UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO

FAUM

MATERIALES BÁSICOS

ACEROS DE REFUERZO, ESTRUCTURALES, PERFILES Y TUBULARES (Compilación de datos e información sobre aceros)

M.T.C. HUGO CÉSAR TARELO BARBA

PROFESOR FACULTAD DE ARQUITECTURA

Aceros

El acero es un metal que se deriva de la aleación entre el hierro y el carbono. Se caracteriza por su

resistencia y porque puede ser trabajado en caliente, es decir solamente en estado líquido. Una vez

que se endurece, su manejo es casi imposible. Los dos elementos que componen el acero (hierro y

carbono) se encuentran en la naturaleza, por lo que resulta positivo al momento de producirlo a

gran escala.

El Acero es un metal compuesto mediante aleaciones fundamentalmente de Hierro y Carbono.

Aleaciones del Acero

El Acero ofrece diferentes resultados en función de la presencia o ausencia de otros metales: la

adición de manganeso le confiere una mayor resistencia frente al impacto, el tungsteno, le permite

soportar temperaturas más altas.

Elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos

determinados.

Los efectos de la aleación son:

Mayor resistencia y dureza

Mayor resistencia al impacto

Mayor resistencia al desgaste

Mayor resistencia a la corrosión

Mayor resistencia a altas temperaturas

Penetración de Temple (Aumento de la profundidad a la cual el Acero puede ser endurecido)

Los aceros de acuerdo a la aleación pueden obtener cualidades diferentes que pueden ayudar en

determinado trabajo en la construcción, ya sea por querer usarlos de forma estructural, de refuerzo

o simplemente en forma de acabado.

A continuación mencionaremos algunas de las aleaciones que tiene el acero, así como las

características que adquiere.

En aleación con Aluminio: Actúa como desoxidante para el Acero Fundido y produce un Acero de

Grano Fino.

Azufre: Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin embargo, alguna veces se

agrega intencionalmente en grandes cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad

(habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de aleación y al carbono.

Boro: Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero puede ser endurecido).

Cromo: Aumenta la profundidad del endurecimiento

Cobre: Mejora la resistencia a la corrosión.

Manganeso: Elemento básico en todos los aceros comerciales. Actúa como un desoxidante y

también neutraliza los efectos nocivos del azufre, facilitando la laminación, moldeo y otras

operaciones de trabajo en caliente. Aumenta también la penetración de temple y contribuye a su

resistencia y dureza.

Molibdeno: Mejora las propiedades del tratamiento térmico. Aumenta también la dureza y

resistencia a altas temperaturas.

Níquel: Mejora las propiedades del tratamiento térmico reduciendo la temperatura de

endurecimiento y distorsión al ser templado. Al emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta

la dureza y la resistencia al desgaste.

Silicio: Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación.

Titanio: Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento granular. Aumenta también

la resistencia a altas temperaturas.

Tungsteno: Se emplea en muchos aceros de aleación para herramientas, impartiéndoles una gran

resistencia al desgaste y dureza a altas temperaturas.

Vanadio: Imparte dureza y ayuda en la formación de granos de tamaño fino. Aumenta la resistencia

al impacto (resistencia a las fracturas por impacto) y a la fatiga.

Tipos de Acero

Acero Corten

Acero Corrugado

Acero Galvanizado

Acero Inoxidable

Acero Laminado

Acero al Carbono

Acero de Aleación

Acero Dulce

Acero Efervescente

Acero Estirado en Frío

Acero Estructural

Acero Intemperizado

Acero Suave

Acero Negro

ACERO DE REFUERZO. Uno de los aceros más utilizados son los aceros de refuerzo que

generalmente se utilizan en conjunto con el concreto.

El acero de refuerzo es un elemento primordial en la construcción de estructuras de concreto

reforzado. Como su nombre lo indica, el concreto de refuerzo es aquel donde interviene además de

los agregados pétreos y cemento, el acero.

El acero de refuerzo del concreto se compra, usualmente, según las especificaciones ASTM. Las

especificaciones de compra cubren el método de fabricación, ciertos requisitos químicos, pruebas

en tensión y doblez, acabado superficial, recubrimiento para protección contra corrosión, marca o

identificación y variaciones permisibles en peso. El acero de refuerzo con revestimiento epóxico se

debe producir e instalar de acuerdo a la norma ASTM A 775. Ocasionalmente el acero de alta

resistencia de grado 42 y 49 se agrieta o rompe en clima frío, por lo que se debe de rechazar cuando

ello ocurra (Dixon y Jaycox, 1994).

El acero empleado en el concreto reforzado consiste en varillas redondas, en su mayoría del tipo

corrugado, con rebordes o salientes en sus superficies. Las deformaciones en la superficie ayudan a

producir una mayor adherencia entre el concreto y el acero. Los grados más comunes de acero de

refuerzo son el 60 y el 40, con esfuerzos de fluencia de 60 000 lb/pulg2 (414 MPa) y 40 000 lb/pulg2

(276 MPa), respectivamente. En la siguiente tabla se muestran las propiedades de varillas

corrugadas más comunes (Parker y Ambrose, 1996).

En vigas de concreto reforzado, el concreto resiste la fuerza de compresión, las barras longitudinales

de acero de refuerzo colocadas cerca de la cara en tensión resisten las fuerzas en tensión, y las

barras adicionales de acero especialmente dispuestas resisten los esfuerzos inclinados de tensión

adicionales causados por la fuerza cortante en las vigas (Nilson y Winter, 1997).

El objetivo esencial del acero de refuerzo es evitar el agrietamiento del concreto producido por

esfuerzos de tensión (Parker y Ambrose, 1996). Barras de refuerzo

El tipo más común de acero de refuerzo (diferente del acero de preesfuerzo) viene en forma de

barras circulares llamadas por lo general varillas, disponibles en un amplio intervalo de diámetros

para aplicaciones ordinarias y en dos tamaños de barras pesadas.

Los tamaños de las barras se denominan mediante números. Los más utilizados son los Nos. 3 a 11

y los Nos. 14 y 18 representan las dos barras de tamaño especial mencionadas. La denominación

mediante números se han organizado de manera que la unidad de denominación corresponde muy

cercano al número de octavos de pulgada del tamaño del diámetro (Nilson y Winter, 1997).

Se presentan todos los aceros de refuerzos disponibles en la actualidad, su grado o denominación,

la especificación ASTM que define sus propiedades en detalle (incluyen deformaciones) y sus dos

valores mínimos principales de resistencia especificada. Las barras grados 40 y 50 que aparecen en

la tabla 2.3, no siempre pueden estar disponibles en diámetros grandes (Nilson y Winter, 1997).

Mallas electro soldadas de alambrón

Además de las barras sencillas de refuerzo, por lo general, se utilizan las mallas electrosoldadas de

alambrón para reforzar losas y otras superficies como cascarones, y para reforzar a cortante el alma

de vigas delgadas, en particular con vigas preesforzadas. El refuerzo con alambrones soldados

consta de un conjunto de alambrones de acero extruidos en frío, colocados longitudinal y

transversalmente de sus respectivos ángulos rectos, y soldados entre sí en todos los puntos de

intersección. El tamaño y espaciamiento de los alambrones puede ser el mismo en las dos

direcciones o ser diferente dependiendo de los requisitos del diseño.

La nomenclatura convencional utilizada para describir el tipo y el tamaño de las mallas

electrosoldadas de alambrón se encuentra en un periodo de transición. Antes, las mallas se

relacionaban usando el espaciamiento de los alambrones longitudinales y transversales y el calibre

del alambrón; por ejemplo, 6x6-4x4, que significa espaciamientos de 6 pulgadas en cada dirección

usando alambrones de 4 también para cada dirección. La nueva nomenclatura indica el

espaciamiento de los alambrones de la misma manera, pero el calibre ahora se remplaza por una

identificación W o D (para indicar si es liso o corrugado) y el área de la sección transversal del

alambrón. Por ejemplo, 4x4-W5xW5, indica un espaciamiento de los alambrones de 4 pulgadas en

cada dirección con alambrones lisos con área de sección transversal de 0.050 en cada dirección.

Uno de los materiales que mayor importancia tienen dentro de una estructura y, de manera

generalizada, dentro de todas las construcciones de obra civil es el acero cuyas propiedades son

determinantes en el funcionamiento de aquellos para ofrecer un servicio de total garantía

cumpliendo con una seguridad estructural óptima. Es imprescindible conocer cuáles son las dos

categorías en la cual puede clasificarse el acero en función de su utilidad dentro de una estructura,

dicha clasificación es: acero estructural y acero de refuerzo; éste último es el que nos interesó

conocer más detalladamente en el presente documento.

ACERO ESTRUCTURAL

El acero estructural es una aleación de hierro, carbono y otros elementos como silicio, fosforo,

azufre y oxígeno, en pequeñas cantidades que le aportan al acero ciertas propiedades.

El acero estructural se fabrica a través de un proceso de laminado en caliente, se emplea en todo

tipo de estructuras y posee un límite de fluencia de 250 Mega Pascales.

Las propiedades de este tipo de acero son:

Alta resistencia

Homogeneidad en la calidad y fiabilidad del acero

Permite ser soldado

Posee alta ductilidad

Incombustible

Resistente a la corrosión en condiciones normales

El principal inconveniente de este material es que a altas temperaturas todas sus propiedades

mecánicas se ven gravemente deterioradas.

Este acero es relativamente elástico para ser metal, desde el punto de vista teórico responde igual

a la compresión y a la tensión, sin embargo al ser sometido a grandes esfuerzos, puede comenzar

presentar un comportamiento propio de materiales plásticos.

Según la forma es posible distinguir los siguientes tipos de aceros estructurales:

Perfiles estructurales: pueden ser en forma de I, H, T, en canal o en ángulo.

Barras: pueden ser de sección circular, hexagonal, o cuadrada.

Planchas: suelen ser chapas de acero cuadradas de 2 metros de longitud y espesor en torno a los 5

milímetros.

Ventajas y desventajas

Las ventajas de este material son:

Posee gran firmeza: la firmeza del acero por cada unidad de peso significa que el peso de

las estructura se encontrará al mínimo necesario, esto es un factor de vital importancia en

puentes con amplios claros ya que se consigue una gran eficacia estructural.

Inalterable: las propiedades del acero prácticamente no cambian con el tiempo.

Durabilidad.- Con un mantenimiento adecuado las estructuras de acero pueden durar por

tiempo indefinido.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad de soportar grandes deformaciones sin fallar al

estar sometido a altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil del acero estructural hace

que puedan fluir localmente, evitando así fallos tempranos.

Tenacidad.- La tenacidad del acero es elevada, por tanto, poseen buena resistencia y

ductilidad. La tenacidad es aquella propiedad de un material para absorber grandes

cantidades de energía.

Como desventajas se encuentran:

Coste de mantenimiento: la mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión si

están expuestos continuamente al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse

periódicamente.

Costo de la protección contra el fuego: aunque algunos miembros estructurales son

incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

Pese a estas desventajas que presenta el acero, es el material preferido a la hora de realizar

cualquier tipo de estructura, desde un edificio de viviendas hasta un puente.

PERFILES TUBULARES

El perfil tubular es una pieza hueca de metal que se caracteriza por tener un contorno redondo,

cuadrado o rectangular y dos extremos abiertos. Suele ser de acero aleado de calidad (no puro),

para presentar un buen comportamiento ante una gran tracción, compresión y cortante, además

de permitir la transmisión de calor y de corriente, y de ser relativamente ligero.

Los perfiles tubulares para construcción forman parte de un conjunto de perfiles que se llaman

estructurales. En este caso los tubos conforman un sistema en el que la estructura de un edificio es

diseñada como un cilindro hueco para resistir cargas laterales (viento, movimientos sísmicos, etc.),

apuntalado perpendicularmente al suelo. Este sistema puede ser construido con acero, hormigón o

combinaciones de los dos, y se usa para oficinas, apartamentos o edificios de uso mixto. La mayoría

de edificios de más de 40 pisos construidos en los años 1960 en Estados Unidos lo fueron con ese

tipo de estructura.

Ventajas del perfil tubular en construcción

A pesar de que los perfiles tubulares pueden sustituirse por perfiles abiertos en estructuras de

construcción que a menudo son más resistentes y más estables, el perfil tubular puede ahorrar en

material, al ser hueco, y permite a los proyectistas un campo más amplio para trabajar la estética

además de la funcionalidad, consiguiendo estructuras resistentes, ligeras y rentables. En general,

los perfiles tubulares admiten elementos más esbeltos que los perfiles abiertos para una misma

carga de compresión centrada y bajo las mismas condiciones.

He aquí una lista con el resumen de ventajas de los perfiles tubulares en construcción respecto a los

perfiles abiertos:

Permiten introducir elementos más largos en las estructuras y menos secciones (menor

número de uniones).

Si se rellenan de concreto, incrementan los metros cuadrados útiles por planta.

Permiten eliminar riostras y por lo tanto crear cerchas y celosías más transparentes.

Permiten eliminar rigidizadores y cartelas.

Permiten una gran capacidad expresiva, ya que existen secciones circulares, cuadradas,

rectangulares y elípticas, y cada tamaño de perfil tubular puede tener varios espesores de

pared.

Son más fáciles de mantener.

Permiten aligerar peso.

Las soluciones estructurales que hacen posibles son más rentables.

Permiten plazos de construcción más reducidos.

Estructuras con tubo

Propiedades del perfil tubular de acero

Como hemos visto, al ser secciones huecas, los perfiles tubulares permiten ahorrar material, que es

la parte más importante del coste de los perfiles. Las propiedades químicas y mecánicas del material

de fabricación y geométricas de cada perfil tubular determinan hasta qué punto es posible ahorrar

en material.

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas del acero más relevantes en la fabricación de los perfiles tubulares son:

Límite elástico: indica la tensión máxima que el acero puede soportar sin experimentar

deformaciones permanentes.

Resistencia a la tracción o carga de rotura por tracción: cantidad de estrés que el material es capaz

de soportar cuando el acero es estira aumentando su longitud y disminuyendo la sección

transversal.

Carga por compresión: es la que resulta de las tensiones o presiones que existen dentro del acero,

caracterizada porque tiende a la reducción del volumen del cuerpo de acero, y a un acortamiento

del cuerpo en una dirección determinada (coeficiente de Poisson).

Algunos fabricantes también garantizan otras prestaciones para proyectos concretos, como la

estricción, resiliencia, tenacidad a la fractura, torsión, flexión, dureza, soldabilidad, etc.

Propiedades geométricas

Generalmente se rigen por la norma UNE-EN 10219-2, y son:

Rectitud

Longitud

Masa por unidad de longitud

Diámetro exterior (en tubos de sección circular)

Dimensiones exteriores (tanto en tubos de sección cuadrada como rectangular)

Espesor de pared (grosor)

Ovalidad (en tubos de sección circular)

Concavidad y convexidad (en tubos de sección cuadrada o rectangular)

Rectangularidad (en tubos de sección cuadrada o rectangular)

Redondeo de aristas (en tubos de sección cuadrada o rectangular)

Revirado (en tubos de sección cuadrada o rectangular)

Perfiles tubulares en andamios

Usos del perfil tubular para construcción

Los perfiles tubulares pueden encontrarse en infinidad de estructuras de construcción. Algunas de

las más habituales son:

Edificios

Construcciones industriales

Invernaderos

Puentes

Plantas extractoras marinas

Estadios

REFERENCIAS

https://www.construmatica.com/construpedia/Tipos_de_Acero

https://conceptodefinicion.de/acero/

https://sites.google.com/site/construyetuingenio2013/construccion-de-estructuras-de-concreto-

reforzado/Tipos-de-acero-de-refuerzo

https://www.deacero.com/es/products/varilla-da-6000/

http://algoquedecir.over-blog.es/article-que-acero-estructural-para-que-utiliza-86149198.html

https://www.slideshare.net/officjesusdmv17/perfiles-estructurales-77201222

http://www.fortacero.com/catalogo-de-productos/