)

donde

Gk,j es el valor caracterstico de las acciones permanentes

Qk,1 es el valor caracterstico de la accin variable 1 dominante (es decir, laaccin variable ms desfavorable)

Qk,i es el valor caracterstico de todas las dems acciones variables i

j es el ndice para las acciones permanentes

i es el ndice para las acciones variables

G,j es el coeficiente parcial para las acciones permanentes

Q,1 es el coeficiente parcial para la accin variable dominante 1

i es el coeficiente de reduccin para las acciones permanentesdesfavorables G

0,i es el coeficiente de reduccin para el valor de combinacin de la accinvariable Q.

Sin embargo, otra vez debe hacerse referencia al AN del pas para el cual seproyecta la estructura.

EN 1990 recomienda los siguientes valores:

G,j = 1,35 (efecto desfavorable)

Q,1 = 1,5 Q,i = 1,5

= 0,85

El valor de 0 depende del tipo de carga (ver EN 1990)

Las ecuaciones 2.4a y 2.4b se han introducido puesto que la ecuacin 2.3 era

demasiado pesimista para estructuras pesadas. Para estructuras de acero, lasecuaciones 2.4a y 2.4b proporcionan, en general, cargas ms ligeras que laecuacin 2.3.


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2.3.3 Estados lmite ltimos Cargas mayoradas enestructuras marinas

Debe hacerse referencia a la norma API RP2A LRFDRecommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Load andResistance Factor Design, First Edition, 1993.

Se sugiere considerar para la aplicacin de este manual de Diseo lascombinaciones de acciones de AP1 RP2A para las condiciones del emplazamiento,

junto con las cargas especificadas en AP1 RP2A para el dimensionamiento deelementos de acero inoxidable. La notacin utilizada es, asimismo, lacorrespondiente a dicha norma.

Condiciones de operacin:

1,3D1 + 1,3D2 + 1,5L1 + 1,5L2 + 1,2(Wo + 1,25Dn) (2.5)

Condiciones extremas de tempestad:

1,1D1 + 1,1D2 + 1,1L1 + 1,35(We + 1,25Dn) (2.6)Cuando los esfuerzos debidos a cargas gravitatorias son de signo contrario a losesfuerzos ocasionados por el viento, corrientes y oleaje, las cargas gravitatoriasdeben reducirse de la siguiente manera:

0,9D1 + 0,9D2 + 0,8L1 + 1,35(We + 1,25Dn) (2.7)

donde

D1 es la carga permanente que incluye peso propio de la estructura,instalaciones, elementos auxiliares y equipo fijo

D2 es la carga permanente que incluye el peso de los equipos y otros objetos

que pueden cambiar de un modo de operacin a otroL1 es la carga variable 1 (incluye el peso de provisiones y fluidos en tuberas

y depsitos)

L2 es la carga variable 2 (cargas de corta duracin que se producen enoperaciones tales como la elevacin del equipo de perforacin, maniobrasde gras, operaciones con maquinaria, amarre de buques y carga dehelicpteros)

Wo es el viento de operacin, corrientes y oleaje o efectos asociados(establecido por el usuario)

We es el viento extremo, corrientes y oleaje o sus efectos (perodo de retorno

de 100 aos)Dn son las fuerzas de inercia.

2.3.4 Estados lmite de servicio CargasLos estados lmite de servicio deberan comprobarse para las siguientescombinaciones:

caracterstica

frecuente

cuasi-permanente


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EN 1990 proporciona las combinaciones de acciones a considerar para el proyectode edificios. (Debera hacerse referencia tambin al AN del pas para el cual se

proyecta la estructura.) EN 1990 exige que los valores de las flechas admisibles seestablezcan de acuerdo con el cliente.

Para la combinacin caracterstica, usada generalmente para estados lmiteirreversibles, debera emplearse la siguiente combinacin de acciones:

>

++1

ik,i,01k,1

jk,ij

QQG (2.8)

donde todos los trminos ya se han definido en la Seccin 2.3.2.

Cabe destacar que EN 1990 proporciona las apropiadas combinaciones de accionespara las siguientes situaciones:

para el clculo de deformaciones bajo las combinaciones normales de acciones(clusula A.1.4.3(1)),

cuando se deban considerar deformaciones a largo plazo debidas a relajacin,retraccin o fluencia (clusula A.1.4.3(6)),

cuando se considere la apariencia de la estructura o el confort del usuario o elfuncionamiento de la maquinaria (clusulas A.1.4.3(4) y (5)).


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3 MATERIALES: PROPIEDADES,SELECCIN Y DURABILIDAD

3.1 Tipos y grados del material3.1.1 IntroduccinExisten muchos tipos de acero inoxidable y no todos son adecuados paraaplicaciones estructurales, particularmente cuando se llevan a cabo operaciones desoldadura. Hay cinco grupos bsicos de acero inoxidable clasificados de acuerdocon su estructura metalrgica: austenticos, ferrticos, martensticos, dplex y de

precipitacin-endurecimiento (endurecimiento por precipitacin). Los acerosinoxidables austenticos y dplex son, en general, los grupos ms empleados enaplicaciones estructurales.

Los aceros inoxidables austenticos proporcionan una buena combinacin deresistencia a la corrosin y de las propiedades de fabricacin. Los acerosinoxidables dplex tienen una resistencia elevada y tambin una alta resistencia aldesgaste, con una muy buena resistencia a la corrosin bajo tensin.

Los grados ms utilizados, referidos generalmente como grados austenticosestndares, son 1.4301 (comnmente conocido como 304) y 1.4401 (comnmenteconocido como 316). Estos aceros inoxidables contienen entre un 17-18% decromo y un 8-11% de nquel. El grado 1.4301 es adecuado en ambientes rurales,urbanos y ligeramente industriales, mientras que el 1.4401 es un grado ms aleadoy por tanto recomendable en ambientes marinos e industriales.

Las versiones de estos mismos grados con bajo contenido en carbono son 1.4307(304L) y 1.4404 (316L). Los grados 1.4301 y 1.4401 se fabricaban anteriormentecon contenidos de carbono ms elevados lo cual tena implicaciones en elcomportamiento de los mismos frente a la corrosin1. Tanto el grado L como unacero estabilizado tal como el 1.4541 y el 1.4571 deberan utilizarse cuando seadeterminante el comportamiento frente a corrosin en estructuras soldadas.

El grado 1.4318 es un acero inoxidable con bajo contenido en carbono y altocontenido en nitrgeno, que endurece rpidamente con el trabajado en fro. Poseeuna larga trayectoria de comportamiento satisfactorio en la industria del ferrocarrily es igualmente adecuado para aplicaciones en automocin, aviacin yarquitectura. El grado 1.4318 tiene una resistencia a la corrosin similar a la del

grado 1.4301 y es el ms adecuado para aplicaciones que requieran mayorresistencia estructural que la del grado 1.4301 cuando se precise un mayor volumende material. Se obtiene directamente de la acera; cuando interese utilizar el grado1.4318 debera comprobarse la disponibilidad directamente con la acera. Su

precio es, probablemente, ligeramente superior al del 1.4301, dependiendo de lacantidad necesaria.

1 El carbono presente en el acero reacciona con el cromo y precipita carburos de cromo enlos bordes de grano bajo ciertos ciclos trmicos, por ejemplo en las zonas afectadas por el

calor de soldadura. La prdida local de cromo de la regin intersticial hacia las partculasde carburo permite un ataque preferencial de la corrosin intergranular y entonces se diceque el acero est sensibilizado, o que sufre una degradacin por soldadura (ver Seccin3.7.2).


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El creciente empleo del acero inoxidable en aplicaciones para soportar cargas ha propiciado la demanda de grados dplex ligeros en los que se combinan laspropiedades mecnicas y de corrosin de los grados dplex con una composicinqumica levemente aleada. En las Partes 4 y 5 de la prxima versin de EN 10088(ver Seccin 3.1.2) se incluye el nuevo grado dplex 1.4162. Este grado de aceroes adecuado para muchas aplicaciones del sector de la construccin con unaresistencia del orden de 450 530 N/mm2, una resistencia a la corrosin entre losgrados austenticos 1.4301 y 1.4404 y una composicin qumica levemente aleada.

Slo se consideran las versiones de acero laminado. La Seccin 3.6 presenta unagua para la seleccin de grados para aplicaciones particulares.

3.1.2 Normas aplicablesProductos planos y largos

La Norma aplicable es EN 10088, Stainless steels. Dicha norma consta de trespartes: Part 1, Lists of stainless steels, proporciona la composicin qumica y los

datos de referencia de algunas propiedades fsicas, como por ejemplo elmdulo de elasticidad,E.

Part 2, Technical delivery conditions for sheet, plate and strip of corrosionresisting steels for general purposes, proporciona las propiedades tcnicas ycomposiciones qumicas de los materiales empleados en el conformado de lassecciones estructurales.

Part 3, Technical delivery conditions for semi-finished products, bars, rods,wire, sections and bright products of corrosion resisting steels for general

purposes, proporciona las propiedades tcnicas y composiciones qumicas delos materiales empleados en productos largos.

Actualmente se estn preparando las Partes 4 (productos planos) y 5 (productoslargos) de EN10088 para cubrir los materiales de construccin. Se publicarn

probablemente en 2007.

La nomenclatura utilizada en EN 10088 incluye la denominacin numrica europeadel acero y su nombre.

Por ejemplo, al acero inoxidable de grado 304L le corresponde el nmero 1.4307,donde:

1. 43 07

Indica acero Indica un grupo deacero inoxidable

Grado deidentificacinindividual

El sistema de nomenclatura proporciona informacin relevante sobre lacomposicin del acero. El nombre del acero con nmero 1.4307 es X2CrNi18-9,donde:

X 2 CrNi 18-9

Indica altogrado dealeacin

100 x % decarbono Smbolos qumicos delos principaleselementos aleados

% de losprincipaleselementos aleados


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A cada nombre de acero inoxidable le corresponde una nica numeracin. En elApndice A se presenta una tabla en la que se muestran las designaciones para losgrados equivalentes de acero inoxidable, en varias normas nacionales y europeas.

En la Tabla 3.1 se presentan los valores mnimos especificados para laspropiedades mecnicas de los aceros inoxidables ms comunes segn EN 10088-2.La composicin qumica de estos aceros se presenta en la Tabla 3.2.

Se adopta la hiptesis de trabajo de que los aceros inoxidables austenticos ydplex presentan una adecuada tenacidad y no son susceptibles a la rotura frgil

para temperaturas de servicio inferiores a 40C.

Los valores de clculo de las propiedades mecnicas se presentan en la Seccin3.2.4.

Tabla 3.1 Propiedades mecnicas especificadas para los acerosinoxidables usuales segn EN 10088-2

Grado Producto1)

Espesormximo(mm)

Mnimaresistencia2)correspondiente al 0.2%(N/mm2)

Resisten-cia ltimaa traccin(N/mm2)

Alargamien-to de rotura(%)

C 8 230 540 750 45(3)

H 13,5 210 520 720 45(3)1.4301

P 75 210 520 720 45C 8 220 520 700 45H 13,5 200 520 700 45

Acerosinoxidablesaustenticosbsicos decromo ynquel

1.4307P 75 200 500 700 45C 8 240 530 680 40H 13,5 220 530 680 401.4401

P 75 220 520 670 45C 8 240 530 680 40H 13,5 220 530 680 40

Acerosinoxidables

austenticosdemolibdeno,cromo ynquel

1.4404P 75 220 520 670 45

C 8 220 520 720 40H 13,5 200 520 720 401.4541P 75 200 500 700 40C 8 240 540 690 40H 13,5 220 540 690 40

Acerosinoxidablesaustenticosestabilizados 1.4571

P 75 220 520 670 40C 8 350 650 850 35

H 13,5 330 650 850 35

Acerosinoxidablesaustenticos

bajos encarbono,altos ennitrgeno

1.4318P 75 330 630 830 45

C 8 450 650 850 20

H 13,5 400 650 850 201.4362

P 75 400 630 800 25

C 8 500 700 950 20

H 13,5 460 700 950 25

Acerosinoxidablesdplex

1.4462

P 75 460 640 840 25

Notas:1) C=fleje laminado en fro, H=fleje laminado en caliente, P=chapa laminada en caliente2) Propiedades transversales3) Para material ms estirado, los valores mnimos son un 5% ms bajos


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Tabla 3.2 Composicin qumica segn EN 10088-2

Contenido de los elementos de la aleacin (valor mximo o rango permitidos)peso %Grado

C Cr Ni Mo Otros

1.4301 0,07 17,5 19,5 8,0 10,5

1.4307 0,03 17,5 19,5 8,0 10,5

1.4401 0,07 16,5 18,5 10,0 13,0 2,0 2,5

1.4404 0,03 16,5 18,5 10,0 13,0 2,0 2,5

1.4541 0,08 17,0 19,0 9,0 12,0Ti:5xC 0,7 (1)

1.4571 0,08 16,5 18,5 10,5 13,5 2,0 2,5Ti:5xC 0,7 (1)

Acerosinoxidables

Austenticos

1.4318 0,03 16,5 18,5 6,0 - 8,0N:

0,1 0,21.4362 0,03 22,0 24,0 3,5 5,5 0,1 0,6

N:0,05 0,2

Aceros

dplex

1.4462 0,03 21,0 23,0 4,5 6,5 2,5 3,5N:0,1 0,22

Nota:(1) Se aade titanio para estabilizar el carbono y mejorar as el comportamiento frente a corrosin en la zona

afectada por el calor en las soldaduras. Sin embargo, excepto para construccin pesada, el empleo detitanio para estabilizar aceros austenticos ha sido sustituido por la disponibilidad ya existente de losgrados de bajo contenido en carbono, 1.4307 y 1.4404.

Tornillos

Los tornillos de acero inoxidable estn tratados en EN ISO 3506,Corrosion-resistant stainless steel fasteners. Dicha norma proporciona lacomposicin qumica y las propiedades mecnicas para las uniones de los gruposaustenticos, martensticos y ferrticos. Se admiten otros materiales alternativos norecogidos de forma concreta en la norma siempre que se ajusten a los requisitos delas propiedades fsicas y qumicas y presenten una resistencia a la corrosinequivalente.

En EN ISO 3506, los tornillos y tuercas se clasifican con la letra: A para aceroinoxidable austentico, F para ferrtico y C para martenstico. Se recomiendala utilizacin de tornillos con acero austentico. Las propiedades mecnicas ycomposicin qumica de stos estn recogidas en las Tablas 3.3 y 3.4 (tomadas deEN ISO 3506). La letra va seguida de un nmero (1, 2, 3, 4 o 5) que indica elgrado de resistencia a la corrosin, representando el 1 el grado menos durable y el5 el grado ms durable.

Los aceros inoxidables de grado A1 estn especialmente diseados paramecanizado. Debido a su alto contenido en sulfuro los aceros de este grado tienenmenor resistencia a la corrosin que los aceros correspondientes con contenidosnormales de sulfuro. Debe tenerse especial cuidado si se utilizan tornillos de gradoA1, ver Seccin 3.6.1.

Los aceros de grado A2 tienen una resistencia a la corrosin equivalente a los degrado 1.4301. Los aceros de grado A3 son aceros inoxidables estabilizados con

una resistencia a la corrosin equivalente a la del grado 1.4541 (un aceroestabilizado es aqul que contiene una adicin de un agente, como el titanio, quefavorece fuertemente la formacin de carburos; es decir, la formacin de carburode titanio inhibe la formacin de carburos de cromo).


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Los aceros de grado A4 contienen molibdeno y tienen una resistencia a la corrosinequivalente a los de grado 1.4401. Los aceros de grado A5 son aceros inoxidablesestabilizados con molibdeno con las propiedades del acero de grado 1.4571.

Los tornillos con acero austentico pueden obtenerse con tres niveles de resistencialtima (conocidos como clases), ver Tabla 3.3. Cabe destacar que dichos valoresson aplicables a tornillos mayores que los correspondientes a la mtrica M39 parala clase 50 y a la mtrica M24 para las clases 70 y 80, pues dichos valoresdependen de la aleacin y del mtodo de fabricacin.

Los tornillos fabricados para la clase 50 sern no magnticos, pero los de las clases70 y 80 pueden mostrar algunas propiedades magnticas.

Los tornillos de la clase 50 tienen una condicin de aleacin dbil, con lo que seconsigue una mayor resistencia a la corrosin. Los tornillos de las clases 70 y 80estn trabajados en fro y ello puede afectar ligeramente a la resistencia a lacorrosin. Los tornillos de la clase 50 con rosca mecanizada pueden ser mssusceptibles al gripado, ver Seccin 10.5.

Debera prestarse atencin al hecho de que la resistencia del material y laresistencia a la corrosin de los tornillos y del metal de base sean muy similares.

EN 14399 proporciona reglas para el marcado CE de tornillos.

Tabla 3.3 Valores mnimos especificados de las propiedades mecnicasde los tornillos y tuercas de grado austentico segn EN ISO3506

Tornillos Tuercas

Grado(1) Clase Rango deldimetro dela rosca

Resistencialtima atraccin(2)(N/mm2)

Tensin

correspondienteal 0,2% dedeformacinremanente

(N/mm2)

Tensin deprueba

(N/mm2)

50 M39 500 210 50070 M24(3) 700 450 700

A1, A2, A3,A4 y A5

80 M24(3) 800 600 800Notas:

(1) Adems de los tipos de acero tratados en EN ISO 3506, correspondientes a las clases 50, 70y 80, pueden utilizarse otros tipos de acero, de acuerdo con EN 10088-3.

(2) La tensin de traccin se calcula sobre el rea resistente a traccin.(3) Para medios de unin con dimetros nominales de rosca d>24 mm, las propiedades

mecnicas sern acordadas entre el usuario y el fabricante y marcadas con el grado y clasede acuerdo con esta tabla.


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Tabla 3.4 Composicin qumica de los tornillos segn EN ISO 3506

Composicin qumica (tanto por ciento en peso) (1)Grado C Cr Ni Mo Si Mn P S Otros

A1 0,12 16,0 18,0

5,0 -10,0

0,7 1,0 6,5 0,20 0,15 -0,35

A2 0,1 15,0

20,0

8,0

19,0

-(2) 1,0 2,0 0,05 0,03

A3 0,08 17,0 -19,0

9,0 -12,0

-(2) 1,0 2,0 0,045 0,03 o Ti: 5xC 0,8o Nb/Ta: 10xC 1,0

A4 0,08 16,0 -18,5

10,0 -15,0

2,0 3,0

1,0 2,0 0,045 0,03

A5 0,08 16,0 -18,5

10,5 -14,0

2,0 3,0

1,0 2,0 0,045 0,03 o Ti: 5xC 0,8o Nb/Ta: 10xC 1,0

Notas:(1) Los valores son mximos, a no ser que se indique lo contrario(2) El fabricante puede incluir molibdeno

3.2 Comportamiento mecnico y valores declculo de las propiedades del material

3.2.1 Comportamiento tenso-deformacional bsicoEl comportamiento tensin-deformacin del acero inoxidable difiere delcomportamiento del acero al carbono en varios aspectos. La diferencia msimportante reside en la forma de la curva tensin-deformacin. Mientras el aceroal carbono exhibe un comportamiento elstico lineal hasta su lmite elstico y unazona plana antes del endurecimiento por deformacin, el acero inoxidable presentauna curva tensin-deformacin con forma ms redondeada sin lmite elstico

definido (ver Figura 3.1). Por ello, el lmite elstico del acero inoxidable seexpresa, en general, en trminos de una resistencia de prueba definida para undeterminado valor de deformacin remanente (convencionalmente la deformacindel 0,2%), tal y como se muestra en la figura.

En la Figura 3.1 se presentan otras curvas tensin-deformacin experimentalestpicas, representativas de los materiales acero al carbono y acero inoxidable.Dichas curvas no deben utilizarse en el dimensionamiento.

En cualquier caso, debe sealarse que el acero inoxidable puede absorber impactosconsiderables sin que sobrevenga la fractura, gracias a su excelente ductilidad(especialmente los grados austenticos) y a sus caractersticas de endurecimiento

por deformacin.


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3.2.2 Factores que influyen en el comportamiento tenso-deformacional

Existen unos factores que pueden cambiar la forma de la curva bsica tensin-

deformacin para cualquier tipo de acero inoxidable. Estos factores son, en mayoro menor medida, interdependientes:

Trabajado en fro

Los niveles de resistencia de los aceros inoxidables austenticos y dplex aumentancon el trabajado en fro (tal como ocurre durante las operaciones de conformado enfro incluyendo el nivelado/aplanado mediante rodillo y tambin durante lafabricacin). Asociada a esta mejora de los niveles de resistencia se produce unareduccin de la ductilidad, aunque generalmente tiene poca consecuencia gracias alos altos valores iniciales de ductilidad, especialmente para los aceros inoxidablesaustenticos.

La Tabla 3.5 proporciona los valores de conformado en fro especificados en EN1993-1-4, los cuales se han tomado de la Norma Europea para acero inoxidable EN10088. Los aceros conformados en fro pueden especificarse en trminos de lamnima tensin correspondiente al 0,2% de deformacin remanente o de laresistencia ltima a traccin o de la dureza, pero solamente puede usarse uno deestos parmetros.

El trabajado en fro del acero inoxidable tiende a aumentar la asimetra en elcomportamiento a traccin y compresin y la anisotropa (se obtienen diferentescurvas caractersticas tensin-deformacin en las direcciones paralela y

perpendicular al laminado). El grado de asimetra y de anisotropa depende delgrado, del nivel de trabajado en fro y de la lnea de fabricacin. En la Figura 3.2se presentan las curvas tensin deformacin para el grado 1.4318 trabajado en froa C850; la curva de resistencia a la compresin en la direccin longitudinal est pordebajo de las curvas de resistencia a la traccin tanto en direccin longitudinal

600

200

0

0,2

0,2

0,005 0,010 0,015

E

E

0,002

N/mm

4001.4318

1.4462

Carbon steel(grade S355)

1.4301/1.4401

Acero al carbono(grado S355)

(0,2 es la resistencia de prueba del 0,2%)

Figura 3.1 Curvas tensin-deformacin tpicas para el acero inoxidabley el acero al carbono en la condicin de recocido (paratensin longitudinal)


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como transversal (los valores que tradicionalmente se dan en las normas demateriales como EN 10088, y que son presentados, por consiguiente, por lossuministradores). Es por tanto necesario tener especial cuidado en la eleccin de laresistencia de clculo para material trabajado en fro (ver Seccin 3.2.4). Lainformacin adicional de los valores relativos a otros tipos de material odirecciones de carga debe ser suministrada por el suministrador.

El precio del acero inoxidable trabajado en fro es ligeramente superior al delmaterial recocido equivalente, dependiendo del grado, de la forma del producto ydel nivel de trabajado en fro.

Tabla 3.5 Niveles de resistencia para el trabajado en fro segn EN10088-2

(aplicable a materiales con espesor6 mm)

Condicinde

trabajado

en fro

Mnimaresistencia1) 2)

correspondiente

0.2%

Resistenciamnima a

traccin1) 2)

Grados de acero inoxidable disponiblesen la condicin de trabajado en fro

CP350 350 700 3) 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571

CP500 500 850 3) 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318

CP700 700 1000 3) 1.4318, 1.4301

C700 350 3) 700 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571

C850 500 3) 850 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318

C1000 700 3) 1000 1.4318, 1.4301

Nota:(1) Deben acordarse los valores intermedios de la resistencia correspondiente al 0,2% o

de la resistencia a traccin.(2) El espesor mximo del producto para cada nivel de resistencia disminuye con laresistencia. El espesor mximo del producto y la deformacin remanente dependentambin del comportamiento al endurecimiento por trabajado del acero y de lascondiciones de trabajado en fro puede pedirse informacin ms detallada alfabricante.

(3) No est especificado, son valores mnimos indicativos.


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Las esquinas de las secciones transversales conformadas en fro pueden llegar aaumentar su lmite elstico hasta alrededor de un 50% durante la fabricacin. Sinembargo, el efecto de dicha mejora est muy localizado y el incremento deresistencia del elemento estructural depende de la posicin relativa de las esquinasen la propia seccin transversal; por ejemplo en una viga con esquinas prximas ala fibra neutra no se obtendra un incremento significativo de su resistencia

estructural. El aumento de resistencia compensa de forma sobrada cualquier efectoocasionado por la disminucin de material en las esquinas trabajadas en fro. Si seha de tener en cuenta la mejora que proporciona el aumento de resistencia debido al

proceso de fabricacin se recomienda que ello sea comprobado mediante ensayos(ver Seccin 9).

La soldadura posterior del elemento tendr un efecto parcial de recocido con laconsecuente reduccin de las propiedades mejoradas de resistencia, resultantes deltrabajado en fro la Seccin 6.4.4 establece una gua de dimensionamiento deuniones soldadas para elementos trabajados en fro.

Sensibilidad a la velocidad de deformacin

La sensibilidad a la velocidad de deformacin es ms pronunciada en acerosinoxidables que en aceros al carbono. Es decir, a una rpida velocidad dedeformacin, puede alcanzarse proporcionalmente una mayor resistencia en losaceros inoxidables que en los aceros al carbono.

Tratamiento del calor

El recocido, o el reblandecimiento, reducen la mejora de resistencia y laanisotropa.

3.2.3 Valores tpicos de las propiedades del materialEn base a lo expuesto en las Secciones 3.2.1 y 3.2.2, se desprende que las

propiedades mecnicas del acero inoxidable dependen de ms factores que en elcaso del acero al carbono. Su metalurgia es ms compleja y el proceso defabricacin tiene un elevado impacto en las propiedades finales. Para cualquier

400

200

00,005

600

800

1000

0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

Longitudinal - tensile

N/mm

Longitudinal - compressionTransverse - tensileTransverse - compression

Traccin longitudinal

Compresin longitudinal

Traccin transversal

Compresin transversal

Figura 3.2 Curvas tensin-deformacin tpicas para el grado 1.4318 conun nivel de trabajado en fro C850.


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grado de acero inoxidable es de esperar que haya diferencias entre los materialeselaborados por distintos fabricantes. Sin embargo, las propiedades mecnicas,dependientes de la composicin qumica y del tratamiento termo-mecnico, estn,en gran medida, bajo el control del fabricante, siendo posible negociar con l las

propiedades deseadas.

Desde un punto de vista estructural, la resistencia real, correspondiente al 0,2%,supera al valor mnimo especificado de dicha tensin, de forma significativa. Lastensiones de prueba medias estn entre un 20 y 35% por encima del valor mnimoespecificado. Los incrementos observados para la tensin de prueba no coincidencon los incrementos de resistencia ltima, que estn en general slo un 10% porencima de los mnimos especificados.

3.2.4 Valores de clculo de las propiedades del materialProductos planos

Pueden considerarse tres opciones: valores especificados mnimos, valoresobtenidos mediante ensayos y valores certificados de fbrica.

(i) Dimensionamiento utilizando los valores especificados mnimos

Material recocido

Se toma para la resistencia de clculo caracterstica, fy (lmite elstico), ypara la resistencia ltima caracterstica,fulos valores especificados mnimosen la Norma EN 10088-2 (presentados en la Tabla 3.1).

Material trabajado en fro

Para el material suministrado en las condiciones de trabajado en froespecificadas en EN 10088 deben adoptarse valores nominales

incrementados defy yfu.

Para un material suministrado con un determinado valor de la resistenciacorrespondiente al 0,2% (p.e. CP350), debe tomarse como resistenciacaracterstica el valor de la mnima resistencia correspondiente al 0,2% de laTabla 3.5. Para tener en cuenta la asimetra del material conformado en froen aquellos casos en los que la compresin en la direccin longitudinal seauna condicin resistente relevante (p.e. en pilares sometidos a flexin), debetomarse un valor caracterstico de la resistencia de clculo de 0,8 x laresistencia correspondiente al 0,2% de la Tabla 3.5. Podrn usarse valoresmayores siempre y cuando sea comprobado mediante ensayos.

Para un material suministrado con una determinada resistencia a la traccin(p.e. C700), se debe tomar como resistencia caracterstica la resistenciamnima a traccin de la Tabla 3.5; la mnima resistencia correspondiente al0,2% deber obtenerse del suministrador.

Nota 1: Las secciones huecas rectangulares estn disponibles en materialtrabajado en fro para resistencias intermedias entre CP350 y CP500 con unlmite elstico y una resistencia ltima a traccin garantizadas por elfabricante (siendo el lmite elstico vlido en traccin y compresin).

Nota 2: Las reglas de dimensionamiento de este Manual de Diseo sonaplicables para materiales hasta grados CP500 y C850. Para niveles

superiores de trabajado en fro, el dimensionamiento debe realizarsemediante ensayos de acuerdo con la Seccin 9. Los elementos consecciones transversales de Clase 1, 2 y 3, los cuales no estn sujetos a


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inestabilidades locales o globales, son una excepcin, y la resistencia de laseccin transversal puede calcularse de acuerdo con la Seccin 4.

(ii) Dimensionamiento utilizando datos de ensayos

Este procedimiento de dimensionamiento debera solamente ser considerado

como una opcin cuando hayan sido realizados ensayos a traccin de testigoscortados de las lminas o placas a partir de las cuales se conforman ofabrican los elementos estructurales. El proyectista debe poseer elconvencimiento de que los ensayos se han llevado a cabo segn una normareconocida, por ejemplo EN 10002-1, y que los procedimientos adoptados

por el fabricante son tales que el elemento estar realmente confeccionadocon el material ensayado, y posicionado correctamente en la estructura.

Un valor para la resistencia de clculo puede determinarse a partir de unaaproximacin estadstica segn las recomendaciones del Anejo D de EN1990.

Se recomienda que la resistencia ltima caracterstica, fu, se base en el valormnimo especificado dado en EN 10088-2.

(iii) Dimensionamiento utilizando valores certificados de fbrica

Los valores medidos de la resistencia del 0,2% se dan en el certificado defbrica. Un valor para la resistencia de clculo puede determinarse a partirde una aproximacin estadstica segn las recomendaciones del Anejo D deEN 1990.

Se recomienda que la resistencia ltima caracterstica, fu, se base en el valormnimo especificado dado en EN 10088-2.

Para todos los aceros inoxidables austenticos y dplex utilizados habitualmente enaplicaciones estructurales se adopta el valor de 200 000N/mm2 para el mdulo deYoung, de acuerdo con la Norma EN 10088-1. Para el clculo de flechas, es msadecuado utilizar el mdulo secante, ver Seccin 5.4.6. Para estos tipos de aceroinoxidable se adopta un valor de 0,3 para el coeficiente de Poisson y de 76 900

N/mm2 para el mdulo de deformacin transversal, G.

Tornillos

Para el clculo de la resistencia de un tornillo a traccin, a cortante o al efectocombinado de ambos, para la resistencia bsicafub se toma:

fub = ub

donde ub es la resistencia ltima a traccin mnima especificada dada en la Tabla3.3 para la clase apropiada de acero inoxidable.

Cuando sea necesario considerar la resistencia a largo plazo del tornillo, deberhacerse referencia a EN 1990 para la combinacin apropiada de acciones en estadolmite ltimo.

3.3 Propiedades fsicas

La Tabla 3.6 presenta las propiedades fsicas a temperatura ambiente, en condicinde recocido, para los grados de acero inoxidable de EN 10088 cubiertos en esteManual de Diseo. Las propiedades fsicas pueden variar ligeramente con la forma


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y el tamao del producto, pero tales variaciones no suelen ser de importanciacrtica para su aplicacin.

Tabla 3.6 Propiedades fsicas a temperatura ambiente, acero recocido

Grado Densidad(kg/m3)

Coeficiente dedilatacin trmica20 1000C (10-6/0C)

Conductividadtrmica(W/m0C)

Capacidadcalorfica(J/kg0C)

1.4301 7900 16 15 500

1.4307 7900 16 15 500

1.4401 8000 16 15 500

1.4404 8000 16 15 500

1.4541 7900 16 15 500

1.4571 8000 16,5 15 500

1.4318 7900 16 15 500

1.4362 7800 13 15 500

1.4462 7800 13 15 500

Desde un punto de vista estructural, la propiedad fsica ms importante es elcoeficiente de dilatacin trmica lineal que, para los grados austenticos, difiereconsiderablemente del correspondiente al acero al carbono (12 x 10-6/C). En loscasos en los que se utilice conjuntamente acero al carbono y acero inoxidable,deber considerarse en su dimensionamiento el efecto de dicha dilatacin trmicadiferencial.

Los aceros inoxidables dplex y ferrticos son magnticos. Cuando las propiedadesno magnticas de los grados austenticos sean de importancia para su aplicacin,deber tenerse cuidado al seleccionar los consumibles de soldadura adecuados paraminimizar el contenido de ferrita en la soldadura. Un trabajo en fro considerable,en especial el del acero austentico aleado, puede aumentar tambin la

permeabilidad magntica; un posterior recocido restablecera las propiedades nomagnticas. Para aplicaciones no magnticas, se recomienda seguir los informes yconsejos del fabricante del acero.

3.4 Efectos de la temperaturaLos aceros inoxidables austenticos se utilizan en aplicaciones criognicas. Al otroextremo de la escala de temperaturas, los grados austenticos y dplex conservanuna mayor proporcin de su resistencia a temperaturas por encima de los 550C

que el acero al carbono. Sin embargo, el dimensionamiento de estructurassometidas durante largo plazo a temperaturas criognicas o a elevadas temperaturasest fuera del alcance de este Manual de Diseo. Basta mencionar que otras

propiedades mecnicas y tipos de corrosin, distintos a los ya considerados en laSeccin 3, cobran una mayor importancia. Otros aceros inoxidables, aparte de losseleccionados aqu son, en la mayora de los casos, ms idneos para aplicaciones aelevadas temperaturas, debiendo solicitarse informes adicionales complementarios.

Los aceros inoxidables dplex no deberan utilizarse durante largos perodos detiempo a temperaturas superiores a 300C, debido a la posibilidad de fragilizacin.

La Seccin 7 cubre el dimensionamiento frente a fuego y proporciona laspropiedades fsicas y mecnicas de los aceros inoxidables a altas temperaturas.


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3.5 Coste de ciclo de vidaHay una creciente conciencia de que para seleccionar el material deberanconsiderarse los costes de ciclo de vida (o de toda la vida), y no solamente losiniciales. Los costes de ciclo de vida tienen en cuenta:

costes iniciales, costes de explotacin,

valor residual.

El acero inoxidable es a veces considerado como un material caro. Si embargo, laexperiencia ha demostrado que el uso de materiales resistentes a la corrosin con elfin de disminuir los costes de mantenimiento y reparacin puede llegar acompensar el empleo de un material con un mayor coste inicial.

El coste inicial de un producto estructural de acero inoxidable esconsiderablemente superior, dependiendo del grado de acero inoxidable, al de unoequivalente en acero al carbono. Sin embargo, puede ahorrarse al no tener que

proteger sistemticamente la superficie.

La excelente resistencia del acero inoxidable puede ofrecer muchos beneficios,como por ejemplo:

reduccin de la frecuencia de la inspeccin y de los costes asociados,

reduccin de costes de mantenimiento,

mayor vida til.

El acero inoxidable es un material con un alto valor residual (es decir, el valor de la

estructura al final de su vida), aunque raramente ste sea un factor decisivo paraestructuras con una larga vida til (por ejemplo ms de 50 aos).

El coste de ciclo de vida utiliza los principios contables generalmente aceptados dedescuento de los flujos de caja para reducir todos esos costes a valor actual. Latasa de descuento abarca la inflacin, los tipos de inters, impuestos y,

posiblemente, un factor de riesgo. Esto permite llevar a cabo un anlisiscomparativo real de las opciones disponibles y de los beneficios potenciales que alargo plazo puede ofrecer el acero inoxidable frente a la eleccin de otrosmateriales.

3.6 Seleccin de materiales3.6.1 GradosEn la gran mayora de aplicaciones estructurales en las que se utiliza aceroinoxidable, es la resistencia a la corrosin la propiedad que ms se explota, ya sea

por razones estticas, de mnimo mantenimiento o de durabilidad a largo plazo.Por lo tanto, la resistencia a la corrosin deber ser el factor primordial ante laseleccin del grado adecuado.

Los aceros inoxidables son resistentes a la corrosin gracias a la presencia de unapelcula superficial pasivante la cual, dada una adecuada entrada al oxgeno o a losagentes oxidantes apropiados, se autosella cuando est daada. Esta pelcula de

xido es principalmente consecuencia del contenido de cromo en el acero, aunquela adicin de nquel y de otros elementos aleados puede mejorar significativamentela proteccin ofrecida por la pelcula. En particular, se utiliza un pequeo


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porcentaje de molibdeno para mejorar la resistencia del acero a las picaduras (verSeccin 3.7.2).

Cuando la pelcula superficial de xido se destruye, posiblemente por ataqueelectroqumico o dao mecnico, puede iniciarse la corrosin.

Un proyecto esmerado debera asegurar un comportamiento estructural exento de problemas; en cualquier caso el proyectista debe conocer que incluso el aceroinoxidable puede estar sometido a varias formas de corrosin en ciertascircunstancias. A pesar de la potencial existencia de estos efectos de degradacin,es perfectamente posible emplear aceros inoxidables extremadamente efectivos,siempre que se tengan presentes algunos principios elementales. Solamentecuando estos materiales se emplean sin tener en cuenta tales principios, los que haydetrs de sus propiedades de resistencia a la corrosin, es cuando pueden aparecer

problemas.

La seleccin del grado correcto de acero inoxidable debe tener en cuenta el entornode aplicacin, la lnea y el proceso de fabricacin, el acabado superficial y elmantenimiento de la estructura. Debe destacarse que los requisitos demantenimiento son mnimos; meramente, el lavado del acero inoxidable, incluso deforma natural con agua de lluvia, ayudar notablemente a alargar la vida enservicio.

El primer paso es la caracterizacin del entorno de servicio, considerandoanticipadamente desviaciones razonables de las condiciones de proyecto. Enambientes atmosfricos, debe prestarse especial atencin a situaciones deemplazamiento muy localizadas tales como la proximidad a chimeneas que emitanhumos corrosivos. Tambin deberan considerarse posibles futuros desarrollos ocambios de uso de la estructura. La condicin superficial y la temperatura del

acero, as como el estado tensional previsto, pueden ser tambin parmetros deespecial importancia para la toma de decisin (ver Seccin 3.7.2).

Los posibles grados de acero inoxidable pueden elegirse para ofrecer en conjuntouna satisfactoria resistencia a la corrosin en el entorno. La seleccin de un

posible acero debe considerar cules son las posibles formas de corrosin quepueden ser significativas en el entorno de operacin. Para ello se requieren ciertasvaloraciones acerca de la naturaleza de la corrosin encontrada en los acerosinoxidables. La Seccin 3.7 traza los principios esenciales subyacentes a lacorrosin de los aceros inoxidables, e indica las condiciones en donde el empleo deaceros inoxidables debera estar libre de riesgos excesivos y complicaciones.Tambin se pretende ilustrar los aspectos generales de buena prctica, as como

aquellas circunstancias en donde los aceros inoxidables deben ser utilizados con precaucin. En este caso deben solicitarse informes especializados a un tcnicocompetente, puesto que todava en muchos casos los aceros pueden emplearse conxito.

As pues, deben considerarse las propiedades mecnicas, la facilidad defabricacin, la disponibilidad de formas de productos, el acabado superficial y loscostes.

Para valorar la adecuacin de los posibles grados, lo mejor es recurrir a laexperiencia del empleo de los aceros inoxidables en aplicaciones y entornossimilares. La Tabla 3.7 ofrece una gua prctica para la seleccin de los grados

adecuados en ambientes atmosfricos. Las normativas nacionales tambindeberan consultarse, ya que en algunos casos pueden ser ms restrictivas. En elcaso de aceros inoxidables sumergidos, vase la Seccin 3.7.3. Cuando el acero


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inoxidable entra en contacto con sustancias qumicas, siempre se debe solicitar uninforme experto.

Por otra parte, debe tenerse precaucin al utilizar aceros inoxidables para unionesno mecanizadas. La adicin de sulfuro en la composicin de estos acerosinoxidables austenticos les hace ms susceptibles a la corrosin, especialmente enambientes industriales y marinos. En particular, ello debe considerarse en lasuniones con materiales de la categora A1 de acuerdo con EN ISO 3506, ver Tabla3.3.

Tabla 3.7 Grados recomendados para aplicaciones en ambientesatmosfricos

Emplazamiento

Rural Urbano Industrial MarinoGrado de acero

B M A B M A B M A B M A

Aceros austenticos bsicoscromo - nquel (p.e. 1.4301,1.4307, 1.4541, 1.4318)

() () () X () X

Aceros austenticos molibdeno cromo nquel (p.e. 1.4401,1.4404, 1.4571) y dplex 1.4362

0 0 0 0 () ()

Aceros dplex 1.4462 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 B - Condiciones menos corrosivas de esta categora, p.e. suavizadas por humedad baja o por bajas

temperaturas.

M - Condiciones bastante tpicas de esta categora.

A - Corrosin superior a la tpica, p.e. incrementada por una persistente humedad alta, temperaturaselevadas, y particularmente agentes agresivos contaminantes de aire.

O - Potencialmente sobre-especificado desde el punto de vista de resistencia a la corrosin.

- Probablemente la mejor eleccin para resistencia a corrosin y coste.X - Probable que sufra corrosin excesiva.

() - Merece ser considerado si se toman precauciones (es decir, si se especifica una superficierelativamente lisa y si se lava con regularidad).

NOTA: Las reglamentaciones nacionales pueden contener requisitos ms estrictos.

3.6.2 Disponibilidad de formas de productosTipos generales de formas de productos

Lminas, chapas y barras estn ampliamente disponibles en los grados de acerosconsiderados en este Manual de Diseo. Los productos tubulares estn disponiblesen los grados austenticos y dplex 1.4462 (2205). Los productos tubulares del

grado dplex 1.4362 (2304) no estn tan ampliamente disponibles ya que se tratade un grado relativamente nuevo en la industria de la construccin, aunque ha sidoutilizado durante aos en muros de contencin en estructuras offshore.

Hay un rango de secciones laminadas (angulares, secciones en U, secciones en T,secciones huecas rectangulares y secciones en I) en los grados austenticosnormales 1.4301 y 1.4401, pero ninguno en los grados dplex. Generalmente, lassecciones se fabrican por conformado en fro (por rodillo o por plegado), omediante soldadura.

El material en la condicin de trabajado en fro est disponible en varias formas deproducto incluyendo placas, lminas, bobinas, flejes, barras y secciones huecas:

placas, lminas, bobinas, flejes (en espesores tpicamente 6,0 mm)

barras redondas (dimetros de 5 mm a 60 mm)


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secciones huecas cuadradas y rectangulares (dimensiones de la seccintrasnversal hasta 400 mm, espesores desde 1,2 a 6 mm).

Los grados de acero inoxidable que estn disponibles comercialmente en lacondicin de trabajado en fro se presentan en la Tabla 3.5.

Conformado en froEs importante debatir cuanto antes con los posibles fabricantes para averiguar loslmites del conformado en fro, ya que los aceros inoxidables requieren mayorescargas para el conformado que los aceros al carbono. La longitud de las seccionesconformadas en fro se encuentra necesariamente limitada por el tamao de lamquina o por la capacidad de potencia en el caso de materiales ms anchos o msresistentes. Los grados dplex requieren aproximadamente el doble de carga deconformado que el que necesitan los aceros austenticos y, por ello, el posiblerango de secciones en dplex es ms limitado. Adems, debido a la ductilidad ms

baja del material dplex, se deberan emplear unos radios de curvatura mayorespara el doblado. En la Seccin 10.3.2 puede encontrarse informacin adicional.

Acabado superficialEn determinadas aplicaciones el acabado superficial y la apariencia sonimportantes. Los fabricantes ofrecen una amplia gama de acabados estndar, desdeel acabado de fbrica, hasta acabados mates y pulidos brillantes. Tambin puedenofrecerse acabados con texturas propias. Debe sealarse que, aunque los acabadosson estndares, la variabilidad existente en el proceso de acabado introducediferencias en la apariencia entre los fabricantes. Los acabados brillantes seemplean con frecuencia en aplicaciones arquitectnicas y debe mencionarse queeste tipo de acabado pone ms de manifiesto cualquier deformacin no plana delmaterial, especialmente en superficies de paneles. Los laminados rigidizados,estampados, con textura, modelados y contorneados con un elemento rgido pueden

mitigar esta tendencia.

Tornillos

Los tornillos ms ampliamente disponibles son las de la clase 70 de acuerdo conEN ISO 3506. Existen ciertas restricciones al tamao y longitud de los tornillos delas clases 70 y 80, ver Tabla 3.3. Es posible encargar productos especiales, y elloconduce en ocasiones, a una solucin econmica.

Los tornillos pueden producirse mediante diversas tcnicas, por ejemplomecanizado, conformado en fro y forjado. Las roscas de tornillo mecanizadas nodeben utilizarse en ambientes muy agresivos (p.e. marinos) debido a los problemas

potenciales de corrosin en hendiduras. Las roscas laminadas son preferibles a lasmecanizadas, ya que generalmente son ms resistentes y proporcionan una mayorresistencia al gripado.

3.7 Durabilidad3.7.1 IntroduccinLos aceros inoxidables son, en general, muy resistentes a la corrosin y secomportan satisfactoriamente en la mayora de ambientes. El lmite de laresistencia a la corrosin de un determinado acero inoxidable depende de suselementos constituyentes, lo cual significa que cada grado de acero tiene una

respuesta ligeramente diferente cuando se expone a ambientes corrosivos. As pues, es necesario seleccionar cuidadosamente el grado de acero inoxidable msapropiado para una determinada aplicacin. Generalmente, cuanto mayor sea elnivel de resistencia a la corrosin exigido, mayor es el coste del material. Por


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ejemplo, el acero de grado 1.4401 es ms caro que el de grado 1.4301, debido a laadicin de molibdeno.

El material en la condicin de trabajado en fro tiene una resistencia a la corrosinsimilar a la del material recocido.

Las razones ms habituales por las que un metal no cumple las expectativasprevistas en lo que a resistencia a la corrosin se refiere son:

(a) una incorrecta valoracin del ambiente en el que se ubica o unas condicionesde exposicin no previstas, por ejemplo contaminacin no prevista por ionescloruro.

(b) la forma en que se ha trabajado o tratado el acero inoxidable puede introducirun estado no previsto en la valoracin inicial.

Aunque el acero inoxidable puede estar sujeto a decoloracin y manchas (amenudo debido a la contaminacin por acero al carbono), presenta excelentescaractersticas de durabilidad en edificios. En ambientes agresivos industriales y

marinos, los ensayos no han mostrado ninguna reduccin en la capacidad de sudurabilidad, incluso cuando aparece alguna pequea prdida de peso. Sin embargo,la aparicin de manchas antiestticas de xido en superficies externas puede serconsiderada como un fallo por parte del usuario. Del mismo modo, una cuidadosaseleccin del material, buenos detalles constructivos y una correcta ejecucin

pueden reducir de manera significativa la probabilidad de aparicin de manchas ycorrosin; en la Seccin 10 se presenta una gua prctica a tal fin. La experienciaseala que cualquier problema serio de corrosin aparece con mayor probabilidaddurante los dos o tres primeros aos de servicio.

En ciertos ambientes agresivos, algunos grados de acero inoxidable sonsusceptibles a ataques de carcter localizado. A continuacin se describen seis

posibles mecanismos de corrosin, aunque los tres ltimos no suelen encontrarseen edificacin convencional.

Debe enfatizarse que es necesaria la presencia de humedad (incluida la debida acondensacin) para que ocurra la corrosin.

3.7.2 Tipos de corrosin y comportamiento de los grados deaceros

Corrosin por picaduras

Como el nombre indica, la corrosin por picaduras toma la forma de pequeoshoyos localizados. Ello ocurre como resultado de la rotura local de la capa

pasivante, normalmente por iones cloruro, aunque otros haluros y otros aniones pueden tener un efecto similar. Durante el desarrollo de una picadura, los productos corrosivos pueden crear una solucin muy corrosiva, que a menudoconduce a procesos de corrosin de alta velocidad. Sin embargo, en la mayora deaplicaciones estructurales, las picaduras suelen ser slo superficiales y la reduccinde seccin es despreciable. Por otra parte, los productos corrosivos puedenensuciar los principales rasgos arquitectnicos de una obra. En estructuras decanalizacin, tuberas y contenedores debe adoptarse una tolerancia menor encuanto a la corrosin por picaduras.

Dado que el in cloruro es, con diferencia, el causante ms comn del ataque por picaduras, los ambientes costeros y marinos son bastante agresivos. La probabilidad de que un cierto entorno provoque ataque por picaduras depende,adems del contenido de cloruros, de factores tales como la temperatura, la acidezo la alcalinidad y el contenido de gases oxidantes. La resistencia al ataque por


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picaduras de un acero inoxidable depende de su composicin qumica. El cromo,el molibdeno y el nitrgeno mejoran la resistencia al ataque por picaduras.

Una medida aproximada de la resistencia al ataque por picaduras viene dada por elndice de Picaduras o Equivalente a la resistencia al ataque por picaduras (Pitting

Resistance Equivalent, PRE) definido como:

PRE = % peso Cr + 3,3(% peso Mo) + 30(% peso N) para grados austenticos

PRE = % peso Cr + 3,3(% peso Mo) + 16(% peso N) para grados dplex

La determinacin del PRE de un acero inoxidable permite llevar a cabo un anlisiscomparativo entre los diferentes aceros inoxidables.

El acero de grado 1.4301 tiene el PRE ms bajo de todos los aceros consideradosen este Manual de Diseo y no es, por tanto, el grado ms adecuado paraaplicaciones arquitectnicas en ambientes marinos excepto, quizs, para elementosestructurales internos protegidos de forma efectiva de espuma marina y niebla. Elacero de grado 1.4301 tambin puede presentar niveles inaceptables de picadurasen atmsferas industriales severas y por consiguiente ser preferible seleccionar elacero de grado 1.4401 o acero dplex.

Corrosin en hendiduras

La corrosin en hendiduras ocurre en los mismos ambientes que la corrosin por picaduras. La corrosin se inicia ms fcilmente en una hendidura que en unasuperficie libre ya que la difusin de oxidantes necesaria para mantener la capa

pasivante est restringida. La severidad de la corrosin en hendiduras depende, engran medida, de su geometra: cuanto ms estrecha y profunda sea la hendidurams severas son las condiciones de corrosin. Es un problema probable solamente

en soluciones estancadas en las que puede producirse una concentracin decloruros.

Las hendiduras pueden presentarse en uniones metal-metal, juntas, incrustaciones biolgicas, sedimentos y daos superficiales tales como rayas profundas. Lashendiduras deben ser eliminadas aunque a menudo no es posible hacerlo en sutotalidad.

Al igual que en la corrosin por picaduras, los elementos de aleacin como elcromo, el molibdeno y el nitrgeno aumentan la resistencia a la corrosin enhendiduras y por tanto dicha resistencia aumenta del acero de grado 1.4301 a losaceros de grados 1.4401 a 1.4462.

Corrosin bimetlica (galvnica)

Cuando dos metales diferentes estn en contacto elctrico y a su vez conectadospor medio de un electrolito (p.e. un lquido conductor como el agua de mar o aguadulce impura), fluye una corriente desde el metal andico al catdico o metal msnoble a travs del electrolito. Como resultado, el metal menos noble se corroe.

Este tipo de corrosin es especialmente relevante cuando se plantean uniones deacero inoxidable con acero al carbono o aceros de baja aleacin. Es importanteseleccionar los materiales de soldadura de modo que sean al menos tan noblescomo el material base. En ambientes corrosivos en los que pudiera estar presenteel agua, tales como ambientes industriales pesados, atmsferas marinas, y donde

pudiera existir inmersin en agua salobre o marina, deben evitarse las uniones deaceros inoxidables austenticos mediante tornillos martensticos y ferrticos (verSeccin 3.1.2).


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La corrosin galvnica no debiera ser un problema en aceros inoxidables, aunque aveces su prevencin pueda requerir precauciones que a primera vista resultansorprendentes. Para evitar la corrosin galvnica, en principio, debe impedirse elflujo de corriente:

aislando los metales diferentes, por ejemplo rompiendo la conexin metlica(ver Seccin 6.1.1).

evitando la formacin de puentes electrolticos, por ejemplo rompiendo laconexin electroltica con pinturas u otros recubrimientos. Cuando se

persigue conseguir la proteccin de esta manera, y no es posible recubrirambos metales, es preferible recubrir el ms noble (p.e. el acero inoxidable enel caso de unin acero inoxidable/acero al carbono)

El riesgo de un ataque profundo de corrosin es mayor si el rea del metal msnoble (p. e. el acero inoxidable) es mayor que el rea del metal menos noble (p.e. elacero al carbono). Debe prestarse una especial atencin al empleo de pinturas uotros recubrimientos sobre acero al carbono. Si existen pequeos poros o agujeros

en el recubrimiento, la pequea rea de acero al carbono desnuda proporcionarrelaciones de rea ctodo/nodo muy grandes, dando lugar a un severo ataque porpicaduras del acero al carbono. Por supuesto, el ataque ser probablemente muchoms intenso en condiciones de inmersin. Por esta razn es preferible pintar elacero inoxidable.

Relaciones desfavorables de rea tienen lugar probablemente con tornillos y enuniones. El empleo de tornillos de acero al carbono en elementos de aceroinoxidable debe evitarse ya que la relacin de rea del acero inoxidable en relacincon el acero al carbono es grande y los tornillos estarn sujetos a un ataqueagresivo. Por el contrario, la velocidad de ataque de un elemento de acero alcarbono por un tornillo de acero inoxidable es mucho ms lenta. Es generalmente

til apoyarse en experiencias previas en emplazamientos similares ya que metalesdiferentes pueden a menudo trabajar unidos sin peligro bajo condiciones decondensacin o humedad ocasional sin efectos adversos, especialmente cuando laconductividad del electrolito es baja.

La prediccin de estos efectos es difcil ya que la velocidad de corrosin sedetermina a partir de una serie de variables de cierta complejidad. El empleo detablas de potencial elctrico ignora la presencia de pelculas superficiales de xidoy los efectos de relaciones de rea y de diferentes soluciones (electrolitos)qumicas. Por esta razn, un empleo desinformado de estas tablas puede conducira resultados errneos. Dichas tablas deberan utilizarse de manera cuidadosa ysolamente para valoraciones iniciales.

Los aceros inoxidables generalmente forman el ctodo en un enlace bimetlico y por ello no sufren corrosin. El contacto entre aceros inoxidables austenticos yzinc o aluminio puede dar lugar a una corrosin adicional de los ltimos dosmetales. Es poco probable que el efecto de dicha corrosin sea significativo desdeun punto de vista estructural; no obstante, el polvo blanco/gris resultante esabsolutamente antiesttico. El acoplamiento con cobre debe ser en general evitadoexcepto bajo condiciones adecuadas no severas.

El comportamiento general de los metales en contacto bimetlico en ambientesrurales, urbanos, industriales y costeros est completamente documentado en BSPD 6484 Commentary on corrosion at bimetallic contacts and its alleviation.


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Fisuracin por corrosin bajo tensin

El desarrollo de la corrosin bajo tensin (Stress Corrosion Cracking, SCC)requiere la existencia simultnea de tensiones de traccin y de factores ambientalesespecficos que difcilmente se encuentran en condiciones ambientales normales deedificacin. Las tensiones no necesitan ser altas en relacin con la tensin de

prueba del material y pueden estar generadas por cargas y durante los procesos defabricacin tales como soldadura o el doblado.

Los aceros inoxidables dplex muestran generalmente una mayor resistencia a lacorrosin bajo tensin que los aceros austenticos considerados en este Manual deDiseo. Se han desarrollado aceros inoxidables austenticos con aleacionessuperiores, como por ejemplo los grados 1.4539, 1.4529, 1.4547 y 1.4565 (nocubiertos en este Manual de Diseo) para aplicaciones en las que existe riesgo decorrosin bajo tensin.

Debe prestarse atencin al empleo de elementos estructurales de acero inoxidablecon tensiones residuales elevadas (p.e. ocasionadas por el trabajado en fro) en

ambientes ricos en cloruros (p.e. piscinas interiores, estructuras en ambientemarino, estructuras offshore). EN 1993-1-4 aconseja que para elementos concapacidad resistente ubicados en atmsferas que contengan cloruros que no puedanlimpiarse regularmente (p.e. cielos rasos en piscinas), solamente debe usarse losgrados 1.4529, 1.4547 y 1.4565, a menos que la concentracin de iones de cloruroen el agua de la piscina sea (inusualmente) 250 mg/l, en tal caso tambin esapropiado el grado 1.4539. Tambin pueden usarse otros grados que hayandemostrado tener una resistencia a corrosin bajo tensin en estas atmsferas.

Corrosin generalizada (uniforme)

Bajo condiciones normales existentes en aplicaciones estructurales, el aceroinoxidable no sufre una prdida general de seccin resistente, caracterstica de laoxidacin en hierros y aceros no aleados.

El acero inoxidable es resistente a muchas sustancias qumicas; incluso algunasveces se utiliza como material para contener tales sustancias. En cualquier caso,cuando el acero inoxidable est en contacto con sustancias qumicas, debersolicitarse informacin adicional a los fabricantes o un informe al respecto,realizado por un tcnico competente.

Corrosin intergranular (sensibilizacin) y degradacin por soldadura

Cuando los aceros inoxidables se someten a prolongados perodos de calentamientoa temperaturas entre 450C y 850C, el carbono presente en el acero se difunde

hacia los contornos del grano, precipitando carburo de cromo. Ello hace que elcromo desparezca de la solucin slida y deje un bajo contenido en cromoadyacente al contorno del grano. En estas condiciones se dice que el acero se

sensibiliza. Los contornos del grano son propensos a un ataque preferencial en unaexposicin posterior a un ambiente corrosivo. Este fenmeno se conoce comodegradacin por soldadura cuando ello ocurre en la zona afectada por el calor deuna soldadura.

Existen tres vas para evitar la corrosin intergranular:

utilizar aceros con un bajo contenido en carbono,

utilizar aceros estabilizados con titanio o niobio, porque estos elementos secombinan preferentemente con el carbono para formar partculas

manual de diseño de acero inoxidable estructural - ue 806

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