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CONSTRUCCION II TEMA: “Acero para Construcción” DOCENTE: Ing. Jorge Julián Castro. ALUMNA: - Cotrina Sánchez Milagritos del Socorro. CICLO: VI 27 / 09 / 16

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL INDICE I.

INTRODUCCION…………………………………………………………pág.3

II. OBJETIVOS………………………………………………………………pág.4 a. Objetivo General……………………………………………………...pág.4 b. Objetivos Específicos………………………………………………...pág.4 III. ANTECEDENTES………………………………………………………...pág.4 IV. MARCO TEORICO……………………………………………………….pág.5 El Acero…………………………………………………….………………pág.5 1. Propiedades del acero………………………………………..………pág.9 2. Clasificación del acero………………………………………………pág.11 3. Tipos de acero………………………………………………….…….pág.14 4. Ventajas del acero………………………………………….………..pág.15 5. Desventajas del acero……………………………………………….pág.16 6. Medidas del acero……………………………………………………pág. 17 V. CONCLUSION……………………………………………………………pág.17 VI. RECOMENDACIÓN…………………………………………………..…pág.17 VII. BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………..pág.18 VIII. ANEXOS…………………………………………………………………pág.19

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL I.

INTRODUCCION: En la Ingeniería Civil, y a propósito de los materiales de construcción, se ha dado a lo largo de las últimas décadas un importante desarrollo de la tecnología del acero, el cual es un material muy importante porque permite o ha permitido continuar con nuestra evolución, ya que antiguamente solo estábamos limitados a realizar construcciones pequeñas (comparadas con las actuales) y sobre todo no muy elevadas por que los materiales existentes no eran muy resistentes y no podían soportar grandes cargas. También por su capacidad de fácil manejo y condicionamiento según la aplicación que se le quiera dar, otra facilidad que nos da el acero en sus diferentes aplicaciones, no solo a la ingeniería civil, sino también a la construcción de máquinas industriales, vehículos de transporte

(autos,

trenes, aviones,…) Pero como este es un informe de ingeniería civil, las cosas impresionantes del acero en las construcciones son que permite la construcción

de

comerciales,

y

rascacielos, en

general

puentes todas

de las

grandes casas

y

luces,

centros

construcciones

modernas contienen dicho material, dado estas grandes aplicaciones es que su demanda es muy alta.

Figura n° 01: Muestra acero estructural en una estructura

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL II. OBJETIVOS: a. Objetivo General:  Conocer los tipos de acero, ventajas y desventajas dentro del campo de la construcción. b. Objetivos Específicos:

 Conocer las propiedades del acero.  Conocer y mostrar la clasificación del acero y cuál es el que se emplea más en el área de la construcción civil.

 Conocer las medidas de los aceros. III. ANTECEDENTES: No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir

un

metal

susceptible

de

ser

utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C.

la

técnica,

de

cierta

complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico. Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

IV. MARCO TEORICO: El acero El acero es una aleación de diversos elementos entre ellos: Hierro, carbono, manganeso, silicio, cromo, níquel y vanadio. El carbono es el más importante y el que determina sus propiedades mecánicas. A mayor contenido de carbono, la dureza, la resistencia a la tracción y el límite elástico aumentan. La proporción de Carbono en los aceros varía de 0.10 a 1.5%. Por el contrario, disminuye la ductibilidad y la tenacidad. El manganeso es adicionado en forma de ferro

–

manganeso.

Aumenta

la

forjabilidad del acero, su templabilidad y resistencia al impacto. Así mismo, disminuye su ductilidad. El silicio se adiciona en proporciones que varían de 0.05% a 0.50%. Se le incluye en la aleación para propósitos de desoxidación pues se combina con el oxígeno disuelto en la mezcla. El cromo incrementa la resistencia a la abrasión y la templabilidad; el níquel, por su parte, mejora la resistencia al impacto y la calidad superficial. Finalmente, el vanadio mejora la temperabilidad. El acero para ser utilizado en concreto armado se fabrica bajo las normas ASTM – A – 615/615M – 00, y A – 706/706M-00. En el Perú es producido a partir de la palanquilla pero en el extranjero también se suele conseguir el reciclaje de rieles de tren y ejes usados. Estos últimos son menos maleables, más duros y quebradizos. El refuerzo del concreto se presenta en tres formas: Varillas corrugadas, alambres y mallas electro soldadas.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL  Varillas corrugadas y alambres: Las varillas corrugadas son de sección

circular

y,

como

su

nombre

lo

indica,

presentan

corrugaciones en su superficie para favorecer la adherencia con el concreto. Estas corrugaciones deben satisfacer requisitos mínimos para ser tomadas en cuenta en el diseño. Existen tres calidades distintas de acero corrugado: grado 40, grado 60 y grado 75 aunque en nuestro medio sólo se usa el segundo. Las características de estos tres tipos de acero se muestran en la tabla. Fy (Kg/cm2)

Fs (Kg/cm2)

Grado 40

2800

4900

Grado 60

4200

6300

Grado 75

5300

7000

Tabla n°01: Características resistentes de los aceros grado 40, 60 y 75 Dónde:

Fy: Esfuerzo de fluencia del acero Fs: Resistencia mínima a la tracción a la rotura

Las varillas se denominan por números y sus características geométricas se presentan en la tabla.

Tabla n°02: Varillas Corrugadas y sus características Dónde: db: diámetro nominal de varilla P: Perímetro de la varilla

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL A: Área de la sección transversal de la varilla w: Peso lineal de la varilla e: Máximo espaciamiento entre corrugaciones de la varilla h: Altura mínima de las corrugaciones de la varilla c: Cuerda de las corrugaciones de la varilla NEMP: No existe en el mercado peruano. Las varillas de la #3 a la #8 corresponden a un diámetro igual a su denominación en octavos de pulgada. Antiguamente las barras se hacían cuadradas y circulares. Las barras #9, #10, #11, #14 y #18 tienen una sección transversal cuya área es igual a la de barras con sección cuadrada y lado de 1’’, 1 1/8’’, 1 ¼’’, 1 ½’’ y 2’’. Sus diámetros se calcularon en función a esta característica. Las norma ASTM – A – 615/615M – 00 especifica aceros grado 40 y 60 en todas las denominaciones y acero grado 75 en varillas #11, #14 y #18. La norma ASTM – A – 706/706M – 00 especifica aceros de baja aleación soldables, grado 60. La norma ASTM – A – 996/996M – 00 permite el uso de acero provenientes de rieles y ejes. En el Perú, las varillas #2 se comercializan en rollos y no presentan corrugaciones, las varillas entre la #3 y #11 se expiden en largos de 30’ o 9m, pudiendo conseguir en 6m o 12m bajo pedido. El alambre de refuerzo puede ser liso o corrugado y es fabricado bajo las normas ASTM – A – 82-97a y A – 496 – 97a, respectivamente. Se usa, principalmente, como refuerzo transversal en columnas. El código del ACI establece que para aceros con esfuerzo de fluencia mayor que 4200 kg/cm2, se considerará como esfuerzo de fluencia, el esfuerzo correspondiente a una deformación de 0.35%. Este esfuerzo no deberá ser superior a los 5600 kg/cm2 (ACI – 3.5.3.2, 9.4). Actualmente, se están desarrollando nuevos tipos de corrugaciones que aumentan la adherencia entre acero y concreto.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL  Mallas electro soldadas: Las mallas electro soldadas se usan en elementos como losas, pavimentos, estructuras laminares y muros en los cuales se tiene un patrón regular de distribución del refuerzo. Están constituidas por alambres lisos o corrugados dispuestos en mallas cuadradas o rectangulares y soldados en los puntos de unión del refuerzo. Sus características están especificadas en las normas, ASTM – A – 496 – 97a y ASTM – 497 – 99 para alambre

liso

y

corrugado,

respectivamente. En el primer caso, se requiere un esfuerzo de fluencia mínimo de 4550 kg/cm2 y un esfuerzo ultimo de 5250 kg/cm2 y en el segundo, 4900 y 5600 kg/cm2, respectivamente. La norma específica que el esfuerzo de fluencia se mide a una deformación de 0.5%. sin embargo, el código del ACI señala que siempre que éste exceda 4200 kg/cm2, se considerará, para

efectos

de

diseño,

que

es

igual

al

esfuerzo

correspondiente a una deformación de 0.35% (ACI – 3.5.3.5, ACI – 3.5.3-6). Esta salvedad se debe a que los aceros con esfuerzo de fluencia mayor que 4200 kg/cm2 dan resultados poco conservadores cuando se asume un comportamiento elastoplástico del material, tal como lo asume el código. Por otro lado, el código del ACI, en los mismos artículos, señala que en mallas de alambres lisos, el espaciamiento entre hilos, no será mayor a 30CM salvo que se utilicen como estribos y en mallas de alambre corrugado, esta separación no será superior a 40cm (ACI – 3.5.3.3, 3.5.3.6) El acero de las mallas suele tener menor ductilidad que el convencional pues el procedimiento de fabricación elimina el escalón de fluencia. La deformación de rotura oscila entre 1 y 3% la cual está muy por debajo de la correspondiente a los aceros normales.

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 1. Propiedades mecánicas del acero: 1.1. Relación esfuerzo – deformación del acero: En la figura se puede apreciar una porción de la curva esfuerzo – deformación para aceros de diversos grados. Como se observa, en la fase elástica,

los

aceros

de

distintas

calidades

tienen

un

comportamiento idéntico y las curvas se confunden. El módulo de elasticidad es definido como la tangente del ángulo α. Por lo tanto, este parámetro es independiente del grado del acero y se considera igual a: Es = 2’039,000 kg/cm2

Gráfica n° 01: Curva esfuerzo – deformación y módulo de elasticidad del acero A diferencia del comportamiento inicial, la amplitud del escalón de fluencia varía con la calidad del acero. El acero grado 40 presenta una fluencia más pronunciada que los aceros grado 60 y 75.

Grafica n° 02: Idealización de la curva esfuerzo – deformación del acero asumido por el código del ACI

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL El código del ACI asume, para el diseño, que el acero tiene un comportamiento elastoplástico (ACI – 10.2.34) para pequeñas deformaciones. El acero es un material que a diferencia del concreto tiene un comportamiento muy similar a tracción y a compresión. Por ello, se asume que la curva estudiada es válida para tracción y compresión. a. Coeficiente de dilatación térmica: Su valor es muy similar al del concreto: 11x10-6/ºC. Esto es una gran ventaja pues no se presentan tensiones internas entre refuerzo y concreto por los cambios de temperatura del medio. Ambos tienden a dilatarse y contraerse de modo similar. b. Maleabilidad: Esta propiedad se garantiza a través de una prueba que consiste en doblar en frío una varilla de acero alrededor de un pin sin que ésta se astille en su parte exterior. El doblez debe ser de 180º para las carillas de todas las denominaciones excepto para las #14 y #18 cuyo doblez es de 90º para A – 615, A – 616, A – 617 y 180º para A – 706. El diámetro del pin varía de acuerdo a la varilla ser ensayada y se indica en la tabla.

Tabla n° 03: Diámetros del pin para la prueba de maleabilidad del acero Dónde: db: Diámetro de la varilla ensayada

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL 2. Clasificación del acero: Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, aceros inoxidables y aceros de herramientas. a. Aceros al Carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo. b. Aceros Aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte. c. Aceros de Baja Aleación Ultra Resistentes: Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. d. Aceros Inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen

esa

resistencia

durante

largos

periodos

a

temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. Los aceros inoxidables son más resistentes a la corrosión y a las manchas de los que son los aceros al carbono y de baja aleación. Este tipo de resistencia superior a la corrosión se produce por el agregado del elemento cromo a las aleaciones de hierro y carbono. La mínima cantidad de cromo necesaria para conferir esta resistencia superior a la corrosión depende de los agentes de corrosión.  Las principales ventajas del acero inoxidable son: • Alta resistencia a la corrosión. • Alta resistencia mecánica. • Apariencia y propiedades higiénicas. • Resistencia a altas y bajas temperaturas. • Buenas propiedades de soldabilidad, mecanizado, corte, doblado y plegado. • Bajo costo de mantenimiento. Construcción II

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UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL • Reciclable. Como consecuencia de diferentes elementos agregados como níquel, cromo, molibdeno, titanio, niobio y otros, producen distintos tipos de acero inoxidable, cada uno con diferentes propiedades. 

Aceros Inoxidables Ferríticos: También se consideran simplemente al Cromo, su contenido varia de 12 a 18%, pero el contenido de Carbono es bajo