El Acero en Construcción para el Desarrollo

	Nota: Este artículo ha sido creado gracias a Ingeniería Sin Fronteras en el marco del Programa de Afiliados de la Construpedia. El contenido pertenece a la publicación Tecnologías y Materiales de Construcción Para el Desarrollo (Cladera, A., Etxeberria, M., Schiess, I., Pérez, A.). ¡Atención! Esté artículo está sujeto a Derecho de Autor.

La construcción de vigas con hormigón.

El Acero como material de construcción es muy utilizado debido a su rápida colocación, y sus óptimas propiedades a Tracción. En los últimos años se ha encarecido mucho el acero por lo que es un material no-económico y desde el punto de vista medioambiental, su producción conlleva un alto gasto energético, pero al ser un producto industrial su calidad es buena y su aplicación como armadura para Hormigón es extendida en todo el mundo.

Acero no Aleado

El acero que más abunda en Edificación e Ingeniería civil. Contenido:

1.6% C,
Baja cantidad de Mn, Silicio, azufre y fósforo
El azufre y fósforo son impurezas. Su cantidad ha de ser < 0.05%
Manganeso (Mn), < 1.6%: le da resistencia y pasa a ser un material dúctil a temperaturas bajas.
Silicio: mejora la resistencia, Cantidad ha de ser < 0.6% porque puede ocurrir la fragilidad (Fe3C).

Muchos aceros contienen: 0.2-0.3 % C; 0.3- 0.5% silicio; 0.5-1.0% Mn. Pero presentan deficiencias:

1)baja dureza y por debajo de 21ºC es un material frágil.
2) Bajo límite elástico
3) Baja resistencia a la corrosión

La dureza, puede prever de una catástrofe producida por una concentración de tensiones puntuales. Coste por el material y transporte (debido al peso) aumentan con aceros de bajo límite elástico, por la necesidad de piezas de dimensiones grandes. Los costes de mantenimiento se reducirán si el acero no se Oxida. Se puede mejorar: 1) Pintando, 2) Recubrimiento metálico, 3) Protección catódica, 4) Añadiendo la aleación Cobre o Cromo (el coste de estos aceros es de un 20%,pero no necesita mantenimiento).

Acero Aleado

Unión íntima entre dos o más metales en mezcla homogénea): <= 1.6% C, >= 0.6 % silicio, >= 1.6 % manganeso, + algún otro elemento, entre los cuales está: E cobre y el cromo mejoran la corrosión del acero. Un acero con >= 12% Cr, es un acero inoxidable.

A cantidades altas de Ni y Mn: acero austenítico (resistencia alta y ductilidad) a todas las temperaturas
Aceros con >= %12 Cr, y >= 7% Ni, forman el grupo de acero inoxidable austenítico
Pequeñas cantidades de Vanadium hace formar cristales muy pequeños en la microestructura, consiguiendo mejores propiedades

Propiedades y Selección del Acero Estructural

El diseño de estructuras está basado en las siguientes propiedades del acero:

El límite elástico (principalmente)
Ductilidad, dureza y otras propiedades (pueden variar según la aplicación de la estructura).
La disponibilidad y el coste: según la planta que fabrique el acero que tipo de acero tenga
Soldabilidad: La soldabilidad disminuye con la cantidad de carbono. Si el valor Equivalente de Carbono (CEV) > 0.5% la soldabilidad del material es baja.
Las condiciones locales: - los ambientes de exposición, - Normas

Acero Tenaz

Alta capacidad de absorber energía si se reduce la cantidad de C o aumenta la cantidad de Mn o los dos. Se convierte en acero tenaz a temperaturas bajas. También ocurre eso si el acero fundido es tratado con aluminio, produciendo el tamaño de grano más pequeño.

Las aplicaciones más típicas son:

Estructuras de acero; entre las cuales podemos encontrar las obras de edificación como de ingeniería civil tales como: Cubiertas (Cerchas), Postes de suministro eléctrico, Puentes, Refuerzos de estructuras existente, apeos, Escaleras, altillos, etc.
Barras de acero para hormigón:
- Barras pasivas para hormigón armado
  - Se necesita acero para dar ductilidad al hormigón
  - La composición del acero le da el fabricante, es: < 0.25% C, CEV < 0.42- 051%. Además: < 0.06% S, < 0.06% P, < 0.012% N
  - Las barras de acero han de estar recubiertas (con recubrimiento) de hormigón para que no se oxiden. La alcalinidad del hormigón protege las barras de acero.
- Barras activas:
  - La sección de hormigón está sometida a fuerza de compresión.
  - El acero está tensada, y no debe perder la tensión en el tiempo
  - Se utiliza una acero de alta resistencia (alta cantidad de C, entre 0.6-0.9%), capaz de someter alta tensión bajo deformación elástica.
  - Llegan a una resistencia a tracción de 1570- 1860 MPa.

La resistencia a fuego es baja en este material se han de proteger con material ignífugo.

Otras Aplicaciones de los Aceros

Acero de Tornillos y Conectores

Muchas estructuras estan unidas mediante tornillos. Han de tener una relación resistencia-dureza adecuada. Cuando están sometidos a cargas fluctuantes. Una resistencia adecuada a fatiga es necesario.

Tonillos negros
- Tiene cantidad < 0.5% C
- Han de aguantar cargas a cortante y flexión
  - Resistencia a tracción: 391-590 MPa
  - Mínimo límite elástico: 235-314 MPa
Tornillos de alta resistencia:
- Las dos partes son conectadas por fricción
- Tornillos de alta resistencia. Son aceros de baja aleación: Cr-Mo, Ni-Cr-Mo

Cables de Puentes

Las propiedades mecánicas necesarias:

alta resistencia
dureza
resistencia a la fatiga: debido a las cargas fluctuantes del tráfico y cargas del viento.
resistencia a la corrosión
la fabricación en frío: 0.75-0.85 % C y 0.5%-0.7% Mn
resistencia a tracción: 1600 MPa
aceros galvanizados con una superficie de Zinc para mejorar la resistencia.

Revestimientos de Acero

Son paneles no estructurales. Pero debe ser resistente y rígido para reducir el coste en la cantidad del material. El material elegido ha de tener:

ductilidad elevada para formar láminas delgadas
resistencia a corrosión elevada
estética

Se puede conseguir con acero bajo al carbono, con protección a la corrosión. El recubrimiento más habitual es de PVC. Pero el PVC es un poco poroso y de necesita galvanizar el acero antes de aplicar el PVC. El PVC se puede encontrar en bastantes colores.

También se puede utilizar:

Acero ferrítico con alto contenido en cromo
Acero inoxidable austenílito de cromo-níquel:
- 17% Cr
- 18% Cr + 10% Ni
- 18% Cr + 10% Ni + 2.75% Mo. El molibdeno mejora la resistencia a corrosión, particularmente con respecto a ácidos y cloruros. Estos son más caros que los aceros al carbono, pero dependiendo la aplicación es necesario. Es posible utilizar acero al carbono con un delgado recubrimiento de un acero inoxidable austenílico.

Acero de raíles de tren. Tranvía

Necesita ser duro y con alta resistencia al desgaste. El paso de los trenes produce cargas dinámicas y los raíles han de ser resistentes a la fatiga.

Son aceros con alta dureza y resistencia utilizando aceros con medio-alto contenido en carbono y con relativo alto contenido de manganeso.

La causa principal de rotura es la fatiga: la fisura empieza en la superficie o en las uniones.

La fricción produce un calentamiento de la superficie, luego se enfría y se produce martensita, es una microestructura frágil. Las cargas cíclicas pueden producir fisuras en la superficie y esto lleva a la rotura.