El Acero: Propiedades y Clasificación

El acero es un producto siderúrgico con propiedades mecánicas definidas, compuesto principalmente por hierro y carbono. Se clasifica según su porcentaje de carbono: a mayor contenido de carbono, el acero es más duro; con menos carbono, es más dúctil, resistente a los golpes y más soldable.

Clasificación del Acero por Porcentaje de Carbono

1. Acero muy duro: Contiene un porcentaje de carbono superior al 0,8%. Presenta una resistencia mecánica de 75-80 kg/mm². Se utiliza para fabricar carriles, resortes, cuchillos y sierras.
2. Acero duro: Su contenido de carbono se encuentra entre el 0,5% y el 0,7%. Se usa para ejes y transmisiones. Son poco soldables y soportan cargas de 70 a 75 kg/mm².
3. Acero semiduro: Con un contenido de carbono de 0,3% a 0,5% y una resistencia mecánica de 62-70 kg/mm². Se pueden templar en pequeños espesores, son maquinables y sufren poco alargamiento. Se emplea comúnmente en la industria automotriz.
4. Acero suave o estructural: Su contenido de carbono varía entre 0,2% y 0,3%. Son fáciles de soldar, con una zona elástica notable. Se utilizan para fabricar estructuras metálicas y tienen una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm².
5. Acero extrasuave: Contiene entre 0,06% y 0,15% de carbono. Posee baja resistencia, es muy deformable y fácil de soldar. Se usa para fabricar alambres, clavos, tornillos y hojalata.

Ventajas del Porcentaje de Carbono

La principal ventaja del carbono es que brinda un aumento de dureza y resistencia al material. Sin embargo, los aceros con alto contenido de carbono presentan baja ductilidad y pierden soldabilidad.

El Acero como Material de Construcción

Ventajas del Uso de Acero Estructural

• Durabilidad: Las estructuras de acero tienen una larga vida útil si reciben un mantenimiento adecuado.
• Resistencia por unidad de peso: Permite crear estructuras livianas que logran una gran resistencia.
• Uniformidad del material: Sus propiedades no varían significativamente con el tiempo.
• Elasticidad: A niveles de mucho esfuerzo, su comportamiento se acerca a la Ley de Hooke.
• Tenacidad: Al tener alta resistencia y ductilidad, es capaz de absorber grandes cantidades de energía.
• Ductilidad: Propiedad para absorber grandes deformaciones antes de fallar bajo esfuerzos de tensión.

Ventajas Específicas en la Construcción

• Relación resistencia-peso: Su capacidad para formar perfiles de baja sección manteniendo una alta resistencia permite el uso de cimentaciones de menores dimensiones.
• Velocidad de construcción: La estructura se puede fabricar en talleres mientras se prepara el terreno en la obra, agilizando los tiempos.
• Versatilidad y adaptabilidad: Se puede usar para cualquier tipo de estructura y se puede reforzar con facilidad.
• Seguridad en conexiones: Existen conexiones seguras, respaldadas por ensayos y certificaciones.
• Valor residual: Las estructuras de acero se pueden desarmar y su material puede ser revendido, ya que los perfiles y planchas son nuevamente comerciales.

Desventajas como Material de Construcción

• Costo en protección contra el fuego: La resistencia del acero disminuye en presencia de fuego, por lo que se debe proteger con materiales aislantes como la pintura intumescente.
• Susceptibilidad al pandeo: Los perfiles con una mayor relación entre ancho-espesor o esbeltez tienen un mayor riesgo de pandeo.
• Costo de mantenimiento: Al ser susceptibles a la corrosión, las estructuras de acero implican la necesidad de ser pintadas frecuentemente.
• Fatiga: Su resistencia puede verse afectada por un gran número de esfuerzos cíclicos o reiteradas variaciones en los esfuerzos de tracción.

Elementos Estructurales de Acero

Perfiles

Los perfiles son barras rectas con una sección y forma especial. Se clasifican de la siguiente manera:

• Según su forma de fabricación: Laminados, plegados en frío y soldados.
• Según su peso: Perfiles livianos (menos de 50 kg/m lineal) y pesados (más de 50 kg/m lineal).
• Según su forma:
  • Normales: Ancho de alas menor que la altura (perfiles I, T, C, Z, L).
  • Huecos: Tubos redondos, cuadrados y rectangulares.

Tipos de Perfiles

• Perfil laminado: Se fabrican en industrias o acerías a altas temperaturas. Tienen aristas externas vivas e internas redondeadas, uniformidad estructural y baja acumulación de tensiones residuales.
• Perfil plegado: Se conforman a partir de planchas planas, con forma de chapas de cantos y vértices redondeados.
• Perfil soldado: Permite una gran variedad de formas, geometrías y espesores a partir de secciones empalmadas por soldadura. Esto facilita la producción de perfiles de sección variable, distinguiendo entre perfiles electrosoldados y tubulares con costura.

Elementos Verticales: Pilares

Pueden tener diversos perfiles, cuidando la simetría y concentrando más material cerca de las caras para evitar el pandeo. Su unión a la cimentación se realiza mediante una placa base soldada al pilar y anclada con pernos a las placas de anclaje en la fundación.

Elementos Horizontales: Vigas

Forman los entramados horizontales, en los que las vigas principales se apoyan en los pilares y las vigas secundarias se apoyan en las principales.

Losas Colaborantes

Son un conjunto de hormigón armado con vigas de acero como sustento. Estas placas horizontales pueden cubrir mayores luces con menos peso propio.

Uniones en Estructuras de Acero

La elección del tipo de unión para perfiles y planchas dependerá de la solicitación a la que esté sometida.

Conectores Mecánicos

• Remaches: Son un tipo de clavo corto y grueso con una cabeza de asiento. Para su colocación, se calientan a unos 1200 °C. Trabajan por roce y por aplastamiento de las planchas.
• Pernos corrientes: Tienen un cuerpo cilíndrico con una parte roscada, una cabeza hexagonal y una tuerca que aprieta. Por norma, el hilo no debe introducirse en la plancha a unir.
• Pernos de alta resistencia: Existen dos tipos principales, A325 y A490. Tienen cabeza hexagonal y se usan con tuercas hexagonales no terminadas. Su uso puede verse limitado por las vibraciones en la estructura.

Ensayo al Corte en Pernos

La capacidad de resistencia al corte está controlada por el área resistente más que por la ubicación del plano de corte. Cuando este plano pasa por el cuerpo del perno, la capacidad resistente y la deformación se maximizan. Por el contrario, cuando pasa por la parte roscada, se minimizan.

Soldadura

Es la unión entre metales por la acción de calor, con o sin aportación de material metálico, generando una continuidad entre los elementos unidos.

• Soldadura heterogénea: Se realiza entre materiales de distinta naturaleza, con o sin material de aportación. También puede ser entre metales iguales con un material de aportación distinto (ej. soldaduras blandas con estaño o plomo).
• Soldadura homogénea: Los materiales que se sueldan y el material de aportación son de la misma naturaleza. Si no hay metal de aportación, se llama soldadura autógena, donde la unión se logra por la fusión de los bordes del material que, al enfriarse, quedan como una sola pieza.