sábado, 16 de junio de 2007

Ventajas y Desventajas del Uso de Acero en la Construcción

El hombre a lo largo de su historia ha utilizado diferentes materiales para la el desarrollo de la tecnología, en la evolución del uso de estos materiales se han quedado algunos por fuera ya que su abundancia y o características no justifican el seguir haciendo uso de estos.
Por su parte el acero durante los últimos tiempos de desarrollo ha logrado hasta incrementar su consumo y cantidad de usos, esto por sus características que le permiten ser un material óptimo para campos como la construcción, industria de maquinaria en general y la industria bélica entre otras.
Principalmente las características que lo han llevado a este éxito como material de uso en la construcción son las relativamente altas capacidades de transmitir calor, corriente, su bajo peso, y las capacidades ante la aplicación de esfuerzos de tensión (tracción), compresión y cortante. Además de esto el acero acumula dentro de sus ventajas que la mayoría de propiedades se mantienen constantes con los años siempre y cuando se le brinde los cuidados adecuados.
Además el acero en la construcción generalmente se combina con otros materiales para obtener los mejores resultados en cuanto a capacidad se refiere tanto como a acabados arquitectónicos. En cuanto a su generalmente se da en los elementos estructurales como columnas, vigas y otros.

¿Qué es el Acero?

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 1,7%, máximo según su uso). La proporción de carbono en la conformación del acero influye sobre las características de este. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) entre otros, que se agregan con propósitos determinados según sea el uso final del acero producido.

Características Mecánicas y Tecnológicas del Acero

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

· Su densidad media es de 7.850kg/m-3.

· En función de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o derretir.

· El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510ºC, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de los 1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC

· Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 ºC (5400ºF).

· Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

· Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño, zin.

· Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

· Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.

· La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el temple, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros, con escalas definidas.

· Se puede soldar con facilidad.

· La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

· Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3x106 S m-1. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

. Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico, sí se le pegan los imanes, pero al acero inoxidable austenítico no se le pegan debido a que en su composición hay un alto porcentaje de cromo y níquel.

· Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α (δ t°)L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero es de aproximadamente 1,2x10-5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.

· El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Acero Para Uso En La Construcción (Estructural):

Acero estructural se conoce como el resultado de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le tributan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de doscientos cincuenta (250) mega pázcales (2•549 Kg. /cm2).

El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Normalmente los miembros mas ventajosos son aquellos que tienen grandes módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones transversales. Las formas I o W, T, y canal, tan comúnmente usadas pertenecen a esta clase.
Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos están los ángulos, tes., zetas, y placas.

Ventajas y Desventajas del Acero como Material de Construcción:

Ventajas del acero como material estructural:

Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de grandes claros.

Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

.Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
.Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
.Rapidez de montaje.
.Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
.Resistencia a la fatiga que el concreto.
.Posible reutilización después de desmontar una estructura.

Desventajas del acero como material estructural:

Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros

Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a mitigar esta desventaja.

Algunos Otros Usos del Acero:

El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana.
Este se presenta en forma de herramientas y utensilios para el desarrollo y trabajo en diferentes campos que van desde la medicina, la mecánica automotriz hasta la agricultura y muchos más, además en equipos mecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general.
También esta presente como uno de los principales materiales de consumo por parte de los astilleros, pues en grandes medidas los barcos, botes y otros tipos de embarcaciones se forman de acero.
Otro campo que hace gran uso de este material es la industria de guerra, en la fabricación de armamento, trasportes y de blindajes
El gran éxito del acero se basa en las relativas ventajas que presentan en cuanto a las propiedades como la conductividad de calor y corriente, así como su resistencia a distintos esfuerzos y quizás uno de los factores más influyente en su éxito en cuanto a la gran gamma de usos y participación en diferentes campos es su relativamente bajo costo en comparación con materiales que puedan tener mejores propiedades o no.

Estructuras de acero

Este blog está hecho para ser usado por los estudiantes del curso de Estructuras de Acero de la Escuela de Ingeniería en Construcción del Instituto Tecnológico de Costa Rica.

Se espera que los estudiantes en especial y cualquier persona colabore en su realización incluyendo material relacionado con el campo del diseño y construcción de estructuras de acero.

El material puede ser temas de diseño, ejemplos de diseño, de elementos i/o uniones. Aspectos de la construcción de este tipo de obras y su proceso constructivo. Obras interesantes de acero y en general cualquier tema al respecto.

Prof: Gustavo Rojas

Escuela Ingeniería en
Construcción/ITCR