Diseño de elementos de acero investigacion
Paty Perez TorrezTarea9 de Septiembre de 2016
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Contenido
GENERALIDADES.
ACERO
TIPOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO.
EL DISEÑADOR DE ESTRUCTURAS.
OBJETIVOS DEL DISEÑADOR DE ESTRUCTURAS.
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO.
PROPIEDADES DEL ACERO.
DIAGRAMA ESFUERZO-DEFORMACION
PRODUCTOS DE ACERO.
DESIGNACION DE PERFILES
FACTOR DE SEGURIDAD.
FACTOR DE CARGA.
FACTOR DE RESISTENCIA.
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO.
ESPECIFICACIONES.
TIPOS DE ACERO ESTRUCTURAL
ACEROS ESTRUCTURALES AL CARBONO.
ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Y BAJA ALEACION.
ACEROS DE ALEACION TRATADOS, TEMPLADOS Y REVENIDOS.
VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL.
DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL.
TEMA 1.- CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO.
GENERALIDADES.
Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.
El hierro es quizá uno de los materiales que activamente juega un papel muy importante en la construcción. Esto se debe, a su utilización tan generalizada en el quehacer humano; además de su abundancia en el planeta, pues forma aproximadamente en el planeta el 5% de la corteza terrestre.
El hierro puro (pureza a partir de 99,5 %) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene menos de un 2,1 % de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.
En nuestro país las reservas de este material son aproximadamente 500 millones de toneladas, ocupando a nivel mundial un 1% aproximadamente del total que existe en la tierra.
Dependiendo de la profundidad a que se encuentre el yacimiento, existen diversas formas para su extracción de la corteza terrestre. La más sencilla y económica es cuando el yacimiento está a escasa profundidad y se le denomina “explotación o beneficio a cielo abierto”. Esta explotación consiste en extraer el material directamente del yacimiento por medio de una maquina pesada. Cuando el material o yacimiento se localiza a grandes profundidades entonces se perforan pozos verticales y a partir de estos ductos horizontales llamados “galerías”; a este tipo de explotación se le llama “de beneficio profundo”.[pic 2]
[pic 3]
[pic 4][pic 5]
Prácticamente podemos afirmar que al fundir el material de hierro nos da como resultado acero, sin embargo la obtención de este es un proceso mucho mas complejo, pues para su obtención, se necesita entre otros, el mineral de hierro, carbón mineral y piedra caliza.
El hierro puro tiene una dureza que va de 4 a 5, es suave maleable y dúctil. Este es magnetizado fácilmente a temperaturas ordinarias; es difícil magnetizar a altas temperaturas (excedan 790°C), sometido a estas este pierde su propiedad magnética.
ACERO
Los aceros son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2 %, el cual puede estar como aleante de inserción en la ferrita y austenita y formando carburo de hierro. Algunas aleaciones no son ferromagnéticas. Éste puede tener otros aleantes e impurezas.
Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en los siguientes tipos:
Acero bajo en carbono: menos del 0,25 % de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etcétera. También existen los aceros de alta resistencia y baja aleación, que contienen otros elementos aleados hasta un 10 % en peso; tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente.
Acero medio en carbono: entre 0,25 % y 0,6 % de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.
Acero alto en carbono: entre 0,60 % y 1,4 % de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas.
Aceros aleados: Con los aceros no aleados, o al carbono, es imposible satisfacer las demandas de la industria actual. Para conseguir determinadas características de resiliencia, resistencia al desgaste, dureza y resistencia a determinadas temperaturas deberemos recurrir a estos. Mediante la acción de uno o varios elementos de aleación en porcentajes adecuados se introducen modificaciones químicas y estructurales que afectan a la templabilidad, características mecánicas, resistencia a oxidación y otras propiedades.
La clasificación más técnica y correcta para los aceros al carbono (sin alear) según su contenido en carbono:
-Los aceros hipoeutectoides, cuyo contenido en carbono oscila entre 0.02 % y 0,8 %.
-Los aceros eutectoides cuyo contenido en carbono es de 0,8 %.
-Los aceros hipereutectoides con contenidos en carbono de 0,8 % a 2 %.
TIPOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO.
Miembros a tención, miembros a compresión, miembros a flexión, miembros a flexocompresion. En el mismo orden podemos mencionar: tensores, columnas, vigas y columnas con momentos, entre otros.[pic 6]
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EL DISEÑADOR DE ESTRUCTURAS.
El diseñador de estructuras armoniza y proporcionar las estructuras y sus elementos, de tal manera que las mismas puedan soportar satisfactoriamente las cargas que probablemente las solicitan. Se puede decir que está involucrado en : la disposición general de la estructura; estudio de las formas estructurales posibles que puedan utilizarse; consideraciones de condiciones de cargas, análisis de esfuerzos, deformaciones, etc. ; diseño de elementos ; preparación de planos de proyecto y de taller. Específicamente la palabra diseño involucra armonizar los distintos elementos de una estructura una vez calculados los esfuerzos, y este será el proceso que se enfatiza utilizando el acero estructural como material básico.
OBJETIVOS DEL DISEÑADOR DE ESTRUCTURAS.
El diseñador de estructuras debe aprender a distribuir y dimensionar los elementos de las estructuras de modo que las mismas tengan suficiente resistencia y rigidez y sean razonablemente económicas y que pueden montarse de manera práctica. Estos detalles se discuten brevemente a continuación.
a).-Seguridad: Una estructura no solo debe soportar en forma segura las cargas a que está sujeta, sino que debe soportarlas de modo que las deformaciones y vibraciones no sean tan grandes como para atemorizar al usuario o causar agrietamientos de apariencia peligrosa.
b).-Costo: El diseñador debe tener en mente los detalles que reducen el costo sin sacrificar la resistencia. Estos aspectos incluyen el uso de secciones de medidas comerciales, con conexiones y detalles sencillos, y el uso de elementos y materiales que no requieran con el tiempo, altos costos de mantenimiento.
c).- Sentido práctico: Otro objeto es el diseño de estructuras que puedan fabricarse y montarse sin que se presenten grandes problemas. El diseñador necesita conocer métodos de fabricación y tratar de adaptar su trabajo a las facilidades disponibles.
El diseñador deberá tener los más altos conocimientos posibles acercar de dibujo de detalles, de la fabricación y montaje en el campo de las estructuras de acero.
Finalmente necesita organizar los elementos de la estructura de manera que no interfiera con las instalaciones que requiera el proyecto (ductos, tubería, cables, etc.), ni modifiquen el aspecto arquitectónico.
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO.
El diseño de un miembro estructural de acero implica mucho más que el cálculo de las propiedades requeridas para resistir las cargas y la selección del perfil más ligero que tenga tales propiedades. Aunque a primera vista este procedimiento parece que presenta los diseños más económicos, deben considerarse otros factores. Alguno de estos son los siguientes:
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