ARQUITECTURA TCNICA ASIGNATURA: MATERIALES DE CONSTRUCCIN II CURSO: 2009 2010 TRANSPARENCIAS TEMA 7: ESTRUCTURAS DE PERFILES LAMINADOS CTE DB SE-A . Generalidades . Aceros en chapas y perfiles . Materiales . Soldeo . Uniones atornilladas . Tratamientos de proteccin . Control . Defectos de las soldaduras (documento 0 EAE) . Introduccin . Propiedades tecnolgicas de los materiales . Designacin y tipos de acero . Productos de acero . Medios de unin . Control de calidad

Profesor: Victoriano Garca

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La normativa de aplicacin es el Documento Bsico SE-A (Seguridad Estructural. Acero) del Cdigo Tcnico de la Edificacin. Se est redactando una revisin de la Instruccin EA-95 y recientemente se ha publicado el documento 0 de esta nueva Instruccin con objeto de abrir un debate sobre el tema. El documento presentado recoge las actualizaciones del mercado en cuanto a productos y normas, adems ser normativa de aplicacin a estructuras de edificios y obras de ingeniera civil por lo que es interesante conocer los planteamientos de la nueva Instruccin.

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Tipos de acero. Designaciones anteriores y actuales Es frecuente encontrar todava referencia a las designaciones anteriores. La referencia entre las designaciones ya fuera de uso y las designaciones actuales es la siguiente:ANTERIORES UNE 36080:1973 UNE 36080:1985 UNE 36080:1990 A 37 b A 37 c A 44 b A 44 c A 52 b A 52 c A 52 d AE 235 B AE 235 C AE 275 B AE 275 C AE 355 B AE 355 C AE 355 D Fe 360 B Fe 360 C Fe 430 B Fe 430 C Fe 510 B Fe 510 C Fe 510 D ACTUAL UNE-EN 10025:1994 S 235 JR S 235 J0 S 275 JR S 275 J0 S 355 JR S 355 J0 S 355 J2

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DOCUMENTO BSICO SE-A (SEGURIDAD ESTRUCTURAL. ACERO) DEL CDIGO TCNICO DE LA EDIFICACIN mbito de aplicacin: el DB SE-A se destina a verificar la seguridad estructural de los elementos metlicos realizados con acero en edificacin. Aceros en chapas y perfiles (caractersticas): El acero se designa identificando su tipo (referencia al lmite elstico) y grado (referencia a la resiliencia): S 000 00 Las caractersticas mecnicas mnimas de los aceros segn UNE-EN 10025 son:Espesor nominal t (mm) DESIGNACIN S235JR S235J0 S235J2 S275JR S275J0 S275J2 S355JR S355J0 S355J2 S355K2 S450J0 Tensin de lmite elstico fy (N/mm ) t 16 235 275 16 < t 40 225 265 40 < t 63 215 2552

355 450

345 430

335 410

Tensin de Temperatura ens. Charpy Rotura C Fu (N/mm2) 3 t 100 20 360 0 -20 20 410 0 -20 20 0 470 -20 -20 (1) 550 0

(1) se le exige una energa mnima de 40J

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Los aceros tienen una serie de caractersticas comunes: - mdulo de Elasticidad (E) 210.000 N/mm2 - mdulo de Rigidez (G) 81.000 N/mm2 - coeficiente de Poisson () 0.3 - coeficiente de dilatacin trmica () 1,2 x 10-5 (C)-1 - densidad () 7.850 Kg/m3 El DB SE-A obliga si se emplean aceros distintos a los sealados en su texto, para garantizar que tienen ductilidad suficiente, A comprobar que: a) la relacin entre la tensin de rotura y la del lmite elstico no ser inferior a 1,20 b) el alargamiento en rotura de una probeta de seccin inicial S0, medido sobre una longitud 5,65 S0 ser superior al 15% c) la deformacin correspondiente a la tensin de rotura debe superar al menos un 20% a la correspondiente al lmite elstico. Los procedimientos de comprobacin especificados en el DB SE-A estn basados en el comportamiento dctil del material, la resistencia a rotura frgil ha de ser superior a la resistencia a rotura dctil. La temperatura de transicin, definida como la mnima a la que la resistencia a rotura dctil supera a la frgil, ha de ser menor que la mnima a la va a estar sometida la estructura.

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No es necesario realizar comprobacin si no se sobrepasan los espesores indicados en la tabla:Grado S235 S275 S355 JR 50 45 35 0 C J0 75 65 50 Temperatura mnima -10 C JR J0 J2 40 60 90 35 55 75 25 40 60 -20 C J0 50 45 35

J2 105 95 75

JR 35 30 20

J2 75 65 50

En la rotura frgil de un elemento estructural influyen las siguientes circunstancias: . temperatura mnima: la probabilidad de rotura frgil aumenta al descender la temperatura. . espesor del producto: la probabilidad de rotura frgil aumenta al crecer el espesor del producto. . deformacin en fro del producto: la probabilidad de rotura frgil aumenta al crecer la magnitud de la deformacin en fro que haya sufrido el producto. . clases de los esfuerzos: la probabilidad de rotura frgil de un elemento estructural sometido a esfuerzos estticos principalmente, es menor que la del que est solicitado por esfuerzos alternados o de procedencia dinmica. . los estados de tensiones triaxiales, cuando las tres tensiones principales son de traccin, tienden a fragilizar al acero. Intervienen tensiones no provenientes de la6 de 35

actuacin de las cargas (tensiones residuales de laminacin, de soldadura, de deformacin en fro, etc.) . condiciones de forma y de ejecucin: que puedan afectar al estado de tensiones triaxiales (entalladuras, cambios bruscos de seccin, cordones de soldaduras transversales a esfuerzos normales de traccin, etc.)

Aunque los aceros indicados en el DB SE-A son soldables hay que tomar precauciones cuando las uniones sean entre chapas de gran espesor, entre chapas de espesores muy desiguales, en condiciones difciles de ejecucin, etc. Si se usan aceros distintos a los indicados en el DB SE-A se debe evaluar la soldabilidad mediante el parmetro Carbono Equivalente (CEV) CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 Que debe ser superior a 0.41 para los aceros S235 y S275 0.47 para los aceros S355.

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PERFILES Y CHAPAS DE ACERO LAMINADO Se utilizan aceros de las clases S 235 a S 450. Las definiciones de las caractersticas mecnicas son: . lmite elstico Es la carga unitaria referida a la seccin inicial de la probeta, que corresponde a la cadencia en el ensayo a traccin (lmite superior de cadencia). . resistencia a traccin: es la carga unitaria mxima soportada durante el ensayo a traccin. . alargamiento en rotura: es el aumento de la distancia entre puntos, en el ensayo a traccin despus de producida la rotura de la probeta, y reconstruida sta, expresado en tanto por ciento de la distancia inicial. . doblado: es el ndice de ductilidad del material, definido por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado. . resiliencia: es la energa absorbida en el ensayo de flexin por choque.

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Las series de producto son: . perfil IPN . perfil IPE . perfil HEB . perfil HEA . perfil HEM . perfil UPN . perfil L . perfil LD . perfil T . redondo . cuadrado . rectangular . chapa

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MEDIOS DE UNIN Los aceros de los elementos de unin (tornillos, arandelas y tuercas) estarn en consonancia con el tipo de acero a unir. El dimetro nominal mnimo de los tornillos debe ser de 12 mm. Cuando la unin se realiza por soldadura se utilizarn electrodos en calidad estructural, apropiadas a las condiciones de la unin y del soldeo y con las caractersticas mecnicas superiores a los del material base. DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS Influyen especialmente en la aparicin de defectos: . la capacitacin profesional del soldador . la eleccin adecuada de los electrodos, y . una cuidadosa ejecucin Los principales defectos que se pueden producir son: - defectos internos: o falta de penetracin, cuando el chafln de la soldadura no est totalmente lleno o cuando la unin entre el metal base y el metal de aportacin no es perfecta en algn punto o grietas

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o inclusiones, escoria u otros cuerpos englobados en la soldadura o poros u oclusiones gaseosas - defectos superficiales: o mordeduras en los bordes o desbordamientos o picaduras o poros, etc.

TRATAMIENTOS DE PROTECCIN Los tratamientos de proteccin requieren una preparacin previa de la superficie, que se puede realizar por: . chorro abrasivo . herramientas mecnicas y manuales Los mtodos de recubrimiento contemplados en el DB SE-A son: . galvanizacin, y . pintura

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CONTROL Las caractersticas de los materiales suministrados deben estar documentadas de forma que puedan compararse con los requisitos establecidos. En el caso de materiales cubiertos por un certificado expedido por el fabricante el control podr limitarse al establecimiento de la traza que permita relacionar cada elemento de la estructura con el certificado de origen que lo avala. En caso contrario se establecer un procedimiento de control mediante ensayos realizados por un laboratorio independiente. En el control de las soldaduras se pueden emplear las siguientes tcnicas no destructivas: . inspeccin visual . inspeccin por partculas magnticas . ensayo por lquidos penetrantes . ensayo por ultrasonidos, y . ensayos radiogrficos Los tratamientos de proteccin se pueden controlar midiendo su espesor con equipos porttiles, tanto para galvanizado como para las pinturas.

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DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS Influyen especialmente en la aparicin de defectos: - la capacitacin profesional del soldador - la eleccin adecuada de los electrodos, y - una cuidada ejecucin Los principales defectos que se pueden producir son: - defectos internos: o falta de penetracin, cuando el chafln de la soldadura no est totalmente lleno o cuando la unin entre el metal base y el metal de aportacin no es perfecta en algn punto o grietas o inclusiones, escoria u otros cuerpos englobados en la soldadura o poros u oclusiones gaseosas - defectos superficiales: o mordeduras en los bordes o desbordamientos o picaduras o poros, etc.

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Documento 0 EAE. MBITO DE APLICACIN: La Instruccin EAE ser aplicable a las estructuras y elementos de acero estructural de edificios y obras de ingeniera civil. Se excluyen expresamente: . las estructuras realizadas con aceros especiales (lmite elstico > 460 N/mm2 y aceros de aleaciones especiales (acero inoxidable) . los elementos estructurales mixtos de acero estructural y hormign u otro material . los elementos estructurales de hormign que puedan existir en una estructura bsica de acero (forjados, ...) Los productos utilizados en el mbito de la EAE debern estar en posesin del marcado CE. Materiales: - perfiles estructurales - chapas estructurales - elementos de unin

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PROPIEDADES TECNOLGICAS DE LOS MATERIALES Caractersticas de los aceros . Composicin qumica: vara en funcin del tipo de acero. Los contenidos ms importantes son los de los elementos que aparecen en la expresin del valor del carbono equivalente (CEV), as como los contenidos en fsforo y azufre. . Caractersticas mecnicas: a) diagrama tensin-deformacin b) carga unitaria mxima a traccin (resistencia a traccin f u) c) lmite elstico (fy) d) deformacin correspondiente a la resistencia a traccin (deformacin bajo carga mxima max) e) deformacin remanente concentrada de rotura (u) f) mdulo de elasticidad (E) g) estriccin (Z) h) resiliencia (Kv) i) tenacidad de fractura Los fabricantes debern garantizar, como mnimo, las caractersticas indicadas en b), c), d), e), f) y h).

Diagrama tensin-deformacin

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El lmite elstico fy se define como la carga unitaria correspondiente a una deformacin remanente del 0.2 por 100. Este valor suele coincidir con el del escaln de cedencia en aquellos aceros que lo presentan. La deformacin remanente concentrada de rotura se evala midindola sobre una base que incluye la seccin de rotura y zonas adyacentes, por lo que resulta afectada por una posible estriccin. La estriccin es una relacin porcentual entre la disminucin de la seccin a la rotura y la seccin inicial: Z = (Ai Au) 100/ Au Siendo Ai y Au las secciones rectas inicial y de rotura respectivamente. La resiliencia del acero es la energa absorbida en el ensayo de flexin por choque sobre probeta Charpy.

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La tenacidad de fractura de un acero define la resistencia del material a la rotura frgil, es decir, sin deformacin plstica apreciable. Esta caracterstica del acero puede obtenerse de una manera rigurosa mediante ensayos de Mecnica de Fractura. En general, sin embargo, no es preciso acudir a tales ensayos, siendo suficiente evaluar la tenacidad de fractura en trminos de la resiliencia. . Requisitos de ductilidad: para garantizar la ductilidad del acero, se deben cumplir los siguientes requisitos: - la relacin entre la resistencia a traccin y el lmite elstico ha de ser como mnimo 1.10 (fu/fy 1.10) - la deformacin remanente concentrada de rotura medida sobre una base de longitud = 5.65 x (raz cuadrada de Ao), siendo Ao la seccin inical, debe ser como mnimo 0.15 (u 0.15), y - la deformacin mxima debe ser como mnimo 15 veces la deformacin correspondiente al lmite elstico, dada por y = 0.002 + fy/E (max 15 y)

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. Caractersticas tecnolgicas: La soldabilidad es la aptitud de un acero para ser soldado mediante los procedimientos habituales sin que aparezca fisuracin en fro. El parmetro fundamental de los aceros desde el punto de vista de la soldabilidad el el valor del carbono equivalente (CEV). La resistencia al desgarro laminar se define como la resistencia a la aparicin de defectos en piezas soldadas sometidas a tensiones de traccin en direccin perpendicular a su superficie. Se comprueba mediante la obtencin de la estriccin (Z) en el ensayo de traccin. La aptitud al doblado es un ndice de la ductilidad del material, y se define por la ausencia o presencia de fisuras en el ensayo de doblado.

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DESIGNACIN DE LOS ACEROS. El acero se designa identificando su tipo (referencia al lmite elstico) y grado (referencia a la resiliencia): S 000 00 Las especificaciones correspondientes a lmite elstico (fy) y resistencia a traccin (fu) para los distintos tipos de acero laminado en caliente son:Tipo S 235 S 275 S 355 fy 235 275 355 Espesor nominal t (mm) t 40 40 < t 80 fu fy fu 360