Eleccion Del Tipo de Acero Para Estructuras

8/10/2019 Eleccion Del Tipo de Acero Para Estructuras

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Oficinas Ciudad de MxicoPresidente Masaryk 111 - 302Chapultepec Morales | Miguel HidalgoDistrito Federal | Mxico 11570Tel. +52 (55) 5262 [email protected]

La lnea de perfilesms completa de Mxico


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Elaboracin:Carlos Chzaro RosaOctavio Alvarez Val

Coordinacin TcniOctavio Alvarez Val

Diseo Grfico:Valeria Giselle Uribe


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NDICE1.- INTRODUCCIN

2.- PROPIEDADES CLAVE DEL ACERO ESTRUCTURAL2.1 Ensayo de las propiedades mecnicas

2.1.1 Propiedades de tensin2.1.2 Propiedades de dureza

2.1.3 Prueba de propiedades qumicas y metalrgica2.2 Propiedades mecnicas de los aceros2.2.2 Propiedades de tensin2.2.3 Dureza2.3 Caractersticas metalrgicas

2.4 Qumica del acero estructural 2.4.1 Tipos de acero 2.4.2 Elementos qumicos2.5 Soldabilidad de los aceros estructurales2.6 Otras caractersticas

2.6.1 Influencia de la geometra de la seccin transversal2.6.2 Efectos de laminado en caliente2.6.3 Efectos del calor localizado2.6.4 Efectos del rolado en fro

3.- GRADOS Y TIPOS DE ACEROS ESTRUCTURALES3.1 Grados de acero para perfiles y placas3.2 Grados de acero para secciones estructurales huecas y tubos.3.3 Otros tipos de acero

4.- CONSIDERACIONES DE DISEO ESTRUCTURAL4.1 Como especificar el acero estructural4.2 Seleccin de seccin4.3 La seleccin de la placa4.4 Diseo de miembros por esfuerzos4.5 Diseo de miembros por rigidez y capacidad de servicio4.6 Diseo de conexiones por esfuerzos4.7 Diseo de conexiones por rigidez

5.- CONSIDERACIONES DE FABRICACIN DEL ACERO5.1 Preparacin de pedidos

5.1.1 Consideraciones generales5.1.2 Preparacin de pedidos

5.2 Perfiles de ala ancha5.3 Placas de acero5.4 Los ngulos y las barras

6.- CONSIDERACIONES RECOMENDADAS EN LA ELECCIN DEL TIPO DE ACERO

7.- PROPIEDADES QUMICAS

8.- GRFICA DE ESFUERZO DEFORMACIN

9.- BIBLIOGRAFA

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Este artculo presenta un anlisis del acero comomaterial estructural, concentrndose en lascaractersticas que son ms importantes para elingeniero estructural. Adems de las propiedadesmecnicas, tales como el esfuerzo de fluencia y la

resistencia a la tensin, es esencial considerar laductilidad y resistencia a la fractura, as como lacomposicin qumica, la metalurgia y soldabilidad.Existe disponibilidad en el mercado, de una granvariedad de grados de acero y es fundamental para laeleccin, que el acero cumpla con los requerimientos delos estados lmite de falla y los estados lmite deservicio. Al mismo tiempo, tambin es importante teneren cuenta la fabricacin y los requisitos para la compradel material y las aplicaciones de campo.

ELECCIN DELTIPO DE ACEROPARA ESTRUCTURAS


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1. INTRODUCCI

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La produccin, fabricacin, construccprcticas de diseo para estructuras de acerotenido cambios importantes en los ltimos quince aos, debido a la evolucin eproduccin de los aceros. Hay muchos tigrados de acero disponibles en el mercado,su uso en la construccin, que cumplen coamplia variedad de necesidades y demandacliente. Adems, existen eventos como sismhuracanes, que presentan nuevos retoscomportamiento y eficiencia de los matealgunos de los cuales han planteado pregusobre el diseo en acero y las prcticaconstruccin. El poder analtico suministraprogramas y equipos de anlisis y destructural ha permitido obtener solucioneantes eran inalcanzables, los software de diestructural toman en cuenta dos y dimensiones para la respuesta estructuralmismo modo, las tcnicas de fabricacipermitido la mejora de las conexiones cadms detalladas y complejas. Por ltiminvestigacin ha dejado ver una comprensin del comportamiento estructulos elementos, sus conexiones y estruccompletas, dando lugar a criterios de disemejor comportamiento para las prediccionesestructura.

Como resultado de estas alternativas, el destructural se ha hecho mucho ms refinadoapega mucho ms a las condiciones realerespuesta. Sin embargo, el tema del aceutilizar no ha sido objeto de investigac Aunque el acero no es istropo y homogmuchos diseadores lo siguen considercomo tal, y las propiedades de los mateutilizados en los cdigos todava se basan epruebas y normalizaciones elementales.propiedades mecnicas estndares, no consideran para que tengan algn efecto comportamiento de la estructura sujeta condiciones de servicio.


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2.1 Ensayo de las propiedades mecnicas

2. PROPIEDADES CLAVE DELACERO ESTRUCTURAL

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El acero se caracteriza por sus propiedades metalrgicas, qumicas y mecnicas. Hay una gran variedad deaceros, pero slo aquellos que pueden clasificarse como aceros estructurales se consideran en este artculo. ParaMxico, la NMX-B-252, equivalente a la ASTM A6 (especificacin estndar para barras, planchas, perfiles ytablestacas laminados de acero estructural), aunque sta ltima es la ms utilizada y da una lista de todos losgrados que pertenecen a esta clasificacin. Adems, los aceros como los utilizados para las secciones huecasestructurales (HSS) y el tubo, tambin se consideran como estructurales, aunque no estn cubiertos por la norma ASTM A6.

Se espera que estos aceros tengan cierta resistencia a la deformacin y las caractersticas de su produccin quelos hacen aptos para su uso en estructuras. Las propiedades se establecen a travs de aleaciones qumicasespecficas, las estructuras metalrgicas y propiedades mecnicas. stas se reflejan en la respuesta del material,ya sea un acero de alta resistencia, un acero resistente a la intemperie, o un acero que tiene un determinado tipode estructura cristalina, por mencionar algunas propiedades que son importantes.

2.1.1 Propiedades de tensinExisten protocolos de pruebas para establecer laspropiedades mecnicas del material: lmite de fluencia,resistencia a la tensin y resistencia ltima. Los detallesde estas pruebas estn en la ASTM, principalmente.

La prueba ms comn para la fluencia, resistencia a latensin y las propiedades de deformacin del acero seconoce como traccin uniaxial. Se supone que laspropiedades de traccin son las mismas que las decompresin. Anteriormente, la muestra para la tensinse tomaba del alma del perfil de ala ancha, orientado enla direccin longitudinal. Esto cambi en 1997, demanera que las muestras ahora se toman de los patinesde los perfiles que tienen un ancho mayor a 6 pulgadas(152 mm).

La razn era que debido al espesor, el material del patnpresenta un esfuerzo menor a la fluencia que el de laprueba tomada del alma. Adems, los patinesproporcionan un gran porcentaje de la carga axial ysobre todo la resistencia de los momentos de flexin deperfiles W. Las propiedades de los patines son por lotanto ms representativas en el acero para fines msestructurales.

Las muestras para la prueba de tensin, obtenidas conorientacin transversal del espesor del patn pueden dardeterminadas propiedades del acero. Estos resultadosdifieren de la fluencia y los valores de resistencia a latraccin obtenida con una muestra longitudinal.Estudios recientes han demostrado que el esfuerzo defluencia es ligeramente inferior al mnimo especificado ysignificativamente menor que la tensin de fluenciauniaxial en la direccin longitudinal del patn. Sinembargo, el patn no falla en la direccin del espesor enlas pruebas fsicas. Esto se atribuye al aumento de laresistencia causada por las restriccionestridimensionales en las conexiones de la estructura.

Puesto que el acero no es homogneo ni istropo, laspropiedades varan de una muestra a otra. Lasmuestras tomadas de diferentes lugares de la seccintransversal, a lo largo del perfil y con variaciones detemperatura, darn como resultado valores diferentes.Esto es normal y esperado. La variabilidad se ha tenidoen cuenta en los criterios de diseo LRFD.

2.1.2 Propiedades de durezaEntre ms dctil es el acero, mayor es su tenacidad. Laprueba ms comnmente utilizada para obtener latenacidad o dureza es la prueba Charpy V o prueba deimpacto CVN. Se utiliza una muestra de 10x10x55 mcon un corte mecanizado a la geometra de la muestra

La energa necesaria para romper la muestra se registracomo el valor de CVN. Esta es una medida de la durezdel acero, aunque no refleja las condiciones realesfsicas. Sin embargo, se permite una comparacin dediferentes aceros, y es una medida de la resistencia a lapropagacin de grietas.La temperatura de la prueba esimportante para la resistencia. Especficamente, ldureza disminuye a temperaturas ms bajas, lo quesignifica que el acero tiende a ser frgil en esacondiciones. Una serie de pruebas se realizan paradesarrollar la curva de la temperatura de transicin dfrgil a dctil. Esto se utiliza para establecer los rangde ductilidad (corte completo) y f ragilidad (muesca) defractura. Los datos de transicin son especialmenteimportantes si el acero se utiliza para las estructuraexpuestas en climas de baja temperatura.

2.1.3 Prueba de propiedadesqumicas y metalrgicaEn la produccin de acero, los anlisis qumicos srealizan para obtener la composicin de la muestraEstas son tomadas con rigurosos intervalos de tiempopara cada colada, con los apropiados ajustes hechoshasta que se obtenga la qumica deseada. Losresultados finales se registran en el Certificado dResultado de Pruebas del molino (CMRT) o Certificade Calidad. Cada elemento qumico tiene efectoespecficos en las propiedades mecnicas y de otraspropiedades del acero, incluyendo la soldabilidad.Lapruebas metalrgicas estn dirigidas a examinar lestructura y forma del grano del acero, y determinan etipo y la ductilidad del material. Cuando la produccinacero se basa en lingotes, las pruebas revelan que devez en cuando la segregacin de carbono y laampliacin de grano se deben al mecanismo deenfriamiento del lingote. Para estos productos, enecesario a veces desarrollar completamente ladesoxidacin del acero, para garantizar la estructura dgrano. Esto no es necesario para los procesos decolada continua del acero, ya que todos estos productosson desoxidados.


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2.2.3 Dureza

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Mquina de enderezado de patines.

Fig. 5 Las fallas frgiles se presentan en el ncleo de perfiles gruesos y pesados

2.3 Caractersticas metalrgicasLa temperatura comn de la prueba CVN es de 40 F (5 C). Las condiciones de servicio reales pueden llegar atemperaturas mucho ms bajas; para requisitos especiales pueden ser necesarias otro tipo de pruebas. Ciertos

aceros y especialmente algunas zonas dentro de la seccin transversal de los perfiles y las placas pueden presentarbaja tenacidad, que son reas fundamentales de perfiles, placas y la regin de filete entre el alma y el patn de losperfiles. La regin de filete se refiere a veces como la zona k.

Las piezas gruesas de acero tienden a ser ms frgiles que las delgadas; algunas de las razones de esto son que losncleos de perfiles gruesos estn sometidos a un menor laminado, poseen mayor contenido de carbono y tienenmayores esfuerzos de tensin por el enfriamiento (esfuerzos residuales) (Figura 5).

El ncleo es una caracterstica de perfiles pesados yplacas producto de lingote o palanquilla, un ejemplotpico es el rea enriquecida de carbono en el bordedel alma de las secciones producidas antes de 1980 yen los bordes de los patines de perfiles jumbo. Debidoa la naturaleza del proceso de colada continua, losperfiles y placas tienen ncleos mucho mspequeos, y los problemas de enriquecimiento decarbono, no son significativos para dichos productos.

La baja dureza de la regin del filete es atribuida alproceso de enderezado que se utiliza en un ampliorango de tamaos de perfiles por los fabricantes deacero, para garantizar el cumplimiento de losrequisitos de la rectitud de la norma ASTM A6 ynormas similares. La rectificacin se realiza medianteel paso del perfil a travs de una serie de rodillos quedeforma la zona plstica. La rectificacin produce unapequea rea en la seccin del material con mayorresistencia y menor dureza.

Los perfiles pesados se enderezan con una aplicacinespecfica de cargas. Este proceso se conoce comomordaza enderezadora. Los cuestionamientosrelacionados con la resistencia y la ductilidad en laregin de filete no se aplican a esos perfiles.

La metalurgia del acero estructural se define, por elhierro y el contenido de carbono, pero tambin losdiversos elementos de aleacin que se utilizanpara lograr determinada resistencia, ductilidad yotras caractersticas. En el pasado, el acero seproduca a partir de arrabio (desarrollado en el altohorno de mineral de hierro, coque y caliza) en elhorno de reverbero y hornos de oxgeno bsico. Severta el acero fundido y se formaba en los moldesde lingotes aproximadamente con un peso de dieztoneladas. Los lingotes se recalientan y seprocesan para formar floraciones o losas. stosson laminados en caliente en forma de placas,palanquilla, tubos, riel, hojas o tiras, o los perfilesestructurales. Debido a las caractersticasprincipales del proceso de produccin,especficamente, el enfriamiento del acero en ellingote, el cristalino o la estructura de grano delmaterial se compone de granos variables de grantamao. Las estructuras de grano con elementosmuy pequeos podran presentar mayorresistencia, dureza y baja deformabilidad. Locontrario sera el caso de material con granos msgrandes. El acero en cualquier forma, perfil o placadebe, por lo tanto, presentar diferenciassignificativas de propiedades mecnicas y de otrotipo, en toda la geometra del producto terminado.

Hoy en da el mtodo principal de produccin deacero, para todos los perfiles y la mayora de losproductos de acero, se basa en la colada continua. Adems, debido a la eficiencia de la produccin,los hornos de arco elctrico son ahora msfrecuentes. Esto ha llevado al acero que seproduce principalmente a partir de chatarra, enlugar de hierro en lingotes. La colada continua dapalanquillas, planchones o tochos, que slo debenser objeto de una cantidad relativamente pequeade pasos del material antes de alcanzar la formafinal. Esto contrasta con el antiguo sistema delaminacin de lingotes o formas de planchonesgrandes, que exiga un gran nmero de pasos deltren de laminacin para alcanzar la formadefinitiva.

La reduccin del nmero de pasos de produccindel proceso de colada continua, explica por qu lasformas actuales tienen caractersticas de losmateriales ms uniformes. Como resultado, elacero de hoy es de mayor calidad, y ms uniformeque antes.

PlacaPerfil W


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2.4.1 Tipos de acero

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2.4 Qumica del acero estructural

Eleccin del tipo de acero para estructuras

Los principales tipos de acero estructural se clasifican segn sucomposicin qumica y caractersticas de procesamiento:

1. Aceros al carbono o aceros al carbono-manganeso.2. Alta resistencia, baja aleacin (HSLA).3. Alta resistencia, apagados y templados (QT) Aceros aleados.4. Alta resistencia, apagados y auto-templados (QST),

aceros de aleacin.

Aceros al carbono o al carbono-manganeso son tambin conocidos comoaceros estructurales. Adems de hierro, los elementos qumicosprincipales son el carbono (C) y el manganeso (Mn). Hay restriccionestambin en las cantidades de algunos productos qumicos, en particularde fsforo (P) y azufre (S), que tienen efectos perjudiciales de la ductilidady soldabilidad del acero. Entre los aceros ms comunes de este grupo esel A36, con un esfuerzo mnimo de 36 ksi (2530 kg/cm2).

Aceros de alta resistencia, baja aleacin (HSLA), fueron desarrolladosdurante los ltimos 30 aos, siendo los materiales ms utilizados para lasestructuras de acero en la actualidad. La mayor resistencia se consiguemediante la reduccin del contenido de carbono y la adicin de ciertoselementos de aleacin. Todos estos aceros son soldables y algunos hanaumentado la resistencia a la corrosin. Los aceros HSLA ms comunesson ASTM A 992, A 572 y A 588, con un lmite elstico mnimo de 50 ksi(3,515 kg/cm2), aunque el A 572 y A 588 estn disponibles tambin enotras resistencias. La produccin por colada continua de perfiles W (IR) se

centra ahora en el A 992, y como resultado de esta calidad se prefierepara perfiles W en los Estados Unidos y en Mxico. El A 588 es un aceropatinable.

Aceros apagados y templados (QT) constituyen un pequeo grupo demateriales con fluencia mnima de 90 a 100 ksi. Estos slo estndisponibles como placas. La alta resistencia se consigue a travs de unacombinacin de bajo contenido en carbono y una secuencia deenfriamiento rpido (es decir revenido) del acero. Esto deja al material conuna estructura muy dura, de grano fino. La ductilidad de estos aceros essignificativamente menor que la del carbono-manganeso y aceros HSLA.

Aceros apagados y auto templados (QST) estn actualmente endisponibilidad limitada. Su alta resistencia se obtiene a travs deenfriamiento selectivo de determinadas regiones de un perfil, peroadems, el calor que se almacena en el material del procedimiento derolado es utilizado para proporcionar el efecto de templado. Elenfriamiento localizado deja un producto con una superficie distinta a las

regiones del interior del perfil, por lo que el material en su superficie tiendea ser mucho ms duro y de grano ms fino que el del interior. Lasoldabilidad es buena.

2.4.2 Elementos QumicosSolamente una seleccin de elementos qumicos del aceroson discutidos a continuacin.

Azufre (S): Es extremadamente perjudicial, afecta a laductilidad en especial a la flexin transversal y reduce lasoldabilidad.

Carbono (C): A mayor contenido, mayor resistencia,perjudica sensiblemente a la ductilidad en especial eldoblado.

Cobre (Cu): La adicin de cobre de hasta el 0.35%,

aumenta ostensiblemente la resistencia a la corrosinatmosfrica de los aceros, tambin aumenta la resistenciaa la fatiga.

Cromo (Cr): Aumenta la resistencia mecnica a laabrasin y a la corrosin atmosfrica, pero, reduce lasoldabilidad.

Fsforo (P): Aumenta el lmite de resistencia, favorece laresistencia a la corrosin y la dureza, pero perjudica laductilidad y la soldabilidad.

Manganeso (Mn): Es usado prcticamente en todos losaceros estructurales, el aumento de su contenido asegurael aumento de su resistencia mecnica, perjudica lasoldabilidad pero es menos perjudicial que el carbono,afecta poco a la ductilidad.

Molibdeno (Mo): Aumenta el lmite de fluencia y laresistencia a la corrosin atmosfrica, mejora lasoldabilidad y el comportamiento del acero a altastemperaturas.

Niobio (Nb): En poca cantidad aumentaconsiderablemente el lmite de resistencia y el lmite defluencia, no ataca a la soldabilidad y permite disminuir elcontenido de carbono y manganeso, es favorable a laductilidad.

Nquel (Ni): Aumenta la resistencia mecnica, la tenacidad,y la resistencia a la corrosin, pero reduce la soldabilidad.

Silicio (Si): Como desoxidante del acero, favorecesensiblemente a la resistencia, pero reduce la soldabilidad.

Titanio (Ti): Aumenta el lmite de resistencia, la resistenciaa la abrasin y mejora el desempeo del acero atemperaturas elevadas, tambin se utiliza para inhibir elenvejecimiento precoz.

Vanadio (V): Aumenta el lmite de resistencia sin perjudicarla soldabilidad y la tenacidad.


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2.5 Soldabilidad de los aceros estructurales

2.6.1 Influencia de la geometra de la seccin transversal

2.6.2 Efectos de laminado en cali


2.6 Otras caractersticas


Los procesos de soldadura disponibles son: manual, semi-automtico yautomtico. Algunos tipos son ms convenientes para la soldadura de taller,mientras que otros son ms convenientes para la soldadura de campo. El manualde soldadura de la Sociedad Americana de Soldadura (AWS) da una descripcindetallada de todos los procesos.

Es vital que el acero tenga una composicin qumica que garantice la fusin delmetal base con el metal del electrodo sin la formacin de grietas o imperfeccionessimilares. Esta caracterstica se conoce como la soldabilidad del acero.

Todos los aceros estructurales disponibles en la actualidad son soldables. Sinembargo, los requerimientos para los aceros QT, tales como aceros A 514 sonmucho ms restrictivos que los A36. Para los aceros que atienden a dossolicitaciones de las normas ASTM, por ejemplo: A 36 / A 572 certificados, lasoldadura debe realizarse de acuerdo a los requerimientos del A 572. Sin embargo,para la rehabilitacin estructural y/o con fines de adaptacin, donde los detalles delacero que se utiliz, no se conocen, es importante para el diseador y el fabricantedeterminar si el material es adecuado para la soldadura.

La medida ms comn de la soldabilidad es el contenido de carbono (CE). Unmaterial con un contenido de carbono muy alto (fundicin de hierro, por ejemplo) noson soldables tradicionalmente, y efectivamente no en el sentido estructural,usando los procesos de soldadura que comnmente se emplean en los talleres defabricaciones de estructura de acero. El CE tambin se utiliza para evaluar lasnecesidades de precalentamiento para la unin soldada o de ensamble, y hay quetener en cuenta la influencia de hidrgeno y su retencin conjunta.

Estn disponibles varias formulas para el CE, algunas de stas son adecuadas

para los aceros estructurales segn lo indicado por las ecuaciones (A) a (C). Estasexpresiones son empricas, basados en las pruebas del acero dentro de ciertosrangos de composicin qumica. Los nmeros que se introducen son el contenidode elementos qumicos en por ciento.

A) CE = C + (Mn + Si)/6 + (Cr + Mo + Cb + V)/5 + (Ni + Cu)/15B) CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15C) Pcm = CE = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

Para el CE de la ecuacin (A), la soldabilidad se considera aceptable si el CE esinferior a 0.55% aprximadamente. Esta ecuacin se utiliza para el acero ASTM

A 529 y en el cdigo de soldadura estructural AWS, AWS D1.1 Anexo XI. Laecuacin (B)es probablemente la de uso ms comn y es propuesta por el InstitutoInternacional de Soldadura (IIW). Un equivalente de carbono basado en laecuacin (B) es considerado como una buena medida de la dureza del acero, y lasoldabilidad es buena si el CE es de 0.47% como valor mximo para perfiles conun ancho de patn mayor de 50mm (2in) y de 0.45% para otros perfiles. El CE de laecuacin (C) es comnmente referido como Pcm, composicin parmetro; es unafrmula de carbono equivalente que fue desarrollada sobre la base de un grannmero de pruebas de susceptibilidad al agrietamiento de los aceros HSLA (Altaresistencia - baja aleacin) y con contenido de Boro. El nivel de aceptabilidad de laCE de la ecuacin (C) es de aproximadamente 0.23%.

La geometra de los productos de acero y el proceso al cual hasido sometido el material, influyen hasta cierto punto, en lascaractersticas del acero. Por ejemplo, un lingote es procesadopartiendo de un Bloom para que sea el punto de partida que serrolado como perfil estructural o placa. Una beam blank de coladacontinua entra en el tren de laminacin para formar una seccin Ide patn ancho. El calor que se almacena en el material antes derolarse tendr que disiparse; esto ocurre en la cama deenfriamiento. La disipacin de calor y el enfriamiento desigualconsecuente produce esfuerzos residuales. Estos esfuerzosresiduales se presentan tambin producto del calor de lasoldadura y el oxicorte.

El rolado en caliente del acero reduce el tamao original del Bloomy del beam blank, para llegar hasta el producto final. Durante esteproceso, algunos cambios cristalinos se siguen produciendo,principalmente en la forma del crecimiento del grano, en lasregiones de lento enfriamiento y en el refinamiento del grano en lasreas de rpido enfriamiento. Para los perfiles grandes, lingotes yplacas el crecimiento de los granos puede ser acompaado por lasegregacin de carbono en algunas zonas. Adicionalmenteadems del crecimiento potencial del grano, la segregacin decarbono se manifiesta en las reas centrales, sobre todo engrandes perfiles estructurales. Debido a su alto contenido de

carbono, el ncleo tiene mayor resistencia y menor ductilidad ytenacidad que en otras partes del perfil. Esto puede ser unproblema cuando la soldadura debe ser depositada en o cerca delncleo, debido a las altas contracciones del metal de soldaduraque se llevar a cabo. Los problemas de este tipo han quedadodocumentados en el caso de la estructura del Orange CountyConvention Center en Florida, USA.

Los problemas de la zona del ncleo son mucho menos frecuentespara los perfiles de colada continua, debido a las diferencias en lasprcticas de produccin y las limitadas oportunidades decrecimiento del grano y la segregacin de carbono que existen enestos productos. El perfil del beam blank usado para estos perfilesimplica la desaparicin de pequeas cantidades de calor, portanto, con mucho menos distribucin variable de tamao de grano.

Las diferencias en los pasos en la reduccin de espesores quetienen lugar en los patines y alma durante el nivelado de losperfiles dan como resultado diferentes niveles de resistencia parael acero en esas regiones de la seccin transversal. En otraspalabras, a mayores cantidades de pasos en la reduccin delespesor, el acero tendr mayor resistencia. Esta es una de lasrazones de la menor resistencia de las alas de un perfil W, conrespecto al alma, por ejemplo.

Antes del laminado en caliente, los blooms y los brecalentados a una temperatura adecuada, aproximadamente 1,400C (2,300 F). Una vez termina y el elemento se coloca en la cama de rdebe disiparse. El proceso de enfriamiento no emodo que el enfriamiento se lleva a cabo a di Algunas fibras por lo tanto, llegan a la temperaturque otras. Las fibras que se encuentren cerca de patn, por ejemplo, se enfriarn ms rpido, las quela unin con el alma sern las ltimas en llegar aambiente.

Resultados del proceso de enfriamiento en la confibras. Una vez que las primeras fibras hantemperatura ambiente, tambin han llegado a llongitud final. Sin embargo, como las fibras en lasalma, todava tienen que liberar algo de calor, se ccomo las fibras en la seccin transversal de un perejercer una fuerza en las primeras fibras exigirun poco ms. Las fibras que se enfran primertrabajar ms de lo necesario para alcanzar la lontemperatura ambiente. Estas fibras, se mantienen eacortamiento forzoso, de tal manera que terminaforzoso de esfuerzos a compresin.Cuando las

estn enfriadas a temperatura ambiente, se dicmaterial ya estar listo. En consecuencia, estarestringidas para completar la cantidad de contproducira si no estuvieran rodeadas por otras fibrpor lo tanto llevarn a cabo un estado de elongaesfuerzos de tensin.El desarrollo de tensionesmucho ms complicado de lo descrito anteembargo, esta presentacin hace hincapi enprincipales. Una gama de tensiones residuales por en la seccin transversal, de la compresin a ausencia de cualquier carga aplicada externa.Lacortamiento en el proceso de enfriamiento es indlmite de fluencia del acero. Dado que E (mdulo duna constante para todos los aceros, la magnitud yde las tensiones residuales es independiente de acero. Esto explica por qu la tensin residual en perjudicial para los materiales de baja resistenciaentonces estarn sujetos a esfuerzos que afectaporcentaje a su nivel de lmite de fluencia.

1) Para aceros ASTM A 36, A 529 G 50 debe ser menor a 0.55%2) Para aceros ASTM A 992, A 572 G 50, A 572 G 60 debe ser menor a 0.47%

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3. GRADOS Y TIPOS DE ACEROS ESTRUCTURALES


Un gran nmero de grados de acero estructural estndisponibles para los perfiles, placas y perfiles huecosestructurales y tuberas en el mercado. Los msimportantes se discuten brevemente a continuacin.

3.1 Grados de acero para perfiles y placas(TABLA 1)

La ASTM aprob las normas para las placas y laminados encaliente que son A 36, A 572, A 242, A 588, A 709, A 852, A 514, A 913 y A 992. El ASTM A 529, A 709 es nico,define los aceros aptos para la construccin de puentes, losdistintos grados de acero por debajo del A 709 tienenequivalentes como A 36, etc.

ASTM A 36: El A 36 ha sido uno de los grados de aceroprimarios para todos los tipos de estructuras. Se hanespecificado mnimos de f y y f u de 36 y 58 ksi (2,530 y 4,080kg/cm2). Casi todos los tamaos y tipos de perfiles y placasestn todava disponibles en el A 36 (excepto los perfiles IR,W H), aunque el esfuerzo de fluencia mnimo especif icadobaja a 32 ksi (2,250 kg/cm2) para espesores de placa dems de 8 pulgadas (203 mm).

ASTM A 529: El A 529 es muy utilizado por l a industria de laconstruccin metlica, tambin es un grado muy comnpara barras, perfiles como los ngulos, canales pequeos.El A 529 bsico incluye grado 50 para los perfiles de ASTMen los grupos 1 y 2, placas de hasta una pulgada de espesory 12 pulgadas de ancho y barras hasta 2-1/2 pulgadas dedimetro. f y y f u y los mnimos son de 50 y 70 ksi (3,515 y4,920 kg/cm2).

ASTM A 572: El A 572 est disponible en varios grados,dependiendo del tamao del perfil y el espesor de la placa.Grado 50, con f y = 50 ksi y f u = 65 ksi (3,515 y 4,570 kg/cm2 respectivamente) est disponible en todos los tamaos deperfiles y espesores de placa hasta 4 pulgadas. Este es elgrado de acero estructural mas usado en el mercado de losEE UU actualmente, a pesar de que est siendorpidamente reemplazado por A 992 para perfiles W.

ASTM A 588:Este acero para intemperie fue aprobado en

1968, tambin conocido como patinable est disponible envarios grados con pequeas variaciones en su qumica. Ellmite de fluencia mnimo especificado y resistencia a latraccin en todos los grupos de ASTM de perfilesestructurales y de planchas en espesores de 4 pulgadas ymenos de 50 y 70 ksi (3,515 y 4,920 kg/cm2)respectivamente.

ASTM A 992: El ASTM A 992 es el acero(1998) adicionalmente a la lista de los aceros Est destinado para la construccin, y se apliW. Para todos los fines prcticos, el ASTM A A 572 grado 50 con controles adicionales. Espadems de hacer hincapi en un determinafluencia mnimo de 50 ksi (3,515 kg/cm2). Etambin ofrece un lmite superior para el lmitde 65 ksi (4,600 kg/cm2). La relacin de resistes mayor de 0.85, y el equivalente de carbono0.47%. Este acero ha sido efectivamente proEstados Unidos desde mediados de 1997, y conocido como A 572 G 50 Mejorado. El mpuede ser ordenado como "A 572 con requisitde conformidad con AISC el Boletn Tcnico A 572-50). El ASTM A 992 ofrece soldabilidad y las caractersticas de ductilmenor contenido de carbono, y mayor Molibdeno.

3.2 Grados de acero parasecciones estructuralehuecas y tubos

Las especificaciones de acero estructursecciones huecas estructurales (HSS) son AST A 501, A 618 y A 847, para tubos de acero eLos ms importantes se discuten a continuaci

ASTM A 53: A 53 est disponible en los tiposE designa a una resistencia a la soldadura y costura. El grado B es apto para usos estructuesfuerzo de fluencia y la resistencia a la tensiksi (2,460 kg/cm2 y 3,515 kg/cm2)

ASTM A 500: A 500 est disponible para performados en fro HSS en tres grados, y tamgrados para cuadrados o rectangulares formHSS. Las propiedades de HSS cuadrados y rdifieren de las del HSS redondos. El grado mel A500 grado B, cuyo esfuerzo de fluencia

la traccin se encuentra en el orden de los 46 yy 4,100 kg/cm2)

ASTM A 501: A 501 es idntico al A 36 pefectos prcticos. Se utiliza para las seccionas como HSS cuadrados y rectangulares.

2.6.3 Efectos del calor localizadoLos efectos del calor a partir de fuentes tales como lasoldadura y corte con soplete depender de lamagnitud y la duracin del calor involucrados. Slolos perfiles pequeos o placas sern afectadossignificativamente. Para perfiles con medianos agrandes dimensiones el calor localizado sloafectar a la distribucin de tensiones residualesen las inmediaciones de la soldadura o de llamade corte. Como el calor es intenso y muy localizado,el enfriamiento posterior ser muy rpido. El ndicede enfriamiento se puede bajar conprecalentamiento o poscalentamiento, lo quedisminuir las tensiones residuales.

El alto ndice de enfriamiento asociado con lasoldadura y corte con soplete provoca cambios en laestructura del grano en las inmediaciones de la fuentede calor. Estos resultados en un material de granofino en las proximidades de la soldadura y la llama decorte, lo hacen ms fuerte, ms duro y menos dctilque el resto del metal base.

2.6.4 Efectos del rolado en fro Algunos de los efectos del rolado en fro ya se hancomentado. Por ejemplo, el enderezado se hacenormalmente a temperaturas cercanas a latemperatura ambiente, lo que se clasifica comoenderezado en fro. A fin de lograr una curvaturapermanente en la configuracin de un elementorecto, las deformaciones plsticas se presentancomo consecuencia, con el resultado de que lastensiones residuales originales son redistribuidas. Unperfil rolado en fro, tiene entonces valores ms bajosde esfuerzos residuales.

En los perfiles rolados en fro, se manifiesta enciertas regiones una mayor resistencia localizada ymenor deformabilidad. Para la fabricacin en

general se recomienda evitar la soldadura en o cercade las reas de la seccin transversal del rolado odoblado fro. Esto requiere un diseo y detalladoque considere estas regiones.


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3.3 Otros tipos de Acero


TIPO DE ACERO

ASTM A 36

ASTM A 529 G 50

ASTM A 572 G 50

ASTM A 588

ASTM A 709

ASTM A 992

ASTM A 53

ASTM A 500

ASTM A 501

DIFERENTES USOS-Placas de Conexin-Anclajes de barras redondas lisas (OS) y perfiles (LI)-Cuerdas Superiores e Inferiores de Armaduras (LI)-Montantes y Diagonales de Armaduras (LI)-Largueros Tipo Joist (OS LI)-Contravientos de Cubiertas (OS)

-Placas hasta 1 de espesor (Placas de Conexin, PlacasBase, Cartabones, etc.)-Canales (CE) pequeos utilizados para alfardas deescaleras y conexiones de postes de viento-Cuerdas de Armaduras de (LI)-Montantes y Diagonales (LI)-Contravientos Laterales (LI)

-Placa Hasta 4-Vigas Principales tipo (IR)-Vigas Secundarias tipo (IR)-Columnas de Perfiles tipo (IR)-Mezzanines

-Acero Patinable (por lo general es una acero que estarsometido a la intemperie)-Plataformas Marinas

-Puentes-Torres de Transmisin

-Vigas (IR)-Columnas (IR)-Mezzanines (IR)-Postes de viento (IR)-Espectaculares (IR)-Trabes Carril

-Tubos Estructurales

-Columnas de secciones huecas cuadradas (HSS u OR)-Columnas de secciones huecas circulares (OC)-Columnas de secciones huecas rectangulares (HSS u OR)

-Bastidores (PTR u OR)-Bases de tanques de gas, de agua, etc (PTR u OR)

TABLA 1

A veces es necesario el uso de los aceros con normasno nacionales. En estos casos es fundamentalpara el diseador de cerciorarse de que todas laspropiedades de los materiales satisfagan lasnecesidades de diseo, incluyendo la qumica, lametalurgia, y las propiedades mecnicasequivalentes a los criterios pertinentes. Los acerospueden incluir los grados de aceros producidos enCanad, los cuales son producidos bajo lasCanadian Standards Association (CSA), en lamayora de los grados, los requisitos songeneralmente muy cerca de las contrapartes deEE.UU. Por ejemplo, CSA G40.21-350W esprcticamente idntico al A 572 (50); G40.21-350Aes el mismo que A 588.

Los grados de acero que se producen fuera delmercado de Amrica del Norte pueden tenerdiferentes requisitos, segn el pas de origen. Losrequisitos que se aplican a las calidades de aceronacional y sus productos, se aplican igualmente aesos materiales.


1) Norma Mexicana

2) American Society for Testing and Materials

3) Valor mnimo garantizado del esfuerzo correspondienteal lmite inferior de fluencia del material

4) Esfuerzo mnimo especificado de ruptura en tensin.Cuando se indican dos valores, el segundo es el mximoadmisible

5) ASTM especifica varios grados de acero A 500, para tubos circulares y rectangulares

6) Para perfiles estructurales; placas y barras ASTMespecifica varios valores, que dependen del grueso

del material

7) Depende del grado; ASTM especifica grados 50, 60, 65 y 70

Nomenclatura Fy(3) Fu(

NMX(1)

ASTM(2)

MPa Kg/cm2 MPa

B-254 A 36 250 2,530 400 a550

A 529 345

380 3,515

3,880 485

485320 3,235 460

B-282

A 242 345 3,515 485 290 2,950 414 345 3,515 450 414 4,220 515 B-284 A 572450 4,570 550

A 992 345 3,515 450 a620

B-177 A 53 240 2,460 414

A 709

250 2,550 400

B-199 A 500(5)

320 3,235 430 B-200 A 501 250 2,530 400

A 588(6)

345 3,515 483

A 913(7)

345 a

4833,515

a

4,920448 a620

CORRELACION DE LAS NMX Y ASTDE ACEROS ESTRUCTURALES

345 3,515 450485 4,950 585690 7,036 585620 6,322 690


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4. CONSIDERACIONES DE DISEO ESTRUCTURAL


La seleccin de los tipos de acero estructural para ser utilizado en un proyecto esrealizado por el Ingeniero que est ejecutando el diseo estructural.Las consideraciones para determinar la aplicacin ms eficiente del acero son:

1. Eficiencia estructural, en trminos de menor costo.2. Simplicidad y facilidad de conexiones a los miembros estructurales.3. Costo unitario relativo del perfil o la placa.4. La disponibilidad del material.

Muchos ingenieros han tratado de dar el peso mnimo de acero como una medida demxima eficiencia en sus diseos. Sin embargo, en muchos casos, esto no dar lugar ala solucin ms eficiente en general, ya que puede aumentar los costos de fabricacin ymontaje asociados a la solucin de menos peso. Para algunos miembros, las seccionesseleccionadas pueden llegar a ser ms caros que las secciones un poco ms grandes,si los tamaos no son comunes o si las conexiones son innecesariamente complicadas,en virtud de las secciones seleccionadas.

4.1 Como especificar el acero estructuralLa seleccin del material esta dado en las especificaciones del proyecto por losdiferentes grados que son apropiados para los miembros y las conexiones. Ms all delos requisitos de las normas de acero, puede ser incluido en las especificaciones delproyecto. stas pueden incluir la necesidad de demostrar la dureza del material, laestructura metalrgica del perfil, de las pruebas de materiales ms all de las pruebas

de tensin estndar y/o requisitos de composicin qumica especfica. Todas esasnecesidades adicionales y los costos relacionados deben estar claramente delimitadas,usando otros materiales y las especificaciones de las pruebas siempre que sea posible.

4.2 Seleccin de seccinLos perfiles de ala ancha son las secciones predominantes utilizadas para vigas ycolumnas, para vigas de entrepiso, esto es en gran parte debido a la eficiencia de suforma de corte transversal y la disponibilidad de una amplia gama de tamaos. Para lascolumnas, los perfiles H de patn ancho es el ms utilizado debido a su forma abiertaque permite que las conexiones a las vigas, sean relativamente simpl es, y debido a queestn disponibles en tamaos que incluyen la seccin transversal de gran tamao.

Otros perfiles, tales como canales y ngulos son tambin ampliamente usados enaplicaciones estructurales. Por ejemplo, los canales se utilizan para disminuir los clarosde las vigas y miembros estructurales diversos. Muchas armaduras se construyen conalguno o varios miembros de ngulo doble. En su mayor parte, los canales y los ngulosestn disponibles como material ASTM A 529 G 50.

Los miembros de acero estructural con seccin transversal cerrada tambin se usancomnmente en forma de seccin circular o rectangular estructurales huecos o HSS.stos se usan a menudo para las columnas, debido a su eficiencia en la compresinaxial. Adems, los consideran para algunos elementos arquitectnicos y estructuralesexpuestos a menudo, a pesar de lo complejo que pueden resultar las conexiones, y porconsecuencia mayor costo.

4.5 Diseo de miembropor rigidez ycapacidad de servici

Adems de disear los miembros para proporcioniveles mnimos de resistencia, tambin dconsideradas la rigidez y la capacidad de sediseo por solicitaciones de servicio, requiediseador considere las cargas de servicio sopara garantizar que el comportamiento sea el Esto contrasta con el diseo por resistencia uLRFD, donde se utilizan cargas factorizadasejemplos de las solicitaciones de servicio incasentamientos del suelo, desplazamientos (flambeo) en la estructura sujeta a momento yacciones ssmicas o de viento, y el control de viEl mdulo de elasticidad es una constante para elcontrol de la rigidez se convierte en el estado lrige el diseo de miembros en muchos casos. Den las estructuras como los marcos a momeconsideraciones de rigidez a menudo concomportamiento estructural de tal manera diseadores pueden especificar material con menlos puntos claves de menor esfuerzo y an as stodos los requisitos en todos los puntos. Sin resulta importante sealar que especificar secciomaterial de menor lmite de fluencia no puede rahorros de costos, puesto que las diferencias deentre los distintos grados pueden ser pequeas.

El diseo para el control de las vibracionconvertido en algo muy frecuente en estructurapblico. La sensibilidad de los ocupantes en estndares de oficinas ha sido una preocupacinde los aos, y ha sido motivo de un gran espaciestudio. Estructuras con requisitos de ocuespeciales, tales como aerbics, y pistas de baitener una atencin especial. Por ltimo, la sensibvibracin extrema de los equipos utilizados en lala informtica biomdica, y otras industrias ha llnecesidad de un diseo explcito para el contvibracin. Puesto que es un problema dincombinacin de la masa, la rigidez, amortigcargas funcionales y la sensibilidad de los ocupsea humano o mecnico), deben consinteractuando en la forma ms desfavorable. El dtiene cierto control sobre la masa y amortiguamiestructura, pero poco o ningn control sobre laque se aplicaran y la sensibilidad de los ocupmedio ms directo para controlar la vibracin mdiseo, es a travs de la rigidez estructural.

4.3 La seleccin de la placaLa construccin en acero tambin hace uso extensivo alas placas. Algunos ejemplos son las vigas construidascon 3 placas o columnas de 4 placas, placas base decolumnas y placas de conexin diversas. Estndisponibles en una amplia gama de espesores y esgeneralmente mas fcil conseguir en acero ASTM A 36y con menos frecuencia en ASTM A 572 G 50.

4.4 Diseo de miembrospor esfuerzosEl clculo de las cargas impuestas a los miembros en losmarcos estructurales es tpicamente hecho sobre labase de un anlisis dimensional. Para los miembros queforman parte del sistema resistente lateralmente, es mscomn el anlisis en dos dimensiones. El anlisistridimensional, generalmente se utiliza slo para lasestructuras de marco ms complejas espacialmente. Enestos anlisis, los miembros generan fuerza axial,flexin, corte y distribucin de la fuerza de torsin a lolargo de la longitud del propio miembro. Los tresaspectos dimensionales de las secciones transversalesactuales de estos miembros no son explcitamenteconsiderados.

Antes de la publicacin de la Especificacin AISC LRFD(1986), los miembros de acero estructural erandimensionados por el diseo de esfuerzos permisibles(ASD). El concepto bsico de esta filosofa, es elcomportamiento elstico lineal. Las ecuaciones estnbasadas en la mecnica de materiales que sonutilizadas para determinar en el miembro de los nivelesesperados de esfuerzos a partir de diversas fuentes.

Con la llegada de las especificaciones LRFD, el diseode elementos de acero se basa en los procedimientosresultantes de tensiones y el estado lmite. Este es unenfoque ms racional para el diseo, ya que abordadirectamente la respuesta de los miembros y lasconexiones a un nivel de carga, que satisfaga el estadolmite de seguridad. El uso de mtodos de resistencialtima resultantes de tensiones implica que losmiembros de acero pueden acomodar una redistribucinde las tensiones a travs de la obtencin de esfuerzoslocales. Las especificaciones de diseo LRFD y ASDhacen nfasis en las fuerzas y en los esfuerzos,respectivamente.


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5. CONSIDERACIONES DE FABRICACIN EN ACEROIncluso cuando el costo del material es cercano a la mitaddel precio de una estructura, es importante que todos losmiembros del equipo de diseo de los elementos bsicosentiendan el sistema de compras del material que utilizanlos fabricantes.

El documento clave para la especificacin, la compra oventa de acero estructural es la norma NMX B 252 (ASTM A6), Requisitos generales para planchas, perfiles,

tablaestacas y barras, de acero laminado para usoestructural. Esta norma cubre la terminologa, lainformacin de fabricacin, requisitos de calidad, incluidoslos de tratamiento de superficie y las tolerancias, mtodosde prueba, informes, sistemas de identificacin, y losrequisitos complementarios estndar o comunes. Todoslos perfiles estructurales de acero y placas deben cumplircon esta especificacin, adems de las especificacionesdel material que cubre los requisitos fsicos y qumicospara un grado de acero dado.

5.1 Preparacin de Pedidos

5.1.1 Consideraciones generalesSi bien sera ms eficiente esperar hasta que los planos

del taller estn completos y aprobados antes de ordenar elmaterial, el cronograma del proyecto rara vez lo permite.Los pedidos de material son comnmente preparados deacuerdo a la fecha de inicio de obra y no a la fecha deprogramacin de la produccin y montaje. La orden decompra no necesariamente debe ser la orden deproduccin definitiva, pero s debe incluir el tamao ydimensiones de todos los elementos estructurales. Laorientacin de la columna debe ser indicada, as como laaltura definitiva.

Si bien no es necesario mostrar l os detalles en esta etapa,es til indicar los ti pos de conexiones que se requerirn. Eltipo de conexin puede determinar la longitud de losmateriales principales que deben ser ordenados. Laestructuracin de las conexiones y otros detalles de laestructura se pueden aadir ms tarde. El material puedeadquirirse a partir de la ingeniera bsica.

5.1.2 Preparacin de pedidos

La preparacin de la orden de compra se inlista de materiales anticipada, del proyecto ode produccin de la orden del molino. Este esdel acero requerido para el proyecto, y es prepfabricante con la lista de material para eldepartamento de compras indica qu mieordenar a la longitud estndar y que mordenarn cortados a la medida. El detalle como los ngulos de conexin y las placas, nno se enlista, a menos que se necesitacantidades. Los ngulos utilizados para refumiembros del alma de armadura deben conmenos que la cantidad sea pequea y laspermitan el uso eficiente de los largos que es

El departamento de ingeniera del fabricantepreliminar del molino como una gua para practual de la orden de produccin. El pliego dse revisa para determinar las especificmateriales para cada pieza. El estndar de acero y los requisitos especiales para cada detallan, junto con la longitud requerida material que se orden cortado a la medida. Ecortar a partir de longitudes especiales puede la longitud total que se necesita, en nmero de piezas y la longitud de la media.

Antes de preparar el "programa de envos des importante que se establezca la secconstruccin, para garantizar el cumpsuministro. El dato para cada elemento de puede ser incluido en la lista de orden del mayuda en la programacin de las compras dpermitir la entrega ms eficiente de los mate

El departamento de compras ahora prepara lacada uno de los elementos de la lista. stossobre la base de los limitantes de costos y cconstruccin. Comnmente hay tres opciopara costear el material de una obra:

1.- Campaas de laminacin

2.- Stock de Molinos3.- Stock de Centros de servicio

La mayora de los fabricantes tambin minventario limitado de productos de acero ygrados, para ser capaz de manejar proyectos reparaciones.

4.6 Diseo de conexionespor esfuerzos

El diseo de las conexiones se centra casiexclusivamente en los esfuerzos. Como diseo de unmiembro, el diseo de las conexiones es tpicamentebasado en un conjunto de supuestos simplificadoresque suponen la transferencia de cargas y resultantesde esfuerzos. Es importante para el diseador saberque la distribucin real de las tensiones es

probablemente muy diferente de la utilizada en lashiptesis de diseo. Inherentes a estos procedimientoses la suposicin de que tanto el material, la fabricacin ycomo se colocan las conexiones, tienen una capacidadde deformacin suficiente para permitir la redistribucinde las fuerzas del miembro.

La distribucin de la tensin en las conexiones essustancialmente afectada por las tres dimensiones delos miembros que se unen, y deben ser tomadas encuenta en el diseo. Las concentraciones de esfuerzosresultantes pueden dar lugar a grietas o fracturas, si elmaterial no est diseado para ceder. El esfuerzo defluencia podr ser limitado por la restriccin, y puede noestarlo en todos los sentidos del esfuerzo triaxial detensin. Por tanto, se debe tener precaucin con losaltos niveles de restricciones en las proximidades de laszonas de concentraciones de esfuerzos.

4.7 Diseo de conexiones por rigidez Aparte de la clasificacin general de una conexin, deser a momento resistente o a cortante, en el diseohabitual de conexiones es raro que se tome en cuenta larigidez, y la flexibilidad, por lo que no se incluyen en elclculo de las deformaciones de los miembrosesforzados. Sin embargo, las solicitudes de conexionesparcialmente restringidas (PR) en marcos resistentes amomento han tratado de considerar de manera explcitala relacin de la rotacin de momento en el anlisis delmarco. Los principales cambios en las especificacionesde diseo de acero en este mbito se esperan durantelos prximos aos.


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5.2 Perfiles de ala ancha

www.gerdaucorsa.com.mxEleccin del tipo de acero para estructuras

5.3 Placas de aceroLos marcos de acero utilizan principalmente placas de seccin variable, placasbase, placas de vigas, refuerzos (placas de continuidad) y conexiones. Estematerial, por lo tanto, generalmente se ordena en los tamaos estndaresa partir del cual se cortan las piezas en mltiplos o sub-mltiplos. La mayorade los fabricantes mantienen un stock limitado de placas de espesor comn en A 36, tambin pueden tener stock de algn grado A 572.

Las placas de acero de 36 y 50 ksi son un material fcilmente disponible en

los centros de servicio a precios competitivos con respecto a adquirirlasdirectamente en los molinos.

Las longitudes de stock para la placa son tpicamente de 20 y 40 pies. Espesoresde menos de 5/8 a menudo se cortan de placa en rollo. Las placas ms delgadasson a menudo suministradas como ASTM A 529. Para materiales especiales, elmolino es la mejor fuente de suministro. La mayora de las aplicaciones enconstruccin requieren slo la norma ASTM A 36, A 572 o A 588. Estos grados porlo general se pueden obtener de 6 a 8 semanas en un mercado normal.

Es esencial que cualquier anlisis de inspeccin especial, se incluya en la ordende compra del molino. Cualquier prueba que vaya ms all de los requisitosestndares de la ASTM A 6, no es motivo para sustituir el material. Si lainspeccin o pruebas en el taller de fabricacin demuestran elincumplimiento con el material estndar, ser restaurada (si es posible), reforzadao sustituida, pero esto demora el proyecto.

El tamao mximo de placa, es determinado por el ancho de los rodillos, el espesorrequerido y la longitud en que se puede obtener del tren de laminacin delmolino. La longitud mxima por lo general es de 40 pies. El fabricantedebe dar la opcin de otras medidas. Las placas estn disponibles encualquier espesor, pero los incrementos son de 1/16 hasta 7/16 de espesor yen espesores mayores, aumenta en 1/8.

5.4 Los ngulos y las barrasLos ngulos y las barras se utilizan normalmente para el material de conexin.Los ngulos estn disponibles en A 36 y en A 529, pero la mayora de loscentros de servicio y los molinos de stock principalmente tienen A 36. Debido aque los ngulos se utilizan normalmente en longitudes pequeas, se cortan enlongitudes de 20 y 40 pies.

Para diseo de armaduras y miembros que requieren medidas especiales yposiblemente un esfuerzo de fluencia de 50 ksi, es importante que el diseadoruse el menor nmero de medidas. Esto permitir al fabricante cumplir con losrequisitos de orden mnima. Cuando slo unas pocas piezas requieren arriostrarmiembros, puede ser rentable permitir algunos empalmes que utilizarlongitudes mayores. El Fabricante puede tener un problema al realizar elpedido en un molino si slo son ngulos y barras, en el sentido de que lasfbricas son relativamente especializadas o que las instalaciones no producentoda la gama de tamaos.

stos, pueden ser competitivos con algunas medidas, debido a los costos de flete.

El precio de perfiles de ala ancha en los Estados Unidos hoy esde aproximadamente 30 por ciento menos de lo que era hacediez aos. Actualmente no existe un diferencial en el precioentre el ASTM A 572-50 y el ASTM A 992, para los perfilespesados, de aproximadamente 90 libras/pie (134 kg/m). Porencima de este peso hay un pequeo diferencial para elmaterial de fy = 50 ksi (3,515 kg/cm2). Incluso con este cargoadicional, el diseador puede ganar en eficiencia, tales comoreducir el tamao de los miembros o la eliminacin de losrefuerzos y/o placas dobles, el grado 50 de acero esgeneralmente ms rentable.

La mayora de los molinos, publican calendarios mostrando lafrecuencia con que producen los distintos perfiles. Los ciclospara cada serie varan, sobre la base de la demanda y lacapacidad de produccin. Por ejemplo, las secciones mspesadas se rolan cada 4 a 6 semanas. Algunas de lassecciones ms ligeras son roladas solamente cada tresmeses, debido a que se venden generalmente en longitudesespeciales. Tales restricciones pueden significar que unaorden de compra para un molino de un proyecto cualquiera,puede tomar de 8 a 9 semanas para que el fabricante puedarecibir todos los elementos de acero necesario para lasecuencia inicial, contando desde el momento de laadjudicacin del contrato. Esto se basa en una semana parapreparar, comprobar y meter la orden de compra, y una o dossemanas para el envo por ferrocarril o por camiones. Tambines fundamental que las campaas estn disponibles en lalaminacin prxima. Si el laminado no est completo, elcalendario se incrementar en la cantidad de tiempo para elprximo ciclo con un laminado disponible.

Los molinos suelen mantener un stock de existencias en lostamaos comunes, en incrementos de longitud de 5 pies desde30 a 65 pies. Aunque se limitan las longitudes, es posibleestablecer rdenes de entrega de hasta 90 pies o ms. Sinembargo, las maniobras y el transporte pueden ser unproblema para esos largos, y el fabricante por lo tanto, tiene laopcin de empalmar, si esto es ms econmico que comprartramos ms largos.Las fbricas de acero en Estados Unidosen la actualidad producen perfiles en peraltes de hasta 40pulgadas. Secciones ms grandes tienen que sersuministradas por los productores fuera de Amrica del Norte,pero sto puede suponer costos ms elevados. La entregapuede estar sujeta a la disponibilidad de las navieras. Estoincrementar an ms el costo, en funcin de la diferenciaentre las longitudes requeridas y el stock disponible. Inclusopuede ser necesario aumentar el tamao de la seccin, enfuncin de lo que est disponible.

Como una opcin, en lugar de perfiles pesados para su usocomo columnas, a menudo es ms econmico fabricarsecciones con placa o utilizar perfiles pequeos de ala anchapara hacer secciones cruciformes. Recientemente se haobservado las ventajas y economa de las seccionescompuestas, concreto-acero.


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www.gerdaucorsa.com.mxPg.25 Eleccin del tipo de acero para estructuras

Resumiendo las evaluaciones anteriores del material de acero, junto conlos puntos clave del diseo estructural y fabricacin, las consideracionessiguientes deben hacerse cuando se selecciona el material de acero deuna estructura. Es muy importante tambin sealar que, aunque haymuchas pruebas de material que se pueden ejecutar, muchas de ellasno son ni tiles ni prcticas para una serie de tipos de estructuras. As,

una estructura de un puente, que est expuesta al medio ambientenatural y en condiciones de fatiga de ciclo alto, necesita disponer de unacero con propiedades de dureza de acuerdo con las condiciones deservicio previsto, no sera realista ni econmico especificar un materialcon los criterios de una estructura con carga esttica.

1.- Tipo de estructura, condiciones de servicio, condiciones de carga,entorno de la aplicacin de las cargas.

2.- Resistencia del material, ductilidad, tenacidad, soldabilidad y metalurgia.3 - Qumica del material.4.- Tipos de miembros estructurales, tamaos longitudes y carga.5.- Conexiones soldadas o atornilladas .6.- Conexiones: viga a columna, viga a viga, empalmes.7.- Criterios de fabricacin, incluyendo tcnicas de unin, corte,

soldadura en el campo v s soldadura en taller.8.- Requisitos de construccin, que incluyen la soldadura de campo.9.- Cuantificaciones y la experiencia de diseo, de fabricacin

y del personal en el campo y en la construcc in.10.- Las necesidades de equipo de taller y de campo.11.- Necesidades de inspeccin y sus mtodos, calificaciones y procedimientos de garanta de calidad por parte del inspector.12.- Consideraciones especiales:

i. Realizar conexiones complicadas,ii. Conexiones soldadas y/o conexiones atornilladas,iii. Cordones de soldadura grandes,iv. Estados triaxiales de esfuerzos por carga y descarga,v. Contraccin de soldadura,vi. Direccionalidad de las propiedades del material,vii. Aparicin y consecuencias de la aparicin de grietas:

a. Durante la fabricacin,b. Montaje y construccin, yc. De servicio.

viii. Cargas cclicas y/o dinmicas,ix. Detalles por fatiga, iniciacin y propagacin de grietas, x. Condiciones de fractura frgil; xi. La corrosin y concentracin de esfuerzos por corrosin.

7. PROPIEDADES QUMICAS

8. GRFICA ESFUERZO - DEFORMACI

6. CONSIDERACIONES RECOMENDADAS EN LA ELECCIN DEL TIPO DE ACERO

NOTA:

1) El acero ASTM A 992 y ASatiende a las solicitaciones d

2) Producimos Acero ASTM A y ASTM A 572 G 60, bajo pe

ASTM A 529 G 50 , ASTM A 992

ASTM A 36

0.26 0.27 0.23 0.26 0.23 1.35 1.60 1.60 0.50 - 1.0.04 0.04 0.04 0.04 0.0350.05 0.05 0.05 0.05 0.0450.40 0.40 0.40 0.40 0.40

0.20 * 0.20 * 0.20 * 0.20 * 0.6 0. 0. 0. 0.01 - 0.15 0.01 - 0.15 0.15

0.005 - 0.05 0.005 - 0.05 0.05

2530 3515 3515 4200 3515 - 457

4080 - 5620 4920 - 7030 4570 5300 4570 **

161818102

281121212

Cb o Nb (mx)

f y (kg/cm 2)

f u (kg/cm2)

Elong. en 200 mm (mn,%)

Elong. en 50 mm (mn,%)

V (mx)

Elemento

C (mx)Mn (mx)P (mx)S (mx)Si (mx)Cu (mn)

Ni (mx)Cr (mx)Mo (mx)

ASTM A 992 / AASTM A 572 G 60ASTM A 572 G 50ASTM A 529 G 50ASTM A 36

Indica,queno tiene un contenido mximo.* Slo se coloca en la composicin, cuando as se especifique. Fuente: ASTM Volume 01.04 2009** La relacin entre f y / f u, no exceder el valor de 0.85.

A Indica contenido mximo.f y = Esfuerzo de Fluencia, kg/cm

2.f u = Resistencia a la Ruptura por Tensin, kg/cm

2. Cuando se indican 2 valores, el segundo es el mximo admisible.

2530 km/cm2

3515 km/cm2


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9. BIBLIOGRAFA

1.- Manual of Steel Construction 2005,American Institute of Steel Construction (AISC).

2.- Diseo de Estructuras de Acero: LRFD Method,Jack C. McCormac, Alfaomega. 2008, Mxico.

3.- Estructras de Acero: Tcnicas, Conceptos yLenguaje, Luis Andrade de Mattos Dias, InstitutoLatinoamericano del Fierro y del Acero (ILAFA),Zigurate, 2006.

4.- Normas Tcnicas Complementarias para Estructuras Metlicas (NTC), Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (RCDF), 2004.

5.- Manual de Construccin en Acero, Instituto Mexicanode la Construccin en Acero, Limusa, 2006.

6.- Annual Book of ASTM Standards, AmericanSpecifications of Test and Materials, Staff, 2009.

7.- Selection of Steel for Structures, Reidar Bjorhovde,Tucson, Arizona.

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Eleccion Del Tipo de Acero Para Estructuras