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Propiedades mecánicas de los aceros.
Los aceros son aleaciones de hierro-carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún una dureza sustancial, y su capacidad para ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso. Según la clasificación AISI, el acero al carbono se divide en cuatro clases según el contenido de carbono. Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.
Resistencia de los aceros
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Resistencia a la tracción
La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia. Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con bajo contenido de carbono La resistencia máxima a la tracción del acero con bajo contenido de carbono se encuentra entre 400 y 550 MPa. Ejemplo: máxima resistencia a la tracción: acero con alto contenido de carbono
y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación. Ejemplo: Módulo de elasticidad de Young: Acero con bajo contenido de carbono El módulo de elasticidad de Young del acero con bajo contenido de carbono es de 200 GPa.
Dureza de aceros
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie deformación plástica localizada ) y el rayado. La dureza es probablemente la propiedad del material menos definida porque puede indicar resistencia al rayado, resistencia a la abrasión, resistencia a la indentación o incluso resistencia a la deformación o deformación plástica localizada. La dureza es importante desde el punto de vista de la ingeniería porque la resistencia al desgaste por fricción o erosión por vapor, aceite y agua generalmente aumenta con la dureza. La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico durobajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar. La prueba típica utiliza una bola de acero endurecido de 10 mm (0,39 pulg.) De diámetro como penetrador con una fuerza de 3000 kgf (29,42 kN; 6,614 lbf). La carga se mantiene constante durante un tiempo determinado (entre 10 y 30 s). Para materiales más blandos, se usa una fuerza menor; para materiales más duros, una bola de carburo de tungsteno se sustituye por la bola de acero.
La prueba proporciona resultados numéricos para cuantificar la dureza de un material, que se expresa mediante el número de dureza Brinell – HB. El número de dureza Brinell está designado por las normas de prueba más comúnmente utilizadas (ASTM E10-14 [2] e ISO 6506-1: 2005) como HBW (H de dureza, B de Brinell y W del material del penetrador, tungsteno (wolfram) carburo). En las normas anteriores se utilizaba HB o HBS para referirse a las medidas realizadas con penetradores de acero. El número de dureza Brinell (HB) es la carga dividida por el área de la superficie de la muesca. El diámetro de la impresión se mide con un microscopio con una escala superpuesta. El número de dureza Brinell se calcula a partir de la ecuación: Existe una variedad de métodos de prueba de uso común (por ejemplo, Brinell, Knoop, Vickers y Rockwell). Hay tablas disponibles que correlacionan los números de dureza de los diferentes métodos de prueba donde la correlación es aplicable. En todas las escalas, un número de dureza alto representa un metal duro. Ejemplo: dureza del acero con bajo contenido de carbono La dureza Brinell del acero con bajo contenido de carbono es de aproximadamente 120 MPa. Ejemplo: dureza del acero con alto contenido de carbono La dureza Brinell del acero con alto contenido de carbono es de aproximadamente 200 MPa.
Almacenes y naves industriales: La rapidez de construcción y la capacidad del acero para adaptarse a grandes espacios lo convierten en una opción ideal para almacenes e instalaciones industriales. Plantas de fabricación: En plantas de fabricación, las estructuras de acero soportan maquinaria pesada y proporcionan una infraestructura robusta para los procesos industriales.
4. Estructuras de acero en infraestructuras: Torres de comunicación: El acero permite construir torres altas y delgadas que sostienen antenas y equipos de comunicación. La resistencia del acero es esencial para mantener la estabilidad de estas estructuras. Mástiles de iluminación: Proporcionan una solución eficiente y resistente para sostener sistemas de iluminación en áreas públicas, como parques, estacionamientos o carreteras. Principales tipos de estructuras de acero El acero se utiliza debido a su capacidad para soportar cargas pesadas y resistir las inclemencias del tiempo, por esa razón, es la base de cada uno de los tipos de estructuras de acero. No obstante, la elección del tipo de estructura va a depender del proyecto y si necesita de mayor maleabilidad para cubrir la gama de formas y tamaños, o si es necesaria una estructura más versátil para la construcción de un edificio más moderno. Para llevar a cabo esto, es esencial conocer cada uno de los tipos de estructuras de acero con el fin de cubrir las diversas necesidades del proyecto.
Estructuras abovedadas Las estructuras abovedadas cuentan con un diseño muy específico que solo es usado en bóvedas o cúpulas de ciertas edificaciones, como museos o iglesias; el arco que se genera en estas estructuras permite abrir un espacio específico. Una de sus características principales, es que son de forma semicircular, elíptica o parabólica, asimismo, su diseño distribuye la carga de manera uniforme a lo largo de su superficie sin necesidad de columnas intermedias. Estructuras colgantes Las estructuras colgantes se suspenden desde arriba y están diseñadas para resistir cargas colgantes, como luces, pantallas o esculturas; como parte de sus características, tienen elementos como cables o cadenas que se emplean en la iluminación arquitectónica, la exhibición de obras de arte y la decoración interior de espacios comerciales. Estructuras entramadas Una de las peculiaridades de las estructuras entramadas, es que poseen piezas en planos verticales, horizontales o inclinados, la combinación de estos genera una estructura resistente. Asimismo, son un tipo de estructura que cuenta con una serie de vigas de acero y barras que están conectadas en un patrón triangular o reticular, por lo que son livianas, resistentes e ideales para techados de naves industriales, puentes peatonales y pasarelas. Estructuras geodésicas
Diseño: Las dimensiones de los elementos y los refuerzos de los elementos estructurales se proporcionan en base al análisis mecánico. Dibujo: Los dibujos estructurales en cad se crearon utilizando los datos anteriores. Memoria de cálculo: Se genera una memoria de cálculo de diseño descriptivo en la que se especifican las cargas permanentes y temporales utilizadas, así como ejemplos de cómputos.
El proceso de diseño estructural
El proyecto de diseño estructural debe ser dividido en 3 fases: planificación, diseño y construcción. Planificación : esta fase comprende toda consideración, análisis y estudio sobre los requerimientos y factores que afectan a la disposición general, a las dimensiones de la estructura y a los resultados de la elección de una o varias alternativas de tipos de estructuras que ofrezcan la mejor solución general.
La primera consideración a realizar será la función de la estructura. Las siguientes consideraciones serán: la estética, la sociología, la normativa, la economía y el medio ambiente. Además habrá requerimientos legales estructurales y constructivos que afectarán al tipo de estructura que se quiere diseñar. Diseño : Esta fase incluye un estudio detallado de soluciones alternativas definidas en la fase de planificación, la definición de las mejores proporciones del proyecto, dimensiones y detalle de los elementos estructurales, y conexiones para cosntruir cada alternativa estructural. Construcción : Esta fase involucra la movilización de personal, procurar materiales y equipamiento incluyendo su transporte al lugar. Durante esta fase se requerirá algún rediseño si ocurren dificultades inesperadas, como la inviabilidad de determinados materiales, o problemas con la base.
