Características físicas y mecánicas del acero

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y MECÁNICAS DEL ACERO DE REFUERZO

El acero de refuerzo es aquel que se coloca para absorber y resistir esfuerzos provocados por cargas y cambios volumétricos por temperatura y para quedar ahogado dentro de la masa del concreto, ya sea colado en obra o precolado.

El acero de refuerzo es la varilla corrugada o lisa; además de los torones y cables utilizados para pretensados y potenzados.  Otros elementos que se utilizan como refuerzo para el concreto son las mallas electro soldadas, castillos y cadenas electro soldadas (armex), escalerillas, etc.

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GRADOS DE REFUERZO DEL ACERO

Las barras de refuerzo se fabrican con base en acero de lingotes, en acero de ejes o en acero de rieles. La mayoría de las barras se fabrican con acero de lingotes o acero nuevo, pero ocasionalmente se laminan usando viejos rieles ferroviarios o ejes de locomotora.

Estos últimos, después de haber sido trabajados en frio durante muchos años, no son tan dúctiles como los nuevos aceros de lingotes.

Hay varios tipos de barras de refuerzo con designaciones de la ASTM que se muestran al final de este párrafo.

En estas designaciones. Grado 40 significa que el acero tiene un punto de influencia de 40000lb/pulg2; grado 50 implica 50000 lb/pulg2, etc.

1. ASTM A615, acero de lingote, grados 40 y 60
2. ASTM A615, acero de lingote, grados 75 para barras #11. #14. #18.
3. ASTM A616, acero de rieles, grados 50 y 60
4. ASTM A617, acero de ejes, grados 40 y 60
5. ASTM A706, acero de baja aleación, grados 60.

Casi todas las barras de refuerzo cumplen con las especificaciones A615 y casi todo el material usado para fabricarlas no es acero nuevo, si no acero fundido de viejos bastidores y carrocerías de autos. Las barras que cumplen con las especificaciones A706 se usan donde la soldadura y/o flexión son de importancia particular. No siempre es fácil conseguir estas con los distribuidores locales.

Es pequeña la diferencia en costo entre los aceros de refuerzo con resistencia de fluencia de 40klb/pulg2 y 60klb/pulg2. Por ello las barras de 60klb/pulg2 son las comúnmente usadas en el diseño de concreto reforzado.

CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS.

•Ductilidad, es la elongación que sufre la barra cuando se carga sin llegar a la rotura. Las especificaciones estipulan que el estiramiento total hasta la falla, no sea menor que cierto porcentaje mínimo (tabla 5.3) que varía con el tamaño y grado de la propia barra (apartado 5.7.1).

•Dureza se define como la propiedad del acero a oponerse a la penetración de otro material (apartado 5.7.2).

•Resistencia a la tensión, Es la máxima fuerza de tracción que soporta la barra, cuando se inicia la rotura, dividida por el área de sección inicial de la barra. Se denomina también, más precisamente, carga unitaria máxima a tracción.

Límite de fluencia, fy. -  Es la tensión a partir de la cual el material pasa a sufrir deformaciones permanentes, es decir, hasta este valor de tensión, si interrumpimos el traccionamiento de la muestra, ella volverá a su tamaño inicial, sin presentar ningún tipo de deformación permanente, esta se llama deformación elástica. El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación. Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida.

En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia coincide con el valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de cadencia. En los casos en que no aparece este escalón o aparece poco definido, como suele ocurrir con los aceros estirados en frío, es necesario recurrir al valor convencional establecido en las prescripciones, como se explica más abajo, para aceros de resistencia mayor a 4200 Kg/cm2

Las barras con resistencias hasta 2800 Kg/cm2 presentan una curva elasto-plástica, como se ve en la figura 5.10 a), entonces fy se identifica con claridad.

Para aceros de resistencias mayores, hasta 4200 Kg/cm2, la curva esfuerzo-deformación unitaria puede ser elasto-plástica o no, dependiendo de las propiedades del acero y de los procesos de fabricación.

Para aceros de resistencias mayores a 4200 Kg/cm2, donde el grado de fluencia no está definido, el código ACI especifica que el esfuerzo de fluencia, fy, debe determinarse como el esfuerzo que corresponde a una deformación de 0.0035 cm/cm, tal como se muestra en la probablemente, la resistencia en el punto de fluencia, es decir, el esfuerzo elástico máximo que puede soportar la barra, es la propiedad mecánica más importante para el diseñador.

La resistencia a la tensión se controla por un límite sobre la resistencia en el punto de fluencia y esta no puede ser menor que 1.25 veces la resistencia real en el punto de fluencia.

Si bien la tendencia actual, en la construcción con hormigón reforzado, es hacia el uso de barras de refuerzo con grado de resistencia más elevado, dado que el  uso de estas conduce a una reducción significativa del tonelaje de acero y del tamaño de los miembros estructurales de hormigón, lo que da por resultado economía en la mano de obra y en otros materiales, se tiene un límite practico sobre cual fuerte debe ser el acero de refuerzo utilizado en una construcción estándar de Hormigón armado: Todas las resistencias del acero tienen aproximadamente la misma elongación para el mismo esfuerzo de tensión aplicado  (mismo  módulo  de  elasticidad  Es=2.1*106  Kg/cm2).   Si un acero tiene una resistencia en el punto de fluencia que es el doble de la de otro, puede aplicarse el doble de deformación permanente, esta se llama deformación elástica. El ingeniero utiliza el límite de fluencia de la barra para calcular la dimensión de la estructura, pues la barra soporta cargas y sobrecargas hasta este punto y vuelve a su condición inicial sin deformación. Pasado este punto, la estructura esta fragilizada y comprometida.

En general, en el caso de los aceros de dureza natural, el límite de fluencia coincide con el valor aparente de la tensión correspondiente al escalón de decencia (figura 5.10 a). En los casos en que no aparece este escalón o aparece poco definido, como suele ocurrir con los aceros estirados en frío, es necesario recurrir al valor convencional establecido en las prescripciones, como se explica más abajo, para aceros de resistencia mayor a 4200 Kg/cm2.

Las barras con resistencias hasta 2800 Kg/cm2 presentan una curva elasto-plástica, como se ve en la figura 5.10 a), entonces fy se identifica con claridad.

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