Aceros

“ACEROS”

1.1 DEFINICIÓN DE ACEROS ESTRUCTURALES

Entre los materiales de construcción, como es de conocimiento general, el acero tiene una posición relevante; combina la resistencia mecánica, su capacidad de ser trabajado, disponibilidad y su bajo costo. Siendo así, es fácil comprender la importancia y el amplio uso de los aceros en todos los campos de la ingeniería, en las estructuras, sean éstas fijas, como los edificios, puentes, etc. o sean móviles, en la industria ferroviaria, automotriz, naval, aeronáutica, etc.

Para la mayoría de las aplicaciones consideradas, la importancia de la resistencia mecánica es, en cierto modo, relativamente pequeña, del mismo modo que el factor peso no es primordial.

De esta forma, los aceros al Carbono comunes, simplemente laminados y sin ningún tratamiento térmico, son plenamente satisfactorios y constituyen un porcentaje considerable dentro de los aceros estructurales.

En otras aplicaciones, se exige una relación resistencia/peso más satisfactoria. Es el caso de la industria del transporte, en donde el equipo utilizado camiones, buses, equipo ferroviario, naval, etc. debido a las condiciones propias del servicio, debe caracterizarse por un peso relativamente bajo y una alta resistencia. Esta condición es fundamental ya que estas estructuras están sujetas a esfuerzos e impactos severos, además de una resistencia a la corrosión adecuada.

Para todas estas aplicaciones, los aceros indicados son los de baja aleación, más conocidos como los de “alta resistencia y baja aleación”.

1.2 CARACTERÍSTICAS

1.2.1 Relaciones Esfuerzo-Deformación del Acero Estructural

Para comprender el comportamiento de las estructuras de acero, es absolutamente indis¬pensable que el estructural conozca las propiedades de los acero. Los diagramas esfuerzo¬ deformación, ofrecen parte de la información necesaria para entender cómo se comporta el acero en una situación. No pueden desarrollarse métodos satisfactorios de diseño, a menos que se disponga de información completa relativa a las relaciones esfuerzo-defor¬mación del material que se usa.

Si una pieza de acero estructural dulce se somete a una fuerza de tensión, ella comen¬zará a alargarse. Si se incrementa la fuerza a razón constante, la magnitud del alarga¬miento aumentará constantemente dentro de ciertos límites. En otras palabras, el alargamiento se duplicará cuando el esfuerzo pase de 6000 a 12000 Ib/pulg2. Cuando el esfuerzo de tensión alcance un valor aproximadamente igual a un medio de la resistencia última del acero, el alargamiento comenzará a aumentar más rápidamente sin un incre¬mento correspondiente del esfuerzo.

El mayor esfuerzo para el que todavía es válida la ley de Hooke, o punto más alto de la porción recta del diagrama esfuerzo-deformación (Fig. (1-1)) se denomina límite propor¬cional. El mayor esfuerzo que un material puede resistir sin deformarse permanentemen¬te se llama límite elástico. Este valor rara vez se mide y para la mayoría de los materiales estructurales, incluido el acero, es sinónimo del límite proporcional. Por esta razón se usa a veces el término límite proporcional elástico.¬

El esfuerzo en el que se presenta un incremento brusco en el alargamiento o defor¬mación sin un incremento correspondiente en el esfuerzo, se denomina esfuerzo de fluen¬cia; corresponde al primer punto del diagrama esfuerzo-deformación para el cual la tangente a la curva es horizontal. El esfuerzo de fluencia es para el estructural la propie¬dad más importante del acero, ya que muchos procedimientos de diseño se basan en este valor. Más allá del esfuerzo de fluencia, hay un intervalo en el que ocurre un incremento considerable de la deformación sin incremento del esfuerzo. La deformación que se pre¬senta antes del esfuerzo de fluencia se denomina deformación elástica; la deformación que ocurre después del esfuerzo de fluencia, sin incremento de esfuerzo, se denomina de-formación plástica. Esta última deformación es generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformación elástica.

La fluencia del acero puede parecer una seria desventaja, pero en realidad es una ca¬racterística muy útil; con frecuencia ha prevenido la falla de una estructura debida a omi¬siones o errores del proyectista. Si el esfuerzo en un punto de una estructura de acero dúctil alcanza el esfuerzo de fluencia, esa parte de la estructura fluirá localmente sin in¬cremento en el esfuerzo, impidiendo así una falla prematura. Esta ductilidad permite que los esfuerzos en una estructura de acero se reajusten. Otra manera de describir este fenó¬meno es afirmar que los altos esfuerzos causados por la fabricación, el montaje o la carga tienden a igualarse entre sí. También puede decirse que una estructura de acero tiene una reserva de deformación plástica que le permite resistir sobrecargas y golpes repenti¬nos. Si no tuviese esta capacidad se podría fracturar como el vidrio u otros materiales frá¬giles.

Fig. (1-1) Diagrama esfuerzo-deformación característico de un acero estructural con bajo contenido de carbono.

Después de la región plástica se tiene una zona llamada endurecimiento por deformación en la que se requieren esfuerzos adicionales para producir deformaciones mayo¬res. En la figura (1-1) se muestra un diagrama típico de un acero estruc¬tural de bajo contenido de carbono. Sólo se muestra aquí la parte inicial de la curva, debi¬do a la gran deformación que ocurre antes de la falla. En el punto de falla los aceros dulces tienen deformaciones unitarias que equivalen a valores que oscilan entre 150 y 200 veces los correspondientes a la deformación elástica. La curva alcanza su esfuerzo máximo y luego desciende una pequeña distancia antes de que ocurra la falla de la probeta. En esta región de la curva se presenta una marcada reducción de la sección transversal, llamada estricción, del elemento.

La curva esfuerzo-deformación en la figura (1-1) es típica de los aceros estructurales dúctiles, y se supone que es la misma para miembros a tensión o a compresión. (Los miembros estructurales a compresión deben ser gruesos ya que los miembros esbeltos su¬jetos a compresión tienden a flexionarse lateralmente, y sus propiedades se ven afectadas por los momentos que se generan.) La forma del diagrama varía con la velocidad de car¬ga, el tipo del acero y con la temperatura. En la figura se muestra dicha variación; la línea interrumpida que incluye el punto de fluencia superior, ocurre cuando un acero dulce se carga rápidamente, en tanto

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