AN LISIS Y DISE O DE ESTRUCTURAS DE ACERO EN EDIFICIOS

1. ANÁLISIS YDISEÑO DEESTRUCTURASDE ACERO EN EDIFICIOS PRESENTA: Arq. Milton Ricardo Andrade MSc.S.E

2. CONTENIDO PARTE I: GENERALIDADES Introducción Proceso de producción del acero Composición química y propiedades físicas Secciones laminadas y armadas, tratamiento térmico Clasificación y normas relevantes Protección ante corrosión e incendios PARTE II: ESTRUCTURAS Introducción Clasificación de miembros y sistemas estructurales Edificaciones a base de marcos Componentes del sistema Fabricación y montaje en edificios

3. PARTE III: CARGAS Y FILOSOFÍA DELOS MÉTODOS DE DISEÑO Introducción Especificaciones y códigos AISC-ASCE Naturaleza de las cargas Filosofía de los métodos ASD-LRFD Procesos de análisis y diseño PARTE IV: ANALISIS ESTRUCTURAL Y CALCULO DE RESISTENCIAS Introducción Marcos rígidos resistentes a momento Marcos semi-rígidos y flexibles Marcos arriostrados y combinados Requerimientos de sismoresistencia CONTENIDO

4. CONTENIDO PARTE V: CONEXIONES Introducción Comportamiento de conexiones (cortante, tensión y combinadas) Diseño de conexiones empernadas Conexiones soldadas, tipos y procesos de soldadura Diseño y resistencia de soldaduras PARTE VI: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES DURACIÓN 20 HORAS

5. ANTECEDENTES DE LA INDUSTRIA DEL ACERO La industria del acero se remonta a mas de 150 años, ya que es en 1855 cuando se establece la Asociación Americana del Hierro. En este año la producción mundial fue de 7 millones de toneladas. A inicios del siglo XIX, la industria experimenta un crecimiento explosivo y se establece el Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI) en 1908. Para 1929, con el nacimiento del Instituto Americano de Construcción en Acero AISC, la industria comienza a utilizar terminología técnica y con producción mundial promedio de 250 millones de toneladas. Para la década del 90 la producción mundial por año promedio fue de 750 millones de toneladas. Para inicios del nuevo milenio, la industria demanda una producción mundial por año cercana a las 1000 millones de toneladas.

6. CONCEPTO DE ACERO Desde siempre han existido algunas confusiones en cuanto a la terminología entre el hierro y el acero, por la popularidad alcanzada del término hierro cuyo símbolo químico conocemos ( Fe ), por lo tanto llamaremos hierro al producto que no tiene más compuesto que el de su propio nombre. Sin embargo, al hablar del acero y analizar su composición química se determina que es un producto ferroso cuyo contenido de carbono oscila entre 0.05% y 1.7 % , definiéndose como: una aleación mineral metálica y no metálica (hierro-carbono) con otros componentes que ayudan a diferir sus propiedades físico- químicas, de las cuales dependerá su comportamiento mecánico, jugando papel fundamental el manganeso y silicio en su resistencia y el fósforo y el azufre en su porosidad.

7. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ACERO Las dos grandes fuentes de obtención del acero se logra por dos procesos: LA METALURGIA Y LA SIDERURGIA. Ambas procedencias producen optimas calidades, dependiendo de la precisión y tecnología que se utilice

8. Metalurgia Al referirnos a la primera fuente de obtención, raramente estos minerales de óxido ferroso se encuentran en estado puro en la naturaleza, por lo que hay que someterlos a una serie de operaciones denominada: Metalurgia, la cual consiste en separar los metales de las impurezas u otros minerales no compatibles que los acompañen. El proceso metalúrgico consiste en los siguientes pasos: a) Exploración b) Extracción c) Trituración d) Lixiviación e) Electrolisis f) Fundición

9. Siderurgia En relación a la segunda fuente de obtención del acero, se denomina siderurgia al proceso mediante el cual se obtienen productos con el hierro y sus aleaciones, siendo el acero uno de ellos. La siderurgia también es considerada como una continuación del proceso metalúrgico, ya que una vez obtenido el oxido ferroso proveniente de rocas, resalta también importancia el uso de los aceros reciclables, es decir las ( chatarras ), en donde ambas materias primas ya sean separadas o combinadas inician el proceso de producción del acero.

10. Procesos de producción del acero La producción del acero, ya sea partiendo de los minerales naturales o de las chatarras, se realiza a través de varios procedimientos, figurando entre los más usuales los siguientes: a) Convertidores Bessemer y Thomas. b) Convertidores Siemens Martín. c) Hornos de arco eléctrico o de inducción.

11. Convertidores Bessemer y Thomas El arrabio fundido se vierte en un convertidor, por cuyo fondo se inyecta una corriente de aire que quema las impurezas de la fundición; esta combustión desprende el calor necesario para elevar la temperatura desde 1,200 °C hasta 1,600 °C logrando la fusión del acero.En el convertidor se logra una descarburación total y se agrega la cantidad de carbono de acuerdo al acero que se desea; finalmente se cuela y se deja solidificar en lingotes o palanquillas que aún calientes pasan a ser laminados. Con este proceso se obtienen únicamente aceros ordinarios y al carbono.

12. ConvertidoresSiemens Martin Se carga el arrabio junto con los aceros reciclables ( chatarras ) los cuales son mezclados para luego aportarle el oxígeno necesario para la descarburación, después Se le agrega la cantidad de carbono adecuada para el acero deseado; una vez alcanza la fusión se elimina la escoria y se procede a la colada, obteniendo aceros ordinarios, al carbono y especiales.

13. Hornos de arco eléctrico o de inducción Es el proceso de producción más utilizado ya que es más controlable y exacto. Siempre y cuando exista mano de obra calificada, este procedimiento permite obtener productos de alta calidad. Normalmente estos hornos son trifásicos, el calentamiento se realiza por un arco eléctrico formado por electrodos de carbono y otros materiales cargados en el horno estos tienen que fundir a una temperatura entre 1400 y 1500°C para ser moldeados con facilidad. Una vez fundida la carga se procede al afino, añadiéndole los elementos de adición propios del acero deseado.

14. Procesos de producción del acero

15. Proceso de producción y afinado

16. CLASIFICACIÓN GENERAL DEL ACERO. Los aceros se clasifican según se obtengan, ya sean: En estado sólido En estado líquido y De acuerdo a su composición química.

17. CLASIFICACIÓN GENERAL DEL ACERO. En estado sólido pueden ser: soldados, batidos o forjados y en estado líquido pueden ser: homogéneos y de fusión Al grupo de los sólidos pertenecen los llamados: Directos; y al grupo de los líquidos los llamados: Indirectos ó de Afino. Según su composición química se clasifican en: Aceros ordinarios, al carbono y especiales; de estas clasificaciones se derivan una diversidad de calidades y propiedades.

18. PROCESO DE FABRICACIÓN Los 4 procesos de fabricación del acero son los siguientes: Fusionabilidad. Colado continuo. Laminación en caliente y en frío Rolformación en caliente y en frío

19. Fusionabilidad Consiste en la combinación de sub-productos metálicos o no metálicos los cuales son fundidos y mezclados de forma homogénea con el fin de obtener propiedades especificas para usos especiales. Una vez fundidos, es vertido en moldes para que se solidifique. Los aceros producidos por medio de este proceso, son de buena calidad y son conocidos también como, aceros al crisol; su única desventaja es su costo.

20. Colado continuo Consiste en colocar el acero fundido, el cual es vertido en moldes llamados lingoteras para que se solidifique; al pasar del estado liquido al sólido, experimenta una disminución de volumen o contracción dando lugar a pequeñas grietas o fisuras en la parte superior de la lingotera, las cuales pueden ser disminuidas colocando una capa refractaria en la parte superior de la lingotera.

21. Laminación Después de obtener el lingote o palanquilla durante el proceso de producción, se procede a laminarlo. Este consiste en dar forma a las piezas y reduciéndolas a secciones más delgadas por medio de un estirado y compresión, el cual se realiza haciendo pasar las piezas entre rodillos cilíndricos, que giran a igual velocidad y en sentido contrario.

22. PROCESOS DE LAMINACIÓN Dentro del proceso de laminación existen dos tipos: Laminación en caliente. Laminación en frío.

23. Laminación en caliente. En este tipo de laminación los rodillos se llaman devastadores. La superficie es rugosa que comprimen fuertemente el material calentado a temperatura deseada, a fin de facilitar el flujo del material y reducir las fuerzas de laminación. El laminado en caliente, casi siempre se usa en el formado inicial o rompimiento de los lingotes vaciados ya que a temperaturas elevadas, la maleabilidad es generalmente alta permitiendo la deformación con relativa facilidad. Este proceso se utiliza en la fabricación de barras y perfiles tipo I, H, WF, C, S.

24. Laminado en frío En este proceso los rodillos utilizados son denominados de acabado de superficie lisa y dura, considerado como una especie de proceso primario de deformación, se aplica solamente a metales de aleaciones muy maleables y con frecuencia se usa para obtener dureza, resistencia, ductilidad. y buen acabado de la superficie en una aleación previamente formada por laminado en caliente.

25. Rolformación Proceso por medio del cual se da forma a los perfiles de acero ligero, el cual consiste en pasar el material a través de rodos continuos ya sea en caliente o en frío. De acuerdo a lo anterior, podemos deducir que los aceros estructurales pesados, pueden ser fabricados a través de fusionabilidad, colado continuo y laminación en caliente, mientras que los aceros livianos o ligeros se obtienen por laminación en caliente y en frío, para luego ser fabricados por rolformadoras en caliente y en frío.

26. Control de calidad CONTROL DEL MATERIAL MINERAL Y ACEROS RECICLABLES ( Chatarras ) Análisis y composición química del material mineral Control visual de los aceros reciclables (chatarras) y precalificación de las mismas, tomando en cuenta los conceptos de densidad, volumen y composición química. Análisis químico y de procedencia de los aceros reciclables ( chatarras ) sobre la cual exista duda. Clasificación siguiendo los pasos anteriores. Dosificación cuantitativa gravimétrica, ajustando la calidad de acuerdo con las especificaciones del acero a producir.

27. Control de Coladas. Tomar muestras cuando se supone que la mezcla es homogénea, la cual es analizada en un espectrómetro del laboratorio para conocer los porcentajes de fósforo, azufre, manganeso, silicio y carbono logrando determinar con mayor aproximación su composición química. De acuerdo a los resultados se añaden ferro-aleaciones hasta lograr la composición deseada. Un segundo muestreo durante la colada, ya sea al inicio o al final, para efectos de comprobación.

28. Control del sub- producto El control de calidad de los sub- productos se realiza mediante ensayos mecánicos, y debe contemplar los siguientes pasos: Tomar como mínimo 2 barras al azar por colada. Para coladas mayores de 50 toneladas, tomar una muestra por cada 10 tón. ó fracción. Cuando se laminan barras y perfiles de diferente sección de una misma colada, se recomienda tomar una muestra por cada medida. Todos las muestras anteriores se les realiza pruebas de tensión, elongación y doblado en la maquina universal En al caso de que algunos de los ensayos no cumpla con las especificaciones, deberán tomarse el doble de las muestras ensayadas y con la falla de alguna de estas, será causal de rechazo.

29. PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO Fusibilidad: Dar forma a los metales en estado líquido, usando moldes donde de solidifican y enfrían. Forjabilidad: Capacidad de dar formas en estado sólido en caliente, con martillos, prensas y laminadores. Maleabilidad: Propiedad para modificar su forma a temperaturas normales, mediante la acción de martillado y estirado. Ductilidad: Cantidad de deformación plástica en dirección a su longitud, pudiendo expresarse en función de alargamiento o reducción del área. Tenacidad: Resistencia a la rotura por tracción, o medida de energía para hacer fallar un material. Resistencia: Capacidad de soportar esfuerzos y deformaciones. Elasticidad: Deformación que ocurre sólo durante la aplicación de esfuerzos, o sea que desaparece al suprimirse éstos

30. Cedencia: es el grado de deformación elástica de un material Dureza: resistencia de un material a la penetración de su superficie. Oxidabilidad: es la acción que posee el oxígeno que se encuentra en la atmósfera y tiene la capacidad de recubrir con óxido o carbonado a los metales, excepto a los nobles. Soldabilidad: es la propiedad de poder unirse y formar un cuerpo único. PROPIEDADES FÍSICAS DEL ACERO

31. CATEGORÍAS DE ACERO: Acero estructural pesado Acero liviano o ligero La diferencia en los términos pesado y liviano radica lógicamente en su peso, el cual es en la mayoría de los casos directamente proporcional al grado de espesor; son considerados pesados los mayores de ¼” de pulgada y los menores de ése espesor son livianos; para ambas derivaciones existe una diversidad de calidades para aplicaciones específicas.

32. ACERO ESTRUCTURAL PESADO De acuerdo a la fabricación de elementos estructurales ya sean vigas o columnas, esta categoría describe 2 tipos de secciones: SECCIONES LAMINADAS SECCIONES ARMADAS Para ambas secciones las normas y especificaciones son descritas en manuales y códigos de construcción por varios entes que facultan las aplicaciones del acero estructural.

33. NORMAS Y ESPECIFICACIONES La amplia industria del acero ha establecido a nivel mundial Códigos, Especificaciones y Normas diversas que orientan su aplicabilidad. En países como Estados Unidos, Japón, y algunas zonas de Europa, existen incluso Especificaciones y Códigos regionales y locales que reglamentan y recomiendan de manera especifica la utilización del acero de acuerdo al tipo de construcción y localización geográfica. Algunas Normas: ASTM, ICAITI, JIS, NZ, NDF, NCO Especificaciones: AISC, AISI, AWS Algunos códigos: ASD, LRFD, UBC

34. ORGANISMOS QUE NORMAN LA CONSTRUCCIÓN CON ACERO AISC (American Institute of Steel Construcctión - Instituto Americano de Construcción en Acero ) AISI (American Iron and Steel Institute- Instituto Americano del Hierro y del Acero ) ASTM (American Society for Testing and Materials -Sociedad Americana de Prueba de Materiales) AWS (American Welding Society- Sociedad Americana de Soldadura ) SDI ( Steel Deck Institute – Instituto de Cubiertas de Acero ) RSI ( Reinforcing Steel Institute – Instituto de Acero de Refuerzo ) ANSI ( American National Standards Institute – Instituto Americano de Estándares Nacionales ) LRFD ( Load and Resistance Factor Design – Factores de Diseño por Carga y Resistencia ) ASD ( Allowable Stress Design – Diseño por Esfuerzos permisibles ) RSFM ( Residential Steel Framing Manual – Manual de Marcos o Armaduras de Acero para Residencias ) CSPSBB ( Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges – Códigos Estándares en el uso del acero para edificios y puentes ) AASHTO ( American Association of State Highway and Transportatión Officials – Asociación Americana Oficial de Transportes y Carreteras Estatales )

35. AISC Instituto Americano de Construcción en acero

36. FORMAS Y MEDIDAS ESTANDAR DE SECCIONES DE ACERO LAMINADO Según sea su sección transversal, se denominan como perfiles laminados tipo: I, (w, S, HP) C, L, T, HSS, Placas y barras circulares.

37. PERFILES TIPO I Esta gama de perfiles describe las clasificaciones siguientes: Perfiles de patín ancho (W) Perfil estándar americano (S) Perfil de pilote de punta (HP)

38. PERFIL DE PATIN ANCHO W El perfil W tiene dos elementos rectangulares horizontales paralelos llamados patines, y uno vertical llamado alma conectados por filetes ó radios. Tienen un peralte mayor o igual que el patín, pero con un espesor mayor que el alma. Una designación nominal W 14 x 145 equivale a un peralte de 14¨ y un peso de 145 lbs/pié lineal.

39. Los perfiles W se encuentran en las siguientes designaciones: Desde W4x9 hasta W18x175, con incrementos de 2¨ de peralte y de 10 a 12 lbs/pié lineal. A partir del W18x175 hasta W36x798, con incrementos de 3¨de peralte y de 15 a 25 lbs/pié lineal. Del W36x798 hasta W44x335, con incrementos de 4¨de peralte y de 25 a 40 lbs/pié lineal. Su aplicación: vigas y columnas PERFIL DE PATIN ANCHO W

40. PERFIL ESTANDAR AMERICANO TIPO S Conocida como viga estándar Americana, tiene patines mas angostos y alma mas gruesa que los W, la pendiente interna del patín es 16%. Una designación S12x50 equivale a 12¨ de peralte y 50 lbs/pié lineal. Por su poca disponibilidad en el mercado, su uso se limita a vigas secundarias. Se encuentran desde la S3x5.7hasta S24x121, con incrementos de 2¨ de peralte y de 5 a 10 lbs/pié lineal.

41. PERFIL TIPO HP Los perfiles HP tiene patines paralelos y alma vertical con espesor y dimensiones iguales, es decir peralte y ancho similar. Una designación HP12x65 indica un peralte de 12¨ y 65 lbs/pié lineal. Por la propiedad de tener sección transversal con espesor uniforme, proporcionan mejor estabilidad a ser usados como columnas y pilotes. Disponibilidad en el mercado desde HP8x36 hasta HP14x117 con incrementos de 20 lbs lbs/pié lineal y 2” de peralte

42. PERFIL TIPO C Es conocido también como perfil en Canal, tiene un alma y dos patines con pendiente interna del 16%. La designación C12x30, indica un peralte nominal que corresponde al real de 12¨ y 30 lbs/pié. Se utilizan como tensores, largueros y cuerdas en secciones armadas.

43. PERFILES TIPO T La T estructural posee un patín y alma vertical, resultando de seccionar un perfil W en el punto medio del alma. Por ejemplo una designación WT6x25 resulta de una sección W12x50. Con un peralte de 6¨ y 25 lbs/pié. Es usado en cuerdas de armaduras y como elemento de arriostramieto en marcos.

44. PERFILES L Los perfiles L se conocen como angulares, formado por 2 lados llamados alas, estos pueden ser con lados iguales y desiguales. La designación L6x4x1/2 indica un ángulo de 6¨x4¨x ½¨de espesor.

45. PERFILES HSS Son conocidas como secciones estructurales huecas, dependiendo del proceso de producción los hay con costura soldada y sin costura.

46. DISPONIBILIDAD DE SECCIONES LAMINADAS El manual LRFD del AISC describe y tabula propiedades para 318 perfiles I, 65 perfiles C, 126 perfiles L, y 302 perfiles T disponibles en el mercado actual. El perfil mas pesado para columna es W14x808, que a una altura de 4 mts. puede soportar una carga axial de 4,000 tons. De igual manera el perfil para viga mas pesado es W36x798 con resistencia a flexión factorada de 1875 ton/mt. en un claro de 4 mts. Cuando los requerimientos de resistencia o rigidez no se pueden satisfacer con secciones laminadas disponibles, se puede utilizar secciones armadas o compuestas

47. SECCIONES ARMADAS O COMPUETAS Las secciones armadas o compuestas se fabrican modificando las secciones laminadas, es decir agregando una placa llamada cubreplaca u otro perfil laminado, esto significa reforzar un miembro estructural ya sea viga o columna.

48. TRATAMIENTO TERMICO Las propiedades del acero son afectadas por dos condiciones: composición química y tratamiento térmico. La composición química relaciona las ferro-aleaciones, mientras que el tratamiento térmico relaciona los cambios de temperatura en estado sólido, el cual se realiza por tres procesos: Enfriamiento Templado Destemplado o revenido

49. ENFRIAMIENTO Consiste en calentar las piezas a una temperatura promedio de 600 grados centígrados y rápidamente enfriarlo con agua, aceite o plomo fundido. Esto produce una estructura interna granular mas fina en el acero, lo que hace incrementar su dureza y resistencia pero mas susceptible a la fractura, es decir mas frágil.

50. TEMPLADO Y REVENIDO TEMPLADO: Consiste en calentar una pieza a una temperatura promedio de 400 grados centígrados, enfriada al aire libre. Esto produce un alivio a los esfuerzos internos volviéndose dúctil y muy tenaz sin causar gran reducción de resistencia y dureza. REVENIDO: Se produce mediante el calentamiento por arriba de los 600 grados, y enfriamiento lento mejorando la ductilidad pero reduce los esfuerzos de fluencia y la resistencia a la tensión.

51. CLASIFICACIÓN Y NORMAS ASTM RELEVANTES Clasificación de los perfiles estructurales laminados de acuerdo a las normas ASTM y descritos en el manual del AISC. 5 CLASIFICACIONES: ACEROS CON CARBONO ALTA RESISTENCIA Y BAJA ALEACIÓN RESISTENTES A LA CORROSIÓN DE ALEACIÓN ENFRIADOS Y TEMPLADOS DE ALEACIÓN ENFRIADOS Y REVENIDOS Los requerimientos generales que garantizan a estas 5 clasificaciones se describen en la norma ASTM A6

52. ACEROS AL CARBONO Los aceros estructurales con carbono se conocen también como aceros dulces, que contienen de 0.15% a 0.29% de carbono, mostrando un marcado punto de fluencia. El acero estructural con carbono más utilizado en la construcción de edificios y puentes ha sido el designado bajo la norma ASTM A36.

53. NORMA ASTM A36 Esta especificación cubre perfiles y placas de aceros con carbono de calidad estructural para edificios, puentes y otras estructuras generales. Tiene un esfuerzo de fluencia de 36 ksi. - 250 Mpa. y un esfuerzo último a tensión de 58 a 80 ksi. - 400 a 550 MPa . Es el único acero disponible en placas mayores 8¨ de espesor. Para efectos de diseño se considera un esfuerzo último de 58 ksi.

54. ALTA RESISTENCIA Y BAJA ALEACIÓN Se les conoce de baja aleación por las cantidades moderadas de otros elementos aparte del carbono, como el cromo, níquel, molibdeno y vanadio en porcentaje no mayor al 5%. Esta aleación mejora las propiedades mecánicas especialmente la resistencia y otros atributos de fabricación y costo comparados con los tratados térmicamente. Su rango de fluencia es de 40 a 70 ksi. Los mas utilizados se designan bajo las normas ASTM A572 y ASTM A992

55. ASTM A572 – A992 A572: contienen vanadio-columbio y dispone 5 grados, identificando su esfuerzo de fluencia (42,50,55,60,y 65 ksi.) Se especifican para edificios y otros sistemas exceptuando puentes. A992: Es una norma reciente que abarca solo los perfiles W, con valor fy mínimo de 50 ksi y un máximo de 65 ksi. Con buenas propiedades de ductilidad y soldabilidad, es ampliamente utilizado en edificios y puentes.

56. RESISTENTES A LA CORROSIÓN Son aceros expuestos a la intemperie sin recubrimiento, su resistencia a la corrosión es 4 veces mas que el acero con carbono, sus elementos de aleación son el níquel y cobre. No es recomendable exponerlos a humos industriales y ambientes marinos, siendo necesario recubrirlos (ZINC). El acero de intemperie preferido está especificado bajo la ASTM A588

57. ASTM A588 Es un acero de baja aleación con punto de fluencia mínimo de 50 ksi. y esfuerzo máximo a tensión de 65 ksi. Se fabrica hasta espesores de 4¨para estructuras soldadas y empernadas. Posee una capa de oxido denso y duro de color púrpura en su superficie como agente ante la corrosión atmosférica. Utilizado como estructura expuesta en edificios y puentes de armadura.

58. DE ALEACIÓN ENFRIADOS Y TEMPLADOS Poseen un porcentaje de aleación mayor que los de alta resistencia y con un máximo del 20% de carbono. El enfriamiento le produce dureza y reduce la ductilidad, resistencias elevadas con rangos de fluencia de 90 a 100 ksi. Disponibles únicamente en placas, requiere técnicas especiales para soldadura, es utilizado en perfiles armados. Designado bajo la especificación ASTM A514 y A852.

59. ASTM A514 ESTA NORMA DESCRIBE PLACAS DE ACERO DE BAJA ALEACIÓN Y ALTA RESISTENCIA CALENTADOS Y ENFRIADOS CONVENIENTEMENTE PARA SER SOLDADOS, HASTA ESPESOR MÁXIMO DE 6¨. El esfuerzo de fluencia especificado es de 90 a 100 ksi, es ampliamente utilizado en la construcción de torres de transmisión, tanques de almacenamiento y obras que requieran altas resistencias de fluencia. Aunque es bastante apropiado como material estructural, no está disponible en perfiles laminados. Para no perder propiedades inducidas por el calor, la soldadura estará de acuerdo al grado de acero utilizado, y a su aplicación.

60. DE ALEACIÓN ENFRIADOS Y REVENIDOS ASTM A852 Esta especificación abarca aceros estructurales de baja aleación calentado y revenido con una fluencia mínima de 70 ksi. (485 MPa ) hasta espesores de 4”, son indicados en placas para conexiones remachadas y empernadas, pero su uso primario es para conexiones soldadas en puentes y edificios donde el ahorro en peso y la vida útil son importantes. Este acero resiste a muchas condicionantes ambientales. Las placas producidas bajo esta especificación deberán tener pruebas de impacto a temperaturas no mayores de 4°C.

61. DE ALEACIÓN CALENTADOS Y ENFRIADOS ASTM A709 Esta especificación cubre aceros estructurales al carbono de baja aleación y alta resistencia en perfiles, placas y barras calentados y enfriados e indicados específicamente para ser usados en puentes. Su resistencia de fluencia mínima es de 50 ksi. Grado 50W,70W y 100W, la letra W indica que son resistentes a la corrosión para usarse en estructuras expuestas.

62. Especificaciones equivalentes ASTM – AASHTO A finales de 1980, el Comité de acero estructural en puentes de la AASHTO, prefirió adoptar equivalencias de la ASTM pero con designaciones AASHTO, y describir los requerimientos y especificaciones estándar de acero estructural en puentes, consolidando así un solo documento abarcando la lista de los 6 grados de acero estructural: 36, 50, 50W, 70, 70W, 100 y 100W .

63. Especificaciones equivalentes ASTM – AASHTO PERFILES Y PLACAS ASTM AASHTO ASTM AASHTO A6/A6M M160/M160M A36/A36M M183/M183M A514/A514M M244/M244M A572/A572M M223/M223M A709/A709M M270/M270M A852/A852M M313/M313M PERNOS, TUERCAS Y ARANDELAS A325/A325M M164/M164M A490/A490M M253/M253M A563/A563M M291/M291M F436/F436M M293/M293M Designación A6M M160M : Sistema métrico

64. DISPONIBILIDAD Y MEDIDAS ESTANDARD

65. DISPONIBILIDAD Y MEDIDAS ESTANDARD

66. TOLERANCIAS EN DIMENSIONES PERFILES: La gran mayoría de perfiles estructurales son fabricados dentro de un rango de longitudes de 30 a 65 pies ( 9 a 20 mts. ) con incrementos de 5 pies ( 1.50 mts ); sin embargo algunos laminadores o fabricantes , producen miembros a la medida por pedidos. De acuerdo al Código de Prácticas Generales de Construcción en Acero, los miembros ensamblados que forman parte de la estructura se les permite una variación en longitud de 1/16” (1.5 mm ) para miembros menores o iguales a 30 pies ( 9 mts.) y de 1/8” ( 3 mm) para miembros mayores de 30 hasta 60 pies ( 20 mts )

67. TOLERANCIAS EN DIMENSIONES LAS PLACAS Y BARRAS se clasifican: Barras: Anchos menores de 6” hasta 8”. Se especifican anchos con incrementos de ¼” y espesores y diámetros con incrementos de 1/8”. Placas: Anchos de 8” a 48” Los espesores se pueden especificar por pulgada ó por peso por pié cuadrado; los cuales se incrementan de acuerdo a lo siguiente: Incrementos de 1/32” hasta espesores de ½”. Incrementos de 1/16” de ½” hasta 1”. Incrementos de 1/8” para espesores de 1” hasta 3”. Incrementos de ¼” para espesores mayores de 3” hasta 8¨

68. EJEMPLO DE TABLAS CON DIMENSIONES Y PROPIEDADES DE PERFILES

69. EJEMPLO DE TABLAS CON DIMENSIONES Y PROPIEDADES DE PERFILES

70. EJEMPLO DE TABLAS CON DIMENSIONES Y PROPIEDADES DE PERFILES

71. PROTECCIÓN ANTE LA CORROSIÓN E INCENDIOS Las estructuras de acero requieren del conocimiento y criterios que determinen una protección adecuada para mantener la vida útil del sistema estructural. Básicamente las dos condicionantes para la protección del sistema son: Condicionantes atmosféricas. Condicionantes accidentales ( incendios ). Para ambas condicionantes existen actualmente una gran cantidad de innovaciones tecnológicas utilizadas de acuerdo al criterio estructural y arquitectónico expresado por el proyectista, buscando costos efectivos que le permitan entre 20 a 25 años de servicio inicial e integridad estructural, para posteriormente dar mantenimientos subsecuentes. Las dos condicionantes descritas anteriormente también tienen la particularidad de ser reglamentadas por códigos y especificaciones en función de la magnitud y naturaleza de la construcción.

72. CONDICIONANTES ATMOSFÉRICAS. Las especificaciones para tratamientos en la protección de estructuras de acero están basadas bajo rendimientos estándar dictadas por los códigos del Instituto de Especificaciones para la Construcción (CSI), en su sección de “ Recubrimientos Especiales “ y el Manual de Estructuras de Acero Pintadas (SSPM). Ambas consideran los siguientes factores: uso del edificio ( función o actividad ), medio ambiente ( entorno geográfico costero, desértico etc.), estructuras expuestas al exterior, interior o ambas . Estos tres factores determinan el grado de vulnerabilidad a que estará expuesto el acero estructural, especialmente a efectos de oxidación, los cuales surgen de la combinación de oxigeno y hierro; siendo este ultimo el elemento primario del acero y que forma óxidos o corrosión.

73. TRATAMIENTOS ANTE LA CORROSIÓN DEL ACERO La tecnología ha desarrollado una diversidad de tratamientos antioxidantes par el acero, siendo la pintura y el galvanizado los métodos mas utilizados. Usualmente en su orden de efectividad y costo se mencionan: tratamientos con pintura vinílica, acrílica o epóxica, y capas protectoras de zinc.

74. TRATAMIENTOS CON PINTURA VINÍLICA La función de la pintura es interponer capas neutras entre la superficie del acero y el medio corrosivo. Sus componentes primarios son: adhesivos, pigmentos y solventes. Posee una alta resistencia a químicos y ambientes normales de humedad, es aplicada con una base previa a la estructura con el objeto de exhibir un acabado de color puro. Su costo es variable dependiendo de las características de rendimiento, aplicable a estructuras arquitectónicas de acero expuestas y el que usualmente aplica la industria automotriz.

75. TRATAMIENTOS CON PINTURA ACRILICA O EPÓXCIA Los compuestos epóxicos se encuentran disponibles en tres tipos: pigmentos, lacas resinas abrasivas y anticorrosivos. El tratamiento epóxico es el más usado para proteger estructuras de acero expuestas a entornos húmedos severos con o sin contenido de solventes químicos. Los mas usados incluyen metales como zinc, aluminio, cromo, titanio y plomo.

76. TRATAMIENTO GALVANIZADO El zinc ha sido el tratamiento más exitoso para proteger el acero de la oxidación el cual se dispone en dos categorías; la primera corresponde al zinc inorgánico compuesto por polvo metálico de zinc mezclado con soluciones reactivas como silicatos de sodio y litio. La segunda categoría es el zinc orgánico basado en compuestos de carbono, incluyendo vehículos catalizados como cloros y resinas. Para ambas categorías su proceso de aplicación recomendable es por inmersión comúnmente conocido como galvanización.

77. TRATAMIENTO GALVANIZADO Los grados de galvanización disponibles son G40, G60 y G90. y su espesor dependen de la rugosidad de la superficie a tratar, tipo de acero, temperatura del zinc fundido y tiempo de inmersión. ( baño de zinc) El zinc al reaccionar con el acero forma una capa dura de aleación resistente a cloruros, sales y ambientes severos de corrosión como costeros y marinos.

78. CONDICIONANTE ACCIDENTAL ( INCENDIOS) La condicionante accidental de mayor consideración para proteger estructuras de acero es contra incendios, la cual esta basada en especificaciones estándar de la ASTM E-119, la cual describe la aprobación de materiales a prueba de fuego, que dictan los Códigos referidos al diseño de métodos racionales de protección de estructuras metálicas contra incendios.

79. CONDICIONANTE ACCIDENTAL ( INCENDIOS) Los códigos también dictan factores generales que determinan los niveles de protección racional contra el fuego, estos factores son: seguridad humana, protección de la estructura y suprimir o mitigar el fuego; los cuales tienen que cumplir con especificaciones de acuerdo al numero de horas que la estructura pueda soportar el fuego dentro de limites de temperaturas admisibles establecidas mediante la magnitud y naturaleza de la construcción.

80. Sistemas de protección contra incendios. Independientemente cual sea el factor a considerar para proteger la integridad de una estructura los dos sistemas racionales más utilizados son: sistema de esparcidores o de irrigación y la aplicación de capas o membranas de fibras cementantes ( Fireproofing ) CONDICIONANTE ACCIDENTAL ( INCENDIOS)

81. CONDICIONANTE ACCIDENTAL(INCENDIOS) Esparcidores: Consiste en el diseño de un sistema hidráulico con rociadores que permiten la irrigación del agua en todas las áreas del edificio. Este sistema es activado a base de censores que miden el grado de temperatura admisible de cada espacio. Fibras cementantes : Son fibras con otros aditivos que con la adición del agua forman un componente único con excelentes propiedades de resistencia al fuego. Este compuesto es aplicado rociándolo directamente sobre la superficie de elementos estructurales, los cuales tienen que estar limpios para lograr una adherencia adecuada.