El Acero Como Material Estructural

El acero como material estructural
El acero de uso estructural es un material de fabrica-ción industrializada, lo cual asegura un adecuado con-trol de calidad. Este material se caracteriza por unaelevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto es capa-cidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuirsu capacidad resistente), por cual su uso es muy reco-mendable para construccionessismorresistentes.En el diseño y verificación de componentes estruc-turales de acero, uno de los parámetros mecánicos másimportantes es la tensión mínima de fluencia, F
y
, Adi-cionalmente, en algunos estados límite vinculados conla fractura se aplica la resistencia de tracción mínima,F
u
. Ambos parámetros son propiedades nominales delacero especificado. Los aceros convencionales presen-tanresistencias menores y mayor ductilidad, mientrasque los aceros de alta resistencia en general presentanuna ductilidad reducida (ver Figura 1-1). Esta es larazón por la cual las especificaciones sísmicas AISC341-05 limitan la tensión mínima de fluencia a 345MPa en componentes donde se espera que se desarrollecomportamiento inelástico. Para el caso de estructurascon ductilidad limitada este límite seincrementa a 380MPa.Los procedimientos de diseño para algunos siste-mas estructurales se basan en la aplicación del métodode diseño por capacidad (el cual se presenta con másdetalle en el Capítulo 2 de este documento). Este méto-do requiere en ciertos casos estimar en forma realísticala resistencia esperada de los componentes estructura-les, en lugar de la resistencia de diseño obtenida partirde latensión de fluencia mínima F
y
o de la resistenciade tracción, F
u
. Para cuantificar el incremento de laresistencia real o esperada de los componentes estruc-turales, en relación a la resistencia nominal, se define elfactor R
y
como la relación entre la tensión de fluenciaesperada y la tensión mínima de fluencia, F
y
. Con igualcriterio, para el caso de fractura se define el factor R
t
comola relación entre la resistencia de tracción espera-da y la resistencia F
u
. Estos dos factores, que cuantifi-can la sobrerresistencia del material, deben determinar-se estadísticamente a partir de información experimen
tal obtenida del ensayo de probetas de acero, por locual sus valores podrían cambiar de un país a otro.Para el caso de los aceros usados en Estados Unidos,los cuales sefabrican bajo normas ASTM, el factor R
y
varía entre 1.1 y 1.6, y el factor R
u
varía entre 1.1 y 1.3,dependiendo del tipo de acero y de la forma del com-ponente estructural (planchuelas, tubos o perfiles)
 

Cuando se emplean perfiles pesados, esto es conespesores iguales o mayores a 38mm, las especifica-ciones sísmicas requieren que se realicen ensayos deCharpy sobre probetas con muesca en V(
Charpy V-notch test
), a los efectos de verificar que la energíaabsorbida en el impacto sea mayor que de 27 J a 21
o
C.Si bien las ventajas del acero como material estruc-tural son significativas, es importante también conocersus limitaciones, de modo de poder contrarrestar susefectos negativos. El acero usualmente se consideracomo un material isotrópico, sin embargo, losdatosexperimentales indican que puede exhibir efectos deanisotropía en términos de resistencia y ductilidad. Ellose debe a la presencia elementos no-metálicos o inclu-siones en la constitución del acero, los cuales son apla-nados durante el proceso de laminación. Estas inclu-siones actúan como micro-fisuras planas que debilitanel material, particularmente cuando se somete a trac-ción en la dirección perpendicular ala que fue lamina-do. Este fenómeno se conoce como desgarramientolaminar (
lamellar tearing
)y afortunadamente no essignificativo, salvo en secciones con placas gruesas operfiles pesados donde además se generan fuertes res-tricciones de deformación por soldadura. En la actuali-dad el problema del desgarramiento laminar ha sidocontrolado mediante la reducción del contenido deinclusiones y...