El acero como material estructural

El acero como material estructural
El acero de uso estructural es un material de fabricación industrializada, lo cual asegura un adecuado control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto es capacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su uso es muy recomendable
para construccionessismorresistentes. En el diseño y verificación de componentes estructurales de acero, uno de los parámetros mecánicos más importantes es la tensión mínima de fluencia, Fy, Adicionalmente, en algunos estados límite vinculados con la fractura se aplica la resistencia de tracción mínima, Fu. Ambos parámetros son propiedades nominales del acero especificado. Los aceros convencionales presentan resistenciasmenores y mayor ductilidad, mientras que los aceros de alta resistencia en general presentan una ductilidad reducida . Esta es la razón por la cual las especificaciones sísmicas AISC
341-05 limitan la tensión mínima de fluencia a 345 MPa en componentes donde se espera que se desarrolle comportamiento inelástico. Para el caso de estructuras con ductilidad limitada este límite se incrementa a 380MPa. Los procedimientos de diseño para algunos sistemas estructurales se basan en la aplicación del método de diseño por capacidad (el cual se presenta con más detalle en el Capítulo 2 de este documento). Este método requiere en ciertos casos estimar en forma realística la resistencia esperada de los componentes estructurales, en lugar de la resistencia de diseño obtenida partir de la tensión defluencia mínima Fy o de la resistencia de tracción, Fu. Para cuantificar el incremento de la resistencia real o esperada de los componentes estructurales, en relación a la resistencia nominal, se define el factor Ry como la relación entre la tensión de fluencia esperada y la tensión mínima de fluencia, Fy. Con igual criterio, para el caso de fractura se define el factor Rt como la relación entre laresistencia de tracción esperada y la resistencia Fu. Estos dos factores, que cuantifican la sobrerresistencia del material, deben determinarse estadísticamente a partir de información experimental obtenida del ensayo de probetas de acero, por lo cual sus valores podrían cambiar de un país a otro.
Para el caso de los aceros usados en Estados Unidos, los cuales se fabrican bajo normas ASTM, elfactor Ry varía entre 1.1 y 1.6, y el factor Ru varía entre 1.1 y 1.3, dependiendo del tipo de acero y de la forma del componente estructural (planchuelas, tubos o perfiles). Cuando se emplean perfiles pesados, esto es con espesores iguales o mayores a 38mm, las especificaciones sísmicas requieren que se realicen ensayos de Charpy sobre probetas con muesca en V (Charpy Vnotch test), a los efectos deverificar que la energía absorbida en el impacto sea mayor que de 27 J a 21 oC. Si bien las ventajas del acero como material estructural son significativas, es importante también conocer sus limitaciones, de modo de poder contrarrestar sus efectos negativos. El acero usualmente se considera como un material isotrópico, sin embargo, los datos experimentales indican que puede exhibir efectos deanisotropía en términos de resistencia y ductilidad. Ello se debe a la presencia elementos no-metálicos o inclusiones en la constitución del acero, los cuales son aplanados durante el proceso de laminación. Estas inclusiones actúan como micro-fisuras planas que debilitanm el material, particularmente cuando se somete a tracción en la dirección perpendicular a la que fue laminado.
Este fenómeno seconoce como desgarramiento laminar (lamellar tearing)y afortunadamente no es significativo, salvo en secciones con placas gruesas o perfiles pesados donde además se generan fuertes restricciones de deformación por soldadura. En la actualidad el problema del desgarramiento laminar ha sido controlado mediante la reducción del contenido de inclusiones y adecuados detalles de uniones soldadas.
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