EL ACERO ESTRUCTURAL EN EL CONCRETO ARMADO

EL ACERO ESTRUCTURAL EN EL CONCRETO ARMADO

1. INTRODUCCION:

El acero es una aleación basada en hierro, que contiene carbono y pequeñas cantidades de otros elementos químicos metálicos. Generalmente el carbono representa entre el 0.5% y el 1.5% de la aleación.

El acero utilizado en estructuras (barras y cables) es un material apto para resistir solicitaciones traccionantes, lo que lo convierte en el componente ideal para combinarse técnicamente con el concreto simple, con el que conforma el concreto armado y el concreto preesforzado.

Además, el acero en barras está en capacidad de resistir eficientemente solicitaciones de cortante y de torsión, aunque por su costo mucho más elevado que el del concreto simple, el porcentaje volumétrico del acero dentro del concreto armado y del concreto preesforzado es relativamente pequeño (generalmente entre 0.5% y 3%, dependiendo del elemento estructural).

Corrugado en las varillas de acero.

Cuando está adecuadamente confinado o arriostrado, el acero en barras también es capaz de resistir adecuadamente las solicitaciones de compresión, aunque económicamente no sea la solución más apropiada.

El acero empleado en el concreto armado normalmente debe presentar resaltes (varillas corrugadas) , con excepción del acero empleado en zunchos espirales, en cuyo caso puede ser liso. Comercialmente es distribuido en varillas con distintos diámetros nominales.

Sección transversal y peso unitario de varillas de acero.

Diámetro Nominal (mm) Sección Transversal (cm2) Peso por Metro Lineal (Kg/m)

8 0,50 0,39

10 0,79 0,61

12 1,13 0,88

14 1,54 1,20

16 2,01 1,57

18 2,54 1,98

20 3,14 2,45

22 3,80 2,97

25 4,91 3,83

28 6,16 4,80

30 7,07 5,51

35 9,62 7,50

Varillas desde 10 hasta 25 mm. de diámetro se las consigue directamente en el mercado, en longitudes de 6, 9 y 12 m., y a partir de ese diámetro se las fabrica bajo pedido. Varillas de menos de 10 mm. se las suele expender en rollos.

Varillas y rollos de acero.

En el diseño se suelen escoger varias varillas de un mismo diámetro o combinaciones de diámetros de varillas para obtener las secciones transversales requeridas.

2. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ACERO:

La descripción más completa de las propiedades mecánicas de los aceros (propiedades utilizadas en el diseño estructural) se la realiza mediante sus curvas esfuerzo – deformación bajo cargas de tracción, las mismas que varían dependiendo de la composición química del material y de sus procesos de fabricación.

En el siguiente diagrama se presentan algunas curvas esfuerzo – deformación características de los aceros.

Curvas esfuerzo-deformación de los aceros estructurales.

Algunos de los elementos que aparecen en las curvas esfuerzo – deformación serán discutidos a continuación.

a. RANGO DE COMPORTAMIENTO ELÁSTICO:

Es el rango de esfuerzos, a partir de la carga nula, en que el acero se deforma por cargas de tracción, pero cuando se retira tal carga recupera su geometría inicial. En la curva esfuerzo – deformación ese rango coincide con la recta que parte desde el punto de esfuerzo y deformación nulos.

Rango elástico del acero estructural.

b. ESFUERZO DE FLUENCIA:

Se define como el esfuerzo bajo el cual el acero continúa deformándose sin necesidad de incrementar las cargas de tracción. En el diagrama esfuerzo – deformación de los aceros tradicionales, la fluencia coincide con una recta horizontal o casi horizontal, a continuación del rango elástico y un pequeño tramo de transición. El esfuerzo asociado se identifica como “Fy”.

Zona de fluencia del acero estructural.

Existen aceros estructurales, trabajados en frío para lograr una mayor resistencia, que no revelan la presencia de una zona de fluencia, en cuyo caso ASTM recomienda trazar una recta paralela a la de comportamiento elástico, que arranque en el eje de las deformaciones unitarias con una deformación de 0.002. El punto de cruce de esa recta con la curva esfuerzo – deformación definirá el esfuerzo teórico de fluencia del material.

Esfuerzo de fluencia en aceros sin meseta de fluencia, según ASTM.

ACI, por su parte, especifica que si el esfuerzo de fluencia observado gráficamente supera los 4200 Kg/cm2, el esfuerzo de fluencia deberá obtenerse de la curva esfuerzo-deformación para una deformación unitaria de 0.0035. No se podrá utilizar en diseño un esfuerzo de fluencia superior a 5500 Kg/cm2 , con excepción del refuerzo en espiral, en cuyo caso podrá llegar hasta 7000 Kg/cm2 preesfuerzo.

Esfuerzo de fluencia en aceros según ACI.

c. RESISTENCIA A LA ROTURA:

Es el mayor esfuerzo que puede soportar el acero, previo al proceso de colapso del material. Dentro del diagrama esfuerzo – deformación del material el inicio del colapso queda identificado mediante el punto de mayor ordenada, que se representa “Fr”.

Resistencia a la rotura del acero de refuerzo.

Resistencia a la rotura de cables de acero de preesfuerzo.

El esfuerzo de rotura es siempre superior al esfuerzo de fluencia, para todo tipo de acero estructural.

En

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