FACULTAD:

INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL:

INGENIERÍA CIVIL

CICLO: VIII - GRUPO: A

DOCENTE:

LOPEZ CARRANZA RUBEN

CURSO:

ESTRUCTURAS METALICAS Y DE MADERATEMA:

ACERO

ESTUDIANTES:

PERÚ - 2016

“AÑO DE LA CONSOLIDACIÓN DEL MAR DE GRAU”

UNIVERSIDAD SAN PEDRODE CHIMBOTE

MENDOZA PLASENCIA JESUS

FIGUEROA TOLEDO JONY

INTRODUCCIÓN

Durante la historia el hombre ha tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras.Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones óptimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.El acero, como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.En las décadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez más sofisticados, con propiedades de resistencia a la corrosión, aceros más soldables y otros requisitos. La investigación llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtención de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales.

1.0 .- GENERALIDADES

1.10.- OBJETIVO DEL ESTUDIO:

Conocer las ventajas que tiene el acero como material estructural a comparación de otros materiales estructurales y las especificaciones técnicas de dicho material.

1.20.- OBJETIVOS ESPECIFICOS: Estudiar el comportamiento del acero como material estructural. Conocer la evolución del acero a lo largo de la historia. Obtener datos importantes y entender qué materiales se emplean

para elaborar acero.

2.0.- MARCO TEORICO:

2.1.- ACERO: FERGUSON, PHIL M (1976) Aleación  de hierro  con una cantidad de carbono variable entre el 0,03% y el 1,76% en peso de su composición, dependiendo del grado. Las cargas metálicas con contenido de hierro utilizado en su producción son: HIERRO (Fe) más CARBONO(C). Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la deformación, y para mejorar esta deficiencia; se alea con carbono.

2.2.- CARBONO: FERGUSON, PHIL M (1976) Elemento químico sólido y no metálico que se encuentra en todos los compuestos orgánicos y en algunos inorgánicos. En su estado puro se presenta como diamante o grafito. Su símbolo es C y su número atómico, 6.

2.3.- HIERRO:FERGUSON, PHIL M (1976) El hierro representa el 5 % de peso de la corteza terrestre. Lo encontramos en estado puro muy escasamente en rocas ígneas basálticas, aunque es más abundante hallarlo combinado.

 

3.0.- HISTORIA DEL ACERO

PARKER, HARRY (1972) Nos dice que se desconoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica para obtener hierro a partir de la fusión de minerales. Sin embargo, los primeros restos arqueológicos de utensilios de hierro datan del 3000 a. C. y fueron descubiertos en Egipto, aunque hay vestigios de adornos anteriores. Algunos de los primeros aceros provienen del este de África, cerca de 1400 a. C. Durante la dinastía Han de China se produjo acero al derretir hierro forjado con hierro fundido, en torno al siglo I a. C. El hierro para uso industrial fue descubierto hacia el año 1500 a. C., en Medzamor y el monte Ararat, en Armenia. La tecnología del hierro se mantuvo mucho tiempo en secreto, difundiéndose extensamente hacia el año 1200 a. C. En 1856, el inventor inglés Henry Bessemer patentó un método más barato para fabricar acero en gran escala. Un chorro de aire atravesaba el hierro fundido y quemaba todo el carbono necesario para obtener el acero. Bessemer construyó un recipiente cónico de acero forrado de ladrillos refractarios que se llamó

convertidor y que se podía inclinar para vaciarlo. William Siemens había experimentado en 1878 con la electricidad para calentar los hornos de acero. Pero fue el metalúrgico francés Paul Héroult (coinventor del método moderno para fundir aluminio) quien inició en 1902 la producción comercial del acero en horno eléctrico. Se introduce en el horno chatarra de acero de composición conocida y se hace saltar un arco eléctrico entre la chatarra y grandes electrodos de carbono situados en el techo del horno. El calor desarrollado por el arco funde la chatarra y produce un acero más puro que el que ha estado en contacto con los gases de combustión. Se puede añadir mineral de acero para alterar la composición del acero, y cal o espato flúor para absorber cualquier impureza.

4.0.- VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:

4.1.-Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de grandes claros.

4.2.-Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

4.3.-Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

4.4.-Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

4.5.-Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

- Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.- Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.- Rapidez de montaje.- Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.- Resistencia a la fatiga que el concreto.- Posible reutilización después de desmontar una estructura.

5.0.-FACTOR DE SEGURIDAD DEL ACERO:

PARKER, HARRY (1972) El acero por lo general tiene un alto límite de fluencia, es decir, tiene un alto valor del esfuerzo máximo permisible, por lo que, aunque el factor de seguridad depende de los requerimientos del diseño, y del diseño del producto en sí, sería recomendable un 2, o sea, que el esfuerzo de trabajo sea la mitad del esfuerzo máximo permisible del acero usado. Entre más alto el factor de seguridad, más seguro es el diseño.

6.0.- PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS TECNICAS:

6.1.- PROPIEDADES MECANICA DEL ACERO:Las propiedades del acero son las siguientes:

6.1.1 Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. 6.1.2 Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto).6.1.3 Manejabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. 6.1.4 Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre. El hierro se

produce silicato de calcio, llamado también escoria. El hierro y la escoria se separan por gravedad, ya que la escoria es menos densa y flota sobre el metal.

6.2.- PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ESTRUCTURALES:

MCCORMAC, JACK C. (1975) Con objeto de utilizar y combinar adecuadamente los materiales de construcción los proyectistas deben conocer sus propiedades. Los fabricantes deben garantizar unos requisitos mínimos en sus productos, que se detallan en hojas de especificaciones. Entre las distintas propiedades de los materiales estructurales se encuentran:

Densidad: Relación entre la masa y el volumen. Coeficiente de dilatación: variación de tamaño en función de la

temperatura. Conductividad térmica: facilidad con que un material permite el paso del

calor. Resistencia mecánica: capacidad de los materiales para soportar

esfuerzos. Elasticidad: capacidad para recuperar la forma original al desaparecer el

esfuerzo. Plasticidad: deformación permanente del material ante una carga o

esfuerzo. Rigidez: la resistencia de un material a la deformación.

6.3 ACEROS ESTRUCTURALES:

MCCORMAC, JACK C. (1975) El Acero estructural es uno de los materiales básicos utilizados

en la construcción de estructuras, tales como edificios industriales y comerciales, puentes y muelles. Se produce en una amplia gama de formas y grados, lo que permite una gran flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de fabricar y es el material más fuerte y más versátil disponible para la industria de la construcción.

6.3.1.- Propiedades y cualidades del acero estructural: 

MCCORMAC, JACK C. (1975) Su alta resistencia, homogeneidad en la calidad y fiabilidad de la misma, soldabilidad, ductilidad, pero a altas temperaturas sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas, buena resistencia a la corrosión en condiciones normales.El acero es más o menos un material elástico, responde teóricamente igual a la compresión y a la tensión, sin embargo con bastante fuerza aplicada, puede comenzar a comportarse como un material plástico, pero a diferencia de los materiales plásticos a máximas resistencia, su comportamiento plástico en tales situaciones como un terremoto, la fase plástica es útil, ya que da un plazo para escapar de la estructura.

6.3.2.-Clasificación del acero estructural o de refuerzo:

METAL DECK (1986) El acero estructural, según su forma, se clasifica en:

6.3.2.1.-PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo.6.3.2.2.-BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños.

6.3.2.3.-PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.

Aceros para Hormigón – Acero de refuerzo para armaduras– Barras corrugadas– Alambrón– Alambres trefilados (lisos y corrugados)– Mallas electro soldables de acero – Mallazo– Armaduras básicas en celosía.– Alambres, torzales y cordones para hormigón pretensado.– Armaduras pasivas de acero– Redondo liso para Hormigón Armado– Aceros para estructuras en zonas de alto riesgo sísmico.

6.4 PERFILES DE ACERO:

METAL DECK (1986) Los perfiles de acero son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. El tipo de perfil de las vigas de acero, y las cualidades que estas tengan, son determinantes a la elección para su aplicación y uso en la ingeniería y arquitectura. Entre sus propiedades están su forma o perfil, su peso, particularidades y composición química del material con que fueron hechas, y su longitud.

Entre las secciones más conocidas y más comerciales, que se brinda según el reglamento que lo ampara, se encuentran los siguientes tipos de laminados, se enfatiza que el área transversal del laminado de acero influye mucho en la resistencia que está sujeta por efecto de fuerzas.

Todas las dimensiones de las secciones transversales de los perfiles están normalizadas de acuerdo con Códigos Técnicos de la Edificación.

7.0.- PROCESO DE ACERIA:

En la Planta de Acería contamos con un patio de Metálicos y Hierro Esponja. La línea de producción cuenta con un Horno Eléctrico de Fusión AC de 80 t y un Horno de Afino (Horno Cuchara). El Horno de Fusión tiene un transformador de 100 MVA, además 4 lanzas supersónicas de inyección de oxígeno, instaladas en su estructura metálica. Los paneles y la bóveda son refrigerados con agua. Cuando la mezcla de hierro esponja y la carga metálica ingresa al horno, la puerta principal es cubierta con una masa selladora. Esto evita el ingreso excesivo de aire y permite mantener mejor el calor. En el interior del horno eléctrico, la principal energía usada para fundir la carga es la energía eléctrica a través del arco eléctrico producido por tres electrodos que generan temperaturas por encima de los 3,000°C a 5,000°C. También se produce energía química producto de la oxidación. El hierro esponja y la carga metálica se funden a 1600ºC, obteniéndose así el acero líquido.Luego de 36 minutos de combustión, el acero líquido pasa al horno cuchara en donde otros tres electrodos realizan el afino, es decir, se ajusta la composición química del acero, logrando así la calidad necesaria para el producto. Luego, a través de la buza u orificio ubicado en la base de la cuchara, el acero pasa a la colada continua. Se inicia vertiendo el acero líquido de la cuchara al tundish o distribuidor, que reduce la turbulencia del flujo y lleva el acero líquido por 4 líneas de colada o moldes oscilatorios en donde se le da una refrigeración primaria para solidificarla superficialmente. Luego, mediante spray´s y toberas se realiza la refrigeración secundaria. Esta barra solidificada es cortada obteniéndose así la palanquilla, el producto final de la acería y la materia prima para la laminación. Todo este proceso es muy importante porque de él depende la calidad de la palanquilla y del producto final.

 La capacidad de producción anual es de 790,000 t/a de palanquilla de diferentes secciones, (100x100mm, 130x130mm y 150x150mm), que se destina a la fabricación de barras corrugadas, perfiles, alambrones y aceros especiales.

8.0.-CONCLUSIONES:

El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logró realizar esta aleación en el siglo XIX.

La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro.

El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo, además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero.

Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener.

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga.

Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar.

El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras.

La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo.

Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro.

9.- BIB LIOGRAFÍA:

FERGUSON, Phil M. Teoría Elemental del Concreto Reforzado. México: C.E.C.S.A, 1976. 786p.

GONZÁLEZ CUEVAS. Oscar M. Aspectos Fundamentales del Concreto Reforzado. México: Limusa, 1977. 414p.

I.C.P.C. Normas Técnicas Colombianas sobre Hormigón, Cemento, Acero de Refuerzo, y agregados. Medellín: ICONTEC, 1975. 334p.

McCORMAC, Jack C. Diseño de Estructuras Metálicas. México: RSI, 1975. 789p.

PARKER, Harry. Ingeniería Simplificada para Arquitectos y Constructores. México: Limusa, 1972. 363p.

METAL DECK. Manual técnico. Bogotá: ANDES. 73p 1986.